Очистка сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности с использованием расходомеров

Глава 2. ИМИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАСХОДОМЕРОВ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНСЬБУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

(ЦБП) невозможно без осуществления учета объема сточных вод, поступающих в соседние с предприятием водоемы. Для метрологического учета сточных вод необходимы соответствующие расходоизмерительные приборы: расходомеры и водосчетчики.

Большие объемы сточных вод в ЦБП предполагают необходимость и

змерения их расхода в трубопроводах большого диаметра или в открытых каналах. Также необходимо учитывать, что в стоках предприятий ЦБП находится большое количество взвешенных частиц и химических веществ, поэтому расходомеры должны безупречно работать в загрязненных и агрессивных жидкостях.

Погружные вихревые расходомеры являются новыми перспективными приборами, предназначенными для измерения расхода различных технологических жидкостей ЦБП, в частности сточных вод [1]. Но выпуск и эксплуатация таких приборов существенно сдерживается практическим отсутствием в России проливных установок на диаметры, превышающие 300 — 400 мы. В результате невозможно осуществить первичную и периодическую поверку таких приборов, испытания после ремонта и т.д. Поэтому крайне актуальна разработка оборудования и методов для имитационных испытаний. Особенно важна, на наш взгляд, возможность технологических испытаний расходометрической аппаратуры на таких стендах в рабочих условиях, в частности на реальной измеряемой среде. Поэтому основные задачи нашего исследования — разработка конструкции имитационного стенда, имитирующего гидродинамические воздействия на приемник-преобразователь вихревых колебаний (ППВК) расходомера, математической модели для оптимизации его параметров и расчета системы управления.

На рис. 1 показан стенд, позволяющий не только поверять и испытывать одиночный прибор, но и сравнивать работу двух его экземпляров. При этом каждый из них может работать на разных жидкостях, например на чистой воде и сточных водах.

Считая расходомер, установленный в воде образцовым, можно исследовать дополнительные факторы, возникающие при работе прибора на различных технологических жидкостях целлюлозно-бумажного производства. Анализ полученных данных позволяет учесть влияние условий эксплуатации на показания прибора и ввести, если это необходимо, коррекцию в его показания.

В основе работы стенда лежит допущение о том, что для получения электрического сигнала определенной формы и величины с ППВК необходимо воздействовать на него перепадом давления также строго определенной формы. Если на выходе ППВК будет формироваться сигнал, близкий к реально действующему в приборе на заданном расходе, то и гидродинамический режим работы прибора будет близок к реально существующему.

В состав стенда входят: две одинаковые цилиндрические камеры / и 2, торцевые стенки которых представляют собой мембраны 3 и 4 с жестким центром и мембраны 5 и 6 без жесткого центра. Камеры заполняются рабочей жидкостью через патрубки 7 и 8. Через пробки 9 и 10 из них выпускается остаточный воздух. Поперек камер устанавливаются перегородки Пи 12, в которые через уплотнения вставляются тела обтекания образцового и поверяемого расходомера. Через патрубки 13 и 14 выпускается жидкость. Боковые стенки тела обтекания расходомеров с отверстиями каналов обратной связи

(КОС) должны быть направлены параллельно перегородке. С жесткими центрами мембран 3 и 4 соединен линейный электромагнитный привод 15, приводящий мембраны в колебательное движение. Привод стенда охвачен обратной связью по выходному сигналу расходомера через регулятор и усилитель мощности электропривода.

Входным эталонным сигналом для стенда является электрический сигнал с выхода образцового расходомера на заданном расходе, предварительно записанный на проливной установке и воспроизведенный с помощью ноутбука. При наличии цепи обратной связи в процессе работы стенда на мембранах обоих камер создаются одинаковые механические колебания, параметры которых определяются эталонным сигналом. В обеих камерах на срезах КОС создаются знакопеременные перепады давления, возникают знакопеременные перетоки технологической жидкости через чувствительные элементы образцового и поверяемого расходомера. Таким образом, при одинаковой геометрии камер стенда в них протекают одинаковые гидродинамические явления. Это позволяет считать, что подавая сигналы, предварительно записанные на реальной проливной установке для различных поверяемых расходов, мы будем имитировать на стенде работу расходомера в условиях различных расходов.

В процессе поверки электронные блоки образцового и поверяемого расходомеров формируют определенное число импульсов, пропорциональное некоторому имитационному объему жидкости, прошедшему через приборы. Это количество фиксируется соответствующими счетчиками импульсов. Сравнивая показания счетчиков импульсов образцового и поверяемого расходомеров, можно судить о погрешности измерения на данном поверочном расходе.

Для оптимизации конструктивных и метрологических параметров установки, а также с целью исследования погрешности воспроизведения расхода на имитационном стенде авторы статьи разработали математическую модель стенда в пакете Simulink программы Matlab.

Для того чтобы описать движение жидкости в герметичных камерах, нужно рассмотреть протекание жидкости через К8С расходомера. Используя метод контрольного объема [2], получим уравнение для средней скорости движения жидкости в КОС:

В стенд включен линейный электромагнитный привод, создающий силу которая будет действовать на мембрану камеры.

Для имитационной модели блока электропривода инерционные свойства катушки привода можно задать в виде передаточной функции первого порядка

Под действием движущейся суспензии в КОС на чувствительный элемент ППВК (гибкий электрод) действует сила, приложенная к его центру площади, которая совпадает с центром масс (для плоского электрода).

В связи с изложенными теоретическими предпосылками, учитывая выражения (1) — (5), разработана имитационная модель стенда в среде Simulink (рис. 2).

Стенд состоит из подсистем и блоков:

KameraLINEARIZE 1 и Kamera LINEARIZE 2 - подсистема, моделирующая камеры стенда согласно уравнению (5);

Flowmetr 1 и Flowmetr_2 — подсистема, решающая одновременно дифференциальные уравнения движения электрода ППВК под действием набегающего потока в КОС и электронного блока, который преобразует отклонение электрода в электрический сигнал;

ЕМР — блок, моделирующий электромагнитный привод стенда в соответствие с выражениями (3);

PID — регулятор цепи обратной связи с устройством сравнения сигналов;

Transport Delay — блок, необходимый для устранения фазового сдвига между входным и выходным сигналами при их вычитании;

Error_% — дисплей, индицирующий динамическую ошибку воспроизведения эталонного сигнала с помощью блока RMS.

 Скачать реферат