автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Усовершенствованные способ и прибор для измерения удельной электрической проводимости водных сред

На правах рукописи

ИЛЬИН ОЛЕГ ВЛАДИМИРОВИЧ

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ СПОСОБ И ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

ВОДНЫХ СРЕД

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

14 0КТ 2015

Казань-2015

005563375

005563375

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», на кафедре «Тепловые электрические станции»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Чичирова Наталия Дмитриевна доктор химических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», директор Института теплоэнергетики, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции»

Юсупов Рафаил Акмалович доктор химических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», профессор Кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества

Кагиров Артур Геннадьевич кандидат технических наук,

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», старший преподаватель Кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа.

Защита состоится 11 декабря 2015 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.082.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» (420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, ауд. Д-225, тел./факс (843)562^3-30).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, КГЭУ, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.082.01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного энергетического университета и на официальном сайте КГЭ УЬИр./Луту.к^'еи. ти1Г>\БвЛ^зеНят/198?МБ155=33

Автореферат разослан октября 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.ф.-м.н.

Калимуллин Рустем Ирекович

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

На сегодняшний день в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая, химическая, энергетическая и т.д., постоянно повышают требования к качеству производимой продукции, которые напрямую связаны с совершенствованием методов контроля. Среди методов электрохимического контроля воды, используемой в производстве, на сегодняшний день наиболее совершенным и универсальным является кондуктометрический, поскольку величина её электрической проводимости (ЭП) является функцией концентрации всех растворенных в ней ионов и представляет собой обобщенную характеристику её качества, что обеспечивает необходимую селективность метода.

В кондуктометрии существует два подхода: в контактном рабочий электролит соприкасается с электродами измерительной ячейки, в бесконтактном электроды не интегрированы в рабочий участок измерительной ячейки, поэтому их гальванический контакт с анализируемым раствором и влияние на него отсутствует. Для того чтобы бесконтактный кондуктометрический метод стал ещё более востребованным, необходимо повысить точность определения ЭП за счёт совершенствования измерительного устройства (ИУ) и оптимизации методов измерений и обработки их результатов. Как следует из известных работ Лопатина Б.А., Грилихеса М.С., Первухина О.М., Крешкова А.П., Кулакова М.В, схемы с источником переменного тока позволяют уменьшить приборную погрешность за счёт частичной компенсации ёмкостных эффектов на поверхности регистрирующих электродов и на рабочем участке ИУ.

Таким образом, задача улучшения метрологических характеристик приборов контроля удельной электропроводности жидких сред за счёт увеличения чувствительности первичного измерительного преобразователя (ПИП) является актуальной.

Объект исследования: водные растворы неорганических электролитов.

Предмет исследования: бесконтактный кондуктометр, работа которого основана на низкочастотном дифференциальном трансформаторном методе, работающем по принципу жидкостного витка.

Методы исследования: В диссертационной работе для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, математического моделирования, линейной алгебры и экспериментального исследования метрологических характеристик трансформаторных кондуктометров.

Целью работы является разработка способа измерения электропроводности раствора электролита, основанного на бесконтактном методе, а также разработка и исследование устройства для измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке, лежащего в основе автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля процессов водоподготовки и водно-химического режима ТЭС.

Задачи исследования:

1. Провести сравнительный анализ:

- существующих электрохимических методов измерения ионного состава исследуемых электролитов;

- состояния бесконтактной кондуктометрии, основанной на низкочастотном трансформаторном методе, работающем по принципу жидкостного витка.

2. Разработать функциональную схему бесконтактного кондуктометрического преобразователя, работа которого основана на низкочастотном дифференциальном трансформаторном методе, работающем по принципу жидкостного витка.

3. Разработать математическую модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющую исследовать закономерности электромагнитных процессов в бесконтактных кондуктометрах, работающих на основе низкочастотного дифференциального трансформаторного метода по принципу жидкостного витка.

4. Разработать и создать на основе проведённых исследований прибор и способ для измерения удельной электрической проводимости водных сред. Провести экспериментальные исследования, подтверждающие адекватность разработанной математической модели.

5. Разработать структурную схему автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля процессов водоподготовки и водно-химического режима ТЭС, обеспечивающего получение данных об изменениях показателей качества исследуемого теплоносителя в режиме реального времени.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Теоретически обоснована структурная схема устройства для измерения электрической проводимости водных растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке.

