CC BY
8Пересчет градуировочных характеристик ротаметра
Предложена методика пересчета градуировочной характеристики жидкостного ротаметра. Вычисления проводились для воды как градуировочной жидкости и рабочей жидкости с отличными от воды физическими свойствами. Сопоставительный анализ величин расхода по воде и рабочей жидкости подтвердил достаточную для метрологических расчетов сходимость. Методика доведена до инженерного вида. УДК статьи 532.575.57
В.М. Аристов1
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ имени Д.И. Менделеева), д-р физ.-мат. наук, профессор, [email protected]
Е.П. Аристова2
РХТУ имени Д.И. Менделеева, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
А.О. Харитонов3
РХТУ имени Д.И. Менделеева, д-р техн. наук, профессор, [email protected]
1 заведующий кафедрой, Москва, Россия
2 доцент кафедры, Москва, Россия
3 профессор кафедры, Москва, Россия
Для цитирования: Аристов В.М., Аристова Е.П., Харитонов А.О. Пересчет градуировочных характеристик ротаметра // Компетентность / Competency (Russia). — 2024. — № 8. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-8-52-55
ключевые слова
ротаметр, расход, градуировка, численное моделирование
яд преимуществ ротаметров перед иными средствами измерения расхода жидкостей и газов обусловил их широкое применение в различных отраслях промышленности. Сдерживающим фактором для их использования является необходимость пересчета градуировочной характеристики прибора в случае измерения расхода жидкости с физическими свойствами, отличными от аналогичных показателей технически чистой воды при температуре 20 °С. Существующим методикам пересчета ротаметров в подобных случаях присуща трудоемкость выполнения расчетов и некоторая субъективность получаемых результатов из-за значительного числа эмпирических коэффициентов [1]. Большей оперативностью отличается метод пересчета величины расхода с использованием номограмм, связывающих основные характеристики ротаметра с физическими свойствами жидкости [2]. Ограничивает их применение то, что семейство номограмм не покрывает все многообразие сочетаний указанных параметров.
Актуальность
качестве примера рассмотрена схема измерения расхода на базе ротаметра РМ-0,4000 ЖУЗ-К (рис. 1) с полым поплавком катушечного типа из стали 12Х18Н9Т. Данные для моделирования работы расходомера по градуировочной воде и рабочей жидкости заимствованы из методических указаний МИ 1420-86 «ГСИ. Расходомеры постоянного перепада давления. Пересчет метрологических характеристик» [1]. Использование возможностей микропроцессорной техники позволяет сократить время на выполнение работ по пересчету градуировочных характеристик ротаметров
без каких-либо ограничений на физические свойства жидкостей.
Постановка задачи
Завод — изготовитель ротаметров выполняет градуировку прибора по воде для общепринятых в метрологии условий: при температуре окружающего воздуха и жидкости, равной 20 °С, и атмосферном давлении — 760 мм ртутного столба. При этом вода как градуировочная жидкость должна иметь кинематическую вязкость ув = 0,9889 10~6 м2/с и плотность рв = 996,33 кг/м3. Любое расхождение в физических свойствах градуировочной и рабочей жидкостей сопряжено с погрешностями определения расхода. Повторная градуировка ротаметра с применением имитирующих жидкостей на основе масел или водоглицериновых смесей, во-первых, трудоемка, а во-вторых, не всегда возможно подобрать их состав для получения близкого рабочей жидкости по кинематической вязкости и плотности. Математические модели жидкостей и газов вычислительных комплексов, подобных АМ8У8, позволяют выполнять расчеты с наперед заданными физическими свойствами среды.
Теоретическая часть
Численный эксперимент выполняли по данным представленного в [1] пересчета градуировочной характеристики жидкостного ротаметра для определения расхода рабочей жидкости с кинематической вязкостью уж = 31,8х10~6 м2/с и плотностью рж = 1150 кг/м3. Постоянная величина разности избыточного давления р1 на входе и р2 на выходе ротаметра связана с силами, действующими на поплавковый указатель (без учета
сил трения жидкости о его поверхность), соотношением [3]:
Ар = рх - р2 = , (!)
м
где С = 0,234 Н — сила тяжести поплавкового указателя с плотностью стали рст, равной 7929,6 кг/м3, диаметром миделя ¿ы = 18-10~3 м и объемом V = 3,01-10_6м3;
Ав = 0,0294 Н — подъемная (Архимедова) сила;
= 254,47 10_6 м2 — площадь поперечного сечения миделя поплавка диаметром ¿ы = 18-10~3м.
