Анализ работы расходомеров всистеме автоматизированного теплоснабжения зданий
Неживова Юлиана Александровна, магистрант;
Азарова Татьяна Борисовна, магистрант;
Рахимзянова Рината Фаритовна, магистрант.
Чекардовский Михаил Николаевич, доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
Рассмотрен один из способов решения проблемы энергосбережения и энергоэффективности — оснащение приборами учета. Прибором учета, рассматриваемым в данной статье, выступал расходомер-счетчик, применяемый в системе автоматизированного теплоснабжения зданий. Изучены его наиболее популярные виды, достоинства и недостатки, проанализирован принцип работы каждого прибора. После установки такого прибора учета наблюдается повышение энергетической эффективности.
Ключевые слова: расходомер, теплоснабжение, расход, учет и измерение жидкости.
1. Введение
Проблемы энергосбережения и энергоэффективности являются одними из наиболее актуальных во всем мире. Сверхнормативный расход топлива, неэффективное использование энергии, утечки теплоты на тепловых трассах, в зданиях, отсутствие приборов учета расхода тепловой энергии и теплоносителя, отсутствие узлов регулирования приводят к дополнительным расходам и дефициту энергоресурсов.
В связи с нерациональным использованием энергетических ресурсов правительство Российской Федерации утверждает ряд государственных программ, создает федеральные законы, правила и методики, направленные на энергосбережение и повышение энергетической эффективности.
Одним из способов энергосбережения и повышения энергетической эффективности является оснащение всей страны приборами учета.
Производимые, передаваемые, потребляемые энергетические ресурсы подлежат обязательному учету с применением приборов учета используемых энергетических ресурсов [1].
2. Объекты иметоды
Коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя осуществляется путем их измерения приборами учета, которые устанавливаются в точке учета, расположенной на границе балансовой принадлежности, если договором теплоснабжения или договором оказания услуг по передаче тепловой энергии не определена иная точка учета [2].
Коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя организуется в целях:
‒ осуществления расчетов между теплоснабжающими, теплосетевыми организациями и потребителями тепловой энергии;
‒ контроля за тепловыми и гидравлическими режимами работы систем теплоснабжения и теплопотребляющих установок;
‒ контроля рационального использования тепловой энергии, теплоносителя;
‒ документирования параметров теплоносителя — массы (объема), температуры и давления [3].
Узел учета должен быть оборудован приборами учета, типы которых внесены в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений [4].
В данной статье рассматриваются приборы, предназначенные для измерения расхода и объема тепловой энергии, теплоносителя.
Водосчетчики — измерительные приборы, предназначенные для измерения объема (массы) воды (жидкости), протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока.
Расходомеры — это приборы, предназначенные для измерения расхода теплоносителя [3].
Расходомеры-счетчики являются устройствами учета и измерения объема тепловой энергии, теплоносителя, прошедшего через прибор. Монтируются непосредственно на магистралях и распределительных тепловых сетях. На данный момент существует несколько видов расходомеров-счетчиков, которые отличаются принципом работы.
Электромагнитный расходомер-счетчик
Электромагнитный расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема горячей и холодной воды, бытовых стоков, а также других неагрессивных электропроводящих жидкостей в широких диапазонах температур и проводимостей [5].
Данный вид расходомеров наиболее популярен для установки в системах теплоснабжения зданий.
Принцип работы электромагнитных расходомеров-счетчиков основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Магнитное поле создается при помощи пары катушек, расположенных снаружи проточной части напротив друг друга. ЭДС детектируется введенными в проточную часть электродами. Сигнал с электродов поступает на вход усилителя, формируется и выдается частотный, импульсный или токовый? выходной сигнал [6].
Проточная часть изготавливается из немагнитной стали и имеет изоляционное покрытие (фторопласт), что способствует свободному прохождению частиц металла, образующихся в результате коррозии трубопровода, без нанесения повреждения.
Достоинства:
‒ простота установки;
‒ механическая прочность;
‒ отсутствие подвижных элементов;
‒ минимальные потери давления;
‒ большой диапазон измерения;
‒ пропускают полный объем жидкости;
‒ не требуется установка фильтров;
‒ большой выбор диаметров.
Недостатки:
‒ невозможность использования для непроводящих жидкостей.
Ультразвуковой расходомер-счетчик
Ультразвуковой расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема реверсивных потоков различных жидкостей в одном или двух напорных трубопроводах при различных условиях эксплуатации.
Данный вид расходомеров подходит для измерения как жидкостей электропроводящих, так и для вязких диэлектриков.
Принцип работы ультразвукового расходомера-счетчика основан на измерении разности времен прохождения ультразвукового сигнала при распространении по потоку и против потока жидкости в трубопроводе.
Ультразвуковой сигнал, излучаемый первымдатчиком, проходит через движущуюся по трубопроводу жидкость и воспринимается вторымдатчиком. При движении жидкости происходит снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению времени распространения сигнала. По потоку жидкости (от первого датчика ко второму датчику) время прохождения уменьшается, а против потока (от второго датчика к первому датчику) — возрастает. Разность времен прохождения ультразвукового сигнала через жидкость попотоку ипротив потока пропорциональна скорости потока и объемному расходу.
