Способ метрологического контроля приборов учёта тепла, расходомеров различного типа и устройство для его осуществления
HEAT METERING DEVICES, FLOW METERS OF VARIOUS TYPES METROLOGICAL CONTROL METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при метрологическом контроле приборов учета тепла и расходомеров различного типа методом сличения показаний испытуемых приборов и показаний эталонных приборов.
Известен способ метрологического контроля приборов учета тепла и расходомеров различного типа, установленных в рабочих магистралях проливочных стендов, заключающийся в последовательном пропускании одного и того же потока через поверяемый и эталонный счетчик. /Бирюков Б.В. и др. Средства испытаний расходомеров. Выпуск 638. М, «Энергоатомиздат», 1983, с. 10-18, рис. 8/ Требуемый по условиям испытаний расход рабочей жидкости и гидростатическое давление создают с помощью регулируемых центробежных насосных установок. Недостатком известного способа являются высокая энергоемкость привода, потребность в значительных по объему отстойных резервуарах и необходимость ставить сложные успокоительные системы с пневматическими, пневмомеханическими или пневмогидравлическими стабилизаторами расхода, а также возможность появления кавитационных явлений в гидросистеме, что снижает достоверность метрологических испытаний. Кроме того, при проведении метрологического контроля приборов учета тепла и расходомеров в условиях, близких к условиям эксплуатации, необходимо на сливных трубопроводах устанавливать подпорные клапаны, что также приводит к увеличению энергозатрат.
Известно изобретение по патенту /RU №2310820, МПК G01K 17/16, G01F 25/00, опубл. 20.11.2007 г. «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 измерения за счет обеспечения поверки расходомеров и преобразователей температуры для теплосчетчиков в реальных условиях их эксплуатации. Недостатком этого изобретения является сложность конструкции, необходимость создания четырех измерительных линий с байпасами и коммутирующим оборудованием, которое не будет задействовано в течении межповерочного интервала. Кроме того, современные тепловые пункты оснащены системами погодного регулирования и станциями подогрева воды для горячего водоснабжения и испытывают дефицит площадей для монтажа дополнительного оборудования и его обслуживания.
Известно изобретение по патенту /RU №2182320, МПК G01K 19/00, опубл. 10.05.2002 г. «Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя и устройство для его осуществления.» /
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.
Недостатками изобретения является отсутствие дифференциальных измерений расходов при разных температурах теплоносителя и ограниченное его применение только к узлам учета тепловой энергии и теплоносителя в тепловых пунктах.
Наиболее близким по содержанию является изобретение по авторскому свидетельству / SU 1700396 по МПК 5 G01K 19/00 от 19.02.1988 г. на «Способ поверки теплосчетчиков и устройство для его осуществления» / принятое за прототип.
Согласно описанию изобретения по данному авторскому свидетельству 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 на определенных расстояниях от зоны впрыска. Определив таким образом скорость потока рассчитывают расход тепловой энергии, который сравнивают с показаниями поверяемого теплосчетчика.
Устройство для поверки теплосчетчиков, содержит замкнутый трубопровод с насосом для циркуляции теплоносителя, нагреватель поступающего теплоносителя, расходомер поверяемого теплосчетчика, два термометра, подключенные к измерительно-вычислительному блоку, один из которых установлен в трубопроводе, а другой в регулируемом термостате, имитирующим температуру обратного теплоносителя, и расходомер образцового теплосчетчика.
Недостатками описанного изобретения является не высокая точность определения скорости потока ввиду размытости теплового фронта и неравномерного прогрева термопар. Кроме того, сложная конструкция образцового расходомера, в виде поршневого привода с выхлопным и всасывающим патрубком, снижают достоверность метрологического контроля.
Целью изобретения является устранение этих недостатков. Поставленная цель достигается тем, что способ метрологического контроля приборов учета тепла, включающий измерение температуры теплоносителя в трубопроводе и определение его расхода, путем сличения показаний расхода, количества и температуры теплоносителя, отличающийся тем, что при проведении метрологического контроля используют принцип аддитивности, заключающийся в раздельном создании скоростного потока и абсолютного статического давления теплоносителя.
Сущность изобретения поясняется 6 фигурами где на Фиг. 1 изображен вид сбоку конструкции устройства для осуществления способа метрологического контроля приборов учета тепла. На Фиг. 2 изображен вид сверху на устройство. На Фиг. 3 изображен вид А устройства. На Фиг. 4 изображено сечение Б-Б устройства. На Фиг. 5 изображено сечение В-В устройства. На Фиг. 6 изображен вид Г устройства.
Изображенное на Фиг. 1-6 устройство для осуществления способа метрологического контроля приборов учета тепла и расходомеров различного типа представляет собой замкнутый петлеобразный трубопровод 1, в котором последовательно установлены циркуляционный насос 2, образцовый термопреобразователь 3, расходомер 4 образцового теплосчетчика, термопреобразователи 5 и расходомеры 6 поверяемых теплосчетчиков, которые фиксируются центрирующими штифтами к суппортам 7 испытательного стола 8 и зажимаются подпружиненным плунжером 9.
Теплоноситель, подогретый в теплоизолированном баке 10, подогревателем 11 подается насосом 12, через обратный клапан 13 в контур замкнутого трубопровода 1 и гидроаккумулятор 14, присоединенный к входному патрубку циркуляционного насоса 2. При этом удаляют воздух через воздухоотводчики 15 и создают абсолютное гидростатическое давление равное 30-50 м. вод. ст., регулируя клапан гидроаккумулятора 14. Выбранный диапазон абсолютного гидростатического давления позволяет проводить метрологические испытания приборов учета тепла в условиях близких к условиям эксплуатации, повышает модуль упругости рабочей жидкости, за счет уменьшения объема нерастворенного газа и снижает вероятность кавитационных явлений в рабочем контуре замкнутого трубопровода.
