Browsing by Author "Матіко, Федір Дмитрович"

Now showing 1 - 4 of 4

Автоматизація проектування систем вимірювання кількості теплової енергії на основі витратомірів змінного перепаду тиску
(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Биць, Оксана Михайлівна; Матіко, Федір Дмитрович; Національний університет "Львівська політехніка"; Максимова, М. В.; Горбійчук, М. І.
Вимірювання витрати газоподібних середовищ із змінною газодинамічною структурою потоку
(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Костик, Ігор Володимирович; Матіко, Федір Дмитрович; Національний університет "Львівська політехніка"; Коробко, Іван Васильович; Бас, Олександр Анатолійович
Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу змінної газодинамічної структури потоку на точність вимірювання витрати газоподібних середовищ методом змінного перепаду тиску. Шляхом аналізу фізичної суті процесу вимірювання витрати нестаціонарного потоку виявлено причини виникнення та виконано класифікацію додаткових складових невизначеності вимірюваного значення витрати нестаціонарного потоку. Для кількісного визначення цих складових невизначеності удосконалено методику оцінювання додаткової складової невизначеності, яка зумовлена нелінійністю залежності витрати від перепаду тиску та методику оцінювання додаткової складової невизначеності, що виникає внаслідок відсутності інерційного члена у підкореневому виразі квазістаціонарного рівняння витрати. Розроблено математичну модель пневматичного каналу перетворювача тиску (перепаду тиску). Розроблено експериментальну установку для дослідження динамічних властивостей пневматичного каналу та виконано експериментальні дослідження, за результатами яких підтверджено адекватність цієї моделі. Шляхом застосування лінеаризованої математичної моделі пневматичного каналу досліджено залежність частоти резонансу від конструктивних характеристик каналу та розроблено рекомендації для уникнення резонансу в пневматичному каналі перетворювачів тиску (перепаду тиску). Розроблено експериментальну витратовимірювальну установку та проведено дослідження впливу виступів у внутрішню порожнину вимірювального трубопроводу витратоміра змінного перепаду тиску на коефіцієнт витікання діафрагми. На основі результатів виконаних експериментальних досліджень розроблено нові аналітичні залежності для кількісної оцінки додаткової невизначеності коефіцієнта витікання діафрагми, яка зумовлена впливом виступів у внутрішню порожнину вимірювального трубопроводу. Удосконалено рівняння комбінованої невизначеності вимірюваного значення витрати, шляхом введення додаткових складових невизначеності, які зумовлені нестаціонарністю потоку газоподібного середовища та впливом виступів у внутрішню порожнину вимірювального трубопроводу, що дає можливість розширити область застосування методу змінного перепаду тиску для вимірювання витрати потоків із змінною газодинамічною структурою. Результати дисертаційної роботи впроваджено у науково-дослідних та виробничих підприємствах, що займаються дослідженням, проектуванням, виробництвом та налагодженням систем вимірювання витрати енергоносіїв. Диссертационная работа посвящена исследованию влияния изменяемой газодинамической структуры потока на точность измерения расхода газов методом переменного перепада давления. Путем анализа физической сущности процесса измерения расхода нестационарного потока выявлены причины возникновения и выполнено классификацию дополнительных составляющих неопределенности измеряемого значения расхода нестационарного потока. Для количественного определения этих составляющих неопределенности усовершенствована методика оценки дополнительной составляющей неопределенности, обусловленной нелинейной зависимостью расхода от перепада давления и методику оценки дополнительной составляющей неопределенности, возникающей вследствие отсутствия инерционного члена в подкоренном выражении квазистационарного уравнения расхода. Разработана математическая модель пневматического канала преобразователя давления (перепада давления). Разработана экспериментальная установка для исследования динамических свойств пневматического канала и выполнены экспериментальные исследования, по результатам которых подтверждена адекватность этой модели. Путем применения линеаризованной математической модели пневматического канала исследована зависимость частоты резонанса от конструктивных характеристик канала и разработаны рекомендации для предотвращения резонанса в пневматическом канале преобразователей давления (перепада давления). Разработана экспериментальная расходоизмерительная установка и проведено исследование влияния выступов во внутреннюю полость измерительного трубопровода расходомера переменного перепада давления на коэффициент истечения диафрагмы. На основе результатов выполненных экспериментальных исследований разработаны новые аналитические зависимости для количественной оценки дополнительной неопределенности коэффициента истечения диафрагмы, которая обусловлена влиянием выступов во внутреннюю полость измерительного трубопровода. Усовершенствовано уравнения комбинированной неопределенности измеряемого значения расхода, путем введения дополнительных составляющих неопределенности, обусловленных нестационарностью потока газообразной среды и влиянием выступов во внутреннюю полость измерительного трубопровода, что позволяет расширить область применения метода переменного перепада давления для измерения расхода потоков с переменной газодинамической