СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УЗЛОВ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ПОВЕРКИ СЧЕТЧИКОВ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CALIBRATING MEASURING SYSTEMS OF HEAT ENERGY ACCOUNTING UNITS AND CALIBRATING FLUID METERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

/Изобретение относится к измерительной технике, а именно к методам и технике калибровки и поверки трубопроводных систем измерения и учета тепловой энергии и счетчиков воды и жидкости непосредственно в условиях эксплуатации указанных систем и к передвижным и мобильным стендам для поверки счетчиков воды и жидкости. Применение в тепловых сетях загрязняющих счетчиков жидкости, например водоотведения, не допускается. Применение счетчиков спиртосодержащих жидкостей, не оставляющих после поверки и демонтажа осадков в теплосетях, оговаривается отдельно.
Известен стандарт ГОСТ Р 8.642-2008 Государственной системы обеспечения единства измерений на «Метрологическое обеспечение (МО) измерительных систем (ИС) узлов учета тепловой энергии» и теплоносителя (по тексту стандарта), который устанавливает основные положения по метрологическому обеспечению ИС на этапах их жизненного цикла. Несмотря на формальную отмену, им можно пользоваться для руководства и получения справок. Особенно это относится к условиям криминалистической ситуации, когда присутствуют хищения энергоресурсов на трубах и в счетчиках и неподконтрольны метрологам, силовым и другим структурам контроля и управления.
По п. 4.2 МО ИС включает поверку или калибровку.
По п. 8.3 при наличии специализированных эталонов (эталонные расходомеры, калибраторы температуры и давления) и доступности входов проводят комплектную поверку на месте эксплуатации, которая является предпочтительной.
Имеется также ГОСТ 8.156-83 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки». Настоящий стандарт распространяется на счетчики холодной воды, а также счетчики, выпускаемые по нормативно-технической документации, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок. Замечания по потерям и хищениям аналогичны (Андреев И.П. Потери и хищения госэнергоресурсов. Журнал «ЭКО» (Сибирское отделение РАН), 2002, №10, с. 60-70).
Задача комплектной поверки на месте эксплуатации этими стандартами поставлена, а технические решения комплектной калибровки и поверки вместе со счетчиками жидкости на месте эксплуатации или рядом с ними (например, применяемыми в одном знании) в стандартах отсутствуют.
Известен способ градуировки и поверки счетчиков и расходомеров, установленных в рабочей магистрали, заключающийся в последовательном пропускании одного и того же потока через поверяемый счетчик, образцовый счетчик и исходное образцовое средство более низкого предела измерения (SU 1139975, МПК G01F 25/00, 1985 г.). Способ не обеспечивает необходимую точность калибровки систем измерения тепловой энергии и теплоносителя, так как не учитывается погрешность измерения разности расходов и температур потока подающего и возвратного трубопроводов системы теплоснабжения, которые оказывают весьма существенное влияние на определение тепловой энергии и теплоносителя. Это очень важные составляющие результирующих погрешностей измерения тепловой энергии и расхода (количества) потребленного теплоносителя. Так, при погрешности измерения расходов в 2%, потреблении теплоносителя от общего потока в 1% (например, в жилом доме в ночное время), погрешность измерения разности расходов, то есть расхода (количества) потребленного теплоносителя, становится неопределенной. Аналогично, погрешность измерения разности температур по обоим трубопроводам, например, в 0,5 градуса при разности температур подающего и возвратного потоков теплоносителя в 10 градусов, дает составляющую погрешности измерения тепловой энергии в 0,5:10×100% или 5%, что недопустимо.
Известно изобретение по авторскому свидетельству SU 1700396 по МПК 5 G01K 19/00 от 19.02.1988 на «Способ поверки теплосчетчиков и устройство для его осуществления» со списком документов, цитированных в отчете о поиске: Magdeburg Warmezahier und fhre Priifung. PTB - Miteilungen, N 5, 1969, стр. 347-354. Патент Финляндии №66491, кл. G01К 19/00, 1981.
