ДЕМПФЕРЫ КАК ВИБРОЗАЩИТА В УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РАСХОДОМЕРАХ

Расходомеры жидкости применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, технологических жидкостей, масел, химических веществ и любой однородной жидкости [1, стр. 338].

Ультразвуковые расходомеры находят все большее применение в области коммерческого учета: металлургическая, нефтехимическая и другие отрасли промышленности, где высоки требования к точности результатов измерений. В связи с этим необходимо изучение и разработка путей повышения точности измерения расхода.

Объем продаж, выпускаемых УЗР, постоянно растет. Такое увеличение характеризуется все более высокими требованиями к точности учета энергоресурсов, которую могут обеспечить далеко не все приборы из существующего парка расходомеров.

Несмотря на все свои преимущества, а именно [2, стр. 89]:

1. Применение в широких диаметрах труб;
2. Возможность работы с неэлектропроводными и взрывоопасными жидкостями;
3. Возможность работы c жидкостями любой вязкости, отсутствие выпирающих деталей в поток;
4. Использование накладных датчиков, которые не требуют затраты на демонтаж трубопровода;
5. Беспроливная поверка, не требующая монтажа трубопровода;
6. Высокая точность измерений.

Недостатком является невозможность работы при больших вибрациях, что несколько ограничивает применение УЗР в авиационной промышленности. Так как вибрации достаточно сильно влияют на точность измерения расхода.

Чтобы этого избежать существуют конструктивные и схемные методы виброзащиты.

Одним из способов конструктивных методов виброзащиты является демпфирование с помощью гофрированного виброкомпенсатора [3, стр.12]. Такие демпферы можно устанавливать, как до расходомера (рис.1, а), так и по обеим сторонам расходомера (рис.2, б).

Рисунок 1, а. Схема установки гофрированного демпфера на трубопроводе до пьезопреобразователей, где 1 – трубопровод, 2 - гофрированный демпфер, 3 - датчики расходомера

Рисунок 1, б. Схема установки гофрированного демпфера на трубопроводе до и после пьезопреобразователей

Данный демпфер подавляет наиболее влияющие вибрации на расходомер.

Также используют демпфирование непосредственно на самом пьезопреобразователе (рис.2).

Рисунок 2. Схема пьезопреобразователя, где 1 - протектор, 2 - пьезоэлемент, 3 - демпфер, 4 - кабель, соединяющий электроды с выходным контактом, 5 - сборный корпус.

Демпфер располагают с тыльной стороны пьезоэлемента и прикрепляют к нему. Он служит для подавления инерционных свойств пьезоэлемента. У этого материала должно быть акустическое сопротивление, близкое к акустическому сопротивлению пьезоэлемента, и большой коэффициент затухания ультразвука. Чаще всего для этого применяются демпферы, выполненные из компаундов и демпфирующих сплавов:

- из галлия, олова и никеля с вольфрамовым наполнителем;

- компаунд из порошка вольфрама и олова с порошком железа;

- компаунды, связывающим компонентом в которых является эпоксидная смола, а наполнители различные (кварц, свинец, вольфрам);

- демпфирующий сплав на основе ферромарганца, чтобы подавлять распространение вибраций ультразвуковых датчиков или вибраций трубы, обеспечивая относительное уменьшение погрешности измерения потока, обусловленной внешними факторам.

Для того чтобы демпфер обладал большим затуханием и имел акустическое сопротивление, близкое к акустическому сопротивлению пьезопреобразователя, применяются составные демпферы, в которых между пьезоэлектрическим преобразователем и звукопоглотителем демпфера помещена четвертьволновая прокладка. Ниже показана схема такого преобразователя (рис. 3).

Рисунок 3. Схема составного демпфера, где а - четвертьволновая прокладка, б - звукопоглотитель, 1- пьезопластина, 2 - защитное дно, 3 - смазка, 4 – среда

Также в качестве демпфирующего устройства можно использовать высоковязкий демпфер, позволяющий подавить наиболее влияющие вибрации трубопровода.

Еще одним способом подавления вибрации является использование цифровых фильтров (фильтров низких частот и полосовых фильтров). Так как пьезопреобразователи работают на частоте 1,5 МГц, то все частоты ниже рабочего диапазона нужно отсекать, так как они характеризуются помехами, наводками и вибрациями движения текущей среды, передающимися трубопроводу. Такой фильтр выглядит следующим образом (рис. 4).

Рисунок 4. Цифровой полосовой фильтр

Таким образом, этот недостаток ультразвуковых расходомеров не является поводом отказываться от них. Так как нежелательные вибрации можно подавить, используя демпферы при различных динамических нагрузках.  А повысить точность можно, увеличивая количество датчиков и число каналов измерения.

Список литературы:

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн.2. СПб.: Политехника, 2004. – 412 с.
2. Покрас С.И, Покрас А.И., Гришанова И.А. Ультразвуковая расходометрия: дорогая экзотика или современный метод измерения? // Новости теплоснабжения. – 2005. - № 6. – с. 89-91.
3. Абзалилова Ю.Р. Виброзащищенные ультразвуковые расходомеры в нефтяной промышленности. // Инновационные технологии в промышленности: образование, наука и производство: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2016. – с. 12-13.