Главная » Статьи » Расходомеры » Тестирование расходомеров для безнапорной канализации на полевом стенде

Тестирование расходомеров для безнапорной канализации на полевом стенде

Выдержка из отчета Международной Водной Ассоциации (International Water Association — IWA), апрель 2009 года. В отчете описаны испытания расходомеров для открытых потоков на реальном канализационном стоке в безнапорном канале. Испытания выявили погрешность погружного расходомера 20% и погрешность радарного бесконтактного расходомера 50%.В отчете приведены также описание дополнительных исследований и выводы о причинах такой погрешности. Полный текст указанного отчета (на английском языке) можно посмотреть здесь.

Существующая система контроля насосных станций в муниципалитете Бреда (Нидерланды) очень устарела и требует усовершенствования. По этой причине в 2003 году было принято решение установить новую систему контроля, которая будет оборудована наиболее современными информационным и коммуникационными технологиями.

Полевая лаборатория была построена для испытаний новой системы, а также для исследований в области измерения перелива и измерений расхода в частично заполненных сточных трубопроводах. В ней есть много способов регулировать сток, а также возможность проводить эксперименты с подземными и сточными водами.

В полевой лаборатории были проведены тестирования четырех типов расходомеров в диапазоне расходов 150-450 м3/ч. Все измеренные данные сравнивались с полностью откалиброванным расходомером, установленном на напорной трубе. Три тестирования включали в себя полное исследование: было определено время стабилизации, протестированы расходомеры в полностью и частично заполненных сточных коллекторах. В данной статье приведены некоторые результаты тестирования различных типов расходомеров. Чтобы достичь наибольшей точности в условиях полевых испытаний, было решено устанавливать измерительные приборы в различных местах. Также был организован постоянный доступ к данным контрольного откалиброванного прибора.

rashod-1

Полевая лаборатория                         Коллектор сточных вод                    Насосная станция

(длина 50 м)

rashod-7

Приток воды в камеру с                    Структура перелива                           Стенка рассеивания

переливом

rashod-6

На рисунке выше показана схема полевой лаборатории. Различные типы расходомеров установлены для тестирования на местах:

0 – электромагнитный расходомер (заводская калибровка)

1 – ультразвуковой расходомер (накладной)

2 – электромагнитный расходомер

3 – доплеровский ультразвуковой расходомер

4 – Бесконтактный радарный расходомер

Полевая лаборатория

Полевая лаборатория состоит из трех основных частей: насосная станция, камера с переливом и трубопроводы сточных вод с двумя смотровыми колодцами. Первый смотровой колодец получает по напорной трубе воду из насосной станции. Второй смотровой колодец в середине установки используется для установки расходомеров внутри коллекторов. Вода может подаваться из насосной станции по напорной линии в камеру с переливом или на первый смотровой колодец. В результате гравитации вода течет из первого смотрового колодца по трубопроводу в камеру с переливом и далее в насосную станцию.

Для проведения испытаний, описанных в данной статье, в качестве контрольного расходомера использовался электромагнитный расходомер, который расположен над большим насосом. Данный расходомер был откалиброван на заводе-изготовителе.

Точность данного расходомера составляет 0,5-2% для значений расхода менее 100 м3/ч и 0,5% для значений более 100 м3/ч.

Коррекция неравномерности потока (нарушение профиля скорости)

Обычно расход рассчитывает по средней скорости и смоченной площади поперечного сечения. Но при сравнении, например, со структурой перелива необходимо учесть волнения, местные сопротивления и характеристики самого потока. Этот корректирующий фактор необходимо определить на месте. Компании часто используют заводские параметры или используется 3-точечный метод для определения средней скорости. При обычном использовании 3-точечного метода производители исходят из нормального профиля скорости (см. рисунок ниже).

rashod-5

Q = α*u*A(h)

где u – измеренная скорость, А(h) – смоченная площадь поперечного сечения, α – корректирующий параметр.

Чтобы подтвердить, что данный тип профиля скорости действительно характерен для данной системы сточных коллекторов, была измерена скорость в частично заполненной трубе с использованием электромагнитного расходомера. Электромагнитный расходомер имеет 4 датчика с пересекающимися траекториями для измерения скорости. Расходомер был установлен в трубе и постепенно передвигался в различных направлениях (x, z).

rashod-4

Точки, в которых проводились измерения, отмечены на рисунках ниже. На одном рисунке в условиях подпора, на другом – в нормальных условиях (свободное течение). В результате этой серии измерений было выявлено, что измеренные профили скорости достаточно сильно отличаются от теоретических профилей. Для условий свободного течения уклон был больше, чем для условий подпора (асимметрия). При подпоре также очевидно, что поверхностная скорость не является репрезентативной для определения средней скорости. Однако для калибровки бесконтактных расходомеров производители часто используют поверхностную скорость для получения средней скорости. При использовании 3-точечного метода ошибка в определении уклона может достигать 30 %. Различные нарушения в профиле потока, вызванные небольшими препятствиями, такими как камни, неровности бетона, локальные изменения профиля трубы, боковые притоки, сопротивление воздуха и т.д.

rashod-3

Влияние нарушения профиля скорости на точность измерений

Для определения влияния уровня осадка (ила) в сточных коллекторах на точность измерения использовались три различных слоя искусственного осадка (слои в 18, 32 и 52 мм). Ошибка по уклону возросла с 5 до 40 %.

Следующий рисунок демонстрирует большие отличия измеренных скоростных профилей при различных гидравлических условиях и при различных уровнях осадка.

Едва ли хоть один из полученных профилей скоростей сходен с теоретическим профилем потока.

rashod-2

Сравнение результатов двух расходомеров

Мы также сравнили показания двух расходомеров с результатами контрольного откалиброванного расходомера: погружной расходомер Flo-Tote и бесконтактный Flo-Dar. Точность Flo-Tote (установленного непосредственно в сточной воде) была около 20%. Точность Flo-Dar (установленного бесконтактно) была около 50%. Основной причиной такой низкой точности было то, что поверхностная скорость не отражала среднюю скорость потока и индивидуальные особенности потока. Для определения отражения от луча система Flo-Dar использует FTT-алгоритм. Этот алгоритм должен определять пик среди пороговых значений. Однако данный алгоритм не всегда позволяет правильно определить пиковое значение, что на данном этапе говорит о его несовершенстве.

Выводы:

Основной вывод нашего исследования – мы не должны ожидать получения очень точных результатов измерения расхода в частично заполненных сточных коллекторах. Даже при калибровке на месте и наличие датчиков, не покрытых отложениями, возможно получение погрешности в 50%! Поэтому по возможности рекомендуется устанавливать расходомеры в полностью заполненных коллекторах, а при установке в частично заполненных трубопроводах следует учитывать влияние осадка и местных сопротивлений. Для достижения более высоких результатов в данных условиях необходимо использовать качественно новый метод измерения расхода или хотя бы новый метод калибровки на месте.

Adblock detector