Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 681.518.52:544.023.523 002.56

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КРИТЕРИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМОВ СПЖ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С.

Введение

При оценке безопасности проведения технологии заполнения замкнутых объемов слабопроводящими заряжающимися жидкостями (СПЖ) особый интерес вызывает входящий поток зарядов, процесс его накопления в объеме и диагностирование [1,2]. Отслеживание уровня генерации зарядов в заполняемом слое СПЖ дает оценку состояния заряда на поверхности или реакцию вещества на генерируемое гидродинамическим потоком электростатическое поле на его поверхности.

Таким образом отслеживание электрических параметров входящего потока дает картину изменения заряда и потенциала на поверхности слоя жидкости.

Ранее при оценке уровня безопасности рассматриваемой технологии [3,4,5] использовали датчики диагностирования поверхности заполняемой жидкости с коэффициентами оценки и математическим аппаратом анализа возмущений (волнения на поверхности, температура, давление,проводимость). Это, в свою очередь, вносит неудобство, дополнительные затраты, ухудшает качество измерения и не позволяет получить точные данные.

Тогда действительное значение характеристики безопасности можно определить диагностированием электрических параметров входящего потока жидкости в замкнутый объем. Для этого необходимо построить датчик диагностирования изменяющихся электрических свойств струи.

Постановка задачи

Разработать способ измерения потенциала поверхности жидкости косвенным методом и определить прямую связь получаемого сигнала с исследуемым параметром с помошью измерителя электрических свойств струи.

Решение задачи

Технология закачивания в объемы СПЖ по трубам проходит с процессами генерации, перемещения и накопления в замкнутых объемах зарядов, что требует анализа свойств возникающего электростатического поля [2-5]. Необходимым условием безопасности технологии является баланс зарядов поверхности и внутри объема жидкости:

(1)

где заряд на поверхности СПЖ, ; величина заряда, концентрирующаяся ниже поверхности СПЖ, .

Рост величины заряда на поверхности  по отношению к величине заряда в объеме жидкости (превышение уровня производительности ) приводит к выделению на поверхности жидкости избыточной энергии в виде искры с последующим зажиганием ее паров или их взрывом [2-5].

Исследования физики процесса заполнения замкнутых объемов позволили определить дополнительный источник электростатического поля в виде заряженной струи (рис.1). Струя, которая выходит из трубопровода в замкнутый объем, представляет собою поток зарядов, механически перемещающихся вместе с жидкостью со скоростью , которые создают линейный ток в жидкости [3,5]:

(2)

где площадь сечения трубопровода, ; скорость движения СПЖ, .

В результате из (2) определяется заряд струи:

(3)

где плотность объемного заряда втекающего в объем , занимаемый областью струи; длина струи до момента ее растворения в жидкости, определена соотношением (4),  ; производительность насосной установки, ; погонная плотность заряда струи, .

Длина начального участка струи  или глубина вхождения струи в слой жидкости определяется по формуле [6]:

(4)

где  радиус струи жидкости, ;  коэффициент для видов струй, симметричных оси потока СПЖ;  диаметр трубопровода, .

Поскольку размеры струи в сравнении с размерами заполняемого пространства малы, то в первом приближении можно процесс истечения жидкости считать заряженной осью (рис.1) и применять к нему законы электротехники.

 

 

Рис.1. Процесс заполнения замкнутого объема

 

Таким образом, необходимое условие безопасности технологии (1) подтверждает баланс зарядов в виде [2]:

(5)

где  заряды, которые находятся на поверхностности и в объеме жидкости, во входящей струе и соответствующие процессу релаксации всего накопленного заряда в объеме, .

Расчетная величина потенциала поверхности  при гидродинамическом потоке определяется:

(6)

где емкость, созданная заполненным пространством СПЖ, ; производительность насоса,.

В (6) получено решение электростатической составляющей задачи – определение потенциала поверхности жидкости.

