Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя основан на подключении образцового средства измерения к трубопроводу теплоносителя. При этом поток теплоносителя направляют с подающего трубопровода через образцовое средство на возвратный трубопровод. После сличают показания калибруемой системы и образцового средства и учитывают разность показаний расхода, количества и температуры теплоносителя калибруемой системы измерения по подающему и возвратному трубопроводу. Устройство содержит установленные по замкнутой схеме между подающим и возвратным трубопроводами образцовое средство, редуктор подачи теплоносителя и циркуляционный насос. К выходу калибруемой системы и входу средства для обработки данных сличения показаний подключено устройство для вычитания показаний по подающему и возвратному трубопроводу. Упомянутые способ и устройство позволят повысить достоверность калибровки систем измерения тепловой энергии. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к методам и технике калибровки, проверки точности и достоверности, сертификации трубопроводных систем измерения и учета тепловой энергии и теплоносителя непосредственно в условиях эксплуатации указанных систем. Наиболее предпочтительная область применения изобретения - объекты потребления тепловой энергии и теплоносителя с расходом теплоносителя до 60 тонн в час, а также объекты с большим расходом с нестабильным суточным потреблением тепловой энергии и теплоносителя, где имеет смысл осуществлять калибровку в нижней части диапазона измерения с расходом примерно до 60 тонн в час, например, на центральных тепловых пунктах. Ограничения по расходу рассматриваются здесь исключительно из-за технологических соображений по обеспечению мобильности проведения калибровки и сложности отключения больших нагрузок на время выполнения калибровок ориентировочно до 1 часа на каждый объект.

Известны способы измерения тепловой энергии и теплоносителя непосредственно на объекте их потребления, основанные на подключении с помощью кранов образцового средства измерения к трубопроводу теплоносителя, временной стабилизации параметров потока и сличении показаний калибруемой системы с образцовым средством.

Известен способ градуировки и поверки счетчиков и расходомеров, установленных в рабочей магистрали, заключающийся в последовательном пропускании одного и того же потока через поверяемый счетчик, образцовый счетчик и исходное образцовое средство более низкого предела измерения (а.с. СССР 1139975, МПК G 01 F 25/00, 1985 г.). Способ не обеспечивает необходимую точность калибровки систем измерения тепловой энергии и теплоносителя, так как не учитывается погрешность измерения разности расходов и температур потока подающего и возвратного трубопроводов системы теплоснабжения. А это очень важные составляющие результирующих погрешностей измерения тепловой энергии и расхода (количества) потребленного теплоносителя. Так, при погрешности измерения расходов в 2%, потреблении теплоносителя от общего потока в 1% (например, в жилом доме в ночное время), погрешность измерения разности расходов, то есть расхода (количества) потребленного теплоносителя, становится неопределенной. Аналогично, погрешность измерения разности температур по обоим трубопроводам, например, в 0,5 градуса при разности температур подающего и возвратного потоков теплоносителя в 10 градусов, дает составляющую погрешности измерения тепловой энергии в 0,5:10х100% или 5%, что недопустимо.

Аналогичные недостатки имеют способы и системы для калибровки расходомеров с применением погружных зондов (патенты WO 9502806 А1, 1996 г., GB 2283575 A1, 1995 г., GB 2294550 A1, 1996 г., все по МПК G 01 F 25/00). Кроме того, образцовые зонды не имеют высокие классы точности и практически не применяются на трубопроводах с диаметром условного прохода менее 75 мм.

Известно устройство для определения расхода различных продуктов снабжения, например теплоносителя и тепла (патент DE 4404850 A1, МПК G 01 F 15/06, 1995 г.). Однако оно не предусматривает своей калибровки.

Наиболее близким техническим решением являются способ и устройство калибровки расходомера непосредственно на объекте потребления жидкости, в которых с помощью кранов к трубопроводу подключаются мобильные образцовые средства измерения расхода и устройство для обработки данных сличения показаний (патент JP 6012285 В4, МПК G 01 F 25/00, 1996 г.). Недостаток технического решения в том, что оно не учитывает особенностей двухтрубных систем измерения тепловой энергии и теплоносителя и не охватывает весь комплекс существенных величин, влияющих на качество калибровки указанных систем.

Целью изобретения является упрощение, повышение точности и достоверности калибровки систем измерения тепловой энергии и теплоносителя непосредственно на месте эксплуатации.

