Вступ. Постановка проблеми
На сьогоднішній день перед суспільством стоїть надзвичайно важливе завдання жорсткої економії плинних енергоносіїв, яке не може бути життєздатною без точного та надійного їх обліку. Галузева практика потребує суттєвого підвищення точності реєстрації витрати та кількості природного газу. Надпроблемою у цьому контексті постає побудова такої системи проектування вимірювальних перетворювачів витрати, які б створили умови комплексного розв’язання проблеми народження досконалих сучасних вимірювальних засобів із високими метрологічними показниками [1-4].
Для визначення кількісних показників газових потоків широкого застосування набули швидкісні вимірювальні перетворювачі витрати турбінного класу (ТВПВ), завдяки поєднанню їх високої точності і надійності із простотою та дешевизною конструкції [1,5].
Постановка задачі
Розв'язання задач створення сучасних ТВПВ можливо шляхом проведення великої кількості натурних та напівнатурних досліджень. У той же час, сучасний розвиток інформаційних технологій дозволяє з високою ефективністю досліджувати прилади шляхом комп’ютерного моделювання взаємодії потоку вимірюваного середовища із елементами конструкції перетворювача за розробленими математичними моделями. На підґрунті таких моделей можна реалізувати систему проектування засобів вимірювання із оптимальними параметрами елементів приладу за розробленими критеріями і враховуючи умови експлуатації.
Вихідною вимірювальною інформацією ТВПВ аксіального типу є частота обертання чутливого елементу (ЧЕ), який являє собою гвинтоподібну турбінку. (Читати в джерелі)
Головною метою оптимізації є створення засобу вимірювання з досконалими метрологічними та експлуатаційними характеристиками шляхом пошуку раціональних значень його внутрішніх параметрів, що забезпечують екстремум цільової функції. Для оптимізації перетворювачів витрати рідини необхідно визначитись з критеріями оптимізації, цільовою функцією, що відображає роботу досліджуваного перетворювача, найбільш впливовими проектними параметрами даної цільової функції, обмеженнями, в яких можуть змінюватися проектні параметри, тобто визначити початкові та граничні умови; вибрати метод оптимізації; побудувати алгоритм; розробити програмне забезпечення; здійснити оптимізаційні розрахунки [1-4, 6-9].
Серед великої кількості критеріїв оптимальності вимірювальних приладів, що визначають ефективність їх функціонування, є такі, кількісне значення котрих бажано максимізувати (надійність роботи, діапазон вимірювання витрати, швидкодія, повторюваність вимірювання тощо), та такі, котрі потрібно мінімізувати (похибку вимірювання, вплив на вимірюваний потік і на систему вимірювання природного газу у цілому, вартість приладу та його експлуатації). Для практичної реалізації оптимізаційних розрахунків в якості цільової функції можна застосувати вираз, що окреслює мінімальне значення відносної похибки визначення частоти обертання ЧЕ [1] (Читати в джерелі)
Для практичної реалізації поставленої задачі актуальним є розроблення програмного забезпечення спроможного здійснювати оптимізаційні розрахунки ТВПВ природного газу за окресленими критеріями та параметрами впливу на метрологічні характеристики приладів і вказувати шляхи їх покращення.
Програмний комплекс оптимізаційних розрахунків
Програмне забезпечення обчислювального комплексу оптимізаційних досліджень засобів вимірювання об’єму та об’ємної витрати за різних режимів експлуатації і умов застосування розроблено на підґрунті математичної моделі (2), що описує взаємодію потоку вимірюваного середовища з елементами конструкції перетворювача витрати, і є логічним наповненням програмного комплексу розрахунків і дослідження турбінних вимірювальних перетворювачів витрати рідини і газу.
Обчислювальний комплекс оптимізації та дослідження швидкісних вимірювальних перетворювачів турбінного класу побудований із використанням сучасних програмних технологій: NET Framework, Visual Studio та C# (C Sharp).
При розробленні програмного забезпечення оптимізаційних розрахунків засобів вимірювання витрати природного газу використовується інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, який є зручним і не викликає ускладнень при опануванні повного циклу роботи з програмою.
Після запуску додатку на екрані з’являється головна форма, в якій безпосередньо виконується вибір режиму оптимізації і відображається форма введення допустимих значень оптимізаційних проектних параметрів елементів конструкції і умов використання приладу (рис.1). Для частини параметрів вимірюваного середовища, умов вимірювання та елементів конструкції перетворювача вводяться їх реальні значення.
