СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1998 года по МПК G01F15/07 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при учете и контроле потребления воды и других текучих сред в различных отраслях промышленности, преимущественное на предприятиях, использующих воду для выпуска продукции (имеющих собственные водозаборы), например в текстильной, целлюлозо-бумажной, металлургической промышленности, теплоэнергетике.

Известно много способов измерения и определения расхода и количества (массы и объема) жидкости, газа, пара, а также их смесей. Это и широко распространенные методы, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, которое установлено в трубопроводе, и тахометрические, камерные, электромагнитные, акустические, оптические, ядерно-магнитные и многие другие. Создание многочисленных способов измерения и определения расхода и количества и сложных требований и приборам для измерения расхода и количества. Приведем лишь некоторые основные требования к ним - точность, надежность, большой диапазон измерения, независимость результатов измерения от изменения плотности вещества. Ни один из существующих способов измерения расхода и количества не удовлетворяет одновременно всем предъявляемым требованиям, поэтому при выборе того или иного способа исходят из свойств измеряемого вещества, его параметров и значений его расхода, а также из обоснованных требований к точности измерения, учитывая при этом степень сложности измерительного устройства и условия его эксплуатации.

Широко применяемые в настоящее время способа измерения и определения расхода и количества текучих сред имеют ряд недостатков:
- наличие требований к конфигурации, а иногда и к диапазону трубопровода;
- связанность места установки прибора или его датчика с трубопроводом;
- наличие требований к внешней среде в месте установки прибора (датчик) на трубопроводе;
- ограниченность диапазона измерения;
-наличие требования к загрязнению измеряемого вещества твердыми частицами и (или) газами;
- требование постоянной полной заполненности измерительной полости прибора вещества;
- сложность устройства, что наряду с повышенной стоимостью вызывает снижение надежности необходимость частых проверок, текущего обслуживания и ремонта.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является широко известный способ определения количества воды, поданной насосом, при помощи самопишущего манометра и счетчика электрической энергии или (при отсутствии самопишущего манометра) по показаниям показывающего манометра, записывая его показания через определенные промежутки времени [7, c.289]. Примеры подобных расчетов приведены в [8, c.51]. Данный способ довольно трудоемок, так как требует определения по диаграмме самопишущего манометра или по показаниям показывающего манометра среднего за период измерения напора. Кроме того, указанный способ вследствие использования в расчетных формулах среднего за период измерения напора и паспортного значения КПД насоса (а они изменяют свои значения при изменениях производительности насоса) является приближенным и довольно неточным.

Техническим результатом заявленного способа является устранение указанных недостатков, а именно: снижение трудоемкости за счет отсутствия необходимости в определении среднего напора, а также повышение точности за счет отсутствия использования в расчетных формулах среднего за период измерения напора и КПД насоса.

Поставленная задача достигается тем, что способ определения текучей среды, преимущественно воды, перекачиваемой насосом, имеющим линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N=f(Q), заключающийся в том, что измеряют количество электроэнергии A, потребленное электродвигателем привода насоса, и время T ее расхода, отличается тем, что количество V перекачанной воды за время T определяют по формуле
V = K₁ηA-K₂T, ,
где
;
Q₁, N₁, Q₂, N₂ - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса по графической зависимости потребляемой мощности от подачи при перекачивании воды;
η - КПД электродвигателя привода насоса.

Существенными отличиями заявленного способа является совокупность действий по определению количества текучей среды, например воды, перекачиваемой насосом, имеющим линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи, изложенная в отличительной части формулы изобретения.

Заявленный способ применим только при использовании насосов, имеющих линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи. В качестве примера прилагается копия указанной характеристики насоса Д 1000-40. Также многие типоразмеры насосов серий К, КМ, КМП [1], ГрАТ, НБПР [2], СМ, СМС [3], ГНОМ [4], ЭЦВ [5], НМ [6] имеют линейные характеристики N=f(Q).

Возьмем на линейном графике характеристики насоса (зависимости потребляемой мощности N от подачи Q при перекачивании воды) на границах зоны работы насоса две точки M₁(Q₁, N₁) и M₂(Q₂, N₂) (см. чертеж) и составим по координатам этих точек уравнение прямой линии - уравнение зависимости N=f(Q)
.

