Досліджено вплив пульсацій потоку на точність вимірювання витрати й об'єму природного газу за допомогою витратомірів змінного перепаду тиску. Надано результати експериментальних досліджень динамічних характеристик імпульсної трубки з вимірювальним перетворювачем тиску (ВПТ) із застосуванням високочастотного аналого-цифрового перетворювача сигналу тиску в камері ВПТ. Побудовано математичну модель імпульсної трубки з ВПТ, яка забезпечує дослідження їх динамічних характеристик з високою точністю. Виконано дослідження впливу конструктивних параметрів імпульсної трубки (довжина, діаметр) на її динамічні та частотні характеристики, зокрема на значення резонансної частоти коливної системи (імпульсна трубка з камерою ВПТ). Для діючої системи обліку природного газу на базі методу змінного перепаду тиску виконано розрахунок і дослідження систематичних похибок вимірювання витрати та об'єму, зумовлених резонансом в імпульсних трубках, що викликаний пульсацією потоку. На підставі розрахунків встановлено, що підсилення амплітуди коливань сигналу перепаду тиску внаслідок резонансу може призводити до виникнення систематичної похибки вимірювання об'єму газу від'ємного знаку. Систематичні похибки вимірювання витрати та об'єму газу, зумовлені пульсацією потоку, можуть ути зменшені, зокрема, за допомогою коректного вибору конструктивних характеристик імпульсних трубок для уникнення резонансу.

Досліджено точність вимірювання температури потоку природного газу в системах його обліку. Виконано дослідження впливу теплообміну між гільзою термоперетворювача (ГТП) і стінкою трубопроводу (СТП) на точність вимірювання температури потоку газу. Запропоновано математичну модель для розрахунку додаткової систематичної похибки вимірювання температури потоку газу, зумовленої теплообміном між ГТП і СТП. Виконано порівняння результатів розрахунку цієї похибки з відповідними експериментальними значеннями. Максимальне відносне відхилення результатів розрахунку від експериментальних значень не перевищує 6 %. Проаналізовано вплив похибки вимірювання температури потоку газу на точність вимірювання витрати та кількості газу. Запропоновано заходи для мінімізації додаткової систематичної похибки вимірювання температури потоку газу та для підвищення точності обліку природного газу.

Запропоновано методологію вдосконалення математичної моделі ультразвукового витратоміра (УЗВМ) шляхом застосування результатів CFD-моделювання поряд із експериментальними еталонними даними про вимірювану витрату. На базі запропонованої методології розроблено методику дослідження похибки УЗВМ за умов спотворень структури потоку. Використовуючи запропоновану методологію, вдосконалено математичну модель двоканального хордового УЗВМ і виконано її дослідження за умовах спотворень структури потоку після семи типів місцевих опорів. За результатами досліджень запропоновано конкретні рекомендації щодо місця встановлення УЗВМ відносно розглянутих місцевих опорів. Запропоновані рекомендації надають змогу підвищити точність вимірювання витрати двоканальними УЗВМ шляхом усунення додаткової похибки зумовленої наявністю спотворень структури потоку. Апробація запропонованої методики підтверджує її правильність і можливість застосування для будь-якого типу УЗВМ і різного типу місцевих опорів.

Індекс рубрикатора НБУВ: Н763.03-049

Рубрики:

Міські системи розподіляння газу

Шифр НБУВ: Ж44046 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено шляхи зменшення гідродинамічної похибки вимірювання витрати ультразвуковими витратомірами для розповсюджених схем розташування їх акустичних каналів. Розглянуто спосіб розрахунку оптимальних координат розташування акустичних каналів ультразвукових витратомірів із використанням аналітико-емпіричного степеневого закону розподілу швидкості неспотвореного потоку. За результатами роботи розраховано оптимальне розташування акустичних каналів для хордових схем дво- та триканальних ультразвукових витратомірів. Встановлено, що оптимізація схем розташування акустичних каналів хордових ультразвукових витратомірів надає можливість зменшити гідродинамічну похибку вимірювання витрати до значення 0,05 % (для двоканальних витратомірів) і 0,1 % (для триканальних). Розроблений підхід є зручним під час проектування багатоканальних ультразвукових витратомірів та їх дослідження за лабораторних умов.