2. Разработан способ измерения электрической проводимости водных растворов электролита в диапазоне от 0,06 до 20мг/л, основанный на бесконтактном методе.

3. Разработана математическая модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющая исследовать закономерности электромагнитных процессов в бесконтактных кондуктометрах, работающих на основе низкочастотного дифференциального трансформаторного метода по принципу жидкостного витка.

4. Разработана структурная схема автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля водно-химического режима ТЭС.

Достоверность и обоснованность научных результатов и выводов определяются корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений, использованием апробированных математических и численных методов, а также экспериментальным подтверждением основных теоретических выводов при достаточном для инженерной практики совпадении результатов теоретического анализа и физического эксперимента.

Теоретическая и практическая значимость

1. Разработано устройство, позволяющее вести измерения электрической проводимости водных растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке.

2. Разработан способ измерения электрической проводимости растворов электролита в диапазоне от 0,2 до 5,38 мкСм/см с относительной погрешностью 4,63% и абсолютной ошибкой 3-10"2мкСм/см, в диапазоне от 5,38 до 42,7 мкСм/см с относительной ошибкой 2,12% и абсолютной ошибкой 2,3-10" 'мкСм/см.

3. Разработаны структурная схема автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля процессов водоподготовки и водно-химического режима ТЭС и методические рекомендации, позволяющие в режиме реального времени получать информацию о качестве теплоносителя по тракту энергоблока.

4. Разработана математическая модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющая осуществлять параметрическую оптимизацию кондуктометров по частоте питающей сети, основанных на низкочастотном дифференциальном трансформаторном методе, работающих по принципу жидкостного витка.

На защиту выносятся

1. Прибор для измерения ЭП растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке, основанный на бесконтактном кондуктометрическом методе, позволяющий вести измерения, как в лабораторных условиях, так и в измерительных комплексах непрерывного контроля за режимом работы установок химводоподготовки ТЭЦ, отопительных котельных и в других технологических установках.

2. Способ измерения электропроводности раствора электролита, основанный на бесконтактном кондуктометрическом методе, повышающий точность измерения электропроводности в диапазоне концентрации водных растворов электролита от 0,06 до 20 мг/л.

3. Математическая модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющая исследовать закономерности электромагнитных процессов в бесконтактных кондуктометрах, работающих на основе низкочастотного дифференциального трансформаторного метода, по принципу жидкостного витка.

4. Разработанная структурная схема автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля водно-химического режима ТЭС.

Апробация работы

Содержание и основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2010-2013, 2015 гг.); Всероссийской молодежной конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» (Казань, 2011г.); Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2012-2013 г.); Международной научно-технической конференции«Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы-2013»(Казань, 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2014 г.); IX Национальном конгрессе по энергетике (Казань, 2014 г.); Международной научно-технической

конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия - 2015» (Иваново, ИГЭУ, 2015 г.).

Публикации

По результатам научных исследований опубликовано 20 печатных работ, из которых 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель, 13 в материалах всероссийских и международных научных конференций.

Личный вклад автора

Автором сформулированы и поставлены цели исследования, разработаны способ и устройство измерения электропроводности растворов электролитов в непрерывном потоке, получены экспериментальные и теоретические зависимости, характеризующие исследуемый прибор. По результатам исследования опубликованы совместно с соавторами 20 печатных работ.

Соответствие диссертации научной специальности .

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» и относится к следующим областям исследования:

Разработанный способ измерения электрической проводимости водных растворов электролита в диапазоне от 0,06 до 20мг/л, основанный на бесконтактном методе, соответствует п. 1 Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий;

Разработанное устройство, позволяющее вести измерения электрической проводимости водных растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке, соответствует п. 3 Разработка, внедрение и испытание приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики с прототипами.

Структура и объем диссертации

Объем диссертационной работы составляет 132 страниц машинописного текста. В нее входят перечень условных обозначений и сокращений, введение, четыре главы, заключение, 40 иллюстраций, 9 таблиц и 2 приложения. Список литературы содержит 112 единиц наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна и практическая значимость выполненной работы, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе проведен обзор существующих электрохимических методов измерения ионного состава исследуемых электролитов. Рассмотрены методы кондуктометрического анализа, такие как контактные, бесконтактные индуктивные и емкостные. Рассмотрены области их применения. Проанализировано состояние рынка кондуктометрических средств измерения. Проведен патентный поиск существующих схем и способов измерения удельной электрической проводимости. Рассмотрены достоинства и недостатки

бесконтактного кондуктометрического способа, определены пути его совершенствования.

