16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/90/6594.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 14 (90) ноябрь 2007 года

Поверка счетчиков жидкости на вязких средах

Производство для энергетики Василий КАРГАПОЛЬЦЕВ, Александр КОСОЛАПОВ, Андрей СИДЕНКО

ООО «Опытно-конструкторское бюро «Гидродинамика» производит проливные поверочные установки уже более шести лет. Опыт в разработке поверочного оборудования позволил без серьезной модернизации применять УПСЖ (установки поверки для счетчиков жидкости) для поверки любых типов приборов в совершенно разных сферах хозяйственной деятельности.

При разработке приборов измерения расхода и объема жидкости, предназначенных для эксплуатации на ответственных объектах (например, в авиационной или нефтяной промышленности), возникает необходимость проведения испытаний на рабочей среде, отличной от воды и имеющей характеристики, максимально близкие к характеристикам той жидкости, объем и расход которой измеряются в реальных условиях эксплуатации приборов.



Точность результатов

В частности, встречаются задачи, требующие измерения расходов и объемов вязких жидкостей. Приборный парк этих счетчиков и расходомеров‑счетчиков поверяется, как правило, на обычной воде.

Конечно, имея под рукой таблицы для пересчета показаний или выведенные ранее эмпирические зависимости, можно получить результат, приближенный к желаемому. Но, во‑первых, такие данные нужно еще где‑то получить. А во‑вторых, погрешность полученного результата может оказаться неприемлемо высокой, в силу зависимости последнего от неучитываемых факторов. Получение реальных зависимостей массового и объемного расхода при различных величинах вязкости рабочей жидкости возможно только при моделировании среды и натурных испытаниях средств измерений на ней. Таким образом, возникает необходимость в изготовлении испытательного и поверочного оборудования, позволяющего проводить весь комплекс работ в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Формулировка задачи сводится к изготовлению поверочного комплекса, имеющего практически применимые диапазоны воспроизведения вязкости и расхода. При этом достаточно, чтобы допускаемое предельное отклонение подготовленной поверочной среды по параметру кинематической вязкости от заданной находилось в пределах +/- 4 процента, а ее измерение обеспечивалось с относительной погрешностью не более +/- 2 процента.

Прочие характеристики поверочной установки обычны для данного типа оборудования: относительная погрешность при измерении объема (массы) весовым методом не более +/- 0,05 процента; относительная погрешность при измерении объема методом сличения не более +/- 0,25 процента; давление на входе измерительного стола в диапазоне воспроизводимых расходов не менее 0,63 МПа; воспроизведение расхода в процессе поверки обеспечивается с нестабильностью не более +/- 2 процента.



Выбор эталона

Естественно, основной вопрос – это выбор поверочной жидкости. От этого во многом зависит схема работы и конструкция поверочной установки, применяемое в ней оборудование, удобство и безопасность работы, наличие или отсутствие негативных воздействий на рабочие средства измерений и на поверителя. Поверочная жидкость должна наиболее полно моделировать рабочую жидкость по параметрам кинематической вязкости, электрической проводимости, плотности и т. д.

Классическим решением считается использование в качестве поверочной жидкости водно-масляной смеси с добавлением различного вида реагентов, улучшающих ее свойства. Такие жидкости представляют собой эмульсию, стабилизируемую от расслаивания поверностно-активными веществами, с добавлением присадок, улучшающих эксплуатационные качества смеси. Этот способ хорошо известен, но так же хорошо известны и его недостатки.

Например, в процессе приготовления жидкостей необходимо интенсивное перемешивание составляющих его компонентов, чтобы получить пригодную для работы однородную смесь со «сроком жизни», превышающим хотя бы несколько десятков минут. Кроме того, полученная жидкость имеет строго определенное значение кинематической вязкости, и изменение этого параметра связано с серьезными технологическими сложностями, а порой и вовсе невозможно. Таким образом, для проведения программы испытаний (или поверки) в полном объеме и во всех контрольных точках требуется приготовление нескольких смесей с разными, заранее определенными характеристиками. Очевидно, что этот вариант не лишен недостатков.