В соответствии с алгоритмами вычисления тепловой энергии и теплоносителя, расходуемого потребителем (см., например., Правила учета тепловой энергии и теплоносителя, Минтопэнерго, М., 1995 г.), основными величинами, влияющими на точность и достоверность измерений, являются: - по тепловой энергии: расход (количество) теплоносителя по подающему трубопроводу, температура (плотность) теплоносителя по подающему трубопроводу, разность температур теплоносителя по подающему и возвратному трубопроводам; - по теплоносителю: его расход (количество) при прямом или, если нет возможности, как на вводах жилые дома, оснащенных в каждой квартире полотенцесушителями, то при косвенном методе измерения; при этом при косвенном измерении расход определяется как разность расходов по подающему и возвратному трубопроводам.

Более подробно погрешности, проявляющиеся при использовании двухтрубных (открытых) систем измерения тепловой энергии и теплоносителя, описаны в литературе (см., например, статьи Г.М. Ивановой. Требования к точности измерения разности температур при определении количества тепла. Теплоснабжение. Бюл. Главгосэнергонадзора, 3(6), 1997, с. 6-7; Определение расхода подпиточной воды. В том же бюл., N 1(4), 1997, с. 6-7).

Как видим, калибровки только каналов измерения температур и расходов, как иногда считается, недостаточно. Требуется знать, причем значительно более точно, насколько каналы измерения температур и расходов по подающему и возвратному трубопроводу дифференциально настроены. Если сходимости показаний нет, или сама калибруемая система не позволяет это сделать так, чтобы не нарушать установленные нормы точности, то этот дефект необходимо обязательно выявлять при выполнении калибровки всей системы.

Для достижения поставленной цели с помощью кранов отсекают объект потребления тепловой энергии и теплоносителя от источника подачи и возврата теплоносителя и калибруемой системы измерения, поток теплоносителя направляют с подающего трубопровода через образцовое средство на возвратный трубопровод, а при сличении показаний калибруемой системы и образцового средства учитывают разность показаний расхода, количества и температуры теплоносителя калибруемой системы измерения по подающему и возвратному трубопроводу.

В развитие данного способа с помощью кранов дополнительно отсекают от калибруемой системы и образцового средства источник подачи и возврата теплоносителя, закольцовывают подачу и возврат теплоносителя через калибруемую систему и образцовое средство с помощью циркуляционного насоса.

Устройство для осуществления способа отличается от известных тем, что между калибруемой системой, объектом потребления и источником тепловой энергии и теплоносителя введены отсекающие краны по подающему и возвратному трубопроводам, между подающим и возвратным трубопроводами на вводе и выводе калибруемой системы измерения установлены по замкнутой схеме образцовое средство, редуктор (кран, регулятор) подачи теплоносителя и циркуляционный насос, а также устройство для осуществления способа имеет дополнительное устройство для вычитания показаний расхода, количества и температуры теплоносителя по подающему и возвратному трубопроводу, подключенное к выходу калибруемой системы и входу средства для обработки данных сличения показаний.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показаны: 1 - источник тепловой энергии и теплоносителя (теплосеть), 2 - калибруемая (рабочая) система измерения тепловой энергии и теплоносителя; 3 - подающий трубопровод; 4 - возвратный (обратный) трубопровод; 5 и 6 - узлы датчиков расхода и температуры, установленные соответственно на подающем и возвратном трубопроводах; 7 - вычислитель тепловой энергии и теплоносителя; 8 - объект потребления тепловой энергии и теплоносителя; 9 - образцовое средство для измерения расхода (количества) и температуры теплоносителя; 10 и 11 - отсечные краны, установленные между системой 2 и объектом 8; 12 и 13 - отсечные краны, установленные между источником 1 и системой 2; 14 - редуктор и 15 - кран, установленные для подключения образцового средства 9 к трубопроводам 3 и 4; 16 - кран - перемычка между трубопроводами 3 и 4 на вводе в систему 2; 17 - циркуляционный насос; 18 - средство для обработки данных сличения показаний (вычислитель калибратора); 19 - устройство для вычитания показаний расхода, количества и температуры теплоносителя по подающему и возвратному трубопроводам.

Предлагаемый способ калибровки реализуется следующим образом.