Во второй главе представлены и описаны существующие схемы измерения удельной электрической проводимости бесконтактными кондуктометрами, основанными на трансформаторном методе. Описаны достоинства и недостатки схем, реализующих данный метод.

Разработаны способ измерения и схема кондуктометра, позволяющие:

- получить абсолютное и относительное значения измеряемой величины;

- повысить точность измерения электрической проводимости концентрации растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке за счет повышения чувствительности первичных преобразователей, используя режим резонанса.

Разработанный кондуктометр представляет собой трансформаторный преобразователь (ТП), состоящий из двух измерительных каналов (рабочий и сравнительный), генератора низкой частоты 1; возбуждающих трансформаторов 3,13 с первичными обмотками 2, 12; жидкостных контуров 5, 15; измерительных трансформаторов 7, 17 с измерительными обмотками 8, 18; согласующих трансформаторов напряжения 10, 20 с первичными обмотками 9, 19 и вторичными обмотками 11, 21; измерительного прибора 22 и термостатов -Т.Функциональная схема устройства для измерения ЭП растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке представлена на рис. 1.

Рис.1. Функциональная схема устройства для измерения ЭП

Для разработки функциональной схемы бесконтактного кондуктометра, работа которого основана на низкочастотном дифференциальном трансформаторном методе, работающем по принципу жидкостного витка, была разработана математическая модель трёх резонансно-связанных колебательных контуров, которая позволила исследовать закономерности электромагнитных процессов в проектируемом кондуктометре.

Рис.2. Эквивалентная электрическая схема трех резонансно-связанных колебательных контуров.

Здесь Л(|)>/?(3)- активныесопротивления первого и третьего контуров; 1<т~ активное сопротивление жидкостного контура; Си), £(0- ёмкость и индуктивность соответствующего контура; Л/(1)-взаимоиндуктивности между обмотками трансформаторов, сопротивление измерительного прибора.

Согласно второму закону Кирхгофа система уравнений суммы напряжений ветвей в каждом контуре имеет следующий вид:

~гГ А +22Г22<

О = г2 • /2 +212 • /( 4-гп • /3;

О = 23 • I, + 2п • /2.

0)

где

г, = ¡а>1, + Л3 + + у

2, =Д,+усу£,+у—;

= + Л2 + 7 + У ; , = г, 2 = ушЛ/,;

. 1

<уС3

тогда

'-зг)

223 =232=У<аМ2;

у,

У• + я, + + ] ---)

-^—(R¡ + JCoLl+j—)

<иС,

Л =-

У £ОЛ/2

</,•*„• г,

С/.

(й, +уй>1, + у—г)-у(аЛ _ «С,

)0)МХ -

+ д3 + г + у—

<аС3

(2)

(3)

и, (иш1г +R2+j + jшLi) • ]шМг ) - ЦсоМ, ■ исоЦ + Д3 + 7„ + }

аС, шС) (5.)

1

Уй>М20шМ, • и<а£А + Д3 + +./-—))- ((Я, + )'(Ж, + ]--) ■ Уй>М2)

соС,

сиС,

Для анализа электромагнитных процессов в жидкостном контуре рассмотрим второй контур в отдельности рис.3.

Ф

Л

1

}0)С-.

Рис. 3. Схема колебательного контура

Полное входное и выходное сопротивление второго контура:

■■л+Л—^—);

= Л2 + + ——

<вС,

саС,

иС,

7(аС2Л2)2 +(^С2 -1)2

(5)

22„и = М

<Р„ = агс%-

_ л

*Р*ЫХ 2

й/£С, -1

(6) (7)

при*, =хс; г2=д2>

Амплитуды напряжений на реактивных элементах равны между собой:

иг = и(8)

В контуре с заданными параметрами £ и С резонанс наступает на определённой частоте /0, величина которой определяется из равенства

г

Уо - -

2.т 2л

(9)

Бьши определены амплитудно- и фазо-частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ) второго резонансного контура.

