Расходомерные характеристики стандартной диафрагмы при измерении нестационарных расходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат технических наук Горчев, Александр Иванович

• Горчев, Александр Иванович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горчев, Александр Иванович

Условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

§1.1. Измерение расходов сред с помощью стандартной диафрагмы. Постановка вопроса.

§1.2. Методика измерение расхода стандартной диафрагмой.

§1.3. Измерение расхода критическим расходомером.

§1.4. Выводы.

Задачи исследований.

Глава 2. Экспериментальная установка, используемые рабочие участки и первичные преобразователи.

§2.1. Газодинамический стенд.

§2.2. Критический расходомер. .*. .V.Y*. 1.

§2.3. Участок диафрагмирования.

§2.4. Автоматизированная система сбора и обработки информации.

§2.4.1. Используемые первичные преобразователи.

§2.5. Калибровка средств измерения.

§2.5.1. Калибровка датчиков избыточного давления.

§2.5.2. Калибровка термоэлектрических преобразователей.

Глава 3. Характеристики датчиков дифференциального давления.

§3.1. Исследование амплитудно-частотных характеристик датчиков дифференциального давления.

§3.2. Влияние температуры среды на показания датчика ДМИ.

Глава 4. Исследование расходомерных характеристик стандартной диафрагмы в условиях стационарного потока.

§4.1. Задачи исследования.

§4.2. Методика проведения эксперимента в условиях стационарного потока.

§4.3. Методика обработки первичной информации.

§4.4. Результаты исследований коэффициента расхода стандартной диафрагмы в условиях стационарного потока.

§4.5. Метрологическая оценка точности экспериментальной информации.

Глава 5. Исследование расходомерных характеристик стандартной диафрагмы в условиях нестационарного потока.

§5.1. Задачи исследования.

§5.2. Методика проведения эксперимента в условиях нестационарного потока.

§5.3. Результаты исследований в нестационарном потоке.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расходомерные характеристики стандартной диафрагмы при измерении нестационарных расходов»

Измерение расходов жидкостей и газов является одним из наиболее распространенных видом измерений, выполняемых в нефте-газохимической отрасли промышленности. Это и измерения расходов технологических сред, это и измерения, связанные с коммерческим учетом энергоносителей. При этом в большинстве случаев, реализуется метод переменного перепада давления, а в качестве сужающих устройств используются стандартные диафрагмы. Удорожание энергоносителей привело к ужесточению требований в учете их расходования. Данная проблема является актуальной не только для предприятий, занимающихся транспортировкой энергоносителей, но и для их потребителей.

Анализ газодинамических процессов, протекающих в трубопроводах и сужающих расходомерных устройствах, выполненный в лабораторных условиях и на реальных узлах учета энергоносителей [36,52,60,10], позволил сделать вывод о сложности газодинамических процессов, протекающих в них. В частности было установлено, что течение носит, как правило, турбулентный характер и осложнено как периодическими, так и апериодическими изменениям расхода. Данные колебания обуславливаются естественной турбулентностью потока, акустическими эффектами, возникающими при течении жидкости или газа по магистралям, а также являются следствием работы нагнетательных машин (поршневого или осевого типа) и запорной арматуры. Кроме того, технологические режимы работы многих предприятий предполагают периодические изменения объемов потребления энергоносителей, что приводит к изменению их расходов во входном трубопроводе и установления, таким образом, переходных режимов.

В ряде работ [35,49,24,56,63,68,62,65,61,67] по изучению нестационарных турбулентных течений в каналах экспериментально показано отличие интегральных характеристик распределения скоростей потока, измеренных в пульсирующем потоке, от казистационарных значений.