Согласно описанию изобретение по данному авторскому свидетельству SU 1700396 относится к теплофизическим измерениям и позволяет повысить точность поверки теплосчетчиков с большим диаметром трубопроводов. Измеряют температуру поступающего и возвратного теплоносителя в замкнутом трубопроводе. Определяют время прохождения теплового фронта, образованного впрыском в трубопровод теплоносителя, перегретого по отношению к теплоносителю, циркулирующему в трубопроводе, между двумя термопарами, установленными в нем на определенных расстояниях LI и L2 от зоны впрыска. Отсчет времени начинают с момента, когда первая термопара покажет заданное значение ti и заканчивают в момент, когда вторая термопара покажет заданное значение t2. При этом по измеренному t2 L2 интервалу времени определяют скорость потока и с учетом нее - объемный расход G теплоносителя. Зная величины tn, te и G, рассчитывают расход тепловой энергии Q, который сравнивается с показанием поверяемого теплосчетчика.
Устройство для поверки теплосчетчиков содержит замкнутый трубопровод 1, в котором размещены расходомер 5 и один из термометров 6 поверяемого теплосчетчика, и образцовый расходомер в виде поршневого привода 10 с выхлопным и всасывающим патрубками 2 и 13 и двух термопар 15, соединенных со счетчиком времени 17.
Один из главных недостатков изобретения - необходимость впрыска перегретого теплоносителя, передний фронт которого в потоке размывается, а термопары нагреваются неравномерно. При этом кратковременно увеличивается объем теплоносителя. Не выдерживается время стабилизации потока. Точность измерения скорости и расхода потока получается невысокая.
Другой недостаток - лишний кран для впрыска и применение системы впрыска.
Третий недостаток - невозможность поверки не теплосчетчика, а всего узла учета и счетчиков жидкости на потоке в реальных условиях эксплуатации.
Следующий недостаток - отсутствие дифференциальных измерений расходов и температур, которые при малых перепадах создают большие погрешности при определении количества тепловой энергии и теплоносителя.
Известно изобретение по патенту RU 2383866 на «Теплосчетчик и способ определения тепловой энергии теплоносителя с прямым измерением разности расходов при компенсации температурной погрешности»
В теплосчетчике в качестве согласующего и усилительного блока использовано средство измерения и автоматизации согласно ГОСТ 26.010-80. С целью компенсации температурной погрешности (10÷150°С), возникавшей от расширения размеров футеровки фторопласта, изменения вязкости, плотности теплоносителя и числа Re, в теплосчетчике дополнительно введены по два блока деления, умножения, памяти и переключатель. Упомянутые блоки управляют по команде блока управления. Все параметры в зависимости от температуры приводят к определенной температуре.
Недостатком изобретения является конкретная конструкция теплосчетчика, а не вся система измерений и калибровки, что более важно для охвата всех существенных погрешностей измерения.
Известно изобретение по патенту RU 2310820 на «Способ учета тепловой энергии и количества теплоносителя в открытых водяных системах теплоснабжения и устройство для его осуществления».
Узел учета тепловой энергии содержит подающий, обратный трубопроводы, теплообменный контур, четыре байпасных трубопровода, на которых на время проведения измерений устанавливаются измерительные участки с эталонными расходомерами, преобразователями температуры и струевыпрямителями. Предложенный способ позволяет определять количество теплоносителя, прошедшего через рабочие и эталонные расходомеры в подающем и обратном трубопроводах и в теплообменном контуре горячего водоснабжения, и сравнивать его с запомненными (архивными) значениями для уточнения на месте эксплуатации коэффициентов преобразования рабочих расходомеров и температурных преобразователей сопротивления. Изобретение повышает точность измерений за счет обеспечения поверки расходомеров и преобразователей температуры для теплосчетчиков в реальных условиях их эксплуатации. Недостатки весьма существенные в эксплуатации:
1 недостаток - отсутствие дифференциальных измерений расходов и температур, которые при малых перепадах создают недопустимо большие погрешности при определении количества тепловой энергии и теплоносителя с помощью даже сертифицированных теплосчетчиков.