и... /7.

ФЧХ = <р - е> =--агс!!'

[¿^1 _ |й£||<иС|

|2„| ^(КсоС)1 + (йуЬС-Ц2 ' й>2/.С-1

ЛЧХ{а>,) =

= й

(10) (И) (12)

где

<2 добротность контура;

р - характеристическое сопротивление колебательного контура.

Графики АЧХ и ФЧХ исследуемого колебательного контура приведены на рис. 4.

Рис. 4. АЧХ и ФЧХ исследуемого колебательного контура

Таким образом, разработана математическая модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющая исследовать закономерности электромагнитных процессов в бесконтактных кондуктометрах, работающих на основе низкочастотного дифференциального трансформаторного метода, по принципу жидкостного витка.

Рассмотрены условия возникновения резонанса во втором колебательном контуре и получены его АЧХ и ФЧХ, определена область полосы пропускания, что позволяет определить оптимальную частоту работы прибора.

Третья глава посвящена оценке влияния внешних факторов на метрологические характеристики прибора. С целью исключения влияния внешних электрических, магнитных и электромагнитных полей было проведено экранирование лабораторного варианта бесконтактного двухканального кондуктометрического преобразователя.

Еще одним источником погрешности в устройстве по измерению ЭП является изменение температуры окружающей среды, что влияет на электрическую проводимость исследуемой жидкости и магнитной проницаемости материала сердечника. В связи с этим был применен жидкостной термостат, обеспечивающий постоянство температуры подаваемого электролита в измерительную ячейку.

На основе предложенной функциональной схемы прибора для измерения ЭП растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке была собрана экспериментальная установка, которая представлена на рис. 5.

Рис. 5. Экспериментальная установка: i генератор низкой частоты, 2 - питающие трансформаторы, 3 измерительные трансформаторы, 4 - согласующие трансформаторы, 5 -измерительный прибор, 6 - термостат.

Были спланированы и проведены эксперименты на модельных растворах (NaCl, KCl, CaCl2 MgS04) по измерению величины выходного сигнала в зависимости от природы исследуемого электролита, его концентрации и частоты питающей сети. Для модельного раствора NaCl такие зависимости представлены на рис. 6.

Анализ зависимостей показывает, что с повышением частоты в пределах от 2 до 20 кГц выходной сигнал повышается до некоторого значения, а затем уменьшается. Максимальный выходной сигнал достигается на резонансной частоте контура. Из анализа также следует, что снижение концентрации анализируемого электролита приводит к понижению частоты резонанса напряжения.

С учетом того что чувствительность прибора снижается в области с малой концентрацией электролита, целесообразно установить частоту питающего напряжения 10 кГц, поскольку данная частота входит в полосу пропускания (рабочая полоса) при всех рассмотренных концентрациях.

Для перевода выходного сигнала из мВ в единицу измерения УЭГ1 (мкСм/см) экспериментальным путем была построена калибровочная зависимость в диапазоне концентраций от 0,06 до 20 мг/л (рис.7). Для построения калибровочной зависимости использовался раствор с заданной концентрацией, который помещался в разработанный и эталонный прибор (МАРК-603 с относительной погрешностью измерения ±1%). В качестве задаваемых значений по оси абсцисс былонапряжение выходного сигнала, полученное с разработанного прибора (мВ), а по оси ординат - величинаУЭП, получаемая с эталонного прибора исоответствующая данному напряжению.

Рис. 6. Зависимость выходного сигнала от частоты питающей сети, подаваемой

на ПИП.

С целью снижения погрешности перевода выходного сигнала из мВ в мкСм/см калибровочная зависимость была разделена на два диапазона: [0,63; 3,57] и [3,57; 15] мВ.

Первый диапазон соответствует требованиям, предъявляемым ПТЭ для использования в основных циклах ТЭС теплоносителя, проходящего полную тщательную очистку от всех категорий примесей, и описывается зависимостью (рис. 7.):

у = -0.026л:3 + 0.708л:2 -0.812*+ 0.438 (13)

Абсолютная погрешность в данном диапазоне составила 0,028 мкСм/см, а относительная 4,63%

Второй диапазон измерения предназначен для сильно концентрированных водных электролитов, применительно к ТЭС это может быть исходная сырая вода, подаваемая на осветлитель (рис. 8). Данный диапазон описывается уравнением

у = -0.00144X3 + 0.14017л:2 +1.0904ÓX - 0.28079 (14)

Абсолютная погрешность в данном диапазоне составила 0,23 мкСм/см, а относительная 2,12%

Установлено что, предельная относительная погрешность разработанного прибора ди равна 4,63%.