Надано результати дослідження методів визначення властивостей природного газу, необхідних для побудови систем вимірювання його витрати та кількості. Визначено необхідність розроблення методики розрахунку показника адіабати природного газу для тиску газу до 25 МПа на основі спрощеного набору параметрів складу газу. Розглянуто нові методики визначення показника адіабати та коефіцієнта динамічної в'язкості, що їх розробили автори на основі отриманої аналітичної залежності для розрахунку псевдокритичної густини природного газу, регресійного рівняння показника адіабати та вдосконаленого рівняння Діна і Стила для розрахунку динамічної в'язкості природного газу за високого тиску. Перевірено адекватність методик щодо масивів розрахункових значень показника адіабати та в'язкості, отриманих на основі високоточних рівнянь стану газу, а також щодо експериментальних даних в'язкості та швидкості звуку у природному газі. За результатами перевірки визначено похибку методик та сферу їх застосування.

Розроблено методику математичного опису дросельних матриць у вигляді графів. Побудовано узагальнену математичну модель дросельної матриці, яка є основою для аналізу функціональних можливостей схем вимірювальних перетворювачів. Розглянуто принципи синтезу схем багатофункціональних гідродинамічних вимірювальних перетворювачів параметрів плинних середовищ на базі дросельних матриць. Наведено приклад реалізації багатофункціонального вимірювального перетворювача реологічних параметрів неньютонівської рідини.

Наведено результати випробувань баштових градирень Рівненської АЕС з метою виявлення зміни їх охолоджуючої ефективності під час тривалої експлуатації шляхом порівняння фактичної температури охолодженої в них води з її розрахунковим значенням, яке визначалось за технологічною характеристикою, що була встановлена в попередній досліджуваний період. З метою встановлення можливості підвищення охолоджуючої ефективності градирень досліджено вплив додаткового збільшення площі зрошування градирень на ефективність їх роботи, а також виявлено вплив протизаморожуючого обігріваючого пристрою на охолоджування води в цих градирнях в літній період. Встановлено, що в порівнянні з попереднім дослідним періодом відбулося погіршення охолоджуючої ефективності градирень через порушення рівномірності зрошення градирень охолоджуючою водою. Це викликано засміченням і виходом з ладу недостатньо ефективних та маломіцних типових розбризкуючих сопел. Підвищення охолоджуючої ефективності градирень вдалося досягти внаслідок збільшення їх площі зрошування, а також в результаті зменшення неорганізованого витікання охолоджуючої води, що дозволило забезпечили більш рівномірну подачу охолоджуючої води на зрошуючі пакети і зниження її температури.

Наведено аналіз існуючих методик розрахунку ентальпії води (водяної пари), за результатами якого визначено методики, які доцільно застосовувати для автоматизованого проектування систем обліку теплової енергії. Розроблено рівняння для розрахунку відносної розширеної невизначеності ентальпії води (водяної пари) з урахуванням методичної невизначеності обчислення ентальпії та невизначеностей результатів вимірювання температури та тиску води (водяної пари). Розроблено спрощені аналітичні залежності для обчислення відносних коефіцієнтів чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності результатів вимірювання тиску та температури води. Ці залежності надають можливість обчислити значення коефіцієнтів чутливості для діапазону тиску від 0 до 5 МПа та температури від 300 до 550 K. Відносні відхилення значень коефіцієнтів чутливості, отриманих за спрощеними залежностями, від значень, отриманих за рівняннями Міжнародної організації властивостей води та водяної пари (IAPWS), у вказаних діапазонах тиску та температури становлять відповідно 0,48 % (для коефіцієнта чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності тиску) і 0,56 % (для коефіцієнта чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності температури). Розроблена спрощена методика оцінювання невизначеності ентальпії води (водяної пари) може бути застосована під час оцінювання метрологічних характеристик систем вимірювання кількості теплової енергії, а також для їх автоматизованого проектування.

Для підвищення точності вимірювання витрати газу за допомогою витратомірів змінного перепаду тиску необхідно застосувати залежності для визначення коефіцієнтів рівняння витрати газу, що забезпечать найменшу відносну сумарну розширену невизначеність розрахунку та збільшать точність вимірювання вхідних величин у реальному часі. Однією з таких величин є середнє арифметичне відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу. Отримано рівняння для розрахунку середнього арифметичного відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні труби в реальному часі. Отримано рівняння для розрахунку відносної сумарної розширеної невизначеності результату вимірювання середнього арифметичного відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу в реальному часі та складників цієї невизначеності.

