izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-6-40-45izmertech-1874Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSПовышение устойчивости работы преобразователей вихревых колебаний контактно-кондуктометрических вихревых расходомеров сточных вод целлюлозно-бумажного производстваIncreasing the stability of the operation of vortex oscillations of contact- conductometric vortex flowmeters for wastewater from pulp and paper productionhttps://orcid.org/0009-0002-8756-9437ЛурьеМ. С.Lur'eM. S.

Михаил Семенович Лурье

Красноярск

 

Mikhail S. Lur'e

Krasnoyarsk

m-o-lur@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0007-1474-5934ЛурьеО. М.Lur'eO. M.

Ольга Михайловна Лурье

Красноярск

Olga M. Lur'e

Krasnoyarsk

m_o_l@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0004-3502-4085ФроловА. С.FrolovA. S.

Александр Сергеевич Фролов

Красноярск

Alexander S. Frolov

Krasnoyarsk

sibgtu-frolov@rambler.ruСибирский государственный университет науки и технологий им. академика М. Ф. РешетнёваРоссияReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyRussian Federation202321072023064045Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1874

Рассмотрены вопросы повышения устойчивости работы преобразователей вихревых колебаний погружных контактно-кондуктометрических вихревых расходомеров сточных вод целлюлозно-бумажного производства. В силу конструкции преобразователи такого типа подвержены периодическим срывам колебаний чувствительного элемента при некотором критическом расходе. Устойчивость работы указанных преобразователей проанализирована с использованием теории нелинейных импульсных систем. Установлено, что погрешность измерения расхода увеличивается вследствие пропадания выходного сигнала расходомера при критическом расходе. Показано, что критический расход обусловлен присоединённой массой жидкости, колеблющейся вместе с чувствительным элементом преобразователя вихревых колебаний расходомеров. Присоединённая масса жидкости определена через частотные характеристики чувствительных элементов преобразователя вихревых колебаний с помощью численного моделирования и экспериментальных исследований на специальном стенде. По результатам исследования получены амплитудно-частотные характеристики чувствительных элементов. Проведён сравнительный анализ модельных и экспериментальных характеристик и установлены дополнительные потери энергии при колебаниях чувствительного элемента. По итогам исследований сформулированы требования к проектированию преобразователей вихревых колебаний, касающиеся выбора механических параметров гибкого электрода, исключающие погрешности измерения и обеспечивающие устойчивую работу прибора во всём диапазоне измерений расхода. Результаты актуальны для организаций, занимающихся разработкой и внедрением расходоизмерительного оборудования и мониторингом сточных вод.

The problem of studying the stable operation of contact-conductometric transducers of vortex oscillations of submersible vortex flowmeters for measuring wastewater in pulp and paper production is considered. By design, this type of transducer is subject to periodic disruption of the sensitive element oscillations at a certain critical flow rate. The stability analysis was carried out on the basis of the theory of nonlinear impulse systems, which showed the presence of a critical flow rate, at which the loss of the output signal of the flow meter is observed, which subsequently increases the measurement error. The value of the critical flow rate is associated with the presence of an attached mass of liquid oscillating together with the sensitive element of the flow transducer of vortex flow meters. A technique for conducting a study of finding the added mass of liquid through the frequency characteristics of the sensitive elements of flow transducers using numerical simulation, as well as experimental studies on a special stand, is described. Based on the results of the study, the amplitude-frequency characteristics of the sensitive elements were obtained. Carrying out a comparative analysis of the obtained characteristics with the help of numerical and experimental studies made it possible to judge additional energy losses during the oscillation of the sensitive element. 

The results obtained made it possible to formulate requirements for the design of flow transducers that exclude these errors and ensure stable operation of the device over the entire measurement range. The results are relevant for organizations involved in the development and implementation of flow measuring equipment and monitoring wastewater.