Рис. 7 Калибровочная зависимость выходного сигнала из мВ в единицу измерения УЭП в диапазоне концентраций от 0,06 до 2,5 мг/л

ХмкСм/см 42,7

/ 37,392

^32,078

,■ = -0,00144 ^ + 0,14017 х2+ 1,0904( х - 0,28079 у/гь 758

/ 21,429

>* 16 091

М 0.743

5,381 и„и2 л/1!

О 2 4 6 8 10 12 14 16

Рис. 8 Калибровочная зависимость выходного сигнала из мВ в единицу измерения УЭП в диапазоне концентраций от 2,5 до 20 мг/л

В четвертой главе описана разработаннаяна основе анализа системы химического контроля за водным режимом энергоблоков и водоприготовлениемКазанской ТЭЦ-3 (рис. 9) структурная схема

автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля, в основу которого положен разработанный бесконтактный кондуктометр.

Рис. 9. Принципиальная схема ВПУ для обработки добавочной воды химическим методом Казанской ТЭЦ-3: 1 - парогенератор; 2 - пароперегреватель; 3 - турбогенератор; 4 - конденсатор турбины; 5 - бак запаса конденсата (БКЗ); 6 - подогреватели высокого давления (ПВД); 7 - подогреватель низкого давления (ГЩЦ); 8 - деаэратор; 9 -подогреватель высокого давления (ПВД); МФ - механические фильтры; Н I -Н-катионитовые фильтры первой ступени; Ан I - анионитовые фильтры первой ступени; Н II - Н-катионитовые фильтры второй ступени; Ан И - анионитовые фильтры второй ступени; № I - Иа-катионитовые фильтры первой ступени; N3 0- Ыа-катионитовые фильтры второй ступени; Нпр - Н-катионитовые фильтры предвключенные; Носв - Н-катионитовые фильтры осветления; БОВ -бак осветленной воды; БЧОВ - бак частично осветленной воды; БХОВ - бак химобессоленной воды; БХОчВ бак химоочищенной воды; БИКВ - бак известково-коагулированной воды; МИУ - многоступенчатая испарительная установка, х - точки проведения измерения УЭП.

Автоматизированный комплекс оперативного кондуктометрического контроля применен:

1. В схеме полного химического обессоливания воды с целью определения момента истощения фильтрующей загрузки и соответствия УЭП химически обессоленной воды (ХОВ) требованиям правилам технической эксплуатации (ПТЭ).

2. В схеме термообессоливающего комплекса, в частности питающей воды испарителей и воды после термического обессоливания.

3. В схеме подготовки химочищенной (добавочной воды) для теплосети.

4. В схеме очистки турбинного конденсата.

В последних трех схемах водоподготовки используются Ыа-катионитовые фильтры, обеспечивающие умягчение путем замены катионов обрабатываемой воды на катионы

Организация автоматического контроля УЭП водного режима — достаточно сложная задача. Сложность заключается и в незначительной концентрации (5-10 мкг/кг) анализируемых веществ, и в том, что давление и температура сред значительно изменяются по тракту энергоблока. В связи с последним обстоятельством для упрощения работы ПП прибора среды приводят к одинаковым физическим параметрам.

Разработанный кондуктометрический преобразователь позволяет вести измерения тремя способами:

- метод абсолютного измерения УЭП, ;

- разностный метод измерения УЭП, Ш(ю) = и^ (со) - и\"") (со);

- относительный метод измерения УЭП, и"'(си) = ^ .

и)""'(со)

В двух последних способах удается снизить систематическую погрешность измеряемой величины, что позволяет улучшить метрологические характеристики разработанного кондуктометрического преобразователя. Поскольку во всех контролируемых точках химический состав и требования к величине УЭП различны, то во II канал (сравнительный канал) заливается эталонная проба теплоносителя, качество которой соответствует предельно допустимым значениям ПТЭ в исследуемой точке. Таким образом, при разностном методе качество анализируемого раствора является удовлетворительным приД(У"(<ц)>о, при относительном Ш""(о>) > 1. Количество эталонных растворов равно количеству пробоотборных точек.