2 недостаток - наличие избыточного количества (4-х) байпасов по 2 крана на каждом с удорожанием, необходимостью их пломбирования и т.д.
Практически все серьезные недостатки калибровки устраняются в указанном и более раннем патенте RU 2182320 по МПК 7 G01K 19/00 на «Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя и устройство для его осуществления» с приоритетом 08.02.2000, который рассмотрим подробнее ниже.
Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя основан на подключении образцового средства измерения к трубопроводу теплоносителя. При этом поток теплоносителя направляют с подающего трубопровода через образцовое средство на возвратный трубопровод. После сличают показания калибруемой системы и образцового средства и учитывают разность показаний расхода, количества и температуры теплоносителя калибруемой системы измерения по подающему и возвратному трубопроводу. Устройство содержит установленные по замкнутой схеме между подающим и возвратным трубопроводами образцовое средство, редуктор подачи теплоносителя и циркуляционный насос. К выходу калибруемой системы и входу средства для обработки данных сличения показаний подключено устройство для вычитания показаний по подающему и возвратному трубопроводу. Упомянутые способ и устройство позволят повысить достоверность калибровки систем измерения тепловой энергии.
Недостатком изобретения является ограничение его применения только к узлам учета тепловой энергии и теплоносителя, а счетчики воды и жидкости, находящиеся в том же здании, должны, как обычно, сниматься, вывозиться на отдельную и длительную поверку в калибровочную лабораторию, а потом возвращаться и пломбироваться на месте их эксплуатации. Производительность метрологических работ из-за этого снижается.
Известны также наши изобретения по 2 патентам RU 2567433 и RU 2578046, с одновременно (в один день) высланным патентным заявкам на калибровку систем учета тепловой энергии. Они значительно расширяют многофакторное пространство поверки с учетом влияний и обнаружения дефектов систем и хищений тепловой энергии, но не касаются настоящего изобретения по осуществлению поверки счетчиков воды и жидкостей непосредственно в стабильной по потоку теплосети. По существу, все 3 изобретения по патентам RU 2182320, RU 2567433 и RU 2578046 расширяют поверку на местах эксплуатации так полно и быстро, как раньше это не делалось по устаревшим и замененным упрощенным стандартам.
Прототипом изобретения по патенту RU 2182320 с модернизациями и схемами одновременной калибровки тепла и поверки воды и жидкости являются 3 опубликованные журнальные статьи. Решение умышленно не оформлено патентной заявкой из-за эксплуатационных недостатков в виде значительных больших прерываемых потребителями воды изменений скорости потока в эксплуатации:
1. Андреев И.П. Особенности конструирования и калибровки систем приборного учета тепловой энергии и воды в многоквартирных домах // журнал «Реформа ЖКХ». 2010. №1. С. 46-50. (См. в статье рис. 8)
2. Андреев И.П. Об особенностях построения и испытания систем приборного учета тепловой энергии и воды в многоквартирных домах // журнал «Энергетика, энергосбережение, экология». 2010. №2. С. 54-56. (См. в статье рис. 5)
3. Андреев И.П. Решение задачи верных измерений текучих сред и тепловой энергии при энергетических обследованиях объектов // журнал «Энергоаудит». 2010. №3. С. 45-47. (См. в статье рис. 5)
ПРИМЕЧАНИЕ. Рисунок и статьи имеются в интернете и все 3 статьи имеются в материалах заявки, например в 82 листах переписки с ходатайством от 22.05.2015 и оплаченной пошлиной.
