ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Марфенко Ірина Вікторівна
УДК 532.57.08
ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ВИТРАТОМІР
ДЛЯ ТРУБОПРОВОДІВ ВЕЛИКИХ ДІАМЕТРІВ
Спеціальність 05.11.15 – метрологія та метрологічне забезпечення
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Харківському державному науково-дослідному інституті метрології (ХДНДІМ), Державного комітету стандартизації, метрології та сертифікації України.
Науковий керівник:доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Большаков Володимир Борисович, Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, керівник науково-дослідного відділу, заступник директора з наукової роботи та метрологічної служби.
Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор
Любчик Леонід Михайлович, Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри системного аналізу та управління
кандидат технічних наук, доцент
Черепков Сергій Тимофійович, Науковий метрологічний центр військових еталонів, м. Харків, керівник центру.
Провідна установа:Державний університет “Львівська політехніка”, кафедра “Інформаційно- вимірювальна техніка”, Міністерства освіти і науки України, м. Львів.
Захист відбудеться “ 7 ” вересня 2000 року о 14 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.050.09 у Харківському державному політехнічному університеті, за адресою:
61002, Харків, вул. Фрунзе, 21.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.
Автореферат розісланий “ 23 ” червня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої радиГоркунов Б.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Процес перебудови економіки України, перехід до ринкових відносин, дефіцит і різке зростання вартості води й енергоносіїв гостро ставлять проблему раціонального використання водо-енергетичних ресурсів. Дуже суттєва роль у її розв'язанні належить підвищенню точності вимірювань і удосконалюванню процесу облікувитрати холодної та гарячої води, тому що дотепер у переважній більшості випадків використовуються морально застарілі і недосконалі витратоміри як приладиоблікувитрати рідини.
Цю проблему на сьогоднішній день піднято на державний рівень. Достатньо відзначити, що протягом останніх років прийнято цілий ряд Постанов Кабінету Міністрів (КМ) України, спрямованих на розробку засобів вимірювальної техніки (ЗВТ), які враховують витрату паливно-енергетичних ресурсів, та створення і впровадження приладів для обліку і регулювання витрати води та теплової енергії на промислових підприємствах і в побуті.
У зв'язку з цим важливість проблеми метрологічного забезпечення вимірювань витрати різноманітних рідинних середовищ і, зокрема, розробки і створення сучасних ЗВТобліку й ефективного використання водоресурсів, а також виробництва і впровадження їх у народному господарстві не викликає сумніву і постає дуже актуальною для України.
При цьому необхідно мати на увазі, що якщо раніше вирішеннязадач водопостачання досягалося створенням окремих водогосподарчих об'єктів (свердловин, насосних станцій і т.п.), то в останні десятиріччя основою вирішення цих задач стало створення і розвиток великих систем водотеплопостачання. Поява таких систем вимагає створення відповідних ЗВТвитрати в трубопроводах великих діаметрів.
Створення таких ЗВТвитрати (витратомірів) надзвичайно актуально, тому що дозволить вирішити проблему водокористування в цілому, включаючи такі питання як загальнаоцінка водних ресурсів, видобуток, транспортування, облік і їхній розподіл, а також водозберігаючі, екологічні проблеми.
Таким чином, актуальність теми дослідження обумовлена вимогами сьогоднішнього дня щодо створення сучасних ЗВТвитрати й обліку рідинних середовищ, зокрема, холодної та гарячої води, у заповнених трубопроводах великих діаметрів (d і 300 мм). Ці прилади повинні мати високі метрологічні характеристики, зручність в експлуатації, малу енергоємність і невисоку вартість. Актуальність теми підтверджується ще й тим, що спеціальним Рішенням Президії КМ України Держстандарту доручено розробити концепцію метрологічного забезпечення засобівобліку і регулювання споживання води і паливно-енергетичних ресурсів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертація виконувалася згідно з темами 06.04.00.16 “Розробка ДСТУ” ДСВ. Вимірювачі швидкості рідинних потоків. Методи та засоби повірки”, яка виконувалася в ХДНДІМ ДНВО “Метрологія” в 1993-1995 р. згідно з Планом державної стандартизації, та 06.01.16.04 “Створення державного еталона одиниці об'ємної витрати рідини”, державний реєстр № 0195UО31075, яка виконується ХДНДІМ з 1998 р. по цей час, де автор є відповідальним виконавцем, згідно з Програмою створення еталонної бази України, в забезпечення:
- “Концепції метрологічного забезпечення пристроїв обліку та регулювання споживання води та паливно-енергетичних ресурсів”, розробленою Держстандартом України згідно з дорученням КМ України (протокол №7 від 10.02.1996 р.).