Отбираемая на анализ часть рабочей среды через систему устройств подготовки пробы (УПП) непрерывно поступает к прибору для измерения УЭП, затем, поскольку в процессе проведения измерений анализируемая проба не подвержена загрязнению, её возвращают в цикл энергоблока.

Информация о количественных значениях контролируемого показателя УЭП анализируемого водного раствора преобразуется прибором в электрические сигналы и поступает во вторичные регистрирующие приборы.

Также информация выводится и на показывающий прибор, который необходим при проведении калибровки и поверки прибора. Для сигнализации об отклонениях контролируемого показателя от нормированных значений предусмотрены сигнальные устройства.

Структурная схема системы автоматического контроля УЭП представлена на рис. 10.

В общем виде эта система состоит из следующих элементов: 1 -устройство отбора пробы; 2 - устройство подготовки проб (УПП) для анализа путем унификации их физических параметров; 3 - бесконтактный кондуктометрический преобразователь; 4 - аналого-цифровой преобразователь

(АЦП), ПК — персональный компьютер с специализированным программным обеспечением.

Рис 10. Структурная схема системы автоматического контроля УЭП.

Запись регистрирующего измерительного прибора является постоянным документом и может служить основанием для технологических и экономических расчетов.

Разработанный комплекс по мониторингу показателя УЭП обеспечивает:

- оперативность, быстродействие сигнализации о превышении нормированного значения контролируемого параметра;

- получение информации о тенденции изменения параметра во времени;

- получение данных об изменениях показателей качества за какой-то промежуток времени для последующей обработки при эксплуатации.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан способ измерения электропроводности раствора электролита, повышающий точность измерения электропроводности в широком диапазоне концентрации водных растворов. Патент на изобретение №2519495 от 24.12.2012 г.

2. Разработан прибор для измерения ЭП растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке, позволяющий вести измерения, как в лабораторных условиях, так и в измерительных комплексах непрерывного контроля за режимом работы установок химводоподготовки ТЭЦ, отопительных котельных и в других технологических установках. Патент на полезную модель № 106375 от 10.07.2011 г.

3. Разработана математическая модель трех резонансно-связанных колебательных контуров, позволяющая исследовать закономерности электромагнитных процессов в бесконтактных кондуктометрах, работающих на основе низкочастотного дифференциального трансформаторного метода, по принципу жидкостного витка. Рассмотрены условия возникновения резонанса в жидкостном колебательном контуре и получены его АЧХ и ФЧХ.

4. Разработана структурная схема автоматизированного комплекса оперативного кондуктометрического контроля процессов водоподготовки и водно-химического режима ТЭС, позволяющая в режиме реального времени

получать информацию о качестве теплоносителя по тракту энергоблока, а так же методические рекомендации по работе данного комплекса.

Разработаны кондуктометрический способ и прибор для измерения удельной электрической проводимости водных сред, лежащий в основе автоматизированного комплекса оперативного контроля процессов водоподготовки и водно-химического режима ТЭС.

IV. СПИСОК РАБОТ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК РФ

1. Hin О.V., Chichirova N.D. Feed and delivery water quality control method // ТрудыАкадемэнерго. - 2011. - №4 - С. 79-87.

2. Чичиров A.A., Чичирова Н.Д., Власов С.М., Ильин O.B. Автоматизированные комплексы мониторинга и управления системами оборотного охлаждения на ТЭС // Труды Академэнерго. - 2012. - №4. - С. 45-53.

3. Ильин О.В., Попов Е.А. Бесконтактный способ непрерывного контроля качества воды в сетях тепло- и водоснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. -2014. - №1-2. - С. 144-150.

4. Ильин О.В. Кондуктометрические методы контроля качества сетевой и питательной воды // Энергетика Татарстана. - 2014. - № 3^1. - С. 89-93.

5. Ильин О.В., Попов Е.А. Оптимизация бесконтактного метода потерь при контроле качества воды с помощью двухканального трансформаторного преобразователя // Энергосбережение и водоподготовка. - 2015. - №1(93). -С. 26-29.

