Зачем измерять выбросы с контрольной напорной трубкой?
(требование ГОСТ 17.2.4.06-90)
(требование ГОСТ 17.2.4.06-90)
При реализации требований ГОСТ 17.2.4.06−90, мы сталкиваемся с необходимостью использования одновременно двух напорных трубок — контрольной и рабочей.
Сначала мы видим это на схеме установки приборов в газоходе:
Сначала мы видим это на схеме установки приборов в газоходе:
Черт. 4 по ГОСТ 17.2.4.06−90
Далее — пункт 3.3.2 гласит: «При выполнении измерений одну напорную трубку устанавливают в контрольной точке на расстоянии 30−100 мм от оси газохода. Рабочую напорную трубку перемещают по линии измерения, последовательно устанавливая в точках измерения…»
А в формуле (13) значение динамического давления контрольной и рабочих трубок используется для нахождения коэффициента α, используемого для расчета средней скорости газа.
С другой стороны, на практике, лаборатории, работающие по ГОСТ 17.2.4.06−90, часто отказываются от использования контрольной напорной трубки. В этом случае ограничиваются одной, рабочей напорной трубкой, получают динамическое давление множества точек усредняют его (часто, как простое среднее арифметическое) и подставляют значение в формулу (6) этого же ГОСТа. Так происходит по многим причинам:
Рассмотрим назначение контрольной трубки при измерениях
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.4.06−90 (3.3.1), для получения объемного расхода газа нужно установить среднюю скорость газа, определяемую по формуле (12).
Средняя скорость газа является параметром средним не только по пространству сечения, но и по времени, в течение которого проводится измерение.
Усреднение по пространству сечения осуществляется подбором точек для измерений рабочей напорной трубкой (таблица 1 и 2). В зависимости от размера и формы газохода, длины прямого участка определяется то, сколько рабочих точек будет расположено в сечении и где они будут расположены. Большее количество точек позволяет более точно произвести усреднение по пространству, поэтому мы можем наблюдать (таблица 1) увеличение числа рабочих точек в зависимости от увеличения размера сечения газохода, соотношения сторон в прямоугольном сечении или уменьшения длины прямого участка газохода — факторов, влияющих на возмущение потока газа и создающих участки больших и меньших скоростей в сечении.
На данный момент ООО «СБ-Техника» разрабатывает приложение для мобильных устройств, позволяющее автоматизировать и значительно ускорить расчет количества и расположения рабочих точек. В целом, приложение позволить произвести полный набор расчетов аэродинамических параметров газохода, включая даже такие тонкости как плотность газа и влажность.
Усреднение по времени в течение отбора осуществляется контрольной напорной трубкой. Контрольная трубка располагается, в течение всего отбора в одной точке в пространстве и регистрирует изменения динамического давления потока газа, отражающие изменения общей скорости газа во всем потоке. Эту функцию не может выполнить рабочая напорная трубка, так как постоянно располагается в новой рабочей точке и по результату нельзя понять, произошло изменение из-за перехода на новую рабочую точку или из-за общего изменения состояния потока, произошедшего с момента предыдущего измерения.
В целом, каждое отдельное измерение представляет собой не менее трех результатов: динамическое давление в рабочей точке Рдi, динамическое давление в контрольной точке Рдк и статическое давление Рст (разряжение).
С другой стороны, на практике, лаборатории, работающие по ГОСТ 17.2.4.06−90, часто отказываются от использования контрольной напорной трубки. В этом случае ограничиваются одной, рабочей напорной трубкой, получают динамическое давление множества точек усредняют его (часто, как простое среднее арифметическое) и подставляют значение в формулу (6) этого же ГОСТа. Так происходит по многим причинам:
- не понимание назначения контрольной напорной трубки в измерительном процессе;
- применение, вместо ГОСТ 17.2.4.06−90 руководств по эксплуатации или методических пособий, ссылающихся на ГОСТ, но некорректно описывающих процедуру отбора (без контрольной трубки);
- трудозатратность и неудобство одновременного контроля двух напорных трубок и одновременного сбора сведений с них;
- необходимость покупки и содержания большего количества единиц оборудования: трубки, дифференциальные манометры.
Рассмотрим назначение контрольной трубки при измерениях
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.4.06−90 (3.3.1), для получения объемного расхода газа нужно установить среднюю скорость газа, определяемую по формуле (12).