Обмеження числових значень проектних оптимізаційних параметрів, що задаються користувачем, визначаються на підґрунті умов застосування приладу для розв’язання за конкретної задачі, чи комплексу задач, із врахуванням конструктивних особливостей приладу.
При виході за допустимі межі або введенні інших некоректних даних з’являється діалогове вікно з повідомленням про помилку (рис. 2).(Читати в джерелі)
При спробі почати оптимізацію з наявними незаповненими полями вводу, аналогічно з режимом дослідження з’являється діалогове вікно із повідомленням про необхідність ввести всі необхідні дані (рис. 3 (Читати в джерелі)
В режимі оптимізації реалізована можливість зберігати і відкривати файли, що містять введені параметри. Діалогові вікна збереження та відкриття файлів оптимізації наведено на рис. 4. та 5.(Читати в джерелі)
Після введення всіх коректних даних натискаєм кнопку «Почати оптимізацію» і з’являється вікно результатів (рис.6). У цьому вікні знаходиться текстовий бокс з результатами оптимізації і кнопка збереження результатів оптимізації. Кнопка збереження результатів оптимізації зберігає значення конструкційних параметрів перетворювача у файл дослідження для подальшого його відкриття у режимі дослідження.
(Читати в джерелі)
Дослідження впливу неоднорідностей газових потоків, враховуючи складність та трудомісткість процесів натурних досліджень, на точність турбінних перетворювачів витрати, проводилися із застосуванням методів обчислювальної гідрогазодинаміки на базі програмного комплексу ANSYS CFX.
Висновки
Розроблений програмний комплекс забезпечує проведення оптимізаційних розрахунків і можливості дослідження метрологічних характеристик швидкісних вимірювальних перетворювачів витрати природного газу турбінного класу різних типорозмірів і в широкому діапазоні умов їх застосування. Це дозволяє аналізувати метрологічні характеристики засобів вимірювальної техніки ще на етапі їх проектування і оцінювати вплив на них параметрів елементів конструкції і реальних умов застосування. Отримані результати сприятимуть вдосконаленню приладів вимірювання витрати і кількості рідини і газу, що сприятиме підвищенню точності їх обліку.
Розглянуті питання оптимізації за визначеними критеріями дозволяють віднайти такі геометричні характеристики елементів конструкції приладів, за яких досягається максимальна певність та надійність вимірювання, а також зробити наступні висновки:
Подальші дослідження направлення на розробленні програмного комплексу оптимізації ультразвукових вимірювальних перетворювачів витрати рідини і газів за визначеними критеріями.
Список використаних джерел
1. Писарець, А. В. Турбінні перетворювачі витрати енергоносіїв з гідродинамічним врівноважуванням чутливого елементу [Текст]: моногр. / А. В. Писарець, І. В. Коробко – К.: Корнійчук, 2013р . – 160с.
2. Коробко, І. В. Визначення критеріїв оптимізації та проектних параметрів турбінних перетворювачів витрат [Текст] / І. В. Коробко, А. В. Писарець // Вісн. ЖДТУ. Технічні науки. 2006. №2 (37). С. 99 – 104.
3. Гришанова, І. А. Оптимізація конструктивних параметрів засобів вимірювання витрат енергоносіїв [Текст] / І. А. Гришанова // Вісн. Черкас. інжен.-технологічн. ін.-ту: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф.«Приборостроение-2001». – Винница, 2001. – С. 57 – 61.
4. Коробко, І. В. Оцінка ефективності вимірювальних перетворювачів витрати рідин і газів [Текст] / І. В. Коробко // Вісн. НТУУ ”КПІ”. Сер. Приладобудування. – 2012. – Вип.44.– С. 111 – 117.
5. Кремлевский, П. П. Расходомеры и счетчики количества вещества: справочник [Текст]/ П. П. Кремлевский. – Л.: Машиностроение, 1989. – 701 с.
6. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике [Текст]: пер. с англ./ Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел, 1986. Т. 2. 320 с.
7. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике [Текст]: пер. с англ. / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. М.: Мир, 1986. Т. 1. 350 с.
8. Аоки, М. Введение в методы оптимизации [Текст]: пер. с англ. / .М. Аоки. М.: Наука, 1977. 344 с.
9. Коробко, І.В Могирьов Я.І., Кротевіч В.В. Програмний комплекс розрахунків і дослідження турбінних вимірювальних перетворювачів витрати рідини та газу. [Текст] /І. В. Коробко, Я.І. Могирьов, В.В.Кротевіч //Вісн. НТУУ ”КПІ”. Сер. Машинобудування. – 2015. – Вип.74.– С. 111 – 117.