Измерение расхода жидкости и газа при помощи сужающих устройств предполагает знание их коэффициента расхода. Сам коэффициент расхода по своей сути является интегральной характеристикой профиля скоростей в сужающем устройстве. Правила его расчета, да и | вообще правила измерения расхода сред при помощи сужающих устройств на территории РФ) регламентируются ГОСТом 8.563, рассчитанным на использование в стационарных потоках. А поскольку поведение коэффициента расхода сужающего устройства в нестационарном потоке остается на данный момент малоизученной, исследования в данном направлении следует считать актуальными и направленными на повышение экономии расходования энергоресурсов.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Горчев, Александр Иванович

Основные результаты и выводы.

В результате проведенной работы:

1. Создан газодинамический стенд для изучения метрологических характеристик расходомеров в условиях пульсирующего потока.

2 У Апробирована методика измерения среднего по времени значения нестационарного расхода критическим расходомером,

3. Выявлены и оценены основные погрешности, возникающие при измерении нестационарных расходов стандартными диафрагмами.

4. Установлено, что с увеличение дисперсии диффузности перепада давления приводит к увеличению погрешности измерения расхода при применении стандартных методов измерения.

5. Получены экспериментальные зависимости дисперсии коэффициента расхода, cov(cc,>/ap), cov(a^, Др) от дисперсии расхода, %/дР , АР. •

6. Предложен метод для определения оценки дисперсии коэффициента расхода поверяемого расходомера по измеренному значению расхода на образцовом расходомере и АР на поверяемом.

7. Показано, что предложенные аналитические зависимости для нахождения погрешности измерения осредненного во времени расхода по дисперсии АР, согласуются с результатами проведенных экспериментальных исследований.

8. Предложена методика оценки погрешности измерения осредненного во времени нестационарного расхода на натурных узлах энергоносителей.

В соответствии с результатами данной работы, можно сделать следующие

практические рекомендации:

Ввиду того, что погрешность квадратного корня превалирует над погрешностью вызванной не учетом дисперсии коэффициента расхода:

• Выбор средств измерений параметров потока, а так же частот их опроса, проводить на основании исследований спектров пульсаций перепада давления, реализуемых на узлах учета.

• На узлах учета энергоносителей использовать средства измерения с АЧХ согласующейся по критерию достаточности (критерий Найквиста) с несущей частотой, реализуемой на узле учета.

• При использовании средств измерений, обладающих не достаточной АЧХ, в результат измерения расхода вносить поправку, рассчитанную также по результатам исследований спектров пульсаций перепада давления на узлах учета.

110

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горчев, Александр Иванович, 2000 год

1. Агровский Б.С., Анисимов Е.П., Зацепин А.Г"О методике измерения поля скорости в отрывном течении", Вестник Московского университета: Сер.З, Физика. Астрономия, Т.22, №1,1981, с. 83-87.

2. Алемасов В.Е., Глебов Г.А., Козлов А.П., Щелков А.Н., "Турбулентные струйные течения в каналах", Казань, 1988.

3. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., "Теория ракетных двигателей", М.: Машиностроение, 1980.

4. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М., " Метод крупных частиц в газовой динамике", М.: Наука, 1982.

5. Бендат Дж., Пирсол А., "Прикладной анализ случайных данных", М:, Мир, 1989.

6. Бендат Дж., Пирсол А., "Применения корреляционного и спектрального анализа", М:, Мир, 1983.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., "Справочник по математике", М:, Наука, 1986.

8. Брэдшоу П., "Введение в турбулентность и ее измерение", М.: Мир, 1974.

9. Букреев В.И., Шахин В.М., "Экспериментальное исследование неустановившегося течения в круглой трубе", В кн.: Аэромеханика, М.: Наука, 1976, с. 180-187.

10. Варгафтик Н.Б., "Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей", Гос. Изд. Физико-математической лит, М:, 1963.

11. Виноградов Б.С., "Прикладная газовая динамика", М:, 1965.

12. Габитов Р.Н., Глебов Г.А., Щелков А.Н., "Турбулентная структура течения в области присоединения оторвавшегося потока", Тезисы доклада VI

13. Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике: Ташкент, 1986, с. 181.