- Постанови КМ України від 17 червня 1994 р. № 421 “Про програму виробництва засобів обліку витрачання паливно-енергетичних ресурсів і приладів регулювання систем електроводо-, тепло-, та газопостачання на промислових підприємствах і в побуті”;
- Постанови КМ України від 3 липня 1995 р. № 483 “Про впровадження засобів обліку витрачання і приладів регулювання споживання води та теплової енергії в побуті”;
- Постанови КМ України від 27 листопада 1995 р. № 947 “Про програму поетапного оснащення наявного житлового фонду засобами обліку та регулювання споживання води і теплової енергії на 1996-2000 рр.”;
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення та дослідження електромагнітного витратоміра на основі магнітогідродинамічного (МГД) перетворювача з локальним магнітним полем – засобу вимірювання витрати рідини в заповнених трубопроводах великих діаметрів (d і 300 мм), що має малі металоємність і енерговитрати, зручність в експлуатації, а також високі метрологічні характеристики, які не залежать від зміни фізико-хімічних властивостей вимірюваного середовища.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такіпитання:
1. Розробити математичну модель МГД перетворювача з локальним магнітним полем (МГД ЛМП) для трубопроводів великих діаметрів.
2. Сформулювати задачу синтезу електромагнітних витратомірів (ЕМВ), що включає питання визначення оптимальних характеристик МГДЛМП, для трубопроводів великих діаметрів.
3. Розробити методику, алгоритм і програму розрахунку магнітного поля розсіювання МГДЛМП.
4. На основі виконаних експериментальних досліджень визначити граничні умови в задачіНеймана для рівняння Лапласа, що описує розподіл магнітного поля МГДЛМП.
5. Визначити розподіл магнітного поля розсіювання МГДЛМП.
6. Вирішитизадачу синтезу ЕМВ, на основі чого визначити передатну функцію ЕМВ ЛМП і за допомогою її аналізу одержати оптимальні параметри МГД ЛМП, тобто такі параметри, при яких похибки вимірювання витрати даними ЕМВ у трубопроводах великих діаметрів, пов'язані з варіацією епюри швидкостей і її градієнтів у "точці" вимірювання, не будуть перевищувати наперед заданих величин, обумовлених вимогами конкретно розв'язуваноїгідрометричноїзадачі.
7. Відповідно до отриманих результатів виконаних теоретичних досліджень розробити і виготовити експериментальну партію МГД ЛМП і на основі їх досліджень експериментально підтвердити отримані в дисертації результати, положення, висновки.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому:
· вперше розроблено математичну модель МГД ЛМП для трубопроводів великих діаметрів;
· запропоновано і реалізовано методику, алгоритми та програми визначення магнітного поля розсіювання МГДЛМП;
· сформульовано і вирішено задачу синтезу ЕМВ ЛМП, у результаті чого визначено в аналітичному виді передатну функцію електромагнітних витратомірів із ЛМП для трубопроводів великих діаметрів;
· вперше отримано основні співвідношення, що зв'язують геометричні і конструктивні параметри МГД ЛМП із їхніми метрологічними характеристиками;
· вперше визначено оптимальні параметри МГД ЛМП, при яких ЕМВ ЛМП забезпечують вимірювання витрати в трубопроводах великих діаметрів із нормованими метрологічними характеристиками;
· запропоновано методику і виконано експериментальні дослідження створеного ЕМВ ЛМП – витратоміраЗИР-2000, які підтвердили достовірність отриманих результатів, зроблених висновків, рекомендацій.
Практичне значення одержаних результатів полягає в такому:
· розроблено методику розрахунків МГД ЛМП, яка дозволила звестипохибки вимірювань витрати в трубопроводах великих діаметрів до прийнятного мінімуму (d ~ ± 1,0 %);
· вироблено єдиний підхід до оцінкипохибок вимірювань швидкості як у руслових потоках, так і в трубопроводах великих діаметрів;
· положення, рекомендації і висновки дисертації використано при розробці керівного нормативного документа КНД 50-052-95 “Вимірювачі швидкості рідинних потоків. Методи та засоби повiрки”;
· отримані результати теоретичних досліджень реалізовано в ЕМВ ЛМП - електромагнітних зондових вимірювальних перетворювачах ИСП-204, які пройшли державні приймальні та контрольні випробування і занесені до Державного реєстру засобів вимірювальної техніки, допущених до застосування в Україні, під номером У1190-99;
· використання результатів дисертації підтверджується актами впровадження отриманих результатів у ДНВО “Метрологія” – головному центрі із забезпечення єдності вимірювань в Україні, Харківському центрі стандартизації, метрології і сертифікації, а також у відкритому акціонерному товариствіВАТ "Донуглеводоканал", м. Донецьк і науково-технічній фірмі "ЛІТ", м. Харків - організаціях, що безпосередньо займаються обліком і розподілом водоресурсів.