Введение к работе
Состояние проблемы
В настоящее время с широким внедрением информационных технологий не-обходнмость контроля различных физических параметров (температуры, давления, расхода и т. п.) технологических процессов является весьма актуальной для различных областей техники. Возможности такого контроля существенно расширяются в последние годы в связи с внедрением информационно-компьютерных технологий.
Одним из наиболее распространенных контролируемых технологических параметров является расход жидкости или газа. При этом все более широкое распространение в области измерения расхода различных сред, как жидкостей, так и газов, находят вихревые расходомеры. Малая зависимость от изменения плотности и вязкости измеряемых сред позволяет использовать их для контроля расхода различных сред, без дополнительных настроек и тарировок.
Известны вихревые расходомеры, действующие по принципу прецес
сии закрученного измеряемого потока. Более перспективными являются
вихревые расходомеры, работа которых основана на использовании вихре
вых дорожек Кармана. Их' отличают высокая точность, широкий диапазон
измерения, малые потери напора, наличие частотного и аналогового выход
ных сигналов, возможность использования в их работе ЭВМ. Они имеют
меньшие потери напора (0,03 мПа вместо 0,1 мПа) и больший диапазон из
мерения (1:40 против 1:10) по сравнению с прецессионными вихревыми
расходомерами. ' ,
Актуальность проблемы, решаемой в диссертационной работе, определяется следующими обстоятельствами.
Отсутствием единого подхода к теоретическим предпосылкам построения вихревых расходомеров, работа которых основана на эффекте дорожки Кармана.
Потребностью в разработке точного расходомера для жидких и газообразных сред с метрологическими характеристиками, не уступающими лучшим зарубежным:
точность, % 0,5; 1,
диапазон измерения 1:40,
повторяемость результатов, % 0,2,
давление в трубопроводе, мПа 2,5 - 7,
выходной сигнал, мА 0-5, 4 — 20.
При разработке подобных приборов в нашей стране необходимо было опираться на отечественную технологию, на свой накопленный опыт в области создания расходомеров.
Цель работы состоит в разработке теоретических и практических вопросов создания серийных расходомеров, работающих на эффекте дорожки Кармана и методов их реализации на отечественной технологической базе.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований была разработана методика построения вихревых расходомеров, использующих метод дорожки Кармана, которая позволила их серийно изготавливать в промышленности.
-
В результате проведённого анализа работы различных вихревых расходомеров, использующих в своей работе метод дорожки Кармана, как с подвижными, так и с неподвижными чувствительными элементами, были разработаны новый чувствительный элемент и высокочувствительная помехоустойчивая электронная схема обработки и преобразования сигнала, защищенные двумя авторскими свидетельствами, которые позволили выделять полезную информацию на фоне различных помех и легли в основу изготовления промышленных образцов вихревых расходомеров ВИР.
-
Теоретически исследован процесс вихреобразования при обтекании потоком чувствительных элементов вихревых расходомеров и получено определяющее уравнение вихревых расходомеров с индукционным съёмом сигнала и с колеблющимся диском, из которого следует независимость расхода от физических свойств измеряемой среды.
-
Получена аналитическая зависимость, позволяющая установить оптимальное соотношение между характерным размером обтекателя и внутренним диаметром трубопровода.
-
В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований определены оптимальная геометрия и способ крепления обтекателя в трубопроводе, которые обеспечивали стабильность пульсаций давления при вихреобразованни с амплитудой, достаточной для работы чувствительного элемента в диапазоне измерения 1:40 и более.
-
Теоретически и экспериментально доказана возможность использования разработанного вихревого расходомера ВИР для измерения расхода различных жидкостей и газов без каких-либо дополнительных настроек и тарировок.
-
Создан отечественный серийный вихревой расходомер, использующий в своей работе эффект дорожки Кармана, для жидкостей и газов, защищенный авторскими свидетельствами.
Основные положения, выносимые на зашиту
-
Ha основе анализа закономерностей вихреобразовапия обоснованы теоретические предпосылки создания вихревых расходомеров, использующих в своей работе эффект дорожки Кармана.
-
Проведён анализ различных методов преобразования вихревых колебаний в потоке жидкости или газа в электрические сигналы и на его основе разработана эффективная помехоустойчивая схема выделения полезной информации на фоне различных помех.
-
На основе математического моделирования процесса вихревых колебаний и экспериментальных исследований разработана методика определения оптимальных конструктивных параметров генератора вихревых колебаний (обтекателя) - главного источника полезной информации.
-
Разработаны вихревые расходомеры различного типа и на основе теоретического и экспериментального анализа их работы предложен серийный вариант отечественного вихревого расходомера.
Практическое значение результатов работы заключается в разработке и внедрении в отечественную промышленность серийного вихревого расходомера, использующего в своей работе эффект дорожки Кармана, для жидкостей и газов.
Накопленный опыт разработки вихревых расходомеров, использующих метод дорожки Кармана, позволяет сделать вывод о перспективности их
применения в различных отраслях промышленности (коммунальной, автомобильной (на АЗС), химической и т. п.), а также в метеорологии, в сейсмографии и медицине.
Реализация и внедрение. Полученные в диссертационной работе результаты позволили на Старорусском приборостроительном заводе изготовить установочную партию (20 шт.) названных расходомеров; 10 шт. из которых были представлены на проведение заводских Государственных контрольных испытаний (см. приложение 1 к работе). Результаты проведенных испытаний положительные. Органами Новгородской ЛГН было дано разрешение на серийный выпуск указанных приборов.
Получены положительные отзывы о результатах промышленных испытаний расходомеров ВИР на различных предприятиях промышленности (см. приложения 2 и 3).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на секциях Ученого Совета Государственного научно-исследовательского института теплоэнергетического приборостроения, докладывались на 3-ей и 5-ой научно-технических конференциях "Методы и приборы для измерения расходов и количеств жидкости, газа и пара" в г. Ленинграде, на семинаре в Институте механики МГУ им. Ломоносова 19 ноября 2004 года, а также па международном научном симпозиуме, посвященном 140-летнюМГТУ «МАМИ».
Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ, в том числе: 2 статьи и 4 авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Основной текст изложен на 136 листах. Библиография - 68 наименований.
