Ф Д Матіко - Аналіз причин виникнення додаткових похибок витратомірів змінного перепаду тиску в умовах нестаціонарного потоку - страница 2

Страницы:
1  2 

E(Q)

У таблиці наведено порівняння отриманих значень похибок 8q   та 8 для різних значень

відносної дисперсії перепаду тиску. Значення відносних дисперсій тиску та температури для усіх чотирьох режимів дорівнюєнулю.


Отримані результати математичного експерименту підтверджують аналітичні залежності (5), (6) та показують, що визначення витрати природного газу за усередненими значеннями тиску газу та перепаду тиску на діафрагмі призводить до завищення значення витрати. Завищення витрати, знайденої за усередненими значеннями тим більше, чим більшою єдисперсія, зокрема перепаду тиску. Незначні відхилення між значеннями похибок 8q  та 8 єнаслідком того, що в прикладі

розглянуто порівняно коротку реалізацію сигналу перепаду тиску.

Коли витрата швидко змінюється, у перепад тисків необхідно ввести складову, яка описуватиме місцеве прискорення додатково до складової, що описуєконвективне прискорення середовища на пристрої звуження потоку:

Ap = K ^ + ^.(8) dt

Перший член правої частини рівняння (8) відповідаєза місцеве прискорення, а другий - за конвективну інерційність. Член місцевого прискорення залежить від безрозмірної частоти, яка відома як число Струхаля Sh, а також від геометричних розмірів пристрою звуження потоку і відстані між осями отворів для відбору тисків.

За наявності пульсацій потоку профілі швидкостей до ПЗП та у ПЗП змінюються циклічно і тому коефіцієнти K1 і K2 також змінюються циклічно, а їх середні значення не дорівнюють значенням за стаціонарного потоку, за винятком випадків, коли амплітуда та частота пульсацій є малими.

Спроби оцінити вплив місцевого прискорення тільки числом Струхаля без урахування амплітуди пульсацій приводить до невизначених і неоднозначних висновків. Так, у [8] рекомендується не враховувати додаткової похибки від дії місцевого прискорення, якщо Sh<0.002, тоді як в [9] вказується, що лише за Sh>1 виникають значні похибки. У [10] на підставі досліджень, виконаних із діафрагмою з відносною площею 0.39, вказується, що вплив нестаціонарності потоку виявляється лише за Sh>0.02.

За збільшення частоти пульсацій похибка, викликана впливом місцевого прискорення, зростає. Врахувати цю похибку дуже важко, незважаючи на багато досліджень, скерованих на виявлення залежності її від частоти і амплітуди пульсації. Запропоновані критерії [9] для оцінки похибки, включаючи число Струхаля, виявилися не універсальними. Тому виникаєпотреба в подальшому дослідженні впливу місцевого прискорення на похибку витратомірів змінного перепаду тиску.

Коефіцієнт витікання для різних типів пристроїв звуження в умовах стаціонарного потоку залежить від профілю швидкостей потоку на вході пристрою звуження. Діафрагми єособливо чутливими до змін профілю швидкостей потоку за рахунок ефекту звуження струменя потоку. Плоскіший по відношенню до нормального профіль швидкостей збільшуєефект звуження струменя потоку і, як наслідок, зменшуєкоефіцієнт витікання. Загостреніший профіль швидкостей приводить до протилежного результату.

У потоці з пульсаціями миттєвий профіль швидкостей змінюється впродовж циклу пульсацій. Величина зміни залежить від амплітуди пульсацій швидкості, форми хвилі та числа Струхаля.

Внаслідок цього миттєве значення коефіцієнта витікання також залежить від фази циклу пульсацій, амплітуди пульсацій, форми хвилі та числа Струхаля. Однак, за висновками ISO/TR 3313 [6], в якому інтегрований досвід багатьох європейських дослідників, сьогодні немаєрезультатів досліджень, які б дали змогу математично пов'язати миттєве значення коефіцієнта витікання з параметрами пульсацій. Отже, у [6] рекомендується за наявності пульсацій потоку застосовувати постійне значення коефіцієнта витікання, яке застосовується в умовах стаціонарного потоку. Такий підхід дасть добрі результати для нестискуваного середовища за малих амплітуд та частот пульсацій і відповідно мінімальні значення поправкових коефіцієнтів для витрати. Додаткові похибки за рахунок впливу тимчасової інерційності та змін коефіцієнта витікання збільшуються за збільшення амплітуди та частоти пульсацій, як це показано у [12].