Анализ показывает,что оптимальность процесса заполнения протекает при постоянной длине струи () (4), входящей в заполняемый объем в течение всего процесса заполнения. Таким образом, постоянство длины струи позволяет оценивать оптимальную взаимосвязь величины потенциала  и входящего напора жидкости, а также достижения соотношения (1) в качестве безопасности технологи заполнения замкнутого объема. Иначе установкой постоянства линейных размеров струи можно поддерживать на поверхности СПЖ необходимый потенциальный уровень технологического процесса или судить о его величине по линейным размерам струи (рис.1).

Для исследования линейных характеристик струи предлагается создать электрометр - измеритель сопротивления струи в виде пары вынесенных электродов к началу и концу длины струи.

В результате подсоединения к электродам измерителя проводимости среды будет наблюдаться изменение параметра проводимости с помощью которого легко характеризовать следующие величины:

- изменение входящего заряда ;

- изменение плотности заряда на поверхности СПЗЖ ;

- изменение производительности заполнения ;

- изменение линейных размеров струи заполнения ,

а значит и величину критического потенциала на поверхности СПЖ .

На основе проведенного математического и логического анализов с выводами и заключениями предлагается общая схема построения электрометра – измерителя, которая дана на рис.2.[6].

 

Рис.2. Общая схема електрометра в заполняемом объеме

 

Конструкция

На рис.2 приведена принципиальная схема предлагаемого электрометра. Она состоит из двух металлических стоек 1 с установленными на них электродами 2 с помощью электроизоляционных шайб 3, причем электроды 2 выполнены кольцевой формы.

Расположены эти элементы один за другим по ходу движения струи наэлектризованной жидкости. Причем расстояние между стойками 1 можно изменять передвижением их вдоль неподвижного основания 4, в котором предусмотрен направляющий паз 5. Струя истекает из патрубка 6.

Выбор расстояния между электродами 2 зависит от чувствительности используемой электроизмерительной аппаратуры и параметров входного трубопровода.

Работа электрометра

Работу устройства можно объяснить таким образом. Согласно принятым взглядам электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов. Тогда и движение наэлектризованной жидкости также представляет собой электрический ток. Поэтому можно считать, что электроды 2 охватывают жидкий проводник цилиндрической формы, по которому протекает ток, создающий разность потенциалов или падение напряжения. Оно зависит от степени электризации среды, скорости движения жидкости и может быть измерено при использовании современных средств диагностирования.

Вывод

Полученные результаты исследования могут быть использованы для построения систем диагностирования величин косвенным методом при определении состояния безопасности процессов транспортирования СПЖ в замкнутые объемы.

Заключение

Моделирование рассмотренного процесса диагностирования утверждает возможность реального измерения прямой зависимости параметров , подтверждая теоретические исследования (1…6) [2…6]. Электрометр в замкнутом металлическом объеме будет реагировать на изменение проводимости входящего потока, обеспечивая прямое соответствие величинам измеряемых параметров.

 

In work the interrelation of balances of an electrostatic field (EF) is considered at accumulation of charges on surface  and  inside BSCL and hydrodynamical process of filling of the closed volume. At construction of system of optimum control by filling BSCL in the closed volume, as observable parameters are investigated: potential and a charge of a surface of a filled liquid, resistance and the linear sizes of an entering jet.

Has for an object to show an opportunity of diagnosing of potential of a surface filled in closed technological capacities BSCL a relative method. As a result:

- the opportunity of realization of process of an estimation of a level of potential  on a surface filled BSCL is shown. Process is realized under condition of measurement of electric parameters of an entering jet where the direct communication of a charge flowing in the closed capacity with a charge and potential on a surface of layer BSCL proves to be true;

- the interrelation of a constancy of linear parameters of a jet with a constancy of a charge and potential on a surface of layer BSCL is certain;

- it is confirmed, that relative measurement of potential  on a surface filled BSCL also depends on distance between electrodes of electrometer;

- the considered design of electrometer can be applied as utilization entering energy of a stream of charges in the filled technological capacity.