вихревой расходомерсточные водыпогрешностьмоделированиеустойчивость работыприсоединённая массаvortex flowmeterwastewatererrormodelingstability of workannexed massReferencesЛичутина Т. Ф., Мискевич И. В., Бровко О. С., Гусакова М. А. Оптимизация нормирования сброса стоков предприятий ЦБП в водотоки. Екатеринбург: РАН УО ИЭПС, 2005. 212 с. https://elibrary.ru/qnebovLichutina T. F., Miskevich I. V., Brovko O. S., Gusakova M. A. Optimizacija normirovanija sbrosa stokov predprijatij CBP v vodotoki, Ekaterinburg, RAN UO IJePS, 2005, 212 p. (In Russ.) https://elibrary.ru/qnebovAshrafi O., Yerushalmi L., Haghighat F. Journal of Environmental Management, 2015, vol. 158, pp. 146–157. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.05.010Ashrafi O., Yerushalmi L., Haghighat F. Journal of Environmental Management, 2015, vol. 158, pp. 146–157. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.05.010Лурье М. С., Фролов А. С. Имитационные испытания расходомеров сточных вод для целлюлозно-бумажной промышленности // Экология и промышленность России. 2010. № 3. С. 9–11. https://elibrary.ru/mtwcrrLur’e M. S., Frolov A. S. Ecology and Industry of Russia, 2010, no 3, pp. 9–11. (In Russ.) https://elibrary.ru/mtwcrrАлашкевич Ю. Д., Лурье М. С., Лурье О. М., Фролов А. С. Тела обтекания вихревых расходомеров для целлюлознобумажной промышленности // Химия растительного сырья. 2020. № 4. С. 519–527. https://doi.org/10.14258/jcprm.2020047574Alashkevich Yu. D., Lur’e М. S., Lur’e О. М., Frolov А. S. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya, 2020, no. 4, pp. 519– 527. (in Russ.) https://doi.org/10.14258/jcprm.2020047574Venugopal A., Agrawal A., Prabhu S. V. Measurement, 2014, vol. 50, no. 4. pp. 10–18. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.12.018Venugopal A., Agrawal A., Prabhu S. V. Measurement, 2014, vol. 50, no. 4. pp. 10–18. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.12.018Shao C., Xu K., Fang M. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2014, vol. 63, no 6, pp. 1566–1582. https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2289579Shao C., Xu K., Fang M. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2014, vol. 63, no 6, pp. 1566–1582. https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2289579Chen J., Li B., Dai. G. 9th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, China, 16–19 August, 2009, Beijing, 2009, pp. 4-450–4-452. https://doi.org/10.1109/ICEMI.2009.5274046Chen J., Li B., Dai. G. 9th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, China, 16–19 August, 2009, Beijing, 2009, pp. 4-450–4-452. https://doi.org/10.1109/ICEMI.2009.5274046Chen J., Cao Y., Wang C., Li B. Measurement and Control, 2021, vol. 54, no. 5-6, pp. 908–915. https://doi.org/10.1177/0020294020919870Chen J., Cao Y., Wang C., Li B. Measurement and Control, 2021, vol. 54, no. 5-6, pp. 908–915. https://doi.org/10.1177/0020294020919870He Sh., Chunjiang Q., Yunlei Z. American Control Conference (ACC), CO, USA, 01–03 July, 2020, Denver, 2020, pp. 3653–3658. https://doi.org/10.23919/ACC45564.2020.9147452He Sh., Chunjiang Q., Yunlei Z. American Control Conference (ACC), CO, USA, 01–03 July, 2020, Denver, 2020, pp. 3653–3658. https://doi.org/10.23919/ACC45564.2020.9147452Mouton H. du T., Cox S. M., McGrath B., Risbo L., Putzeys B. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 33, no. 11, pp. 51–64. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2666720Mouton H. du T., Cox S. M., McGrath B., Risbo L., Putzeys B. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 33, no. 11, pp. 51–64. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2666720Лурье М. С., Лурье О. М., Фролов А. С. Исследование динамических режимов систем стабилизации тока мощных электромагнитов с широтно-импульсной модуляцией // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. № 22(6). C. 313–320.Lur’e M. S., Lur’e O. M., Frolov A. S. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2021, vol. 22, pp. 313–320. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: РХД, 2003. 416 с.Lavrent’ev M. A., Shabat B. V. Problemy gidrodinamiki i ih matematicheskie modeli, Moscow, RHD, 2003, 416 p. (In Russ.)Roger W. P. Multiphysics Modeling Using Comsol – A First Principles Approach, Jones and Bartlett Publishers, 2011, 852 p.Roger W. P. Multiphysics Modeling Using Comsol – A First Principles Approach, Jones and Bartlett Publishers, 2011, 852 p.Syuhri S. N. H., Zare-Behtash H., Cammarano A. Vibration, 2020, vol. 3, pp. 521–544. https://doi.org/10.3390/vibration3040032Syuhri S. N. H., Zare-Behtash H., Cammarano A. Vibration, 2020, vol. 3, pp. 521–544. https://doi.org/10.3390/vibration3040032Ghassemi H., Yari E. Polish Maritime Research, 2011, vol. 18, no. 68, pp. 17–26. https://doi.org/10.2478/v10012-011-0003-1Ghassemi H., Yari E. Polish Maritime Research, 2011, vol. 18, no. 68, pp. 17–26. https://doi.org/10.2478/v10012-011-0003-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.