Времяимпульсный метод измерения объемного расхода жидкости основан на разном времени прохождения акустического сигнала под углом к вектору скорости потока в прямом по течению и обратном направлениях. После замера разницы времени прохождения сигнала в прямом и обратном направлении, при известной длине акустического луча, становится возможным определить компоненту скорости, добавленную течением воды.
Для реализации этого метода на противоположных стенках водовода устанавливаются акустические преобразователи, которые формируют акустический луч под углом θ к потоку, излучая и принимая ультразвуковой сигнал. Величина угла θ определяется в процессе проектирования створа измерения, и зависит от нескольких факторов, обычно принимаются значения от нормального - 45° до максимума - 65°.
Основным препятствием на пути определения средней скорости течения является неопределенность истинного пространственного профиля скорости. Для того, чтобы как можно точнее описать профиль скорости, используют не один, а несколько акустических лучей, расположенных в измерительном створе специальным образом. При этом, чем больше акустических лучей используется, тем точнее описывается профиль скорости и, следовательно, точнее определяется средняя скорость.
Влияние количества акустических лучей на точность измерений.
Один комплект расходомера Волга МЛ может быть использован для измерения расхода в нескольких створах измерения, с возможностью подключения до 100 (!) акустических лучей. Таким образом, например, одним комплектом расходомера можно одновременно измерить расход в 20-ти створах измерения с 5 акустическими лучами в каждом. В случае удаленности створов измерения от вторичного блока используются удаленные блоки-трансиверы. Такая особенность позволяет получить существенную экономию при реализации системы измерений на объектах с большим количеством водоводов, например, на насосных станциях или русловых ГЭС.
Схемы возможных конфигураций модульной системы построения
В случае безнапорного режима течения, кроме средней по сечению скорости, необходимо также измерять глубину потока.
Расходомер имеет возможность выполнять данную задачу двумя способами:
- Используя один дополнительный акустический преобразователь из собственной линейки, при этом преобразователь устанавливается на дне водовода и определяет расстояние до поверхности воды;
- Используя измеритель глубины и уровня воды любого типа, любого производителя с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА: гидростатический, ультразвуковой бесконтактный, радарный бесконтактный, лазерный и т.д.
Выбор того или иного измерителя глубины зависит от многих факторов и делается на этапе разработки основных конструктивных решений. Расходомер позволяет одновременно использовать несколько измерителей глубины, при этом приоритетность выбора того или иного глубиномера (уровнемера) определяется пользователем при программировании.
Схема измерения расхода при безнапорном режиме течения
Расходомер обладает еще одной уникальной способностью – измерять уровень наносов в реальном времени. Для выполнения такой задачи используется один ультразвуковой преобразователь из линейки Волга МЛ, который обычно устанавливается на стенке водовода и определяет расстояние от своей позиции до твердых наносов.
Расходомер принимает во внимание величину измеренных наносов при вычислении расхода. Эта опция доступна как при напорном, так и при безнапорном или комбинированном режимах течения.
В случае отсутствия протяженных прямых участков, требуемых до и после места установки створа измерения (по причине наличия изгибов водовода или других конструктивных элементов, оказывающих влияние на распределение скорости течения), специальный вычислительный алгоритм расходомера позволяет использовать так называемую двухплоскостную перекрестную схему расположения акустических лучей. Это позволяет частично нивелировать влияние деформации эпюры скорости на измеряемый расход.
В очень сложных случаях (короткие водоводы сложной формы с переменным сечением) при высоких требованиях к точности измерений, необходимо дополнительно выполнить специальные гидравлические исследования (физические: модельные и/или натурные и математические). Данные, полученные в результате исследований, используются при настройке расходомера.
Перекрестная схема расположения Гидравлическая математическая модель
акустических лучей
Помимо стандартной процедуры прохождения периодической поверки в специализированных и аттестованных центрах метрологии, стандартизации и испытаний, расходомер Волга МЛ имеет возможность прохождения периодической поверки имитационным методом на месте установки оборудования без его демонтажа. Специально для подтверждения метрологических характеристик (периодической поверки), диагностики работы расходомера в процессе эксплуатации нами разработан имитатор расхода Волга ИР. Имитатор расхода Волга ИР подключается к расходомеру вместо акустических преобразователей и позволяет имитировать расход в широком диапазоне значений. Специальное программное обеспечение имитатора расхода позволяет задавать как общий имитируемый расход, так и скорость жидкости через каждый акустический луч.
