Развитие технологической базы обеспечения единства измерений в расходометрии

Можно смело утверждать, что отечественные предприятия предлагают рынку вполне современные и качественные приборы для измерения расходов различных жидкостей в разнообразных условиях эксплуатации и с высокой точностью. Среди разнообразных условий и требований, которым должны отвечать средства измерений расхода, есть требование обеспечения высокой точности измерений при температурах рабочей среды более 100 0С.

Горячая вода широко используется в промышленности и гражданском использовании. Системы отопления, бани, бойлеры, промышленный косвенный нагрев, теплопередача и т. д. Некоторые типы сырья могут перекачиваться только при нагреве до высоких температур. Учет тепловой энергии является одним из самых массовых по количеству расходомеров и счетчиков, устанавливаемых на узлах учета и в технологических системах. Существует много типов расходомеров жидкости. Некоторые из наиболее распространенных типов включают электромагнитные расходомеры, турбинные расходомеры, вихревые, ультразвуковые расходомеры.

Эти типы расходомеров имеют уникальные особенности, которые отличают их друг от друга. Типовые диапазоны температур измеряемой жидкости для некоторых типов расходомеров, которые указываю изготовители, показаны в таблице:

Температура измеряемой жидкости является существенным фактором, влияние которого на точность работы расходомеров (1, 2) следует учитывать при их разработке, испытаниях и производстве. Очевидно, что теоретические исследования и расчеты позволяют реализовать технические решения, минимизирующие влияние температуры на результаты измерений, но насколько качественно реализованы эти решения, можно судить только при проведении натурных исследований и испытаний.

Как известно, разработка, испытания и утверждение типа средств измерений выполняется при большом объеме натурных испытаний, на эталонных устройствах, что позволяет подтверждать соответствие средств измерений установленным требованиям. Для горячих жидкостей (в данном случае, воды) технические возможности испытательного оборудования, которым располагают разработчики и испытательные организации, ограничиваются возможностями воспроизводить испытательные расходы с температурой до 100 0С (если точнее – до температуры кипения воды, которая может быть и менее 100 0С). В то же время, промышленность и ЖКХ ставят задачи обеспечить измерение расходов жидкости при температурах выше 100 0С - 150 0С, 200 0С и более высоких значениях.

Без полноценного испытательного оборудования, способного воспроизводить с установленной погрешностью расходы жидкости при таких температурах, и испытаний на таком оборудовании выпускаемых расходомеров, говорить о достоверности результатов измерений нельзя. Насколько известно, полноценные испытательные установки для натурных исследований расходомеров при температурах воды более 100 0С в нашей стране отсутствуют. При этом, испытания и внесение в федеральный информационный фонд по обеспечению единства средств измерений расходомеров для работы в условиях высоких температур измеряемой жидкости проводятся. Очевидно, что производители, поставляющие расходомеры на объекты повышенной опасности или критической инфраструктуры, заинтересованы в объективных данных о технических характеристиках производимых ими расходомеров в условиях высоких температур воды.

Столкнувшись с задачей изготовления и поставки на объекты повышенной опасности расходомеров с рабочей температурой жидкости более 100 0С, специалисты АО «Концерн «НПО» Аврора», подошли к решению задачи ответственно и приняли решение о необходимости создания испытательной установки для горячеводных исследований своей продукции. Учитывая, что до настоящего времени подобных установок не было, для решения сложных научных и технологических задач были привлечены такие опытные и известные организации, как ООО «РКС-Энерго» (ведущий производитель поверочных проливных установок), ООО «СЕВЕР-АЛЬЯНС» (один из ведущих производителей расходомеров, узлов учета и котельных), ВНИИМ-ВНИИР (головной институт по научной работе в области расходометрии). Консолидация финансовых, научных и технологических ресурсов указанных организаций, позволили в необычайно короткие, для такого рода задач, сроки, разработать, изготовить и ввести в эксплуатацию уникальное испытательное оборудование.

Основные параметры установки:

• Диаметр условного прохода испытуемых СИ до 250 мм;
• Максимальный расход воды до 700 м3/ч;
• Максимальная температура воды в рабочем контуре установки 130 0С;
• Относительная погрешность измерений воспроизводимого расхода во всем диапазоне температур 0,1 %.

В состав установки входят:

• Система водоподготовки;
• Система заполнения/опорожнения установки;
• Система создания, стабилизации и циркуляции воды в рабочем контуре установки;
• Испытательный стол;
• Система нагрева воды;
• Система охлаждения воды;
• Аппаратно-управляющий комплекс и ПО;
• Система обеспечения безопасности эксплуатации.

Программное обеспечение установки, аппаратное оснащение и исполнительные механизмы обеспечивают возможность работы в полностью автоматическом режиме или в режиме управления оператором. Режимы нагрева/охлаждения воды, испытательные расходы в установке в зависимости от поставленной исследовательской задачи, устанавливаются оператором при подготовке к испытаниям СИ. Предусмотрена возможность исследовать МХ расходомеров в режиме последовательного изменения температуры воды от минимальных до максимальных значений со стабилизацией и удержанием промежуточных значений температуры. При этом, расход через исследуемый расходомер также может программно изменяться в выбранных диапазонах.

После достижения максимальных значений температуры запускается обратный процесс – охлаждение воды с возможностью стабилизации и удержания температуры на выбранных значениях. Возможно также комбинирование значений температуры «вверх/вниз». Указанные алгоритмы работы установки позволяют исследовать поведение расходомеров в различных условиях эксплуатации, что существенно повышает надежность их работы. Необходимо подчеркнуть, что заложенные в конструкцию установки, программно-аппаратный комплекс технические решения обеспечивают возможность развития ее возможностей, как с точки зрения достижения более высоких температур воды в установке, так и функциональных возможностей.

Для иллюстрации, приведем несколько фотографий внешнего вида установки

Фото 1. Внешний вид испытательной части установки

Фото 2. Внешний вид испытательной части установки. Испытательный стол

Фото 3. Система водоподготовки

Фото 4. Система нагрева воды

Уже реализованные в данной установке возможности позволяют АО «Концерн «НПО» Аврора» стать лидером в области разработки и изготовления расходомеров для измерения расходов горячих жидкостей, а ООО «РКС-Энерго», ООО «СЕВЕР-АЛЬЯНС» и ВНИИМ-ВНИИР приступить к созданию испытательной установки для обеспечения натурных исследований средств измерений расхода горячих жидкостей при испытаниях для целей утверждения типа. Создание такой установки в рамках оснащения ВНИИМ-ВНИИР создаст основу приоритета нашей науки в области метрологического обеспечения измерения расходов горячих жидкостей.

Список используемой литературы

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник.

- Л.: Машиностроение, 1989

2. Биргер Г.И., Бражников Н.И. Температурные погрешности и расчет некоторых параметров ультразвуковых расходомеров.

- Акустический журнал, Том IX, Вып.1, 1963