Розробка вимірювальних перетворювачів витрати природного газу з використанням комп’ютерних технологій параметричного моделювання

1. Номер державної реєстрації: 0109U002631
2. Науковий керівник: к.т.н., доцент Коробко І.В.
3. Результати

Робота спрямована на розв’язання задач розроблення сучасних вимірювальних перетворювачів витрат природного газу (ВПВПГ) для: вимірювання витрати та кількості природного газу в системах технологічної підготовки та транспортування природного газу; вимірювання витрати природного газу в комунальному господарстві з метою комерційного його обліку при визначенні величин відшкодувань за надання відповідних послуг; вимірювання витрати природного газу при технічному обліку в технологічному процесі відповідних виробництв.

Проведена оцінка сучасного стану і виявлено тенденції розвитку методів вимірювання витрати та кількості природного газу; проаналізовані та розроблені технічні вимоги до сучасних ВПВПГ; наведена оцінка їх технічних можливостей при реалізації конкретних приладів відповідно до висунутих вимог. Визначена і проаналізована сукупність найбільш важливих критеріїв оцінки ефективного використання різноманітних за принципом дії ВПВПГ для створення приладів обліку витрати та кількості з високими метрологічними та експлуатаційними характеристиками. Аналіз сучасних методів, приладів та систем вимірювання витрати природного газу показує, що заданим вимогам і умовам вимірювань витрат газоподібних паливно-енер егтичних ресурсів (ПЕР) в по буті і в промисловості, найбільш повно відповідають такі методи: швидкісний (з аксіальними турбінними чутливими елементами), ультразвуковий та вихровий. Широкого застосування сьогодні набули швидкісні ВПВПГ із аксіальною турбіною. Проведений аналіз показав, що, основним недоліком таких турбінних вимірювальних перетворювачів витрат (ТВПВ), є тертя в опорах ЧЕ (турбінки), що спричиняє нестабільність їх роботи та метрологічних характеристик. Для покращення метрологічних і експлуатаційних характеристик ТВПВ запропонована нова конструкція лічильника, що базується на використанні динамічного врівноважування ЧЕ приладу. За результатами проведених досліджень та аналізу методів розвантажування опор ЧЕ ТВПВ розроблена класифікація цих методів.

Розроблена математична модель функціонування ВПВПГ, яка враховує взаємозв’язок потоку вимірюваного середовища, проточної части (вимірювальної камери) і ЧЕ на базі його взаємодії з тілами складної форми обтікання та подальшим вирішенням питань оптимального проектування таких приладів із застосуванням сучасних комп’ютерних технологій параметричного моделювання. В процесі розробки математичної моделі отримані і досліджені аналітичні залежності динамічних і статичних характеристик ТВПВ. Виявлено вплив на їх роботу геометричних параметрів конструкцій та основних фізико-хімічних властивостей вимірюваного середовища.
Сформульована і розв’язана задача оптимізації параметрів конструкцій ТВПВ за допомогою комплексних алгоритмів оптимізаційних досліджень. На базі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено систему оптимального проектування і на її основі створена методика проектування ТВПВ природного газу. Створена система дозволяє: вести пошук оптимальної конструкції ВПВПГ за заданими критеріями оптимальності; моделювати роботу ВПВПГ як в динамічному режимі за умови різного характеру зміни витрат, так і в статичному при зміні геометричних параметрів конструкції і властивостей вимірюваного середовища; визначати нелінійність градуювальних характеристик приладу; оцінювати чутливість метрологічних характеристик ТВПВ до зміни різних показників, що визначаються вихідними даними; формувати конструкцію ТВПВ шляхом підбору оптимальних значень проектних параметрів для конкретних умов їх використання.
Створено програмне забезпечення, що дозволяє на етапі проектування здійснювати пошук оптимальної конструкції за багатьма критеріями та параметрами, моделювати роботу ВПВПГ з динамічно врівноваженими ЧЕ в умовах усталених та неусталених режимів, формувати конструкцію приладу для конкретних умов експлуатації.

Використовуючи отримані результати теоретичних і експериментальних досліджень, розроблено проект технічних пропозицій макетного зразка нового ВПВПГ із динамічним врівноважуванням ЧЕ, який має більш високі метрологічні характеристики у порівнянні з існуючими аналогами. Підготовлені рекомендацій зі створення узагальнених методик розробки ВПВПГ з використанням сучасних комп’ютерних технологій.