Газодинамічні дросельні методи та пристрої аналізу і синтезу газових сумішей

39. Пат. 1790789 СССР, МКИ⁵ G06G 5/00. Дроссельный делитель давления / Е. П. Пистун, З. Н. Теплюх, Я. Г. Друль. - №4825646/24; Заявл. 15.05.90; Опубл. 23.01.93, Бюл. №3.

40. Пат. 4915123 США. Int. Cl.⁴ G01D 11/03; U.S. Cl. 137/599; 137/606. Apparatus for preparing gas mixtures from constituents taken in a given proportion / G. A. Morgovsky, E. P. Pistun, Z. N. Tepljukh, Y. L. Sankin.- Appl. No: 189,471; Filed: May 2, 1988. Date of Patent:Apr.10, 1990.

41. Пат. 2630660 Франції, Int. Cl.⁴ B01F 3/02. Dispositif pour la preparation de melanges gazeux a concentration predeterminee des composants / G. A. Morgovsky, E. P. Pistun, Z. N. Tepljukh, Y. L. Sankin.- №88 05694; Date de depot 28.04.88.

42. Теплюх З.М. Синтезатори перевірювальних сумішей для контролю горіння па-лива //Транспортування, контроль якості та облік енергоносіїв. Львів: ВМС, 1998, с.179-184.

43. Теплюх З.М., Мисак Й.С. Високоточні змішувачі для аналізаторів димових газів // Налагоджувальні, експериментальні та науково-дослідні роботи ВАТ “ЛьвівОРГРЕС”. - Львів: НВФ “Українські технології”, 2004, с.185-201.

Анотація

Теплюх З.М. Газодинамічні дросельні методи та пристрої аналізу і синтезу газових сумішей. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. - Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2005.

В дисертації на базі газодинамічних дросельних методів розв'язана актуальна науково-прикладна проблема - підвищення точності аналізу і синтезу багатокомпонентних газових сумішей з широким діапазоном концентрацій компонентів. Особливим здобутком роботи є введення поняття рівності газодинамічних опорів дроселів на одному і на різних газах, що дало можливість розробити нові методи і пристрої синтезу якісних сумішей. Розроблені синтезатори на дроселях з рівними і кратними опорами (провідностями) забезпечують атестування синтезаторів без використання зразкових засобів газового аналізу, можливість керування з високою точністю концентрацією компонентів, градуювання газоаналітичної апаратури (зокрема хроматографів) згідно з нормами метрології. Розроблені математичні моделі газодинамічних пристроїв, зокрема на базі теорії чисел, що дало можливість мінімізувати вплив неінформативних параметрів і оцінювати похибки пристроїв, мінімізувати кількість дросельних елементів в синтезаторі, оптимізувати схеми пристроїв залежно від умов роботи. Розроблено метод аналізу трикомпонентної суміші, який поєднує газодинамічний з хімічним методом аналізу. Вдосконалені та розроблені нові пристрої для дослідження дросельних елементів, зокрема для вимірювання і задання мікровитрат газів, з допомогою яких підвищена адекватність математичних моделей. Основні результати роботи знайшли практичне застосування на Бурштинській ТЕС для контролю складу газів, що підвищило ефективність роботи котлоагрегату, а також точність визначення складу газових викидів у довкілля.

Ключові слова: газовий аналіз, змішування газів, перевірювальна суміш, дросель, капіляр, вимірювання мікровитрат, газодинамічний опір, калібрування хроматографа.

Summary

Teplyukh Z.М. Gas-dynamical throttling methods and instrumentation for gas mixtures analysis and synthesis. - Manuscript. Thesis for the doctor's degree of engineering science in specialty 05.11.13 - Devices and methods of control and determination of substance composition. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2005.

Scientific and technical problem of current importance has been solved in the dissertation on the basis of gas-dynamical throttling methods - improvement of accuracy of analysis and synthesis of multi-component gas mixtures in wide range of component concentrations. The special achievement of the work is that concept of equality of gas-dynamical resistances of throttles for a single and for different gases has been introduced. This enabled new methods and instrumentation for mixtures synthesis of high quality to be developed. The developed synthesizers on throttles of equal and multiple resistances (conductivities) provide: certification of synthesizers without using standard test devices of gas analysis; possibility of high accuracy control of component concentrations; calibration of gas-analyzing equipment (in particular chromatographs) according to the norms of metrology. Mathematical models of gas-dynamical devices have been developed, in particular on the basis of the number theory, which enabled: the influences of non-informative parameters to be minimized; errors of devices to be assessed; the number of throttles in synthesizer to be minimized; schemes of devices to be optimized depending on operating conditions. The method of three-component mixture analysis has been developed. The method mentioned combines gas-dynamical and chemical methods of analysis. The existing devices for examination of throttling devices have been improved and new ones have been developed, in particular for measurement and for setting of micro flow rates of gases. This enabled the adequacy of the mathematical models to be improved. The basic results of the work were applied in Burshtyn thermoelectric power station for gas composition control. This led to efficiency increase in the work of steam generating unit and to accuracy improvement in defining the composition of exhaust gases.