Требуемый, по условиям испытаний, расход теплоносителя обеспечивают регулируемым приводом циркуляционного насоса 2, осевого типа, обеспечивающего безпульсационный поток рабочей жидкости в широком диапазоне расходов. В отличие от центробежного, в осевом насосе основная масса жидкости движется параллельно оси рабочего колеса. Осевые насосы могут подавать большие количества жидкости при сравнительно малых напорах. Производительность осевого насоса может достигать десятков кубометров жидкости в секунду при напоре до 6-9 м. вод. ст./П.И. Дурнов Насосы и компрессорные машины. М., Машгиз, 1960 г. Фиг. 143. Стр. 166./ Для замкнутого трубопровода геометрическая высота подъема жидкости равна нулю, следовательно, между потребным напором и напором создаваемым насосом, справедливо равенство. Однако следует иметь ввиду, что замкнутый трубопровод обязательно должен иметь так называемый расширительный или компенсационный гидроаккумулятор 14, соединенный с входным патрубком циркуляционного насоса, где давление имеет минимальное значение. Без этого гидроаккумулятора, абсолютное давление внутри замкнутого трубопровода было бы неопределенным, а также переменным в связи с колебаниями температуры и утечками через неплотности /Б.Б. Некрасов Гидравлика. М. Оборонгиз. 1960 г. Рис. 124, Стр. 173./ Если в замкнутой трубопроводной системе с гидроаккумулятором, нагруженной статическим давлением, включить циркуляционный насос на создания потока от гидроаккумулятора, то перепад давления, созданный насосом, будет прибавляться к величине абсолютного статического давления, заполнения системы и это давление будет действовать во всех сечениях замкнутого трубопровода. Если изменить статическое давление заполнения системы на ту или иную величину, то согласно закону Паскаля во всех точках данной системы давление изменится на ту же самую величину. Гидростатический подпор, создаваемый в замкнутой трубопроводной системе, предотвращает падения давления во входном патрубке 16 циркуляционного насоса и тем самым снижает вероятность возникновения кавитационных явлений, характеризующихся выделением из рабочей жидкости, пузырьков нерастворенного воздуха, снижающих достоверность метрологических испытаний.
Изменяя обороты вала насоса получают различные характеристики потока теплоносителя с минимальным, оптимальным и максимальными расходами в четырех диапазонах температур. Для повышения точности метрологических испытаний расходомеров с малым диапазоном расходов в замкнутом трубопроводе установлен байпасный трубопровод 17 с трехходовым регулирующим краном 18, соединяющим напорный 19, всасывающий 16 и сливной патрубки 20.
Процесс метрологического контроля приборов учета тепла и расходомеров различного типа начинается с монтажа поверяемых приборов на испытательном столе. Для этого перемещают в продольном направлении ручку рычажного отводчика 21 и через продольный паз 22 рычага 23 воздействуя на винт 24, закрепленный на суппорте 7 смещают его и установленный на нем подпружиненный плунжер 9. Устанавливают в суппорта поверяемые расходомеры 6, центрируют их по штифтам 25 и прижимают к уплотнениям 26 подпружиненным плунжером. Устанавливают в специальные гильзы суппортов термопреобразователи 5 линии подающего трубопровода поверяемых теплосчетчиков и в термостат 27 комплектные термопреобразователи 28 линии обратного трубопровода. Подогретый до требуемой температуры теплоноситель подают насосом 12 и заполняют замкнутый рабочий контур трубопровода 1 и гидроаккумулятор 14 через обратный клапан 13, удаляют воздух спускниками 15 и создают абсолютное гидростатическое давление равное 30-50 м. вод. ст., регулируя клапан гидроаккумулятора 14. Это давление воздействует на поршень подпружиненного плунжера 9, который сжимает уплотнения 26 суппортов 7 и обеспечивает герметичность замкнутого контура установки. Включают циркуляционный насос 2 и регулируя обороты вала двигателя насоса создают различные характеристики потока теплоносителя с минимальными, оптимальными и максимальными расходами в установленном диапазоне температур. Для изменения температуры теплоносителя, трехходовой кран 18, установленный на байпасной линии 17, включается на слив и теплоноситель из замкнутого трубопровода сливается через сливной патрубок 20 в теплоизолированный бак 10, где он подогревается нагревателем 11 или охлаждается охладителем 29 до нужной температуры испытаний. Оптимальный объем теплоизолированного бака должен быть не более двух объемов внутреннего контура трубопроводов наибольшего диаметра и протяженности. Безопасность проведения метрологических испытаний обеспечивается блоком безопасности, включающем спускник 15, манометр 30 и предохранительный клапан 31.
Информационно-измерительная управляющая система на базе персонального компьютера 32 обеспечивает прием от испытываемых и образцовых приборов информации и обеспечивает дальнейшую обработку ее по заданному алгоритму.
Применение принципа аддитивности при метрологическом контроле приборов учета тепла, заключающийся в раздельном создании скоростного потока и абсолютного статического давления теплоносителя, позволило снизить более чем в 5 раз энергоемкость оборудования и более чем в 10 раз снизить металлоемкость конструкции установки. Кроме того, это позволяет повысить упругие свойства теплоносителя, за счет снижения количества нерастворенного воздуха, предотвратить кавитационные явления и повысить достоверность метрологического контроля.
Совокупность вышеперечисленных факторов позволяет считать, что предлагаемый способ метрологического контроля приборов учета тепла, расходомеров различного типа и устройство для его осуществления соответствуют критерию полезности и новизны.