3
Явный недостаток схемы именно по изменяющемуся во времени расходу воды, а не по теплу, где поток стабильный, если не нарушать правил эксплуатации тепловых сетей. Это нестабильный поток воды при наличии людей в здании (на практике в многоквартирных домах ЖКХ - это случайные «прыжки» расхода в эксплуатации, например в 1-2-10-3 и т.д… м в час, и отсутствие потока ночью при отсутствии потребления воды, кроме стока холодной воды через санузлы). Другой недостаток схемы - это сложность процесса повторного (наряду с теплом) монтажа калибратора путем установки специального приспособления с заменой фильтра на время калибровки.
Рассмотренная в журналах и неудачная схема поверки воды в теплосетях и является прототипом настоящего комбинированного применения счетчиков жидкости и известного изобретения по RU 2182320 и его модификаций.
Поставленные цели нашего изобретения достигаются тем, что поток теплоносителя с подающего трубопровода через образцовое средство на возвратный трубопровод направляют через поверяемые счетчики жидкости и одновременно калибруют по расходу счетчики жидкости, например, одновременно с калибровкой по расходу счетчиков тепла (расходомеров узла учета тепла) или последовательно. Кроме того, при меньших расходах, чем по теплу, для счетчиков жидкости устанавливают байпас с образцовым расходомером меньшей производительности, чем основной образцовый расходомер.
При большом количестве как квартирные счетчики воды, которых может быть значительно больше 2, применены гибкие подключения и зигзагообразные соединения между собой.
К 2-м кранам может быть подключен целый расходомерный стенд, где генератором расхода горячей воды служит сама теплосеть с теплосчетчиком у потребителя, а на стенде могут калиброваться и поверяться как дополнительные теплосчетчики, так и многочисленные счетчики жидкости.
При этом в качестве варианта исполнения устройство дополнительно содержит циркуляционный насос, замещающий тепловую сеть с возможностью осуществления контроля качества калибровки путем сравнения результатов калибровки от сети и от насоса.
В другом варианте устройство содержит кроме последовательно соединенных между собой в произвольном порядке образцового расходомера, образцового термометра, гибких рукавов с зигзагообразными поворотами, кранов, еще нагреватель и охладитель текучей среды.
Сущность изобретения поясняется 4 фигурами, где на фиг. 1 показаны: 1 - объект потребления тепловой энергии и теплоносителя, 2 и 3 - отсечные краны, 4 и 5 - подающий и возвратный трубопроводы, 6 и 7 - краны для подключения образцовых узлов расхода и температуры 8 и 9, 10 - гибкий трубопровод (металлорукав), 11 - узел управления (регулирование) потоком, 12 - узел учета тепловой энергии и теплоносителя, 13 и 14 - поверяемые счетчики жидкости.
На фиг. 2 показана схема поверки счетчиков жидкости при меньших расходах, чем по теплу, с байпасом 15, краном 16, счетчиками жидкости 13 и 14, образцовым расходомером меньшей 17 производительности, чем основной образцовый расходомер.
На фиг. 3 показана схема подключения большого количества счетчиков жидкости, например квартирных счетчиков воды с помощью блока 18 из гибких рукавов и зигзагообразных соединений между собой. Имеется также образцовый расходомер 19 и вспомогательный термометр 20 для оценки изменения плотности жидкости относительной рабочей температуры счетчиков жидкости.
На фиг. 4 показано с использованием теплосетей устройство 21 для осуществления способа по п. 1 и стенд для калибровки и поверки дополнительных теплосчетчиков 22, водосчетчиков 23, образцового расходомера 24, образцового термометра 25, гибких рукавов 26, кранов 27, 28, насоса 29, нагревателя 30 и охладителя 31 среды.
Способы и устройства работают следующим образом.
Объект потребления тепловой энергии и теплоносителя 1 с помощью кранов 2 и 3 отсекают объект от теплосетей и подающего и возвратного трубопроводов 4 и 5. С помощью кранов 6 и 7 подключается образцовый узел расхода и температуры 8 и 9, для лучшего согласования всей конструкции калибратора применяется гибкий трубопровод (металлорукав) 10, а для управления (регулирования) потоком узел управления 11.
