УДК 681.121

Калібратор об'ємної витрати газу поршневого типу

І.С. Петришин, О.А. Бас, Л.О. Присяжнюк

ДП «Івано-Франківськстандартметрологія» 76006, м. Івано-Франківськ, вул. Вовчинецька, 127, тел. (0342)53-02-00, e-mail: l-st@ukr.net

Запропоновано для формування калібратора об'ємної витрати газу застосування трьох паралельно встановлених ідентичних пневматичних циліндрів із застосуванням крокового двигуна в якості приводу. Для задання стабільного значення витрати газу необхідно здійснювати управління кроковими двигунами в залежності від ділянки розгону / зупинки при русі пневмоциліндра.

Ключові слова: пневмоциліндр, потрійний пневмоциліндр, кроковий двигун.

It is proposed to form a gas volume flow calibrator using three parallel-identical pneumatic cylinders using a stepping motor as a drive. To set a stable gas flow rate, it is necessary to control the motors depending on the acceleration / stopping area when the pneumatic cylinder moves.

Key words: pneumatic cylinder, triple pneumatic cylinder, stepping motor.

Вступ

Для проведення репрезентативного дослідження кількісних та якісних характеристик природного газу, необхідно здійснити кваліфікований відбір представницької проби газу, подальше її збереження та транспортування в лабораторію і витіснення з пробовідбірника для проведення досліджень. Особливо це питання стосується проведення вище перелічених операцій для газопроводів з низьким значенням надлишкового тиску.

Аналіз сучасних досліджень

З метою вирішення поставлених завдань в ДП «Івано-Франківськстандартметрологія» на основі типового балона – пробовідбірника [1] було розроблено та виготовлено пробовідбірник поршневого типу з приводом. Для реалізації приводу в базовому експериментальному варіанті поршневого пробовідбірника застосовано механічну передачу гвинт – гайка [2], проте механізації та автоматизації приводу не застосовано. Таким чином, при витісненні відібраної проби газу за допомогою ручного приводу проблемно досягнути стабільного значення об’ємної витрати газу.

Формулювання цілей статті

Метою даної роботи є розроблення пробовідбірника природного газу з можливістю роботи в режимі калібратора об'ємної витрати природного газу.

Висвітлення основного матеріалу дослідження

Для розробленого пробовідбірника з функцією калібратора доцільно максимально застосувати уніфіковані елементи провідних фірм – виробників пневматичного та електричного обладнання. Основними складовими пробовідбірника – калібратора є: пневматичний циліндр, порожнина якого, з попередньо визначеним об’ємом, буде застосовуватись як ємність для газу та кроковий двигун, призначення якого полягає у забезпеченні рівномірного руху поршневого розділювача пневмоциліндра. На рис. 1 показана схема руху поршня в пневмоциліндрі. На рис. 1 виділено ділянку розгону 1 – 2, ділянку стабільного руху 2 – 3 та ділянку зупинки 3 – 4. Таким чином, в якості калібратора об’ємної витрати газу можливо застосувати ділянку 2 – 3, проте витіснений об’єм газу не завжди може бути достатнім для проведення комплексу необхідних досліджень.

Рис. 1 – Схематичний рух поршневого розділювача в пневмоциліндрі

Для підвищення ефективності використання внутрішнього об’єму пневмоциліндра, запропоновано в склад калібратора додатково ввести ідентичний пневмоциліндр з приводом. Причому слід відзначити, що калібратор в такому вигляді може працювати в наступних режимах: 1 – незалежне витіснення відібраної проби газу обома пневмоциліндрами, в т.ч. в різний часовий період; 2 – послідовне сумування об’ємів витіснених проб газу (рис. 2); 3 – паралельне сумування об’ємів витіснених проб газу (рис. 3).