14. Гаптрахманов P.P., "Оценка погрешности результата измерения расхода при пульсациях потока", Дис. канд. техн. наук.: 01.02.05. Казань, 1995.

15. Гарсиа, Сперроу, "Турбулентный теплообмен за участком резкого сужения канала типа обращенной вперед ступеньки", Ж. Теплопередача, №2,1988, с. 60.

16. Гильфанов К.Х., "Исследование трения и теплообмена в условиях тепловой нестационарности", Дис. канд. техн. наук.: 01.02.11. Казань, 1982.

17. Гиневский А.С., "Турбулентные сдвиговые течения", ч.1, М.: Машиностроение, 1982.

18. Гиневский А.С., "Турбулентные сдвиговые течения1', ч.2, М.: Машиностроение, 1983.

19. Гогиш Л.В., Степанов Г.Ю., "Турбулентные отрывные течения", М.: Наука, 1979.

20. Госмен А.Д., Пан В.М., Ранчел А.К., "Численные исследования течений вязкой жидкости", М.: Мир, 1972.

21. ГОСТ 8.563.(1-3)-97.,"Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления", М.: ИПК, Изд. стандартов, 1998.

22. Гуревич М.И., "Теория струй идеальной жидкости", М.: Наука, 1979.

23. Драйвер Д.,М., Сигмиллер Х.Л., Марвин Дж.Г., "Нестационарные процессы в присоединяющимся слое смешения", Аэрокосмическая техника, 1988, №3, с. 35-42.

24. Дробышева Н.А., Никифоров А.Н., Федоров А.В., Хуснутдинов С.Н., "Влияние нестационарности потока на коэффициент расхода сужающих устройств", Журнал Метрология, 1986, №3, с. 42-47. V 1

25. Итон, Джине, Эшджай, Джонстон, "Датчик направления течения у стенки, используемый при исследовании отрывных и присоединенных течений", Теоретические основы инженерных расчетов, 1979, т.101, №3, с. 218-221.

26. Итон, Джонстон, "Обзор исследований дозвуковых турбулентных присоединяющихся течений", Ракетная техника и космонавтика, 1981, т. 19, №10, с. 7-19.

27. Краснов Н.Ф., Кошевой В.Н., Калугин В.Т., "Аэродинамика отрывных течений", М.: Высшая школа, 1988.

28. Кремлевский П.П., "Расходомеры и счетчики количества", Ленинград: Машиностроение, 1975.

29. Крикун А.Н., Фафурин А.В., "Влияние на коэффициент расхода осредняющих напорных трубок гидродинамической нестационарности потока", Тезис, док. научной сессии КГТУ, Казань; 2000, с 107.

30. Крикун А Н., Юшко С.В., Фафурин А.В., "Коэффициент расхода осредняющей напорной трубки и его зависимость от гидродинамической нестационарности и температуры потока", Тезис, док. научной сессии КГТУ, Казань: 2000, с 107.

31. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В., "Проблемы гидродинамики и их математические модели", М.: Наука, 1973.

32. Лойцянский Л.Г., "Механика жидкости и газа", М.: Наука, 1970.

33. Марков С.Б., "Экспериментальное исследование скоростной структуры и гидравлических сопротивлений в неустановившихся напорных турбулентных потоках", Изв. АН СССР сер. механика жидкости и газа, 1973, №2, с. 65-74.

34. Муслимов Р.А., Гаптрахманов P.P., " Характеристика натурных сигналов перепада давления при измерении расхода природного газа", Тепло- и массообмен в химической технологии, Казань: 1995. с. 114-119.

35. Петунин А.Н., "Методы и техника измерений параметров газового потока", М.: Машиностроение, 1972.

36. Повх И.Л., "Аэродинамический эксперимент в машиностроении", М.: Машиностроение, 1965.

37. Рабинович С.Г., "Погрешности измерений", Ленинград:. Энергия, 1978.