Существует альтернативный подход к проблеме получения поверочной жидкости, не имеющей описанных выше ограничений. Он основан на том факте, что вязкость большинства ньютоновских жидкостей изменяется в соответствии с экспоненциальной зависимостью при изменении их температуры, то есть без манипуляций с ее составом. Этот способ гораздо удобнее в применении, однако ограничен рамками изменения температуры, предельно допустимыми для работы используемого в поверочной установке оборудования и поверяемых средств измерений.



Синтетический вариант

При подготовке технико-экономического обоснования на разработку и изготовление поверочной установки, удовлетворяющей приведенным выше требованиям, специалистами ООО «ОКБ «Гидродинамика» был предложен синтетический вариант обеспечения требуемого диапазона кинетической вязкости. Вместо водно-масляной эмульсии, сложной в приготовлении и подверженной расслоению со временем на составляющие ее компоненты, предложено использовать химический раствор, не имеющий этого недостатка. Одновременно с этим должен реализовываться и второй подход – корректировка имеющейся вязкости до необходимой посредством изменения температуры поверочной среды.

Серией экспериментов было установлено, что для перекрытия заданного условиями диапазона кинетической вязкости достаточно иметь пять заранее подготовленных растворов и возможность изменения их температуры в пределах 30° С. По сути, известную зависимость между кинематической вязкостью (напрямую связанную с концентрацией компонентов в растворе при нормальных условиях) и температурой мы используем, задаваясь процентным соотношением составляющих смеси как константой. Существенное достоинство такого метода в том, что нет необходимости постоянного приготовления смесей с различными требуемыми параметрами (то есть расходования исходных компонентов).



Рабочая схема

Процесс задания любого значения вязкости внутри требуемого диапазона будет происходить по следующей схеме. Рабочая емкость поверочной установки по указанию оператора в автоматическом режиме заполняется из одного из резервуаров готовой поверочной жидкостью. Затем эта среда выводится на нужное значение кинематической вязкости корректированием температуры по одному из алгоритмов, сформированных на экспериментальных результатах исследования характеристик каждого конкретного раствора.

Когда раствор достигает требуемых параметров, поверочная установка считается готовой к работе, а дальнейшие операции не отличаются от обычно проводимых и соответствуют методике поверки на каждый конкретный тип средств измерений.

Немаловажными достоинствами подобной схемы являются полная автоматизация процесса замены поверочной жидкости и короткое время подготовки стенда к эксплуатации, которое не должно превышать одного часа. Стоит отметить и то, что в процессе работы характеристики поверочной среды контролируются в режиме реального времени и могут в автоматическом режиме поддерживаться в рамках заданной погрешности.

Вторая сложность, которую предстоит решить разработчику подобного комплекса, связана с физическими свойствами вязкой среды, с которой предстоит работать. При проектировании следует предпринять исключающие пенообразование меры, которые должны касаться не только используемого в составе поверочной установки оборудования (в первую очередь насосов), но и конструкции всего канала прохождения жидкости. Трубная обвязка и другие элементы гидравлического тракта также должны не способствовать образованию вихрей в жидкости в процессе работы, не иметь острых кромок срыва потока, возмущающих поток элементов, и зон критического падения давления.



Преимущества

Учет особенностей поверочной среды и выполнение вышеизложенных рекомендаций во многом исключают возможность «запенивания» жидкости. Способность противостоять пенообразованию, в случае необходимости, можно дополнительно усилить добавлением антипенной присадки, механизм действия которой состоит в понижении поверхностного натяжения жидкости,  а следовательно, в разрыве газовых пузырей на поверхности раздела сред и быстром гашении образовавшейся пены.

В составе поверочной установки для сохранения неизменных параметров заранее подготовленных растворов должна быть предусмотрена возможность полного слива жидкости из рабочей емкости с последующей ее промывкой.

