CC BY
38
УДК 006.91
В.П. Черненков, В.С. Ионов, Н.С. Румянцев, Г.А. Тимошенко
ЧЕРНЕНКОВ Владимир Петрович - кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: cvp@mail.ru, ИОНОВ Владимир Сергеевич, аспирант кафедры инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: ionov.vs@yandex.ru, РУМЯНЦЕВ Николай Сергеевич - кафедра инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ТИМОШЕНКО Галина Александровна - магистрант кафедры инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-mail: galja.t@mail.ru. © Черненков В.П., Ионов В.С., Румянцев Н.С. , Тимошенко Г.А., 2012
Особенности работы тахометрических преобразователей расхода малых диаметров под влиянием пульсаций давления
Приведены результаты экспериментальных исследований влияния интенсивности пульсационного воздействия на измерительный механизм тахометрических преобразователей расхода. Исследования проводились на экспериментальном имитационном стенде, созданном на кафедре инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы Дальневосточного федерального университета в г. Владивостоке. Проанализированы причины возникновения пульсаций давления в современных системах учета количества теплоты и массы теплоносителя и способы снижения влияния пульсаций давления на метрологические характеристики тахометрических расходомеров.
Ключевые слова: преобразователь расхода, система учета, метрологические характеристики, пульсации давления, расходомер, относительная погрешность, измерительный механизм.
Features of minor diameter velocity flowmeter exploitation under the influence of preassure pulsations.
Vladimir P. Chernenkov, Vladimir S. lonov, Nikolau S. Rumyantsev, Galina A. Timoshenko - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The paper presents results of experimental researches about the influence of flow pulsations intensity on the measuring engine tachometer flow transducers. The studies were conducted on an experimental stand of imitation, created in the department of engineering systems of buildings and structures of the Far Eastern Federal University in Vladivostok. Presented: the causes of pressure fluctuations in the current accounting systems the amount of heat and mass of the coolant and ways to reduce the influence of pressure fluctuations on the metro-logical characteristics of the tachometer meters.
Key words: flow transmitter, the accounting system, metrological characteristics, pulse pressure, flow, the relative error, the measuring mechanism.
Согласно статье 13 Федерального закона от 23 ноября 2009 г., № 261-Ф3 «Об энергосбережении...», необходимо производить учет энергетических ресурсов для достижения желаемого эффекта от энергосберегающих мероприятий, предусмотренных данным постановлением. Всесторонний учет энергоресурсов должен иметь положительный эффект не только в сфере их производства (точный контроль производимых энергоресурсов, определение потерь при транспортировке, своевременное обнаружение утечек), но и в сфере снабжения этими ресурсами потребителя. Это позволит осуществлять взаиморасчеты за действительно потребленный продукт, следовательно, снизит существующую в нашей стране напряженность в отношениях потребителя и поставщика энергоресурсов. Цель статьи - повышение надежности работы и улучшение метрологических характеристик тахометрических преобразователей расхода малых диаметров.
Основными ресурсами, потребляемыми в жилищно-коммунальном хозяйстве, являются тепловая энергия, электрическая энергия, горячая и холодная вода. Для целевого учета применяют электросчетчики, теплосчетчики (состоящие из тепловычислителя, комплекта датчиков температуры и давления, а также преобразователей расхода) и водосчетчики.
Широкое внедрение приборного контроля распределения и потребления является основным инструментом сбережения такого важного для жизнеобеспечения населенных пунктов и предприятий ресурса, как вода.
Практика использования различных типов расходомерных устройств и водосчетчиков показала, что соответствие реальных метрологических характеристик устройства указанным в паспорте во многом зависит от условий эксплуатации, а межповерочный интервал данных приборов далеко не всегда соответствуют заявленному производителем [2].
Данные приборы имеют непосредственный контакт с измеряемой средой (водой), следовательно, даже небольшие отклонения эксплуатационных условий от нормативных могут вызвать появление дополнительных погрешностей измерения. В результате работы расходомерных устройств в неблагоприятных условиях уже через несколько месяцев они имеют погрешность в показаниях, превышающую допустимую, и становятся метрологически ненадежными. Одним из факторов, оказывающих влияние на метрологические характеристики расходомерных устройств, может быть нестабильность потока теплоносителя, наличие пульсаций давления.
Пульсации давления могут возникать в сети магистральных трубопроводов, внутридомовых системах теплоснабжения благодаря присутствию большого количества гидравлических сопротивлений, запорно-ре-гулирующей арматуры, гидравлических регуляторов расхода и давления и других элементов систем теплоснабжения. Также немаловажную роль в формировании пульсаций давления играют конструктивные особенности водоразборных устройств в периоды водопотребления.
Пульсации, возникающие по всем вышеперечисленным причинам, влияют на работу не только общедомовых, но и индивидуальных (поквартирных) приборов учета количества теплоносителя. Индивидуальными принято считать приборы с условным диаметром 15 мм. В качестве индивидуальных (поквартирных) приборов учета в России используются в основном тахометрические крыльчатые счетчики горячей и холодной воды. Опыт эксплуатации различных видов расходомерных устройств и водосчетчиков говорит о том, что тахометрические счетчики наименее надежны в существующих условиях эксплуатации систем теплоснабжения нашей страны [3].