Key words: gas analysis, gas mixing, testing mixture under examination, throttle, capillary, micro flow rate measurement, gas-dynamical resistance, chromatograph calibration.

Аннотация

Теплюх З.М. Газодинамические дроссельные методы и устройства анализа и синтеза газовых смесей. - Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля и определения состава веществ. - Национальный университет “Львівська політехніка”, Львов, 2005.

В диссертации на базе газодинамических дроссельных методов решена актуальная научно-прикладная проблема - повышение точности анализа и синтеза многокомпонентных газовых смесей в широком диапазоне концентраций компонентов, охватывающем как макро-, так и микроконцентрации.

Выполненный анализ известных газодинамических дроссельных методов и устройств синтеза и анализа газовых смесей показал, что важным их недостатком является конструирование дросселей путём задания геометрических размеров или измерения расхода газа через них. В связи с этим введено понятие равности газодинамических сопротивлений дросселей на одном и на разных газах, что позволило заменить измерение абсолютных значений величин (размеров или расходов) сравнением значений сопротивлений дросселей. Разработаны методы и устройства для установления равенства газодинамических сопротивлений дросселей как на одном, так и на разных газах. Устройства для установления равенства сопротивлений дросселей на одном газе строятся на базе дроссельной мостовой схемы, в плечи которой включаются сравниваемые дроссели. Устройства для установления равенства сопротивлений дросселей на различных газах (компонентах синтезируемых смесей) строятся на базе дроссельной дифференциальной схемы, каждая ветвь которой представляет собой звено дроссель-ёмкость. При этом сравнение сопротивлений дросселей как на одном, так и на разных газах, сводится к определению наличия разницы давлений перед (или после) сравниваемых дросселей, что можно осуществить с точностью, намного превышающей точность измерения абсолютных значений величин.

Разработаны новые методы и устройства синтеза на дросселях с равными и кратными сопротивлениями (проводимостями), важной особенностью которых является возможность управления с высокой точностью концентрацией компонентов за счет позиционного изменения сопротивлений в каналах компонентов. С целью получения микроконцентраций компонентов разработаны методы и устройства синтеза многостадийного разбавления компонентов, в которых положи-тельный эффект достигнут за счет применения дросселей с равными и кратными сопротивлениями (проводимостями) и соответствующей комбинации сумматоров потоков, а также делителей давления и расхода. Разработаны метод аттестации синтезаторов через соотношение газодинамических сопротивлений дросселей в каналах компонентов без применения образцовых средств газового анализа и методы градуировки газоаналитической аппаратуры (в частности хроматографов) с помощью синтезаторов по нескольким точкам диапазона измерений при постоянных концентрациях сопутствующих компонентов, а также оценки влияния сопутствующих компонентов. Разработаны синтезаторы многокомпонентных газовых смесей для калибровки хроматографов дымовых газов и природного газа, относи-тельная погрешность задания концентрации компонентов которых для различных диапазонов концентраций (от 0,001 до 100 %об.) находится в пределах 0,05…0,5 %отн.

Показано, что существенное расширение возможностей дроссельного метода газового анализа можно достичь путём совмещения его с другими методами анализа, особенно химическим, что обеспечивает селективность, высокую чувствительность и точность измерений, а также позволяет проводить анализ многокомпонентных газовых смесей. Разработан и испытан анализатор газовой смеси N₂-Н₂-СО₂, среднеквадратическое отклонение результатов измерения которого составляет 0,6 об. %.

Разработаны математические модели газодинамических устройств, в том числе на базе теории чисел с использованием функции Мебиуса и алгоритма Эвклида, которые позволили минимизировать влияние неинформативных параметров, оценить погрешности устройств, минимизировать количество дроссельных элементов в синтезаторе, оптимизировать схемы синтезаторов по критерию минимума погрешности измерения.

Усовершенствованы известные и разработаны новые устройства для исследования дроссельных элементов, в частности плёночный расходомер и задатчик микрорасходов газов, позволяющие повысить адекватность математических моде-лей и точность расчёта дроссельных устройств синтеза и анализа газовых смесей.

Эффективность полученных результатов доказана разработкой и экспериментальными исследованиями высокоточных синтезаторов газовых смесей, предназначенных, в том числе, для поверки газоаналитической аппаратуры. Внедрение разработанных синтезаторов для калибровки приборов контроля состава газов на Бурштынской ТЭС позволило уменьшить потери тепла и повысить точность определения теплоты сгорания природного газа, что в свою очередь позволило повысить эффективность работы котлоагрегата, а также оценить реальную картину газовых выбросов.

Ключевые слова: газовый анализ, смешивание газов, поверочная смесь, дроссель, капилляр, измерение микрорасходов, газодинамическое сопротивление, калибровка хроматографа.

Размещено на Allbest.ru