Для калибровки и поверки к узлу учета тепловой энергии и теплоносителя 12 по цепи потока через узел 12 и поверяемые счетчики жидкости, обычно горячей и холодной воды, 13 и 14 калибруются и поверяются одновременно, причем на очень стабильном расходе, который по заданной программе меняется.
Как показывает практика эксплуатации рабочие расходы по отоплению и воде отличаются. Как показано на фиг. 2, поток проходит через счетчики воды 13 и 14 по байпасу 15 и при закрытом кране 16 поступает на дополнительный образцовый счетчик 17 другого диапазона, чем основной.
В том случае, когда поверяются квартирные счетчики совсем низкой производительности, то они объединяются в блок 18 (фиг. 3) с дополнительным образцовым расходомером 19 и обычным (не образцовым) термометром 20 для приведения температуры потока к рабочей температуре счетчиков холодной и горячей воды. Температурная погрешность квартирных счетчиков небольшая, но должна учитываться.
Если это удобно, например, для ремонта и настройки нескольких узлов учета тепла или счетчиков жидкости, не прерывая тепловой поток к объекту, то для создания расходомерного (проливочного) стенда 21 (фиг. 4) используются теплосети. Поток для калибровки и поверки движется через дополнительный теплосчетчик 22, водосчетчики 23, образцовый расходомер 24, образцовый термометр 25, гибкие рукава 26, краны 27, 28, насос 29, нагреватель 30 и охладитель 31 среды по необходимости.
Дополнительно применяется циркуляционный насос 29, замещающий тепловую сеть, например, в летний период. При этом, на низком давлении теплоносителя, в потоке за циркуляционным насосом возможно присутствие воздуха, вносящего погрешности измерений расхода. Замещение позволяет выявить и устранить данный дефект.
Метрологи и пользователи применяют те схемы одновременной калибровки и поверки с водосчетчиками, которые наиболее эффективны в условиях эксплуатации.
В зависимости от сборки приведенной группы изобретений и вариантов, они имеют единый изобретательский замысел использовать дополнительные счетчики жидкости и тепловой энергии в едином технологическом процессе и за единый или совмещенный межповерочный интервал.
Хотя изобретение было описано в связи с предпочтительным вариантом осуществления, оно не предназначено для ограничения объема изобретения к конкретной форме, как приведенной на фиг. 1, оно, напротив, предназначено, чтобы охватить такие альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.
Кроме того, описанные наши изобретения решают уникальную задачу профилактики и борьбы с хищениями энергоресурсов и испытания сложных изделий и режимов, как показано в техническом отчете Андреева И.П. по форсажу самолета Ту-160 на скорости 2200 км/ч и в оригинальной статье Шмелевой А.Б. Криминалистическая калибровка систем коммерческого учета и доводки изделий ВПК (военно-промышленного комплекса) // Актуальные проблемы юридической науки. В 5 томах. Том 3. - Тольятти: Волжский университет имени В.Н. Татищева, 21-24 апреля 2016 года - с. 338-343.
Вместо служебного технического отчета ОАО «Кузнецов» №6866 от 1983 г. на 235 с. можно рекомендовать доступную журнальную статью конструктора: Андреев И.П. Портативные и встроенные калибраторы расхода: основы теории компенсации скольжения вертушки // Датчики и системы. (Институт проблем управления РАН), 2006. №3. С. 42-45.
По существу, автором изобретения выполнена конверсия одной из самых передовых технологий оборонного комплекса (Дворецкий Л.С.К сокровищам конверсии. М., 1990. - 110 с.). Чтобы не совершать уже привычных технических ошибок при создании сложных систем следует учитывать изобретения, разнообразные знания, уникальный конструкторский опыт и результаты сравнительных испытаний. В данном изобретении и группе изобретений автора это есть.