Система оптимального проектування крильчастих засобів вимірювання витрат рідин

Коробко І. В., Гришанова І. А. Визначення статичної характеристики турбінного лічильника води // Вестник Национального технического университета Украины “КПИ”. – Киев. – 1999. – Сер. “Машиностроение”. – Вып. 35. – С. 141-144.

Коробко І. В., Гришанова І. А., Булавінцев А. В. Розрахунок статичної характеристики багатоструменевого мокрохідного лічильника рідини // Вестник Национального технического университета Украины “КПИ”. – Киев. – 1999. – Сер. “Машиностроение”. – Вып. 36, т. 2. – С. 572-577.

Коробко І. В., Гришанова І. А. Гідродинамічні дослідження роботи тахометричного лічильника кількості рідини з тангенціальною турбінкою // Вестник Национального технического университета Украины “КПИ”. – Киев. – 2000. – Сер. “Машиностроение”. – Вып. 38, т. 1. – С. 34-37.

Гришанова І. А., Коробко І. В. Основні аспекти створення математичної моделі засобів вимірювання витрат енергоносіїв // Наукові вісті НТУУ “КПИ”. – Киев. – 2001. – № 3 (12). – С. 121-128.

Гришанова І. А. Оптимізація конструктивних параметрів засобів вимірювання витрат енергоносіїв // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту: сборник трудов международной научно-технической конференции “Приборостроение-2001”. – Винница – Симеиз. – 2001. – С. 57-61.

Пат. 30463А Україна, МПК6 G 01 F 1/28. Витратомір / І. В. Коробко, І. А. Гришанова, С. П. Сергеєв (Україна). – № 98052425; Заявл. 12. 05. 98; Опубл. 15. 11. 2000; Бюл. № 6-ІІ. – 3 с.

Пат. 30464А Україна, МПК6 G 01 F 1/28. Витратомір / І. В. Коробко, І. А. Гришанова, С. П. Сергеєв (Україна). – № 98052426; Заявл. 12. 05. 98; Опубл. 15. 11. 2000; Бюл. № 6-ІІ. – 3 с.

Коробко І. В., Сергеєв С. П., Гришанова І. А. Визначення коефіцієнту демпфірування у математичній моделі вимірювальних перетворювачів витрат із звужуючими пристроями // Праці Міжнар. науково-тех. конф. “Прогресивна техніка і технологія машинобудування і зварювального виробництва” (25-28 травня 1998 р.). – Том ІІІ. – Київ: НТУУ “КПІ”. – 1998. – С. 385-387.

Korobko I. V., Grishanova І. A. Selection of order of differential equation which explains mathematical model of measuring transducer of high-dynamical // Праці Міжнар. конф. “Вимірювання-98”. – Київ: НТУУ “КПІ”. – 1998. – С. 144-145.

Гришанова І. А., Коробко І. В. Особливості дослідження тахометричного лічильника кількості рідини з тангенціальною турбінкою // Збірка тез доповідей учасників ІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (13-14 травня 1999 р.). – Київ. – 1999. – С. 48-49.

Гришанова И. А., Коробко И. В. К вопросу о создании математической модели скоростных средств измерения расхода энергоносителей с тангенциальным подводом жидкости // Сборник докладов ХІІІ научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “Датчик-2001”. – Москва. – 2001. – С. 272-274.

Коробко І. В., Гришанова І. А. Визначення рухаючого моменту швидкісних турбінних засобів вимірювання витрат енергоносіїв // Збірка тез доповідей учасників ІІ міжнародної конференції “Прогресивна техніка і технологія – 2001” (28 червня – 2 липня 2001 р.). – Київ. – 2001. – С. 105.

Гришанова І. А. Про стан досліджень та формування можливих шляхів розв’язання задач проектування швидкісних засобів вимірювання витрат енергоносіїв // Збірка тез доповідей учасників муніципальної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Крок у майбутнє” (24 травня 2001 р.). – Київ. – 2001. – С. 22-23.

Гришанова І. А., Коробко І. В. Створення системи оптимального проектування засобів вимірювання витрат енергоносіїв // Збірник тез науково-технічної конференції “Приладобудування 2002: підсумки і перспективи” (16-17 квітня 2002 р.). – Київ. – 2002. – С. 100-101.

 

 

Гришанова І. А. Система оптимального проектування крильчастих засобів вимірювання витрат рідин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 11. 01 – Прилади та методи вимірювання механічних величин. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2002.

Дисертаційна робота присвячена розробці наукових основ оптимального проектування крильчастих засобів вимірювання витрат рідин (ЗВВР). Для цього здійснено подальший розвиток теорії проектування швидкісних крильчастих витратомірів і лічильників; розроблена математична модель, яка враховує гідродинамічні особливості потоку вимірюваної рідини при її взаємодії з первинним перетворювачем приладу і дозволяє відтворити роботу останнього в умовах усталеного і неусталеного режимів; отримані і досліджені аналітичні залежності динамічних і статичних характеристик крильчастих ЗВВР; виявлено вплив на їх роботу геометричних параметрів конструкцій та властивостей вимірюваних рідин; запропоновано комплексний алгоритм розв’язання задачі оптимізації крильчастих ЗВВР за критеріями отримання мінімальної відносної похибки вимірювань, середньоінтегральної відносної похибки вимірювань, а також мінімальної нелінійності градуювальної характеристики.