Да, расходомер оснащен таким режимом. В режиме самодиагностики электроника сама модулирует эталонный ультразвуковой сигнал и обрабатывает его так, как если бы это был сигнал с первичных преобразователей. Далее происходит обработка сигнала стандартными алгоритмами программного обеспечения расходомера, в результате чего выдается заключение о состоянии работы аппаратного и программного обеспечения. В случае выявления неисправности по итогам самодиагностики может быть выведен релейный сигнал для системы сигнализации. Самодиагностика осуществляется непрерывно в фоновом режиме работы расходомера. Выполнить настройки и получить более подробную информацию о результатах диагностики можно из специального меню Диагностика. Кроме того, расходомер может оповещать о коммуникационных проблемах и проблемах с акустическими преобразователями. Наличие таких возможностей позволяет своевременно оповещать эксплуатационный персонал о сбоях в работе расходомера и необходимости их устранения, а ведение расходомером архива нештатных ситуаций позволяет осуществлять их анализ и принятие действий по недопущению подобных ситуаций в будущем.
В линейке Волга МЛ есть специальная версия расходомера – Волга МЛ МП, которая является готовой к внедрению системой сигнализации о протечках и разрывах водоводов. При наступлении нештатной или аварийной ситуации расходомером Волга МЛ МП выдаются соответствующие релейные сигналы. Специальные математические алгоритмы анализа переходных процессов и гибкие настройки позволяют настроить расходомер применительно к специфике работы каждого конкретного объекта, что практически исключает ложные срабатывания сигнализации и повышает надежность работы в целом.
На базе расходомера Волга МЛ МП можно реализовать две основные схемы обнаружения протечек и разрывов водоводов:
- Одноканальная - с установкой одного измерительного створа (при этом измеренный расход через водовод сравнивается с историческими накопленными данными и характеристиками гидроагрегата (ГЭС) или насосного агрегата (насосная станция);
- Двухканальная (дифференциальная) - с установкой двух измерительных створов (при этом в непрерывном режиме контролируется участок водовода между измерительными створами, сравнивая значения расхода в них).
Сделать это можно двумя способами:
Используя смежные конструктивные элементы водовода, например, аэрационные шахты водоводов ГЭС;
Используя специальный сальник из комплекта Волга МЛ, выполненный из нержавеющей стали, обеспечивающий вывод кабелей из водовода под давлением до 5 МПа.
Монтаж сальника на водоводе или фланцах отводов может осуществляться как приварным, так и компрессионным способом.
По мнению большинства авторитетных отечественных и зарубежных специалистов в области акустики и ультразвуковых измерений, накладные акустические преобразователи, устанавливаемые снаружи водовода, могут быть использованы только в портативных системах учета. И могут применяться только в случаях необходимости измерения расхода воды в течение непродолжительного времени. Для систем измерения расхода, систем обнаружения протечек и разрывов водовода на ответственных гидротехнических объектах данный тип акустических преобразователей не подходит по многим причинам. Одна из них - неконтролируемое обрастание внутренней поверхности водовода, что влияет на точность измерений с непредсказуемой погрешностью вследствие прохождения акустического сигнала на своем пути через несколько сред. Кроме того, использование такого способа монтажа прямо противоречит требованиям таких авторитетных стандартов в области гидроэнергетики, как МЭК IEC60041.
Перейти в раздел ГАРАНТИИ
В случае уникальности стоящих перед Вами задач по измерению расхода воды, реализацию которых невозможно осуществить при помощи стандартных решений на базе расходомера Волга МЛ, наш конструкторский отдел готов подготовить для Вас индивидуальное решение на базе расходомера Волга МЛ, разработать уникальные монтажные элементы и приспособления для монтажа акустических преобразователей. Возможна разработка программного обеспечения и его метрологической аттестации.
Располагая штатом высококвалифицированных сотрудников, мы оказываем весь комплекс услуг "под ключ", связанных с внедрением системы измерения расхода воды, включающий в себя:
- разработку проектно-сметной документации;
- строительно-монтажные работы;
- шеф-монтажный надзор;
- пусконаладочные работы;
- сервисное обслуживание на регулярной основе или по запросу;
- поставка комплектующих и запасных частей.