 

1.                  Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – М.: Высшая школа, 1986г. – 367с.

2.                  Кириллов О.Л., Якимчук Г.С., Якимчук С.Г. Изучение электрического поля с помощью датчика измерителя электростатического потенциала на модели замкнутого металлического объема//Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. ХГТУ. – Херсон. – 2007. – №2(20). – C.68–72.

3.                  Галка В.Л. Электростатическая безопасность нефтеналивных судов и кораблей. СПб.: Элмор. 1998. – 188с.

4.                  Илюкович А.М. Техника электрометрии. М.: Энергия. 1976. – 400 с.

5.                  Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 639с.

Електрометр: Патент на корисну модель №34735, Україна, МПК G01R 5/00./ О.Л. Кириллов, О.В. Китаєв, Г.С. Якимчук (Україна).- № u 2008 01931: Заявлено 15.02.2008, Опубл. 2608.2008., Бюл. №16, 2008, - с12.





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Информационно-измерительные системы

Ковальов О.І. Вимірювання у процесно-орієнтованих стандартах

Полякова М.В., Ищенко А.В., Худайбердин Э.И. Порогово-пространственная сегментация цветных текстурированных изображений на основе метода JSEG

Дзюбаненко А. В. Организация компьютерных систем для анализа изображений

Гордеев Б.Н., Зивенко А.В., Наконечный А.Г. Формирование зондирующих импульсов для полиметрических измерительных систем

Богданов А.В., Бень А.П., Хойна С.И. Релаксация обратного тока диодов Шоттки после их магнитно-импульсной обработки (МИО)

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Проектирование измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Оптимизированная модель измерителя доб-ротности варикапов

Руднєва М.С., Кочеткова О.В., Задорожній Р.О. Принципи побудови оптимальної структури інформаційно-вимірювальної системи геометричних розмірів об’єктів в діапазоні від 1 нм до 1000 нм

Биленко М.С., Рожков С.А., Единович М.Б. Идентификация деформаций пе-риодических структур с использованием систем технического зрения

Рашкевич Ю.М., Ковальчук А.М., Пелешко Д.Д. Афінні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень

Дидык А.А., Фефелов А.А, Литвиненко В.И., Шкурдода С.В., Синяков Ф. В. Классификация масс-спектров с помощью кооперативного иммунного алгоритма

Клименко А.K. Обратная модель для решения задач в системах с многосвязными динамическими объектами

Завгородній А.Б. Порівняльне дослідження твердотільних і рідиннофазних об'єктів методом газорозрядної візуалізації

Голощапов С.С., Петровский А.В., Рожко Ж.А., Боярчук А.И. Измерение доб-ротности колебательного контура на основе метода биения частот

Долина В.Г. Проблеми підвищення точності рефрактометра на основі прозорих порожнистих циліндрів.

Самков О.В., Захарченко Ю.А. Застосування алгоритму клонального відбору для побудови планів модернізації авіаційної техніки

Попов Д.В. Метод формування регламентів технічного обслуговування повітряних суден

Казак В.М., Чорний Г.П., Чорний Т.Г. Оцінювання готовності технічних об’єктів з урахуванням достовірності їх контролю

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования цифрового измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования устройства для разбраковки варикапов по емкостным параметрaм и добротности

Сосюк А.В. Інтелектуальний автоматизований контроль знань в системах дистанційного навчання

Соколов А.Є. Деякі аспекти систезу комп’ютеризованої адаптивної системи навчання

Полякова М.В., Волкова Н.П., Іванова О.В. Сегментація зображень стохастичних текстур амплітудно-детекторним методом у просторі вейвлет-перетворення

Луцкий М.Г., Пономаренко А.В., Филоненко С.Ф. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов

Литвиненко В.И., Дидык А.А., Захарченко Ю.А. Компьютерная система для решения задач классификации на основе модифицированных иммунных алгоритмов

Лубяный В.З., Голощапов С.С. Прямоотсчетные измерители расхождений емкостей

Беляев А.В. Построение навигации для иерархических структур в WEB-системах и системах управления WEB-сайтом

Терновая Т.И., Сумская О.П., Слободянюк И.И., Булка Т.И. Контроль качества тканей специального назначения с помощью автоматических систем.