На базі розробленої математичної моделі, створеного комплексного алгоритму оптимізації та відповідного програмного забезпечення, побудована система оптимального проектування крильчастих засобів вимірювання витрат рідин.

Ключові слова: крильчасті засоби вимірювання витрат рідин, швидкісний тахометричний метод, кількість, оптимальне проектування.

 

 

Grishanova I. A. The system of liquid tangential flow turbine meters optimum designing. – Manuscript.

The dissertation, submitted for Ph. D. : speciality 05. 11. 01 – Devices and methods of measurement of mechanical quantities. – National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 2002.

The dissertation is devoted to development of scientific bases of liquid tangential flow turbine meters optimum designing. For this the further development of the theory of designing high-speed tangential flow turbine meters is carried out; the mathematical model is developed which takes into account hydrodynamical features of a measured liquid flow at its interaction with the primary converter of the measuring device and allows to create its work in conditions of steady and unsteady modes; the analytical dependences of the dynamic and static characteristics of liquid tangential flow turbine meters are received and investigated; the influence of geometrical parameters and properties of the measured liquid flows on the tangential flow turbine meter’s work is determined. The complex algorithm of decision of the problem of high-speed tangential flow turbine meters optimisation by criterions: minimal basic relative error, mean-integral error and minimal non-linearity of gradual characteristic is offered.

Due to the developed mathematical model, created complex algorithm of optimisation and the appropriate software the system of optimum designing of liquid tangential flow turbine meters is constructed.

Keywords: liquid tangential flow turbine meters, high-speed tachometric method, quantity, optimum designing.

 

 

Гришанова И. А. Cистема оптимального проектирования крыльчатых средств измерения расхода жидкостей. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 11. 01 – Приборы и методы измерения механических величин. – Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2002.

Диссертационная работа посвящена разработке научных основ оптимального проектирования крыльчатых (турбинно-тангенциальных) средств измерения расхода жидкостей (СИРЖ), и как результат, системы оптимального проектирования.

В работе проведен анализ состояния и выявлены тенденции развития методов и средств измерения расхода жидкостей. Обоснована возможность использования скоростного тахометрического метода для создания расходомеров и счетчиков жидкости с высокими метрологическими характеристиками.

Осуществлено дальнейшее развитие теории проектирования скоростных крыльчатых СИРЖ. Предложен новый подход к расчету движущего момента на тангенциальной турбинке с учетом постоянного изменения угла между плоскостью лопасти и набегающим на нее потоком и смены лопастей. Учтено влияние на величину движущего момента толщины пограничного слоя, образующегося на стенках корпуса прибора, где вращается крыльчатка, и меняющего толщину в зависимости от изменения режима течения. На основании решения уравнения Навье-Стокса получены зависимости для расчета жидкостных моментов сопротивления вращению крыльчатки.

С учетом изложенного разработана математическая модель, которая учитывает гидродинамические особенности потока измеряемой жидкости при ее взаимодействии с первичным преобразователем прибора и позволяет воссоздать работу последнего в условиях установившегося и неустановившегося режимов. В случае последнего в отдельности рассмотрены переходные процессы разгона и торможения крыльчатки, выявлены различия между ними, а также исследовано влияние конструкции первичного преобразователя СИРЖ на интенсивность их протекания.

Получены и исследованы аналитические зависимости динамических и статических характеристик СИРЖ, оценено влияние на их работу наиболее важных геометрических параметров конструкции, а также свойств измеряемых жидкостей.

Решена задача оптимизации конструктивных параметров скоростных крыльчатых средств измерения расхода жидкостей по критериям: наименьшей относительной погрешности и среднеинтегральной относительной погрешности во всем диапазоне измерения, а также наименьшей нелинейности градуировочной характеристики. Для реализации этой задачи разработан комплексный алгоритм, базирующийся на стратегии методов прямого поиска, и создано необходимое программное обеспечение в среде DELPHI, позволяющее визуализировать процесс оптимизации, а именно проследить изменение выбранных критериев при изменении конструктивных параметров. В результате оптимизации значение среднеинтегральной погрешности снизилось с 4, 55 до 0, 45%, а значение нелинейности – с 3, 7 до 0, 6% в диапазоне измеряемых расходов. Наибольшее значение относительной погрешности во всем диапазоне измерения после оптимизации не превышает 0, 96%, тогда как до оптимизации составляло 5, 32%.

На базе разработанной математической модели, созданного комплексного алгоритма оптимизации и соответствующего программного обеспечения построена система оптимального проектирования крыльчатых средств измерения расхода жидкостей.

Исследованы точностные характеристики ряда конструкций крыльчатых СИРЖ, среди которых была и полученная по результатам работы системы оптимальная конструкция. Проанализированы инструментальные, методические, температурные погрешности СИРЖ. Оптимальная конструкция имела наилучшие показатели среди исследуемых образцов, а именно ее суммарная погрешность не превышает 0, 65%, что соответствует требованиям, предъявляемым на сегодняшний к точности измерения расхода и количества жидкостей.

Ключевые слова: крыльчатые средства измерения расхода жидкостей, скоростной тахометрический метод, количество, оптимальное проектирование.