38. Роже Пейре, Томас Д.Тейлор, "Вычислительные методы в задачах механики жидкости", М.: Гидрометеоиздат, 1986.

39. Симпсон, "Обзор некоторых явлений, возникающих при отрыве турбулентного потока", Теоретические основы инженерных расчетов, 1981, т.103, с. 131-149.

40. Сычев В.В., "Асимптотическая теория отрывных течений", М.: Наука, 1987.

41. Фафурин А.В., "Особенности, связанные с измерениями пульсирующих расходов нормальными диафрагмами", 2-ой международный симпозиум по энергетике, окружающей среде и экономике, Казань:, 1998, с. 49-52.

42. Фафурин В.А., "Нестационарное движения газа в осесиммеричных диафрагм", Дис. канд. техн. наук.: 01.04.14. Казань, 1996.

43. Фрост У., Моулден Т., "Турбулентность. Принципы и применения", М.: Мир, 1980.

44. Чжен П., "Отрывные печения", М.: Мир, 1972-1973, т. 1,2,3.

45. Шлихтинг Г., "Теория пограничного слоя", М.: Наука, 1974.

46. Юшко С.В., "Измерение нестационарных расходов сред осредняющими трубками", Тезис, док. научной сессии КГТУ, Казань: 2000, с 107.

47. Юшко С.В., "Нестационарное течение газа в соплах", Препринт Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, Казань: 1996.

48. Юшко С.В., "Нестационарное течение газа в соплах", Дис. канд. техн. наук.: 01.02.05. Казань, 1996.

49. Юшко С.В., Агаджанян Д Р., "Нестационарное течение газа в трубе с нагретой стенкой", Препринт, Казанского государственного технологического университета им. С.М. Кирова, Казань: 1999.

50. Dobrowolski В., Kabza Z., Pospolita J., "The Analysis of Metrology Performance of Constriction Flow-Meters under Pulsating Flow Condition", IMEKO, X World Congress, Praha, 1985.

51. Dobrowolski В., Kabza Z., Pospolita J., "Theoretishe "und Experimented Untersuchungen der Einflusses der Pulsationsstromung auf die Charakteristiken der Drosselgeraten", VDI, Verlag, Duseldorf, 1991, s. 85.

52. Dobrowolski В., Pospolita J., "Theoretical estimation of the applicability range of the differential pressure type flowmeters in presence of the mass flux", Archiwum Mechaniki: 39,6,571-588,1987.

53. Downing P.M., Mottram R.C., "The Effects of Flow Pulsations on Orifice Plate Flow Meters", Symposium on Fluid Flow Measurements in the mid 1970's, National Engineering Laboratory, East Kilbride, April 1985.

54. Foitier A., "The Measurement of Variable Flow by Means of Pressure Difference Devices", ISO/TC30AVG4, (France-2), Document 24,1963.

55. Herning F., Schmid C., "Darchflussmessung bei pulsierender Stromung" VDI-Zeitschrift, Bd 82, 1938.

56. Hodgson J.L., "The Laws of Similarity for Orifice and Nozzle Flows", Vol.51, 1929.

57. Karlsson S.K.F., "An unsteady turbulent boundary layer", J. Fluid Mech. №5. 1959. p. 622-636.

58. Kasther L.J., "An Investigation of Air Box Method of Measuring the Air Consumption of Internal Combustion Engines", Proc., I. Mech. E., Vol. 157, 1947.

59. Miznshina Т., Maruyama Т., Hirasawa H., "Structure of the turbulence in pulsating pipe flows", J. Chem. Eng. Japan, №3, 1975.

60. Mottram R.C., "The Behavior of Orifice and Venturi-Nozzle Meters in Pulsating Flow", PhD, Thesis University of Surrey, 1971.

61. Ruppel G., "Durchflussmessung bei pulsierender Stromung", Archiv, Technik Messen, Y 1240-4,1936.69. "Yokogawa field instruments", 1997-1998.