Решением уравнения (1) была определена расчетная величина постоянного перепада давления по воде Дрв в размере 0,804-10~3 МПа. Для рабочей жидкости с плотностью, равной 1150 кг/м3, подъемная сила Аж составила 0,0339 Н, а соответствующая ей величина постоянного перепада давления Арж - 0,788 10"3 МПа. Заявленному в примере [1] пересчету по воде ее расход составил 1,8237-10~4 м3/с, что соответствует ходу поплавка йв на 0,36 м. Величина хода поплавка йж для расхода рабочей жидкости Цж, равного 31,80-10~6 м3/с, в указанном примере не приводится. Для ее определения воспользовались номограммой (см. рис. 2). Найденное отношение хода поплавка к диаметру миделя, равное 14,11, позволило определить его ход по рабочей жидкости йж в размере 0,281 м.
Моделирование работы ротаметра для каждой из двух жидкостей осуществляли средствами приложения РРОТИАЫ СРБ программного комплекса АМ8У8 5.5РБ с использованием метода конечных элементов. Всю область решения разбили на элементы РРиГО141 из библиотеки программы. В массив исходных данных, кроме физических свойств градуировочной воды и рабочей жидкости, входили величины перепадов давления Дрв и Арж. Граничные условия задавались как известные нулевые компоненты векторов скоростей точек по контуру области течения и на поплавке.
Результаты расчетов представлены как изолинии полей скоростей граду-
Применение микропроцессорной вычислительной техники с приложениями для пересчета градуировочных характеристик ротаметров позволит повысить оперативность выполнения работ
Рис. 1. Ротаметр с местными показаниями типа РМ-0,4000 ЖУЗ-К [Rotameter with local indications type RM-0,4000 ZhUZ-K]
Рис. 2. Номограмма для пересчета показаний ротаметра [Nomogram for recalculating rotameter readings] [2]
ировочной воды и рабочей жидкости для соответствующих их расчетным схемам положений поплавка (рис. 3). Скорость на выходе из ротаметра для воды и жидкости составила соответственно 1,021 м/с и 0,923 м/с. При величине диаметра условного прохода ¿у штуцеров ротаметра, равной 0,15 м, расчетные значения расходов составили 1,803-10"4 м3/с и 1,629-10"4 м3/с. Их расхождение с данными расходов в [1] и равных 1,82368-10~4м3/с по градуировочной воде и 1,632383-10~4 м /с по рабочей жидкости составило 1,13 % и 2,07 % соответственно.
Рис. 3. Изолинии поля скоростей, м/с: а — градуировочная вода; б — рабочая жидкость [Velocity field isolines, m/s: a — calibration water; b — working liquid]
Статья поступила в редакцию 10.06.2024
Практическая значимость
Применение микропроцессорной вычислительной техники с приложениями, подобными АМ8У8, для пересчета градуировочных характеристик ротаметров позволит повысить оперативность выполнения
Список литературы
работ. Последнее может быть достигнуто исключением необходимости в проведении натурных опытов при градуировке ротаметров. Встроенные в компьютерные программы библиотеки математических моделей жидкостей и газов позволят выполнять работы, аналогичные рассмотренным, с любым сочетанием характеристик физических свойств исследуемой среды.
Выводы
Предложенная методика пересчета градуировочных характеристик ротаметров обладает достаточной для метрологических работ сходимостью результатов с данными, полученными по действующим в промышленности методическим указаниям. Применение этой методики не требует для ее реализации проведения подготовительных расчетных или измерительных процессов в дополнение к тем, что осуществляются по действующим указаниям. Результаты работы могут быть использованы для любых типов расходомеров постоянного перепада давления. ■
1. МИ 1420-86. ГСИ. Расходомеры постоянного перепада давления. Пересчет метрологических характеристик: методические указания. — М.: Изд-во стандартов, 1987.
2. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. — М.: Машиностроение, 1983.
3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества: справочник. — СПб: Политехника, 2002.
НОВАЯ КНИГА
Воронин В.Н., Ионцева М.В.
