Ультразвуковой метод и устройство контроля расхода природного газа в системе управления газовыми потоками

• Автор: Деревягин, Глеб Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 109 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Существующая методика измерения расхода природного газа с помощью ультразвуковых преобразователей.

1.1 Ультразвуковой расходомер

как элемент системы управления.

1.2 Недостатки существующих подходов к измерению расхода газа

ультразвуковым методом

ГЛАВА 2. Новый способ измерения расхода газа ультразвуковым

методом

2.1 Методика вычисления расхода газа.

2.2 Преимущества широкоапертурного датчика.
2.3 Принцип формирования сигнала.
ГЛАВА 3. Методика определения времени распространения сигнала в
электроакустическом тракте.
3.1 Примопередающая электрическая схема
3.2 Методика определения времени распространения сигнала
в электроакустической схеме
3.3 Методика построения опорного сигнала.
ГЛАВА 4. Математическая модель акустического тракта
4.1 Излучение сигнала линейным излучателем, расположенным на стенке
канала двумерная задача
4.2 Пример численного расчта двумерной задачи.
4.3 Излучение сигнала в цилиндр трхмерная задача. Постановка
задачи.
4.4 Аналитическое решение
4.5 Пример численного расчта
ГЛАВА 5. Разработка электроакустического преобразователя.
5.1 Оптимизация рабочих частот электроакустических
преобразователей.
5.2 Конструкции пьезодатчиков для работы в газовых средах
5.3 Модель пьезодатчика мембранного типа.
5.4 Разработка эффективного преобразователя
5.5 Анализ динамических параметров преобразователя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Предложен способ ограничения длительности электрического сигнала на приёмнике за счёт формирования специального передаваемого электрического сигнала, позволяющий разделять во времени сигналы, пришедшие по разным акустическим путям. Предложенный способ определения скорости газового потока в трубопроводах учитывает сигналы, прошедшие по разным акустическим путям при использовании одной пары датчиков и позволяет контролировать изменения внутренних размеров трубопровода, вызванные, например, “засорением” трубопровода тяжёлыми примесями, содержащимися в газе. Способ ограничения длительности электрического сигнала на приёмнике за счёт формирования специального передаваемого электрического сигнала, позволяющий разделять во времени сигналы, пришедшие по разным акустическим путям. Трёхмерная математическая модель распространения акустического сигнала в абсолютно жестком цилиндрическом трубопроводе и эффекты изменения формы сигнала при его отражении от стенки. Комплекс программ расчёта и анализа акустического сигнала, излучённого мембранным излучателем в цилиндрический канал. Результаты исследований внедрены в ультразвуковой расходомер НПФ “Вымпел”, имеется акт внедрения. В создании математической модели акустического тракта преобразователя расхода, создании комплекса программ расчёта и анализа акустического сигнала, излучённого мембранным излучателем в цилиндрический канал, обнаружении эффекта скачка фазы акустической волны (сигнала) при каждом отражении от стенки трубопровода. В разработке математической модели электроакустических преобразователей мембранного типа методом конечных элементов, совершенствовании их конструкции и характеристик работы, обеспечении работы расходомера в условиях посторонних акустических шумов благодаря повышению частоты излучения ультразвука. Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной конференции International Gas Union Research Company (Париж, ), на XXII Международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” (Саратов, СГТУ, ), конференции “Инновации и актуальные проблемы техники и технологии” по программе У. М.И. И.К. Саратов, СГТУ, ). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ. Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Автор признателен своему отцу, Деревягину Александру Михайловичу, которому принадлежит идея создания ультразвукового расходомера с использованием преобразователей мембранного типа, а также ведущим разработчикам расходомера: Фомину Александру Сергеевичу, Свистуну Владимиру Ивановичу, Козлову Вячеславу Васильевичу. ГЛАВА 1. В дайной главе ультразвуковой расходомер рассматривается как альтернатива более распространённым датчикам расхода в информационно- управляющей системе контролируемых пунктов линейной телемеханики газопровода. Рассматриваются основные преимущества и недостатки ультразвукового метода измерения. Современная тенденция внедрения ресурсосберегающих технологий в газовой промышленности предъявляет всё более жёсткие требования к контролю параметров природного газа в системах управления газовыми потоками, что в первую очередь касается измерения его расхода. В последнее время всё более широкое распространение, как за рубежом, так и в России, находят ультразвуковые расходомеры и счётчики газа [1]. Прежде чем перейти к описанию ультразвукового метода измерения расхода природного газа, остановимся на понятии системы управления газовыми потоками. В настоящей работе под системой управления газовыми потоками понимается, в частности, информационно-управляющая система контролируемых пунктов линейной телемеханики газопровода. Ее основное значение - автоматический сбор, архивирование и передача данных о параметрах транспортируемой среды газопровода, электрохимической защиты трубопровода, обнаружения утечек транспортируемой среды, контроль прохождения средства очистки, обеспечение охранной сигнализации, управление исполнительными устройствами и параметрами системы катодной защиты, обеспечение электролита! Типичный технологический узел системы управления представлен на рис.