Наведено розроблену систему автоматизованого проектування (САПР) засобів вимірювання кількості теплової енергії, у складі яких застосовують витратоміри зі стандартними звужувальними пристроями потоку. Розглянуто теоретичні засади для розроблення САПР, зокрема, розроблені алгоритми визначення кількості теплової енергії, повна математична модель витратоміра змінного перепаду тиску, реалізована із врахуванням обмежень стандартів ДСТУ ГОСТ 8.586.1-5:2009, методи IAPWS визначення властивостей води та водяної пари, розроблені методика обчислення показника адіабати водяної пари, методика оцінювання невизначеності результату вимірювання кількості теплової енергії, запропоновані нові підходи щодо автоматизованого проектування систем вимірювання кількості теплової енергії. Наведено основні характеристики підсистеми введення та перевірки коректності вхідних даних. Розглянуто реалізацію вікон САПР для введення характеристик засобів вимірювань тиску, перепаду тиску, температури, що входять до складу системи вимірювання кількості теплової енергії, а також вікна введення характеристик вимірювального трубопроводу витратоміра. Наведено основи розробленої методики оцінювання невизначеності кількості теплової енергії, що реалізована в САПР. Розглянуто структуру протоколу проектування системи вимірювання кількості теплової енергії.

Наведено аналіз існуючих методик розрахунку ентальпії води (водяної пари), за результатами якого визначено методики, які доцільно застосовувати для автоматизованого проектування систем обліку теплової енергії. Розроблено рівняння для розрахунку відносної розширеної невизначеності ентальпії води (водяної пари) з урахуванням методичної невизначеності обчислення ентальпії та невизначеностей результатів вимірювання температури та тиску води (водяної пари). Розроблено спрощені аналітичні залежності для обчислення відносних коефіцієнтів чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності результатів вимірювання тиску та температури води. Ці залежності надають можливість обчислити значення коефіцієнтів чутливості для діапазону тиску від 0 до 5 МПа та температури від 300 до 550 K. Відносні відхилення значень коефіцієнтів чутливості, отриманих за спрощеними залежностями, від значень, отриманих за рівняннями Міжнародної організації властивостей води та водяної пари (IAPWS), у вказаних діапазонах тиску та температури становлять відповідно 0,48 % (для коефіцієнта чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності тиску) і 0,56 % (для коефіцієнта чутливості невизначеності ентальпії до невизначеності температури). Розроблена спрощена методика оцінювання невизначеності ентальпії води (водяної пари) може бути застосована під час оцінювання метрологічних характеристик систем вимірювання кількості теплової енергії, а також для їх автоматизованого проектування.

Для підвищення точності вимірювання витрати газу за допомогою витратомірів змінного перепаду тиску необхідно застосувати залежності для визначення коефіцієнтів рівняння витрати газу, що забезпечать найменшу відносну сумарну розширену невизначеність розрахунку та збільшать точність вимірювання вхідних величин у реальному часі. Однією з таких величин є середнє арифметичне відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу. Отримано рівняння для розрахунку середнього арифметичного відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні труби в реальному часі. Отримано рівняння для розрахунку відносної сумарної розширеної невизначеності результату вимірювання середнього арифметичного відхилення профілю шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу в реальному часі та складників цієї невизначеності.

Наведено розроблену систему автоматизованого проектування (САПР) засобів вимірювання кількості теплової енергії, у складі яких застосовують витратоміри зі стандартними звужувальними пристроями потоку. Розглянуто теоретичні засади для розроблення САПР, зокрема, розроблені алгоритми визначення кількості теплової енергії, повна математична модель витратоміра змінного перепаду тиску, реалізована із врахуванням обмежень стандартів ДСТУ ГОСТ 8.586.1-5:2009, методи IAPWS визначення властивостей води та водяної пари, розроблені методика обчислення показника адіабати водяної пари, методика оцінювання невизначеності результату вимірювання кількості теплової енергії, запропоновані нові підходи щодо автоматизованого проектування систем вимірювання кількості теплової енергії. Наведено основні характеристики підсистеми введення та перевірки коректності вхідних даних. Розглянуто реалізацію вікон САПР для введення характеристик засобів вимірювань тиску, перепаду тиску, температури, що входять до складу системи вимірювання кількості теплової енергії, а також вікна введення характеристик вимірювального трубопроводу витратоміра. Наведено основи розробленої методики оцінювання невизначеності кількості теплової енергії, що реалізована в САПР. Розглянуто структуру протоколу проектування системи вимірювання кількості теплової енергії.