Такими мерами можно значительно повысить количество циклов использования поверочной жидкости, увеличить срок ее использования и, соответственно, снизить эксплуатационные затраты на приобретение компонентов этих растворов. Однако полностью исключить поглощение влаги и газов из окружающего воздуха и «старение» раствора в целом невозможно, и его характеристики с течением времени могут незначительно меняться. Для их корректировки представляется удобным применять те же полученные эмпирические зависимости, связывающие концентрацию компонентов растворов, их кинематическую вязкость и температуру.

Зная текущие значения вязкости, температуры и объема готовых смесей, можно с высокой степенью достоверности рассчитать концентрацию компонентов в растворе и их необходимое количество для добавления. Дозированно вводя одну или несколько составляющих раствора и создавая условия для их взаимодействия, можно предельно точно довести величину кинематической вязкости до первоначально заданной. Эту операцию легко автоматизировать, включив соответствующую функциональную возможность в имеющееся программное обеспечение, существенно упростив и облегчив тем самым работу оператора.



Оптимальный способ

Из вышеизложенного можно сделать вывод о «жизнеспособности» и практической применимости описанного способа моделирования параметров рабочих сред. Совмещая в себе достоинства уже существующих методов, он лишен сопутствующих им недостатков.

Выявленные сложности в разработке подобных поверочных комплексов некритичны и достаточно легко устранимы еще на этапе проектирования.

Кроме того, применение данного способа моделирования эксплуатационных условий расходомеров (в части имитации параметров рабочей среды) позволяет существенно расширить функциональные и сервисные возможности поверочной установки.

Наконец, это позволяет сократить текущие затраты на расходные материалы, существенно уменьшить время на подготовительные операции и, в конечном итоге, дает возможность проводить на установке весь спектр исследовательских и поверочных работ.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 14 (90) ноябрь 2007 года:

  • Блиц

    Тепловые электростанции ближайшей зимой должны будут покрыть значительный рост энергопотребления. Об этом на совещании в РАО ЕЭС заявил Анатолий Чубайс. По его данным, рост энергопотребления, который придется обеспечить тепловой генерацией, составит 17,6 процента. В то же время максимальный прирост поставок газа составит в лучшем случае 3 процента. Следовательно, существенная роль предстоящей зимой отводится угольной генерации и испо...

  • Высокоскоростной накопитель электроэнергии на маховом колесе

    Маховое колесо – это, по существу, динамический аккумулятор, накапливающий энергию механически в виде кинетической энергии вращения массы вокруг оси. Входной электрический ток вращает ротор маховика и поддерживает его вращение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, пока накопленная энергия не освобождается через генератор, такой, как реактивный синхронный электродвигатель. Доступное количество электроэнергии и продолжительность определ...

  • Болгария: Еврокомиссия одобрила проект АЭС

    Еврокомиссия одобрила проект строительства болгарской АЭС «Белене», предложенный российской компанией «Атом-стройэкспорт». Как уточнила пресс‑служба Национальной электрической компании Болгарии, после рассмотрения документов, представленных в Генеральную дирекцию по энергетике и транспорту Еврокомиссии, европейские специалисты пришли к выводу, что заключенное 29 ноября 2006 года предварительное соглашение о строительстве «Белене»...

  • Сети Центра в процессе реформ

    6 ноября 2007 года в московском офисе ОАО «МРСК Центра» состоялась пресс-конференция по итогам подготовки компании к зиме. Помимо этого, речь шла об итогах работы за первые девять месяцев текущего года, об инвестиционной политике и ходе реформирования компании. Конференция открылась выступлением заместителя начальника департамента технического аудита ОАО «ФСК ЕЭС» Василия Гигина. По его словам, проблемы у МРСК Центра есть: например, в ...

  • Япония: Локальные энергосистемы на водороде

    Компании Meidensha Corp. и Siemens AG готовятся создать в Японии бизнес по производству энергетических систем на водородных топливных элементах для крупных потребителей: фабрик, отелей, офисных зданий и т. д. Компании в 2005 году создали партнерство и до настоящего времени тестировали энергетические установки на твердооксидных топливных элементах (SOFC) малой мощности. Теперь разработана крупномасштабная система, и компании создают в Я...