Из (1) определяем подачу насоса
.

Обозначив , а также имея в виду, что Q и N изменяются во времени, перепишем уравнение (2) в следующем виде
Q(t)=K₁N(t)-K₂.

Интегрируем обе части этого уравнения по времени от 0 до времени T
Так как - количество воды, перекачанное насосом за времени T;]
- количество энергии, потребленное насосом за время T;
- время измерения,
получаем формулу определения количества перекачанной воды за время T
V=K₁A_н-K₂T.

Вследствие того что A_н= ηA, где A - количество электроэнергии, потребленное электродвигателем привода насоса за время T; η - КПД электродвигателя, формула (4) пример вид
V = K₁ηA-K₂T. (5) .

Процесс определения количества воды заключается в следующем: с помощью счетчика электрической энергии измеряют количество электроэнергии, потребленное электродвигателем привода насоса, измеряется также врем я, за которое определяется количество воды (время, за которое было израсходовано измеренное количество электроэнергии), полученные данные подставляются в формулу (5).

Если необходимо измерить количество гидросмеси (двухфазной среды, состоящей из двух компонентов - воды и твердой фазы), то так как согласно [2]
,
где
N _m - мощность, потребляемая насосом при работе на гидросмеси;
N_e - мощность, потребляемая насосом при работе на жидкой фазе - воде;
ρ_m - плотность гидросмеси;
ρ_l - плотность жидкой фазы - воды, уравнение (5) примет вид
,
где
V_m - количество гидросмеси.

Аналогично, если насосом перекачивается жидкость, сходная с водой по кинематической вязкости, но отличающаяся по плотности (в пределах, указанных в паспорте насоса), а характеристики насоса снимались при перекачивании воды, то количество жидкости определяется по формуле (6) с обозначениями:
ρ_m - плотность перекачиваемой жидкости;
ρ_l - плотность воды.

В то же время, если насосом перекачивается жидкость, например нефть, и характеристики насоса снимались при перекачивании нефти [6], то определение количества производится по формуле (5).

Очевидно, что формула (5) справедлива и для вентилятора, перекачивающего воздух и имеющего линейную характеристику N=f(Q) при перекачке воздуха.

Список литературы.

1. Холопова Р. М. Центробежные консольные насосы общего назначения для воды / Каталог: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.

2. Холопова Р.М., Мерцалова Ю.К. Центробежные насосы для абразивных гидросмесей / Каталог: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.

3. Холопова Р.М. Динамические насосы для неабразивных гидросмесей / Каталог: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1992.

4. Иванова Г. И., Стотланд В.С., Черный А.П., Семак В.Г. Электронасосы для загрязненных вод / Каталог: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.

5. Кропотова Л. Л., Черный А.П., Бров Г.И. Погружные электронасосы для воды. - ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.

6. Стеценко А.Ф., Лебедев Л.Н., Анищенко В.Н. Центробежные нефтяные насосы для магистральных трубопроводов. - ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.

7. Дмитриев В.Д., Мишуков Б.Г. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения / Справочник: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1988 - прототип.

8. Турк В.И. Насосы и насосные станции. - М.: Госстройиздат, 1961.

Измеряют количество электроэнергии A, потребленное электродвигателем привода насоса, имеющего линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N = f(Q), за время T. Количество V перекачанной воды определяют из математического выражения V = K₁A_н - К₂Т, где A_н = η•A, K₁ = Q₂ - Q₁/N₂ - N₁, K₂ = (Q₂ - Q₁)/(N₂ - N₁) - Q₁, Q₁, N₁, Q₂, N₂ - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса, на его линейной характеристике, η - КПД электродвигателя. 1 ил.

Способ определения количества текучей среды, преимущественно воды, перекачиваемой насосом, имеющим линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N = f(Q), заключающийся в том, что измеряют количество электроэнергии А, потребленное электродвигателем привода насоса, и время Т ее расхода, отличающийся тем, что количество V перекачанной воды за время Т определяют по формуле
V = K₁ηA-K₂T;
где

Q₁, N₁, Q₂, N₂ - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса по графической зависимости потребленной мощности от подачи при перекачивании воды;
η - КПД электродвигателя привода насоса.