Рассмотрим работу тахометрических счетчиков воды в реальных условиях эксплуатации. Принцип действия крыльчатого счетчика основан на измерении числа оборотов крыльчатки. Вращение крыльчатки через магнитную муфту передается масштабирующему редуктору отсчетного устройства, который переводит число оборотов крыльчатки к значению объема протекающей воды.
Потребность в холодной и горячей воде у потребителя возникает в произвольные моменты времени. В течение дня значения расхода воды не являются постоянными, вода включается потребителями десятки раз, в результате чего крыльчатка счетчика проходит множество циклов запуска и остановки. В переходный период работы прибора учета часть расхода, проходящего через измерительный участок при запуске и остановке крыльчатки, может не учитываться. В результате суммарное количество воды, зарегистрированное индивидуальными (поквартирными) приборами, не будет равно расходу, зарегистрированному общим домовым расходомером [1].
Пульсации давления, возникающие при открытии или закрытии современных смесительных устройств, создают дополнительные напряжения в механизме счетчика, что со временем значительно увеличивает погрешность измерений, метрологический отказ прибора учета происходит за период времени, гораздо меньший межповерочного интервала.
Итак, на основе сказанного выше, выделим виды пульсаций давления:
1) возникающие при многократном включении воды у потребителей;
2) вызванные большими местными сопротивлениями;
3) возникающие при работе гидравлических регуляторов, установленных в индивидуальных тепловых пунктах;
4) возникающие в магистральных трубопроводах системы теплоснабжения.
Решением данной проблемы может быть внесение поправочного коэффициента в показания приборов учета в зависимости от интенсивности его использования, т.е. от количества пульсаций давления, воспринятых крыльчаткой счетчика воды, и от их силы. Для этого необходимо провести исследования влияния пульсаций давления на метрологические характеристики приборов учета, выделить зависимость повышения погрешности измерения прибора учета от количества пульсаций давления. На данный момент достоверных статистических данных о влиянии пульсаций давления на показания тахометрических расходомеров нет.
На кафедре инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы ДВФУ был разработан научно-исследовательский стенд для проведения опытов с целью исследования влияния пульсаций давления на метрологические характеристики расходомерных устройств (см. схему).
Для представленной схемы стенда в качестве опытных образцов выбраны 10 счетчиков горячей воды из одной партии производителя условным диаметром 15 мм. Здесь обозначены трубы из полипропилена (что исключает возможность появления отложений), бак с водой объемом 150 л, мерный бак объемом 50 л, при помощи которого происходит поверка счетчиков воды. Обе емкости имеют изнутри покрытие, препятствующее появлению ржавчины. В схеме присутствует нормально открытый электромагнитный клапан, с его помощью создаются пульсации давления. Перед клапаном и после него установлены датчики давления,
Схема научно-исследовательского стенда
подключенные к тепловычислителю. Измеряя перепад давления между показаниями обоих датчиков, мы получаем величину пульсаций давления, выраженную в Па. В опытах используется дистиллированная вода комнатной температуры с низким содержанием газообразной составляющей. Таким образом из опытов исключается влияние на погрешность (измерений счетчиков) отложений, растворенных в воде газообразных веществ, температурного фактора.
В режиме проведения эксперимента вода циркулирует по контуру: выходя из бака с водой, проходит через клапан, счетчики воды, и поступает обратно в бак с водой. При этом электромагнитный клапан посредством дистанционного устройства многократно закрывается и открывается, создавая пульсации давления, которые регистрирует тепловычислитель. В режиме поверки приборов учета вода из бака проходит через счетчики, наполняя мерный бак. Когда этот бак наполняется до определенного уровня, насос прекращает подачу воды. Показания счетчиков сравниваются с объемом воды, поступившим в мерный бак, вычисляется погрешность приборов учета.
Результатом данных исследований будет зависимость изменения погрешности прибора учета от прошедших через измерительный участок пульсаций давления. Из полученных зависимостей можно выделить поправочный коэффициент, учитывающий влияние пульсаций давления на погрешность приборов учета. Однако для более полной картины необходимо также исследовать влияние различных типов конструкций смесительных устройств на гидродинамические свойства потока воды. Результаты исследования влияния пульсаций давления на погрешность индивидуальных приборов учета воды, проведенные на исследовательском стенде, позволят оценить перспективу дальнейших исследований в этом направлении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Исаев В.Н. Особенности учета горячей воды при переходе на энергосберегающую эксплуатацию // Энергосбережение. 2010. № 4. С. 46-53.
2. Канев С.Н. Учет количества теплоты и массы теплоносителя в водяных системах потребителей. Хабаровск, 2005. 124 с.
3. Ромадов В. Критерии выбора и области применения промышленных счетчиков воды // Строительный инжиниринг. 2007. № 12. С. 1-9.