Шеховцов А.В. Інформаційний аспект: розпізнавання образів індивідуума.

Полякова М.В. Определение границ сегмента упорядоченной текстуры на изображении с однородным фоном с помощью многоканального обнаружения пачки импульсов.

Литвиненко В.И. Прогнозирования нестационарных временных рядов с помощью синтезируемых нечетких нейронных сетей

Ковриго Ю.М., Мисак В.Ф., Мовчан А.П., Любицький С.В. Автоматизована система діагностики генераторів електростанцій

Браїловський В.В., Іванчук М.М., Ватаманюк П.П., Танасюк В.С. Керований детектор імпульсного ЯКР спектрометра

Забытовская О.И. Построение функции полезности по экспериментальным данным.

Шиманські З. Апаратні засоби сегментації мовного сигналу

Хобин В.А., Титлова О.А. К вопросу измерения парожидкостного фронта в дефлегматоре абсорбционно-диффузионной холодильной машины (АДХМ)

Фефелов А. А. Использование байесовских сетей для решения задачи поиска места и типа отказа сложной технической системы

Слань Ю. М., Трегуб В. Г. Оперативна нейромережна ідентифікація складних об’єктів керування

Ролик А.И. Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнес-процессов

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С., Якимчук С.Г. Изучение электрического поля с помощью датчика измерителя электростатического потенциала на модели замкнутого металлического объема

Грицик В.В. Застосування штучних нейронних мереж при проектуванні комп’ютерного зору.

Гасанов А.С. Информационные технологии построения систем прогнозирования отказов

Шеховцов А.В., Везумский А.К., Середа Е.С. Алгоритм сжатия информации без потерь: модифицированный алгоритм LZ77

Ходаков В.Е., Жарикова М.В., Ляшенко Е.Н. Методы и алгоритмы визуализации пространственных данных на примере моделирования распространения лесных пожаров.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Обобщённые масштабные функции с компактным носителем в задаче сегментации изображений упорядоченных текстур. – C. 75 – 84.

Полторак В.П., Дорогой Я.Ю. Система распознавания образов на базе нечеткого нейронного классификатора.

Литвиненко В.И. Синтез радиально-базисных сетей для решения задачи дистанционного определения концентрации хлорофилла.

Бражник Д.А. Управление совмещением изображения объекта в сцене и эталонного изображения.

Бабак В.П., Пономаренко А.В. Локализация места положения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии.

Мороз В. В. R-D проблема и эффективность систем сжатия изображений.

Крылов В.Н., Полякова М.В., Волкова Н.П. Контурная сегментация в пространстве гиперболического вейвлет-преобразования с использованием математической морфологии.

Квасников В.П., Баранов А.Г. Анализ влияния дестабилизирующих факторов на работу биканальной координатно-измерительной машины.

Казак В.М., Гальченко С.М., Завгородній С.О. Аналіз можливості застосування імовірнісних методів розпізнавання для виявлення пошкоджень зовнішнього обводу літака.

Тищенко И.А., Лубяный В.З. Управление коммутационными процессами в интегрированных сетях связи.

Корниенко-Мифтахова И.К.,Филоненко С.Ф. Информационно-измерительная система для анализа характеристик динамического поведения конструкций.

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Модель измерителя емкости с линейной шкалой измерений.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Мультифрактальный метод автоматизированного распознавания помех на изображении.

Рожков С.О., Федотова О.М. Алгоритм розпізнавання дефектів тканин для автоматичної системи контролю якості.

Бражник Д.А. Использование проективного преобразования для автоматизации обнаружения объектов.

Ходаков В.Є., Шеховцов А.В., Бараненко Р.В. Математичні аспекти створення автоматизованої системи „Реєстр виборців України”