Рис. 2 – Послідовне сумування об’ємів витіснених проб газу

Для рис. 2 характерним є те, що в процесі роботи пневмоциліндрів присутні аналогічні рис. 1 ділянки, проте, ділянка 3 – 4 є одночасно ділянкою зупинки для пневмоциліндра І і ділянкою розгону для пневмоциліндра ІІ. Відповідно, для отримання стабільного значення об'ємної витрати газу, на цій ділянці для пневмоциліндра І рух повинен бути рівносповільненим, а для пневмоциліндра ІІ, в свою чергу, рівноприскореним в часових рамках, причому функції розгону і сповільнення повинні бути лінійними. Таким чином, стабільне значення об’ємної витрати газу буде отримано протягом роботи в ділянці 2 – 5.

Рис. 3 – Паралельне сумування об’ємів витіснених проб газу

За умови паралельного сумування об’ємів пневмоциліндрів, стабільне значення об’ємної витрати газу буде отримано аналогічно на ділянці 2 – 3, проте саме значення об'ємної витрати буде збільшене у два рази відносно базового, отриманого при витісненні проби газу з одного пневмоциліндра (рис. 1).

Разом з тим, застосування двох пневмоциліндрів не вирішує задачу неперервного задання відомого значення об'ємної витрати газу, оскільки в пневмоциліндрах процес не проходить неперервно, оскільки буде здійснюватись почергово етап заповнення пробою газу та етап витіснення. Альтернативним рішенням при цьому, за пропозицією авторів, може бути застосування комплексу з трьох ідентичних паралельно встановлених пневмоциліндрів з незалежними приводами та засобами вимірювання пройденої відстані.

За умови розроблення запропонованого калібратора, діаграма руху пневмоциліндрів І, ІІ та ІІІ буде мати наступний вигляд (рис. 4).

Рис. 4 – Діаграма руху трьох ідентичних пневмоциліндрів

Основоположним моментом для реалізації калібратора об'ємної витрати газу на базі трьох пневмоциліндрів є співрозмірна довжина ділянок 1 – 2, 2 – 3 та 3 – 4 для пневмоциліндра І, тобто кожна з них складає 1/3 всієї довжини ходу пневмоциліндра. Справедливим це твердження є і для пневмоциліндрів ІІ і ІІІ, тобто всі ділянки, позначені на рис. 4 є однаковими і рівнодовжинними.

Процес стабільного задання значення об'ємної витрати газу згідно рис. 4 буде здійснюватись на етапі витіснення наступним чином: для пневмоциліндра І і ІІ він аналогічний, описаному до рис. 2, з відмінністю в тому, що ділянка 5 – 6 одночасно є розгінною для пневмоциліндра ІІІ. Етап заповнення в свою чергу здійснюватиметься за наступною послідовністю: пневмоциліндр І після зупинки в т. 4 починає рухатись в зворотному напрямку для здійснення відбору нової проби газу, його рух обмежений ділянками 4 – 7. Відповідно, в т. 7 пневмоциліндр І зупиняється і розпочинає рух в етапі витіснення на ділянці 7 – 8, яка є ділянкою зупинки для пневмоциліндра ІІІ. Аналогічно для пневмоциліндра ІІ етап заповнення новою порцією газу здійснюється на ділянці 6 – 9, причому в цей час на етапі витіснення здійснюється вихід газу з пневмоциліндрів ІІІ і І зі стабільним значенням об'ємної витрати газу.

Аналогічно рис. 3, можливо реалізувати процес паралельного витіснення газу з пневмоциліндрів І, ІІ та ІІІ з просумованим потрійним значенням об'ємної витрати газу.

Висновки

В основу розробленого калібратора об'ємної витрати газу покладений принцип послідовного або паралельного, в залежності від необхідного режиму роботи, сумування об’ємів відібраних проб газу з трьох пневмоциліндрів.

Література

  1. Природний газ. Настанови щодо відбирання проб (ISO 10715:1997, IDT): ДСТУ ISO 10715:2009. – [Чинний від 2011-01-01]. – К:. Держспоживстандарт України, 2010.
  2. Петришин І.С. Дослідження енергетичної цінності природного газу в споживачів комунально-побутового сектору / І.С. Петришин, Т.І. Присяжнюк, О.А. Бас // Метрологія та прилади. – 2015. – № 6 (56). – С. 42 – 49.