Разом з хвилями швидкості за пульсуючих витрат виникають і хвилі тиску, що пере­міщаються із швидкістю звуку. Вони відбиваються від різних перешкод на своєму шляху, зокрема і від стінки діафрагми, ізаумов, що сприяють виникненню резонансу у трубопроводах, в останніх можуть утворюватися „стоячі хвилі". Це може спотворити розподіл тиску у трубопроводі, по­в'язаний з рухом потоку, і відповідно спотворити вимірюване значення перепаду тиску на пристрої звуження. Похибка вимірювання перепаду тиску може виникати також через високочастотні коливання (більше 1000 Гц) [13], так звані звукові шуми, що виникають з різних причин, наприклад, під час витікання струменя газу з регулювального клапана. Врахувати вплив пере­рахованих акустичних явищ на точність вимірювання складно, але вони єпричиною великих похибок під час вимірювання витрат пульсуючих потоків. Акустичними ефектами можна знехтувати, якщо діаметр отвору діафрагми малий порівняно з довжиною четвертої частини звукової хвилі [13]. Тобто для діаметра, який єменшим за 100 мм, допустимі частоти становлять 50-75 Гц. Виконання цієї вимоги дійсно необхідне, але воно може виявитися недостатнім у разі виникнення резонансу у вимірювальному трубопроводі.

Імпульсні трубки, які з'єднують отвори для відбору тиску із камерами дифманометра, ПЗП і дифманометр можуть бути додатковим джерелом похибок під час вимірювання пульсуючих витрат через можливу нерівність опорів обох трубок, а також наявність нелінійних опорів в трубках. Під час вимірювання пульсуючих витрат речовина, що знаходиться в сполучних трубках, безперервно переміщається в той чи інший бік. Тому за умови наявності нелінійних опорів вони спотворюють передачу перепаду тиску тим більшими, чим більшими єнесиметричні форми пульсацій. При цьому тиск в кінці трубки може виявитися і меншим, і більшим від середнього. Слід застосовувати лише повністю відкриті прямоточні крани. Під час вимірювання пульсуючих витрат нерідко вимагається демпфувати сполучні лінії. Однак для цього не рекомендується встановлювати на імпульсних лініях комбінації із звужень і ємностей, оскільки їх опір нелінійний і залежить від напряму руху. Необхідно уникати спотворення форми та фази хвилі тиску у будь-якій із з' єднувальних ліній (за рахунок тертя, наявності нелінійностей). Крім того, довжина з' єднувальних ліній повинна бути обмежена і не бути кратною 1/4 довжини хвилі пульсацій для уникнення резонансу [6].

 

Висновки. Основними причинами виникнення додаткових похибок витратомірів змінного перепаду тиску в умовах нестаціонарного потоку є: усереднення кореня квадратного із перепаду тиску, неврахування зміни перепаду тиску внаслідок дії місцевого прискорення, зміна коефіцієнта витікання, дія акустичних явищ у вимірювальному трубопроводі та імпульсних лініях, наявність нелінійних опорів в імпульсних лініях вимірювальних перетворювачів.

Похибка вимірювання витрати, яка виникаєвнаслідок усереднення перепаду тиску та температури, може бути визначена за залежностями, запропонованими в [7]. Шляхом мате­матичного експерименту автори підтвердили правильність аналітичних залежностей [7] та показали, що визначення витрати природного газу за усередненими значеннями тиску газу та перепаду тиску на діафрагмі приводить до завищення значення витрати. Завищення витрати, знайденої за усередненими значеннями, тим більше, чим більшою єдисперсія, зокрема, перепаду тиску.

Рекомендації відомих джерел щодо врахування впливу місцевого прискорення на похибку вимірювання витрати єнеоднозначними. Незаперечною єтільки якісна закономірність: за збільшення частоти пульсацій похибка, викликана впливом місцевого прискорення, зростає. Тому виникаєпотреба подальшого дослідження впливу місцевого прискорення на похибку витратомірів змінного перепаду тиску.