Індекс рубрикатора НБУВ: З325

Рубрики:

Вимірювання швидкості потоку

Шифр НБУВ: Ж69121 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано вимірювальний перетворювач (ВП) фізико-механічного параметра ньютонівської рідини на основі дросельної мостової вимірювальної схеми з однаковими турбулентними та ламінарними дроселями в протилежних плечах. Побудовано математичну модель дросельного мостового вимірювального перетворювача комбінованого параметра, який залежить від кінематичної в'язкості та густини рідини. Сформульовано та аналітично розв'язано задачу параметричної оптимізації запропонованого ВП. Отримано розрахункову функцію перетворення ВП комбінованого параметра реактивного палива.

Досліджено вплив параметрів турбулентності CFD-пакету SolidWorks Flow Simulations (SFS) на результати моделювання потоку в двоканальному ультразвуковому витратомірі. Встановлено, що основні параметри турбулентності SFS (інтенсивність турбулентності, довжина турбулентності, енергія турбулентності та дисипація турбулентності) незначно впливають на результат моделювання потоку у повністю заповненому трубопроводі круглого перерізу без введених додаткових турбулізуючих елементів (турбіна, ротор, інше). Зважаючи на це, під час CFD-моделювання процесу вимірювання витрати потоків за допомогою ультразвукових витратомірів рекомендовано застосовувати параметри турбулентності, встановлені в CFD-пакеті SFS за замовчуванням. У цьому випадку час, який витрачається комп'ютером на виконання CFD-моделювання, майже не змінюється у разі зміни зазначених параметрів турбулентності CFD-пакеті SFS.

Розроблено нове рівняння та алгоритм для безітераційного розрахунку витрати плинного енергоносія для витратоміра змінного перепада тиску на основі еліпсного сопла. Це рівняння містить у неявному вигляді 3 вкладені ітераційні цикли обчислення витрати. За результатами порівняння значень витрати, отриманих за розробленим безітераційним алгоритмом із значеннями витрати, отриманими за стандартизованим ітераційним алгоритмом, установлено, що розроблений безітераційний алгоритм забезпечує точність обчислення витрати визначену вимогами стандарту ДСТУ ГОСТ 8.586.5:2009. Отже, запропоноване рівняння та алгоритм обчислення витрати можуть бути застосовані у витратомірах на основі стандартного еліпсного сопла як для технологічного так і комерційного обліку плинних енергоносіїв. Застосування розробленого алгоритму надає можливість підвищити швидкість розрахунку витрати енергоносія за допомогою мікропроцесорних контролерів.

Наведено результати досліджень додаткової похибки ультразвукових витратомірів (УЗВ), зумовленої спотворенням профілю швидкості потоку. Координати розташування хордових акустичних каналів (АК) обчислено для кількості АК від 1 до 6 за допомогою різних числових методів інтегрування: Гауса (Гауса - Лежандра, Гауса - Якобі), Чебишева (рівновіддалене розміщення АК), методу Westinghouse, методу OWICS (Optimal Weighted Integration for Circular Sections). Це надало можливість реалізувати рівняння витрати багатоканального УЗВ та оцінити додаткову похибку УЗВ за умови різного розміщення АК. Значення середньої швидкості потоку вздовж кожного АК визначено розрахунковим шляхом на основі профілю швидкості потоку в поперечному перерізі ВТ. Для обчислення профілю швидкості спотвореного потоку, сформованого типовими місцевими опорами, застосовано 4 двоядерні функції швидкості Саламі. За результатами дослідження додаткової похибки УЗВ в умовах спотвореного потоку розроблено рекомендації щодо вибору кількості акустичних каналів УЗВ і застосування методів визначення координат розташування акустичних каналів.

Виконано аналіз науково-технічної літератури, присвяченої питанням впливу конструктивних особливостей витратомірів змінного перепаду тиску на похибку вимірювання витрати. За результатами досліджень, отриманих із багатьох джерел, установлено, що значна шорсткість поверхні секцій після діафрагми (вниз за потоком), не впливає істотно на результат вимірювання витрати. Вплив шорсткості трубопроводу перед діафрагмою залежить від геометричних характеристик шорсткості, діаметра трубопроводу, значення відносного діаметра отвору діафрагми та числа Рейнольдса. Проаналізовано зміну невизначеності коефіцієнта витікання діафрагми в умовах неоднорідної шорсткості вимірювального трубопроводу на ділянці труби довжиною 10D перед діафрагмою. Відзначено, що навіть 1,5D довжини секції вимірювального трубопроводу з грубою шорсткістю може вистачити, щоб змінити покази витратоміра більше 1 % за великого значення відносного діаметра діафрагми.