Патенты

6. Пат. № 2519495 Российская Федерация, МПК GO 1 N27/06 Способ измерения электропроводности раствора электролита // Савинов В.И., Ильин В.К., Ильин О.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» - №2012156286/28; заявл. 10.06.2011; опубл. 24.12.2012, Бюл. №16.

7. Пат. № 106375 Российская Федерация, МПК G01N27/00. Устройство для измерения электропроводности растворов электролита в контролируемом непрерывном потоке // Савинов В.И., Ильин В.К., Ключников O.P., Ильин О.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» - Ars2011111173/28; заявл. 24.03.2011; опубл. 10.07.2011, Бюл. №19.

Работы, опубликованные в других изданиях

8. Ильин О.В., Ключников O.P. Определение жесткости сетевой воды бесконтактным кондуктометрическим прибором // Сборн. матер .докладов V Международной молодежной научной конференции. «Тинчуринские чтения». 2010. Т. 2 - Казань: КГЭУ, 2010. - С. 221.

9. Ильин О.В. Контроль качества сетевой воды бесконтактным кондуктометрическим преобразователем // Материалы докладов Всероссийской молодежной конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования». 2011. Казань: КГЭУ, 2011. - С. 62-65.

10. Ильин О.В., Савинов В.И. Контроль жесткости сетевой воды бесконтактным кондуктометрическим методом // Сборн. матер.докладов VI Международной молодежной научной конференции. «Тинчуринские чтения». 2011. Т. 2 - Казань: КГЭУ, 2011. - С. 151-152.

11. Ильин О.В. Контроль жесткости питательной и сетевой воды // Сборн. матер.докладов VII Международной молодежной научной конференции. «Тинчуринские чтения». 2012. Т. 2 - Казань: КГЭУ, 2012. - С. 207.

12. Ильин О.В., Чичирова Н.Д. Способ контроля жесткости питательной и сетевой воды // Тезисы докладов XVIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2012. Т. 4 - Москва: МЭИ (ТУ), 2012. С. 143-144.

13. Ильин О.В., Чичирова Н.Д. Применение бесконтактного кондуктометрического преобразователя в автоматизированной системе технического водоснабжения ТЭС // Материалы международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы-2013». Казань: КГЭУ, 2013. - С. 286-288.

14. Ильин О.В. Неконтактные методы измерения электрической проводимости // Сборн. матер.докладов VIII Международной молодежной научной конференции. «Тинчуринские чтения». 2013. Т. 2 - Казань: КГЭУ,

2013.-С. 173.

15. Ильин О.В., Власов С.М. Обзор неконтактных методов измерения электрической проводимости на основе трансформаторного метода // Тезисы докладов XIX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2013. Т. 4 -Москва: МЭИ (ТУ), 2013. С.100.

16. Власов С.М., Ильин О.В. Разработка мобильной установки для башенной испарительной градирни // Тезисы докладов XIX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2013. Т. 4 - Москва: МЭИ (ТУ), 2013. С. 94.

17. Ильин О.В., Чичирова Н.Д. Измерение удельной электрической проводимости жидко-фазных теплоносителей бесконтактным кондуктометрическим преобразователем // Материалы докладов IX школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении».

2014. Казань: КГЭУ, 2014. С. 321-325.

18. Ильин О.В., Чичирова Н.Д., Власов С.М. Способы контроля качества сетевой воды // Материалы докладов «Национальный конгресс по энергетике».

2014. Т. 2 - Казань: КГЭУ, 2014. С. 112-119.

19. Ильин О.В., Шамнгулова А.М. Расчет частотной зависимости выходного напряжения трехконтурного резонатора // Сборн. матер.докладов X Международной молодежной научной конференции. «Тинчуринские чтения».

2015. Т. 2 - Казань: КГЭУ, 2015. - С. 172.

20. Ильин О.В. Бесконтактный подход измерения ЭП основанный на трансформаторном методе // Десятая международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2015».2015. Т. 1 - Иваново: ИГЭУ, 2015. - С. 14-15.

Подписано к печати 02.10.2015 г. Формат 60x84/16

Гарнитура «Times» Вид печати РОМ Бумага офсетная

Физ. печ. л. 1,25 Усл. печ. л. 1,16 Уч.-изд. л. 1,2

Тираж 100 экз._Заказ № Ц 6 Ь_

Издательство Казанского государственного энергетического университета 420066, Казань, Красносельская, 51