Достоинства:
‒ высокая точность;
‒ простота установки;
‒ безопасность;
‒ широкий диапазон рабочих температур;
‒ наличие врезных и накладных моделей;
‒ низкое потребление электричества;
‒ стабильность показаний;
‒ отсутствие вращающихся частей.
Недостатки:
‒ высокие требования к однородности среды;
‒ подверженность электромагнитным помехам.
Вихревой расходомер-счетчик
Вихревой расходомер-счетчик предназначен для измерения объёма и объёмного расхода жидкостей, газов, насыщенного и перегретого пара, агрессивных сред при рабочем давлении и рабочей температуре в различных отраслях промышленности и в системах коммерческого учета, в составе счетчиков газа и пара.
Такие приборы неприхотливы в обслуживании и отличаются высокой надежностью и высокой точностью.
Принцип работы вихревого расходомера-счетчика реализован на методе измерения расхода, основанный на измерении частоты вихрей. В цилиндре проточной части установлено тело обтекания, которое вызывает образование вихрей в набегающем потоке измеряемой среды. Вихри распространяются попеременно вдоль и сзади каждой из сторон обтекания. Частота срыва вихрей с тела обтекания пропорциональна скорости потока среды и пропорциональна объемному расходу измеряемой среды.
Эти завихрения вызывают колебания давления измеряемой среды по обе стороны крыла сенсора. Крыло передает пульсации давления на пьезоэлемент. Пьезоэлемент преобразует пульсации в электрические сигналы. Электронный блок формирует выходные сигналы расходомера-счетчика после усиления, фильтрации, преобразований и цифровой обработки сигнала.
Достоинства:
‒ простота и надежность;
‒ отсутствие подвижных частей;
‒ большой диапазон измерений;
‒ линейный измерительный сигнал;
‒ достаточно высокая точность измерений;
‒ независимость показаний от давления и температуры.
Недостатки:
‒ невозможно использовать при малых скоростях;
‒ значительная потеря давления;
‒ изготавливают для трубопроводов, имеющих диаметр от 25 до 300 мм;
‒ работу могут нарушать акустические и вибрационные пульсации.
Тахометрический расходомер-счетчик
Тахометрический расходомер-счетчик предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема горячей и холодной воды. Они достаточно широко используются в промышленности в составе узлов технического и коммерческого учета потребления энергоносителей.
Наиболее распространёнными видами тахометрических расходомеров-счетчиков являются крыльчатые и турбинные.
Принцип работы тахометрического крыльчатого расходомера-счетчика состоит в измерении числа оборотов крыльчатки, вращающейся под действием потока воды. Поток попадает в измерительную камеру корпуса расходомера-счетчика через входное отверстие, внутри которой вращается крыльчатка с установленными на ней в герметичном корпусе магнитами. Теплоноситель, пройдя зону вращения крыльчатки (измерительную камеру), поступает в выходное отверстие. Количество оборотов крыльчатки пропорционально объему протекающей воды. Вращение крыльчатки передается магнитной муфтой, установленной в счетном механизме.
Счетный механизм, имеющий механический редуктор, способен переводить данные о числе оборотов крыльчатки в информацию об объеме протекающего теплоносителя. Счетный механизм герметичен и отделен от измеряемого теплоносителя немагнитным уплотнительным кольцом.
Принцип работы тахометрического турбинного расходомера-счетчика основан на преобразовании поступательного движения потока воды, подводимого в измерительную камеру корпуса, во вращательное движение турбины и передаче угловой скорости турбины через вертикальную ось и магнитную полумуфту, закрепленную на верхнем конце оси на счетный механизм через тонкую немагнитную перегородку.
Достоинства:
‒ большой динамический диапазон;
‒ простота установки и конструкции;
‒ низкая стоимость;
‒ высокое быстродействие.
Недостатки:
‒ подвижные детали подвержены износу;
‒ при перегрузке быстро ломается;
‒ должен регулярно калиброваться;
‒ ограничения по месту установки;
‒ используется только в чистых жидкостях, не содержащих твердых частиц и имеющих малую вязкость.
3. Выводы
Оснащение приборами учета тепловой энергии и теплоносителя действительно является одним из способов энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
Использование расходомеров-счетчиков в автоматизированной системе теплоснабжения позволяет контролировать расход и объем тепловой энергии и теплоносителя. После их установки наблюдается экономия денежных средств у потребителя.
Расходомеры-счетчики не только регистрируют количество поставляемых ресурсов в дом, но и их качество. Это принципиально новый подход к решению проблемы энергосбережения, в рамках которой энергоснабжающая организация не сможет перенести на жителей многоквартирного дома расходы по потерям энергетических ресурсов.
Литература:
- Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективность и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 N 261-ФЗ.
- Федеральный закон «О теплоснабжении» от 27.07.2010 г. N 190-ФЗ.
- Постановление Правительства Российской Федерации от 18 ноября 2013 г. N 1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя».
- Приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 17 марта 2014 г. N 99/пр «Об утверждении Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя».
- Руководство по эксплуатации. Часть I В41.00–00.00 РЭ «Расходомер-счетчик электромагнитный ВЗЛЕТ ЭР».
- Теплосчетчик в разрезе. Лекция 5: о расходомерах (окончание) [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://teplopunkt.ru/school/lec_t005.html.
