ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДУ ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТИ ВОДИ В ТРУБАХ ВЕЛИКИХ ДІАМЕТРІВ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.70(2).2025.348006Ключові слова:
ультразвуковий метод, витрата води, похибка вимірювання, труба великого діаметраАнотація
У зв'язку з постійним зростанням тарифів на ресурси, зокрема водні, проблема їхньої економії стала ще більш актуальною, ніж раніше. А яка ж економія може бути без точного обліку? Точне вимірювання витрати особливо в трубах великих діаметрів є дуже важливою задачею, оскільки навіть маленькі похибки призводять до неврахування значних об’ємів рідини, що проходить по таких трубах. Виникає питання, який метод вимірювання краще підходитиме для подібних об’єктів.
Чим більший діаметр, тим суттєвіші непрогнозовані збитки, пов'язані з низькою точністю вимірювання. У зв'язку з цим спостерігається підвищення потреби у високоякісних засобах виміру витрат саме на великих діаметрах, хоча ринок таких витратомірів дуже обмежений. З прийнятних за метрологічними показниками підходять лише електромагнітні та ультразвукові прилади, похибки яких зазвичай не перевищують кількох відсотків. Однак електромагнітні, як правило, на діаметри більше 300-400 мм не випускаються у зв'язку з різким ускладненням конструкції та збільшенням металоємності приладів. Проаналізовано також і інші найбільш використовувані методи з точки зору їх переваг і недоліків. На сьогоднішній день у світі існує тенденція, коли саме ультразвукова технологія задає планку для решти технологій вимірювання витрати. Досліджень особливостей застосування ультразвукового методу в трубах великих діаметрів вочевидь мало, хоча тут є достатньо специфічних питань, і вони були розглянуті в даній роботі.
Автор статті намагається оцінити фактори, що впливають на хід вимірювання, зокрема, монтаж, місцеві опори, гідродинамічні ефекти, що ймовірно впливають на метрологічні характеристики приладів обліку. Кількісно оцінюється вплив відмічених факторів, визначається найкраще застосування цих приладів і надаються відповідні рекомендації. За основу взято ультразвуковий неінвазійний метод.
При використанні неінвазійних ультразвукових технологій існують три потенційні технології, які можна застосувати. На їхній основі вирізняють ультразвукові час-імпульсні витратоміри, допплерівські ультразвукові витратоміри та крос-кореляційні ультразвукові витратоміри. Матеріал цієї статті обмежується використанням час-імпульсних приладів, оскільки вони, ймовірно, дозволять реалізувати метод вимірювання з найширшим діапазоном застосування, найвищою точністю та найнижчою невизначеністю.
Робота базується на багаторічному практичному досвіді використання ультразвукових витратомірів за різних умов експлуатації, розумінні технології, а також даних, що є у відкритому доступі.
Посилання
D.W Spitzer, & R.A. Furness, “New Aspects of Flow Measurement Errors in Large-diameter Pipes”, Journal of the American Water Works Association, pp 54-59, July 2008. https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2008.tb09675.x
DSTU EN ISO 4064-1:2019 (EN ISO 4064-1:2017, IDT; ISO 4064-1:2014, IDT) «Water meters for cold potable water and hot water -- Part 1: Metrological and technical requirements»
R.A. Furness, & S.P. Phatnani, “Theoretical and Experimental Studies in Large Diameter Water Pipelines”, Aquatech Asian Water Conf., New Delhi, India, 2003.
R.A. Furness, “Theoretical Studies in Water Pipelines”, Report RAF/1013/0905, September 2005 (client confidential). JDF and Associates, Tirley, Gloucestershire, United Kingdom, 2005.
Dane H., Wilsack R., “Upstream pipe wall roughness influence on ultrasonic flow measurement”, in AGA Operations Conference, Cleveland, 1999.
R.C. Baker, “Turbine flow meters: II. Theoretical and experimental published information”, Flow Meas. Instrum., 4(3), pp. 123–144, 1993.
I. Gryshanova, The improved ultrasonic flow measuring method, in: Proc. of the ASME Fluids Engineering Division Summer Conference (FEDSM 2008), 2009, pp. 337–340. https://doi.org/10.1115/FEDSM2008-55225
I. Gryshanova, “A computational investigation of flow meters”, in Proc. of 15th International Flow Measurement Conference (FLOMEKO 2010), pp 888–895, 2010. DOI:10.21014/tc9-2022.120
I. Gryshanova, I. Korobko, “How to improve accuracy of existing ultrasonic water meters”, in Proc. of Fluids Engineering Division FEDSM (American Society of Mechanical Engineers), vol. 2, 2021. https://doi.org/10.1115/FEDSM2021-63247
J. C. Jung and P. H. Seong, “Estimation of the Flow Profile Correction Factor of a Transit-Time Ultrasonic Flow Meter for the Feedwater Flow Measurement in a Nuclear Power Plant,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 52, 2005.
I. Gryshanova, A. Rak, I. Korobko, "The investigation of the correction factor for ultrasonic flow meters," Measurement, vol. 219, 113326, 2023. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.113326.
L. A. Salami, “Application of a computer to asymmetric flow measurement in circular pipes”, Trans. Inst. Meas. Control, 6, pp197–206, 1984.
B. Horner and F. Mesch. An induction flowmeter insensitive to asymmetric flow profiles. In M. S. Beck, editor, Process tomography 1995, 6–8 April 1995, Bergen, Norway, pages 321–330, Manchester, 1995. UMIST.
P. I. Moore, G. J. Brown, and B. P. Stimpson, “Modelling of transit time ultrasonic flowmeters in theoretical asymmetric flow”, in Proc. of FLOMEKO (Salvador, 2000), 2000.
L. A. Salami, “Velocity Area Methods for asymmetric profiles” University of Southhampton Interim Report V, 1972.
L. A. Salami, “Errors in the velocity-area method of measuring asymmetric flows in circular pipes”, University of Southampton Interim Report I, 1971.
M. L. Sanderson and H. Yeung, "Guidelines for the use of ultrasonic non-invasive metering technique", Flow Meas. Instrum., vol. 13, no. 4, pp. 125-142, Aug. 2002. https://doi.org/10.1016/S0955-5986(02)00043-2
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Гришанова І.А.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