структурой. Результаты диссертационной работы внедрены в научно-исследовательских и производственных предприятиях, занимающихся исследованием, проектированием, производством и наладкой систем измерения расхода энергоносителей. The dissertation work is devoted to research of influence of a variable gas-dynamic flow structure on the accuracy of flow rate measurement for gaseous fluids by means of the differential pressure method. By analyzing the physical principle of the process of flow rate measurement for non-stationary flow the additional components of uncertainty of the measured value of the flow rate are revealed and classified for non-stationary flow. To define the values of these components of uncertainty, the technique for estimating the additional component of uncertainty caused by the nonlinear dependence between the flow rate and the differential pressure is improved. The technique for estimating the additional component of uncertainty caused by the absence of the inertial term in the sub-root expression of the quasi-stationary flow equation is also improved. The mathematical model of the pneumatic channel of the pressure (differential pressure) transducer was developed. The experimental setup for studying the dynamic properties of the pneumatic channel was developed and the experiments were carried out. The adequacy of the developed model was confirmed by the results of the experimental study. The dependence of the resonance frequency on the design characteristics of the channel was investigated by applying a linearized mathematical model of the pneumatic channel. The recommendations for avoiding the resonance in the pneumatic channels of pressure (differential pressure) transducers were developed. The experimental flow measuring facility was developed and the study of the influence of protrusions at the internal surface of the measuring pipe of a differential pressure flow meter on the discharge coefficient of orifice plates was carried out. Based on the results of experimental studies, new analytical dependences were developed for quantitative assessment of the additional uncertainty of the orifice plate discharge coefficient, caused by the influence of protrusions at the internal surface of the measuring pipe. The equation of combined uncertainty of the measured flow rate value is improved by introducing additional components of uncertainty, caused by non-stationary flow of gaseous fluid and by the influence of protrusions at the internal surface of the measuring pipe. The improved equation provides the possibility to expand the scope of the differential pressure method for measurement of flow rate of gaseous fluids with variable gas-dynamic flow structure. The results of the dissertation were implemented in R&D and production companies involved in research, design, production and installation of fluid energy carriers metering systems.
Методологічні засади визначення об'єму втрат природного газу та мінімізації його дисбалансів в системах транспортування та розподілу
(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Матіко, Федір Дмитрович
У дисертації розв’язано важливу науково-прикладну проблему - розроблення науково-обґрунтованих методів визначення об’єму втрат природного газу та зменшення дисбалансу об’єму газу в газотранспортних та газорозподільних системах. Сформовано методологічні засади визначення дисбалансу об’єму газу, як комплексного показника, який визначається систематичними та методичними похибками визначення об’єму газу. Розроблено математичні моделі для визначення основних систематичних та методичних похибок вимірювання об’єму газу за допомогою лічильників та витратомірів змінного перепаду тиску, розроблено способи їх зменшення, удосконалені вимоги до конструктивного виконання систем обліку газу. Розроблено нові більш точні рівняння і методики визначення фізичних властивостей природного газу. Впроваджено розроблені способи та методики у нормативні документи, що дозволило реалізувати їх під час виробництва та застосування приладів обліку газу і зменшити втрати газу, зумовлені похибками вимірювання об’єму газу. Розроблено методологію нормування технологічних витрат та втрат газу, яка передбачає застосування удосконалених у роботі математичних моделей та методів вимірювання об’єму втрат газу, що дозволило удосконалити нормативні документи з визначення технологічних витрат та втрат газу в газорозподільних мережах та зменшити об’єм втрат газу. Основні результати роботи впроваджено у газотранспортних та газорозподільних організаціях, підприємствах виробниках засобів обліку та підрозділах Держспоживстандарту України. В диссертации решена важная научно-прикладная проблема - разработка научно-обоснованных методов определения объема потерь природного газа и уменьшения дисбаланса объема газа в газотранспортных и газораспределительных системах. Сформированы методологические основы определения дисбаланса объема газа, как комплексного показателя, который определяется систематическими и методическими погрешностями определения объема газа. Разработаны математические модели для определения основных систематических и методических погрешностей измерения объема газа с помощью счетчиков и расходомеров переменного перепада давления, разработаны способы их уменьшения, усовершенствованы требования к конструктивному исполнению систем учета газа. Разработаны новые более точные уравнения и методики определения физических свойств природного