Средняя скорость газа является параметром средним не только по пространству сечения, но и по времени, в течение которого проводится измерение.
Усреднение по пространству сечения осуществляется подбором точек для измерений рабочей напорной трубкой (таблица 1 и 2). В зависимости от размера и формы газохода, длины прямого участка определяется то, сколько рабочих точек будет расположено в сечении и где они будут расположены. Большее количество точек позволяет более точно произвести усреднение по пространству, поэтому мы можем наблюдать (таблица 1) увеличение числа рабочих точек в зависимости от увеличения размера сечения газохода, соотношения сторон в прямоугольном сечении или уменьшения длины прямого участка газохода — факторов, влияющих на возмущение потока газа и создающих участки больших и меньших скоростей в сечении.
На данный момент ООО «СБ-Техника» разрабатывает приложение для мобильных устройств, позволяющее автоматизировать и значительно ускорить расчет количества и расположения рабочих точек. В целом, приложение позволить произвести полный набор расчетов аэродинамических параметров газохода, включая даже такие тонкости как плотность газа и влажность.
Усреднение по времени в течение отбора осуществляется контрольной напорной трубкой. Контрольная трубка располагается, в течение всего отбора в одной точке в пространстве и регистрирует изменения динамического давления потока газа, отражающие изменения общей скорости газа во всем потоке. Эту функцию не может выполнить рабочая напорная трубка, так как постоянно располагается в новой рабочей точке и по результату нельзя понять, произошло изменение из-за перехода на новую рабочую точку или из-за общего изменения состояния потока, произошедшего с момента предыдущего измерения.
В целом, каждое отдельное измерение представляет собой не менее трех результатов: динамическое давление в рабочей точке Рдi, динамическое давление в контрольной точке Рдк и статическое давление Рст (разряжение).
В расчете далее определяется отношение скорости газа в рабочей точке к скорости газа в контрольной точке. Вместо скоростей подставляются корни динамических давлений в соответствующих точках (так как скорость относится к динамическому давлению как его корень). Коэффициент αi позволяет видеть не только отношение скоростей в момент измерения, но и то, как скорость газа в рабочей точке изменится в зависимости от изменения скорости во всем газоходе.
Например, установлен коэффициент αi = 0,9. Это означает, что скорость в i-й рабочей точке относится к скорости в контрольной точке (Ʋк) как 0,9*Ʋк. При этом если во время измерения Ʋк составляла 5 м/с и скорость в рабочей точке, следовательно, 0,9*5=4,5 м/с, то при изменении Ʋк до 6,5 м/с уже можем установить, что скорость в рабочей точке изменится известным образом 0,9*6,5=5,85 м/с.
Например, установлен коэффициент αi = 0,9. Это означает, что скорость в i-й рабочей точке относится к скорости в контрольной точке (Ʋк) как 0,9*Ʋк. При этом если во время измерения Ʋк составляла 5 м/с и скорость в рабочей точке, следовательно, 0,9*5=4,5 м/с, то при изменении Ʋк до 6,5 м/с уже можем установить, что скорость в рабочей точке изменится известным образом 0,9*6,5=5,85 м/с.
В ГОСТ 17.2.4.06−90 не выделен расчет отдельно для каждой рабочей точки, вместо этого, дана формула для расчета отношения средней скорости по всем рабочим точкам к скорости в контрольной точке — коэффициент поля скоростей α - параметр, описывающий пространственное усреднение потока газа.
Далее, рассчитывают среднюю скорость из средней скорости в контрольной точке и коэффициента α. Средняя скорость в контрольной точке за время измерений является усреднением потока по времени, так как все изменения потока, определяются в одной точке и обусловлены только изменением состояния потока газа, в течение времени измерений.
Таким образом в формулу расчета средней скорости газа входит как усреднение по времени, так и по пространству.
Если работа с контрольной трубкой лабораторией проигнорирована, то усреднение результатов измерений в рабочих точках не корректно, так как, фактически, в каждой точке проводилось измерение разных потоков («Нельзя дважды войти в одну и ту же реку» Гераклит Эфесский).
Однако, даже если достигнуто понимание значения применения контрольной трубки в работе, возникает вопрос, как осуществлять работу с ней.