Self-management и психология влияния
Учебное пособие. — M.: АСМС, 2022
Описываются общие принципы и закономерности взаимодействия, объясняется психология влияния в ситуациях делового взаимодействия, подробно рассматриваются ситуации, разрешить которые можно только с помощью влияния собственной личности, говорится о самомотивации, time-management и управлении эмоциональным состоянием. Как известно, self-management, или самоуправление, — это процесс управления собой для достижения собственных целей, который позволяет оптимально использовать собственные возможности, сознательно управлять событиями, способствует формированию самодостаточной, гармонично развивающейся личности.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: [email protected]
SELF-MANAGEMENT И ПСИХОЛОГИЯ ВЛИЯНИЯ
Kompetentnosf / Competency (Russia) 8/2024 ПГ^ГЛПП I Г fT
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-8-52-55 ПСОСНПОП ЭЭ
Recalculation of a Rotameter Calibration Characteristics
V.M. Aristov1, Mendeleev University of Chemical Technology of Russia (MUCTR), Prof. Dr. (Phys.-Math.), [email protected] E.P. Aristova2, MUCTR, Assoc. Prof. PhD (Tech.), [email protected] A.O. Kharitonov3, MUCTR, Prof. Dr. (Tech.), [email protected]
1 Head of Department, Moscow, Russia
2 Associate Professor of Department, Moscow, Russia
3 Professor of Department, Moscow, Russia
Citation: Aristov V.M., Aristova E.P., Kharitonov A.O. Recalculation of a Rotameter Calibration Characteristics, Kompetentnosf / Competency (Russia), 2024, no. 8, pp. 52-55.
The main provisions of the proposed method of recalculating the calibration characteristics of a liquid rotameter based on numerical modeling of its operation are presented. Modeling was performed using the finite element method with the ANSYS 5.6 software package. Calculations were carried out for water as a calibration liquid and a working liquid with physical properties different from water. Comparative analysis of flow rates for both water and working liquid with the data of the current method confirmed their convergence, which is sufficient for metrological calculations. The method was brought to an engineering form. The results of the work can be used for any type of constant differential pressure flow meters.
1. MM 1420-86 SSM. Constant differential pressure flow meters. Recalculation of metrological characteristics: guidelines, Moscow, Izd-vo standartov, 1987, 18 P.
2. Kulakov M.V. Technological measurements and instruments for chemical production, Moscow, Mashinostroenie, 1983, 416 P.
3. Kremlevskiy P.P. Flow meters and substance quantity counters: handbook, St. Petersburg, Politekhnika, 2002, 409 P.
DOI: 10.24412/1993-8780-2024-8-52-55
key words
rotameter, flow rate, calibration, numerical modeling
СОБЫТИЕ
Метрологическое обеспечение в электроэнергетике
В рамках деловой программы и экспозиции Росстандарта на полях форума «Российская энергетическая неделя» состоялась панельная сессия, посвященная метрологическому обеспечению в электроэнергетике
Модератором сессии выступил заместитель руководителя Росстандарта Е.Р. Лазаренко. Участники мероприятия обсудили современные тенденции в метрологическом обеспечении электрических сетей нового поколения, которые включают интеллектуальные приборы и системы учета электрической энергии, контроля ее качества, цифровые электроподстанции и зарядную инфраструктуру для электромобилей. Усложнение взаимодействия производителей электроэнергии, сетевых организаций и ее потребителей требует более точного измерения большого числа величин и параметров в широкихдиапазонахзначений и условий. Именно это стимулирует дальнейшее развитие приборной и эталонной базы в Российской Федерации и совершенствование нормативно-правового регулирования в данной сфере. По итогам сессии состоялась дискуссия на тему метрологического обеспечения средств измерений большого электрического тока, проведения поверки
счетчиков электрической энергии на месте эксплуатации, а также анализа нормативно-правовой базы в области приборов учета электрической энергии, в том числе «умных» счетчиков. Напомним интервью руководителя РосстандартаА.П. Шалаева порталу «Метрология. PRO», где он отметил, что «применение «умных» систем коммерческого учета позволит давать оценку необходимости проводить поверку с учетом показаний смежных счетчиков и каналов в «умной» системе, а для реализации такого подхода необходимо полностью интегрировать «умные» счетчики и сформировать «интеллектуальную» надстройкус привлечением актуальных направлений — анализа данных и искусственного интеллекта».
По материалам www.gost.ru