газа. Разработанные способы и методики внедрены в нормативные документы, что позволило реализовать их во время производства и применения приборов учета газа и уменьшить потери газа, обусловленные погрешностями измерения объема газа. Разработана методология нормирования технологических расходов и потерь газа, которая предусматривает применение полученных в работе математических моделей и методов измерения объема потерь газа, что позволило усовершенствовать нормативные документы по определению технологических расходов и потерь газа в газораспределительных сетях и уменьшить объем потерь газа. Основе результаты работы внедрены в газотранспортных и газораспределительных организациях, в производстве средств учета и в подразделениях Госпотребстандарта Украины. The dissertation work is devoted to important scientific and applied problem - development of scientific methods of determination of volume of natural gas losses and reducing imbalances of gas volume in gas transmission and distribution systems. In this work it was analyzed the possible causes of imbalances of gas volume and proved that imbalance of gas volume is the complex parameter which depends on systematic and methodical errors of determination of the volume of gas supplied to the gas pipeline system or taken from it. Application of the concept of imbalance enabled to develop the theoretical basis for determination of the imbalance in the gas transmission or gas distribution systems and evaluation its limit values. Methodological principles are developed in order to choose metering instrumentation by criterion of minimizing the absolute uncertainty of the measured gas volume. They provide the possibility to minimize the imbalance of gas volume in gas transmission and distribution systems. The additional systematic, unexcluded systematic and methodical errors of measurement of gas volume using gas meters and pressure differential flowmeters are analyzed. New analytical dependences of the main error of rotary gas meters from the accounted gas volume are developed. These equations provide the possibility to define the change of the main error of gas meter during its exploitation and the necessity of its extraordinary verification. New technique is developed for reduction of gas losses caused by using of the household gas meters without means of conversion of gas volume to base conditions. The method for calibration of the gas meters according to the average annual gas temperature and pressure weighed by the consumed gas volumes is realized. Applying the results of studies of additional systematic error of measurement of gas temperature it was obtained a new mathematical model of additional systematic error of measurement of gas volume caused by additional error of measurement of gas temperature. This model provides the possibility to create design requirements for gas metering systems depending on their using conditions. The detected unexcluded systematic errors of coefficients of flowrate equation of pressure differential flowmeters are analyzed at working conditions at the inputs and outputs of gas transmission and distribution systems. Methodological principles of reduction of imbalances of gas volume are developed by minimization of unexcluded systematic error of pressure differential flowmeters. The results of their implementation in the gas transmission system UMG "Lvivtransgas" are presented. Based on research results of systematic and methodological errors of measurement of gas volume it was improved the existing normative base. Particularly the technique for calibration and extraordinary verification of gas meters is developed. Some principles of standards set DSTU GOST 8.586.1-5:2009 are developed which enable the reduction of the systematic and methodical errors of measurement of gas volume and consequently the volume of gas imbalances. New equations for isentropic factor, dynamic viscosity, throttling factor of natural gas are obtained which enable to calculate the value of these parameters using simplified data about the gas composition for the extended range of gas pressure. The techniques of service of standard reference data of Ukraine DSSDD 4-2002, DSSDD 8-2006, DSSDD 9¬2006 and interstate service of standard reference data SD 9-2005, SD 14-2008, SD 13¬2008 are developed based on the equations. These techniques provide the reduction of unexcluded systematic error of determination of these parameters and thus improve the accuracy of measurement of gas volume. Mathematical models for determination of the volume of technological expenses and gas losses are improved. Methods for measurement of losses volume caused by leakage of distribution systems are developed. Methodological principles of standardization of technological expenses and gas losses in gas distribution systems are developed which provide using improved mathematical models and methods for determination of the limit values of gas losses from the equipment of gas distribution systems. This enabled to improve normative documents on determination of technological expenses and gas losses in gas distribution systems. Mathematical models of stationary movement of natural gas in pipelines are improved that enables to increase the accuracy of determination of gas volume in pipelines of complex configuration. Based on the mathematical models it was improved the method for determination of gas volume in the main gas pipelines.
