Исследование физических процессов и основы теории разработки струйных первичных преобразователей для высоконадежных расходомеров и счетчиков количества жидкости

• Автор: Зюбин, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ РАСХОДОМЕРНОЙ ТЕХНИКИ
1.1. Формирование качественных критериев сравнения
1.2.Определение показателей качества и работоспособности
расходомеров и счетчиков
1.3.Обусловленность изменения конструкторского интереса к различным классам расходомеров
1.4. Ранжирование классов расходомеров по основным критериям сравнения
1.5.Выбор внутренней структуры проточной части струйного первичного преобразователя
2. ФОРМИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИБОРА
2.1 Определение поперечного перепада на искривленной струе
2.2 Модель переброски струи
2.3 Оценка области применимости математической модели
2.4 Анализ чувствительности рабочей характеристики преобразователя к изменениям параметров проточной части и контролируемой среды
3. ОПЫТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУЙНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА
3.1 Ограничения рабочего диапазона
3.2 Описание экспериментального стенда
3.3 Анализ поперечного перепада на струе
3.4 Автогенератор с пассивной обратной связью. Критерий переключения
3.5 Автогенератор с активной обратной связью
3.6 Двухкаскадный автогенератор
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.
Развитие и совершенствование приборов контроля и учета текущего или накопленного объемов жидких и газообразных сред в настоящее время является актуальной задачей, необходимость решения которой с каждым днем возрастает.
В условиях становления новых экономических отношений наблюдается значительное увеличение объёмов и уровня требований к качеству проводимых измерений. При этом особую важность приобретают ресурсно-точностные проблемы, возникающие при функционировании целого ряда производств, особенно в химической и топливной отраслях, а также вопросы энергосбережения и экологической безопасности.
Решение актуальной проблемы энергосбережения, повышения экологической безопасности эксплуатации всевозможного оборудования и производств, использующих жидкие среды в виде сырья, продукта или источника энергии невозможно без установки надёжных, высокоресурсных приборов для учёта и контроля количества данной среды: расходомеров и счётчиков жидкости.
Современные приборы контроля и учёта накопленного и текущего объёма обеспечивают достоверность измерения расхода сред, различных по физикохимическим свойствам в широких диапазонах измерений от 10'7 м7с до КЗ3 м3/с для жидкостей и 150 м3/с для газов [1].
С конца 70-х, начала 80-х годов наблюдается качественный и количественный рост проводимых измерений. Данная тенденция вызвана увеличением доли автоматизированных и полу автоматизированных
производственных линий в промышленности. К настоящему времени измерение расхода и накопленного объёма составили около 15% от всех проводимых измерений [1].
В отраслях, которые используют шжаро-взрывоопасные жидкости (нефтегазовый комплекс, топливная промышленность, средства транспортировки, хранения и раздачи жидкого топлива потребителю) наблюдается тенденция снижения интереса к традиционным приборам с наличием электрических

потеициалов.
К настоящему времени потребитель при выборе измерительного прибора сталкивается с широкой гаммой всевозможных расходомеров и счётчиков, использующих подвижные (вращающиеся) и деформируемые тела и, вследствие этого, малопригодных для жёстких условий эксплуатации.
Снижение затрат на обслуживание самих систем контроля и учёта жидких сред путём снижения числа, а в перспективе и полное исключение проведения периодических поверок оборудования приводит к необходимости создания приборов с существенно большим гарантированным сроком службы, в течение которого требуемая точность показаний сохраняется на должном уровне без какого-либо дополнительного вмешательства персонала.
Для перспективных систем контроля и учета жидких сред характерно снижение регламентного обслуживания, вплоть до полного его исключешм. Значительная часть приборов аналогичного применения построена с использованием популярного в настоящее время эффекта Доплера на ультразвуковых колебаниях. Другие принципы действия (ядерно-магнитный, меточный и пр.) используются в сравнительно небольшом числе приборов узкоспециального назначения.
Столь неоднородное развитие расходомерной техники можно объяснить тем, что фирмы-изготовители ведут работу по совершенствованию расходомеров и счётчиков, в основном, в направлении схемно-параметрической эволюции применительно к уже известным структурам приборов. Это принципиально ограничивает возможности их совершенствования, поскольку данный подход не меняет характера конфликтности показателей конкурентоспособности: стоимости, затрат на поверку-эксплуатацию, ресурса, точности показаний, надёжности, устойчивости к различным дестабилизирующим факторам. Для качественного изменения структуры и конструкции прибора с целью получения принципиально новых преимуществ, необходимо провести анализ современного состояния отрасли и перспектив её развития.
Наиболее эффективным способом анализа объектов с высоким уровнем

колебаний, а также блок вторичной аппаратуры, в которой происходит определение местной скорости и расчет расхода.
Основным достоинством метода является возможность установки излучателя и приемника без нарушения целостности трубопровода и отсутствие привносимого гидравлического сопротивления.
Недостатком ультразвуковых систем является охват неполного потока, что делает их чувствительными к структуре течения в трубопроводе и снижает точность (±0.5... 2%). Повышение точности прибора достигается путем разветвления звуковых .лучей, что позволяет снизить влияние неоднородности потока на показания прибора [12], [26], [27].
Отмеченные недостатки отсутствуют в семействе тепловых приборов. Принцип действия данного вида приборов основан на отводе тепла потоком среды от нагревательного элемента. Структура подобных расходомеров предусматривает наличие нагревателя и системы термодатчиков, которые определяют температуру среды.
Обладая низким гидродинамическим сопротивлением, не имея подвижных элементов, подобные приборы характеризуются высоким (до 1:100) динамическим диапазоном измерения, что привлекает к ним потребителей. Благодаря появлению более точных и надежных полупроводниковых термодатчиков семейство расходомеров получило новое направление развития (рисунок 12).
Однако применению подобных приборов на большие расходы препятствует рост энергии, необходимой для разогрева измеряемой среды. Постоянное энергопотребление нагревательного элемента приводит к снижению безопасности измерительной системы при долговременной эксплуатации. ([28],[29],[30])
Слабый интерес к оптическим приборам (рисунок 12) объясняется их узкой специализацией. Принцип действия этого вида расходомеров, так же как и ультразвукового, базируется на измерении местной скорости потока посредством эффекта Допплера. Область применения оптических расходомеров ограничена средами, которые прозрачны для выбранной длины волны. При более высокой точности контроля местной скорости (до ±0.25%), чем в акустических приборах, им