ГЭТ 63–2019: новаторский метод стабилизации расхода жидкости в эталонной установке 3

   Установление наивысшей точности национальных первичных эталонов единиц массового и объемного расходов (массы и объема) жидкости (воды) входит в число приоритетов в национальной экономике большинства государств. В Российской Федерации и за рубежом принцип действия эталонов единиц расхода и количества жидкости основан на гравиметрическом методе взвешивания, т. е. на измерении массы жидкости, поступившей в весоизмерительную емкость за определенный интервал времени осреднения. Решающим условием точности результата работы такого эталона являются стабилизация расхода жидкости, а также выбор оптимального способа создания вынужденного течения жидкости в напорном трубопроводе и измерительной линии. Повсеместно принятый метод создания вынужденного течения жидкости путем размещения ее на высоте или подачи с использованием насосов имеет одно неудобное следствие – громоздкость конструкции эталона. Создание такой конструкции влечет за собой экономические, трудовые и временные затраты, что может негативно сказаться на условиях и результатах испытаний. Минимизировать неудобства позволяет принятый в фокус внимания автора новаторский метод активного демпфирования колебаний давления и расхода жидкости, который позволяет исключить необходимость размещения напорного бака на большую высоту над уровнем земли. Данный метод реализован в напорном трубопроводе и измерительной линии эталонной установки 3 Государственного первичного специального эталона единиц массы и объема жидкости в потоке, массового и объемного расходов жидкости ГЭТ 63–2019.

   Цель статьи – доказательно обосновывать и экспериментально подтвердить высокую эффективность данного метода.

   Результаты экспериментальных исследований изменения абсолютного давления в воздушной подушке и уровня жидкости в напорном баке модуля стабилизации подтвердили работоспособность предложенного метода на основании полученных минимальных значений относительных отклонений мгновенного и усредненного расходов жидкости. Приведенное в статье инженерное решение представляет интерес для хозяйствующих субъектов и коммерческих организаций, заинтересованных в снижении издержек на проведение испытаний объемного расхода (массы и объема) жидкости (воды).

1. Engel R. Modeling the uncertainty in liquid flowmeter calibration and application – Requirements and their technical realization for PTB’s national water flow standard // Proceedings 13^th International Conference SENSOR, Nürnberg, Germany, 22–24 May 2007 / Nürnberg, Germany: PTB, 2007. Vol. 2. P. B8.6.

2. Engel R., Baade H. J. Model-based flow diverter analysis for an improved uncertainty determination in liquid flow calibration facilities // Measurement Science and Technology. 2010. Vol. 21, № 2. P. 025401. doi: 10.1088/0957–0233/21/2/025401

3. Pöschel W., Engel R. The concept of a new primary standard for liquid flow measurement at PTB Braunschweig // Proceedings 9^th International Conference on Flow Measurement FLOMEKO ‘98, Lund, Sweden, 15–17 June 1998. P. 7–12.

4. Guelich J. F., Bolleter U. Pressure pulsations in centrifugal pumps // Journal of Vibration and Acoustics. 1992. Vol. 114, № 2. P. 272–279. doi: 10.1115/1.2930257

5. Dai C., Kong F., Dong L. Pressure fluctuation and its influencing factors in circulating water pump // Journal of Central South University. 2013. Vol. 20, № . 1. P. 149–155. doi: 10.1007/s11771-013-1470-6

6. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для вузов / T. M. Башта [и др.]. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

7. Singh P. J., Chaplis W. K. Experimental evaluation of bladder type pulsation dampeners for reciprocating pumps // Proceedings 7^th International Pump Users Symposium, Texas A&M University, 1990. P. 39–47.

8. Development of optimal diaphragm-based pulsation damper structure for high-pressure GDI pump systems through design of experiments / J. Kim [et al.] // Mechatronics. 2013. Vol. 23, № 3. P. 369–380. doi: 10.1016/j.mechatronics.2013.02.001

9. Wachel J. C., Price S. M. Understanding how pulsation accumulators work // Proceedings of the ASME11^th Annual Energy-Sources Technology Conference. 1988. P. 23–31.

10. Vetter G., Seidl B. Pressure pulsation dampening methods for reciprocating pumps // Proceedings of the 10^th International Pump Users Symposium, Houston, Texas. 1993. Vol. 19. P. 25–39.

11. Тухватуллин А. Р., Щелчков А. В., Фафурин В. А. Государственный первичный специальный эталон единиц массы и объема жидкости в потоке, массового и объемного расходов жидкости ГЭТ 63–2019 // Измерительная техника. 2021. № 2. С. 3–8. doi: 10.32446/0368–1025it.2021-2-3-8

12. Miller J. E. Liquid dynamics of reciprocating pumps. Part 2. Pulsation-control devices and techniques // Oil & Gas Journal. 1983. Vol. 81, № 18.

13. Mc-Entee L. B. J. Oscillating diaphragms // Proceedings of the international conference on modeling and simulation of microsystems. 1999. Vol. 2. P. 597–600.

14. Sewall J. L., Wineman D. A., Herr R. W. An investigation of hydraulic-line resonance and its attenuation // NASA TM X-2787. 1973. P. 80.

15. Радиусные сопла для бескавитационного истечения воды при высоких перепадах давления / Д. В. Кратиров [и др.] // Измерительная техника. 2017. № 9. С. 37–39.

16. Тухватуллин, А. Р. Государственный первичный специальный эталон единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости ГЭТ 63–2019 // XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых) : Международная молодежная научная конференция, посвященная 60-летию со дня осуществления Первого полета человека в космическое пространство и 90-летию Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева-КАИ, Казань, 10–11 ноября 2021 года. Том IV. Казань: Изд-во ИП Сагиева А. Р., 2021. С. 211–217.

17. ISO 9300:2022 Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles // ISO [website]. URL: https://www.iso.org/standard/77401.html (Accessed: 04. 04. 2023).

18. ГЭТ 63–2019 Государственный первичный специальный эталон единиц массы и объема жидкости в потоке, массового и объемного расходов жидкости / Институт-хранитель ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Текст : электронный // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. 2019. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/12/items/1365156 (дата обращения: 04. 04. 2023).