Сложность технического обеспечения работы в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06−90 заключается в необходимости обеспечить одновременное измерение контрольной и рабочей трубкой. При чем, в рабочей точке нужно еще и произвести измерений разряжения. То есть нужно осуществить довольно сложную схему действий:
Для максимального упрощения измерения скорости и объемного расхода в полном соответствии с ГОСТ 17.2.4.06−90 коллективом ООО «СБ-Техника» разработан Измеритель дифференциального давления «СБ-1». Данный прибор содержит внутри себя 4 датчика измерения дифференциального давления и датчик измерения атмосферного давления. Кроме того, все необходимые разветвления гибких соединений расположены внутри корпуса измерителя.
Все датчики измерителя «СБ-1» работают одновременно, позволяя получать результаты с нескольких источников давления одновременно. Измеритель может как выдавать значения в реальном времени, так и собирать серию единичных измерений (до 255 штук), с сохранением в памяти прибора, организованной в удобную файловую систему с интуитивно понятным поиском.
Для проведения измерений с помощью «СБ-1» достаточно установить контрольную трубку на жесткое крепление, передвигать рабочую трубку по рабочим точкам одной рукой, другой — отдавать измерителю команду на проведение измерений (одной кнопкой). Измеритель по команде соберет данные Рдi, Рдк, полное давление на рабочей трубке, атмосферное давление в каждом измерении и сохранит серию собранных данных в память. Кроме того, прямо на месте отбора можно получить ориентировочные значения по средней скорости, расходу газа и данные нужные для расчета условий изокинетичности отбора по ГОСТ 33 007–2014. Все эти манипуляции легко осуществляются одним сотрудником и не требуют ведения громоздких первичных записей.
Удачных измерений!
Таким образом в формулу расчета средней скорости газа входит как усреднение по времени, так и по пространству.
Если работа с контрольной трубкой лабораторией проигнорирована, то усреднение результатов измерений в рабочих точках не корректно, так как, фактически, в каждой точке проводилось измерение разных потоков («Нельзя дважды войти в одну и ту же реку» Гераклит Эфесский).
Однако, даже если достигнуто понимание значения применения контрольной трубки в работе, возникает вопрос, как осуществлять работу с ней.
Сложность технического обеспечения работы в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06−90 заключается в необходимости обеспечить одновременное измерение контрольной и рабочей трубкой. При чем, в рабочей точке нужно еще и произвести измерений разряжения. То есть нужно осуществить довольно сложную схему действий:
- установить жестко контрольную трубку для нахождения в одной точке;
- контролировать рабочую трубку, перемещая ее по рабочим точкам;
- одновременно задействовать 3 дифференциальных манометра (для определения статического давления (Рст), динамическое давление в рабочей точке (Рдi) и контрольной точке (Рдк));
- вести записи полученных результатов.
Для максимального упрощения измерения скорости и объемного расхода в полном соответствии с ГОСТ 17.2.4.06−90 коллективом ООО «СБ-Техника» разработан Измеритель дифференциального давления «СБ-1». Данный прибор содержит внутри себя 4 датчика измерения дифференциального давления и датчик измерения атмосферного давления. Кроме того, все необходимые разветвления гибких соединений расположены внутри корпуса измерителя.
Все датчики измерителя «СБ-1» работают одновременно, позволяя получать результаты с нескольких источников давления одновременно. Измеритель может как выдавать значения в реальном времени, так и собирать серию единичных измерений (до 255 штук), с сохранением в памяти прибора, организованной в удобную файловую систему с интуитивно понятным поиском.
Для проведения измерений с помощью «СБ-1» достаточно установить контрольную трубку на жесткое крепление, передвигать рабочую трубку по рабочим точкам одной рукой, другой — отдавать измерителю команду на проведение измерений (одной кнопкой). Измеритель по команде соберет данные Рдi, Рдк, полное давление на рабочей трубке, атмосферное давление в каждом измерении и сохранит серию собранных данных в память. Кроме того, прямо на месте отбора можно получить ориентировочные значения по средней скорости, расходу газа и данные нужные для расчета условий изокинетичности отбора по ГОСТ 33 007–2014. Все эти манипуляции легко осуществляются одним сотрудником и не требуют ведения громоздких первичных записей.
Удачных измерений!