Сьогодні також не відомі результати досліджень, які б уможливили математично пов'язати миттєве значення коефіцієнта витікання з параметрами пульсацій та врахувати вплив акустичних явищ у вимірювальному трубопроводі та імпульсних лініях. Загальні рекомендації щодо проектування витратомірів змінного перепаду тиску дають змогу частково усунути вплив названих явищ, однак потребують уточнення.

 

1. ДСТУ ГОСТ 8.586.1:2009. Метрологія. Вимірювання витрати та кількості рідини і газу із застосуванням стандартнихзвужувальнихпристроїв.- Ч. 1: Принцип методу вимірювань та загальні вимоги (ГОСТ 8.586.1-2005(ИСО 5167-1:2003), IDT; ISO 5167-1:2003, MOD). 2. ДСТУ ГОСТ 8.586.2:2009. Метрологія. Вимірювання витрати та кількості рідини і газу із застосуванням стандартнихзвужувальнихпристроїв.- Ч.2: Діафрагми. Технічні вимоги (ГОСТ 8.586.2-2005(ИСО 5167-2:2003), IDT; ISO 5167-2:2003, MOD). 3. ДСТУ ГОСТ 8.586.3:2009. Метрологія Вимірювання витрати та кількості рідини і газу із застосуванням стандартнихзвужувальних пристроїв. - Ч. 3: Сопла та сопла Вентурі. Технічні умови (ГОСТ 8.586.3-2005 (ИСО 5167-3:2003), IDT; ISO 5167-3:2003, MOD). 4. ДСТУ ГОСТ 8.586.4:2009. Метрологія. Вимірювання витрати та кількості рідини і газу із застосуванням стандартнихзвужувальнихпристроїв.- Ч.4: Труби Вентурі. Технічні вимоги (ГОСТ 8.586.4-2005 (ИСО 5167-4:2003), IDT; ISO 5167-4:2003, MOD). 5. ДСТУ ГОСТ 8.586.5:2009. Метрологія. Вимірювання витрати та кількості рідини і газу із застосуванням стандартнихзвужувальнихпристроїв.- Ч. 5:. Методика виконання вимірювань (ГОСТ 8.586.5-2005, IDT). 6. ISO/TR 3313:1998 Measurement of fluid flow in closed conduits -Guidelines on the effects of flow pulsations on flow-measurement instruments. 7. Пистун Е.П. О погрешностяхопределения среднесуточного значения расхода газа, измеряемого методом переменного перепада давления. - К., 2000. 8. Oppenheim A.K., Ghilton E.G. Pulsating Flow Measurement- a literature survey // Trans. ASME. 1955. Vol.77. N2. P.231-248. 9. Earles W.E., Zarek J.M. Use of sharp-edged orifices for metering pulsating flow // Proc. Inst. Mech. Eng. 1963. Vol. 177. N37. P. 937-1024. 10. Дробышева Н.А., Никифоров А.Н. Измерение нестационарныхрасходов с помощю сужающихустройств // Метролог. обесп. измер.- М.: ВНИИКИ, 1984. - Вып.3.- 32 с. 11. EstelE. Durchflusszahl von Normdusen und Druckfall in Rohren bei pulsierender Stromung // Physika-lische Zeitsrift. 1937. Bd.38.-S. 748-758. 12. GAJAN, P., MOTTRAM, R.C., HEBRARD, P., ANDRIAMIHAFY, H. and PLATET, B. The influence of pulsating flow on orifice plate flowmeters. Flow Measurement and Instrumentation, 3 (3), 1992. - Р. 1118-1129. 13. Floyd J.H. The effect of high frequency pulsations on differential meter accuracy //Pipe Line News. - 1963. - Vol.35, N2. - P. 19-23.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Ф Д Матіко - Проектування теплоізоляції вузлів обліку природного газу з метою усунення додаткових похибок вимірювання витрати

Ф Д Матіко - Розрахунок властивостей супутнього нафтового газу для задач його обліку

Ф Д Матіко - Аналіз причин виникнення додаткових похибок витратомірів змінного перепаду тиску в умовах нестаціонарного потоку