От источника 1 теплоноситель по трубопроводу 3 через кран 12, рабочую систему 2 с узлом датчиков 5, кран 10 поступает на объект 8 и возвращается обратно по трубопроводу 4, кран 11, узел датчиков 6, кран 13 к источнику 1. Краны 16, 15 и редуктор 14 перекрыты, а вычислитель 7 ведет обработку поступающей информации о тепловой энергии и теплоносителе.

При закрытии кранов 10 и 11, открытии редуктора 14 и крана 15 теплоноситель, минуя объект 8, поступает на образцовое средство 9, с помощью которого после временной стабилизации параметров потока определяются фактический расход (количество) и температура теплоносителя.

Одновременно на устройстве вычитания расходов и температур 19 сличаются показания вычислителя 7 по расходам и температурам подающего и возвратного трубопроводов. Все показания с образцового средства 9, с калибруемой системы 2 и с устройства 19 поступают в средство для обработки данных сличения (вычислитель калибратора) 18, где производится сличение и оценка погрешностей калибруемой системы по тепловой энергии и теплоносителю известным методом.

В модифицированном варианте краны 12 и 13 отсекают источник 1 от ввода калибруемой системы 2, кран 16 открывается и включается циркуляционный насос 17, который гонит теплоноситель по замкнутой схеме через кран 15, узел 6, кран 16, узел 5, редуктор 14 и образцовое средство 9. Удобство варианта в дополнительных возможностях, которые дает автономный источник циркуляции теплоносителя, например, в летнее время, а также в возможности изменения температуры теплоносителя до температуры окружающей среды включительно, когда это необходимо по условиям калибровки.

Возможность и целесообразность осуществления изобретения вытекает из практически 100%-ной недостоверности коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя в условиях эксплуатации и необходимости сертификации не только теплосчетчиков, но всей системы измерения в эксплуатации (см., например, статью И. П. Андреева. Инструментальное обследование и выявление дефектов городских систем тепловодоучета. Энергетическая эффективность, ЦЭНЭФ, М, 1998, N 21, с. 19-21; письмо заместителя Председателя Госстандарта РФ за ВК-110-17/4489 от 31.12.99 г. в адрес И.П. Андреева и аппарата Правительства РФ).

Осуществимость изобретения вытекает из наличия портативных образцовых средств измерения расхода и температуры и разрешений теплосетей на кратковременное переключение теплоносителей, а также желания теплосетей, городских служб (жилищно-коммунальных хозяйств) и Госстандарта РФ участвовать в процессе создания калибраторов, их сертификации и использовании на объектах.

Формула изобретения

1. Способ калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя непосредственно на объекте их потребления, основанный на подключении с помощью кранов образцового средства измерения к трубопроводу теплоносителя, временной стабилизации параметров потока и сличении показаний калибруемой системы измерения с образцовым средством, отличающийся тем, что с помощью кранов отсекают объект потребления тепловой энергии и теплоносителя от источника подачи и возврата теплоносителя и калибруемой системы измерения, поток теплоносителя направляют с подающего трубопровода через образцовое средство на возвратный трубопровод, а при сличении показаний калибруемой системы и образцового средства учитывают разность показаний расхода, количества и температуры теплоносителя калибруемой системы измерения по подающему и возвратному трубопроводу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с помощью кранов дополнительно отсекают от калибруемой системы и образцового средства источник подачи и возврата теплоносителя, закольцовывают подачу и возврат теплоносителя через калибруемую систему и образцовое средство с помощью циркуляционного насоса.

3. Устройство для осуществления способа по п. 1 или 2, содержащее образцовое средство для калибровки системы измерения тепловой энергии и теплоносителя, краны для переключения потоков теплоносителя, средство для обработки данных сличения показаний, отличающееся тем, что между калибруемой системой, объектом потребления и источником тепловой энергии и теплоносителя введены отсекающие краны по подающему и возвратному трубопроводам, между подающим и возвратным трубопроводами на вводе и выводе калибруемой системы установлены по замкнутой схеме образцовое средство, редуктор (кран, регулятор) подачи теплоносителя и циркуляционный насос, а также введено дополнительное устройство для вычитания показаний расхода, количества и температуры теплоносителя по подающему и возвратному трубопроводу, подключенное к выходу калибруемой системы и входу средства для обработки данных сличения показаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1