Підвищення ефективності енерготехнологічного процесу спалювання здрібненої деревної біомаси
(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Ялечко, Володимир Іванович; Матіко, Федір Дмитрович; Національний університет "Львівська політехніка"; Ганжа, Антон Миколайович; Чейлитко, Андрій Олександрович
Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуального завдання – розвитку наукових основ процесу спалювання здрібненої деревної біомаси та вдосконалення паливневих пристроїв для підвищення ефективності її спалювання. У роботі уточнено умови застосування математичної моделі процесу теплового самозаймання деревної біомаси, що дало можливість дослідити особливості перебігу цього процесу з урахуванням та без урахування тепловідведення і сформувати вимоги до ефективного спалювання деревної біомаси в паливневих пристроях. Шляхом застосування у сукупності рівняння кінетики реакції горіння та методу найменших квадратів розроблено систему рівнянь для обчислення значень кінетичних констант реакції горіння деревини на основі результатів неізотермічного методу дослідження процесу горіння. Виконано експериментальні дослідження та визначено елементний склад різних порід деревини, зокрема і швидкоростучих сортів. За результатами термогравіметричного аналізу визначено кінетичні константи реакції горіння для верби енергетичної Salix, а також отримано аналітичні залежності відносної втрати маси зразка верби Salix від оберненої температури зразка, що дає можливість проаналізувати перебіг стадій процесу горіння зразка та сформувати вимоги до умов спалювання цієї породи деревини в паливневих пристроях. Визначено вплив коефіцієнта надлишку повітря на паливневий режим при спалюванні генетично модифікованої деревини, що дає можливість обрати оптимальні значення режимних параметрів процесу спалювання такої деревини та знизити рівень викиду шкідливих речовин. За результатами виконаних досліджень удосконалено конструкцію паливневих пристроїв для спалювання здрібненої деревної біомаси, що забезпечує зменшення втрат з механічним та хімічним недопалом і підвищення ефективність котлоагрегату на 1,0–2.0%. Результати дисертаційної роботи впроваджено на виробничих підприємствах, що займаються дослідженням, проектуванням, виробництвом та експлуатацією котельного устаткування. Диссертация посвящена решению актуальной задачи – развития научных основ процесса сжигания измельченной древесной биомассы и совершенствование топочных устройств для повышения эффективности ее сжигания. В работе уточнено условия применения математической модели процесса теплового самовоспламенения древесной биомассы, что позволило исследовать особенности протекания этого процесса с учетом и без учета теплоотвода и сформировать требования к эффективного сжигания древесной биомассы в топочных устройствах. Путем применения в совокупности уравнения кинетики реакции горения и метода наименьших квадратов разработана система уравнений для вычисления значений кинетических констант реакции горения древесины на основе результатов неизотермического метода исследования процесса горения. Выполнены экспериментальные исследования и определены элементный состав древесины, в том числе и быстрорастущих сортов. По результатам термогравиметрического анализа определены кинетические константы реакции горения для ивы энергетической Salix а также получены аналитические зависимости относительной потери массы образца ивы Salix от обратной температуры образца, что дает возможность проанализировать ход стадий процесса горения образца и сформировать требования к условиям сжигания этой породы древесины в топочных устройствах. Определено влияние коэффициента избытка воздуха на топочный режим при сжигании генетически модифицированной древесины, что позволяет выбрать оптимальные значения режимных параметров процесса сжигания такой древесины и снизить уровень выброса вредных веществ. По результатам выполненных исследований усовершенствована конструкция топочных устройств для сжигания измельченной древесной биомассы, обеспечивает уменьшение потерь с механическим и химическим недопалом и повышает эффективность котлоагрегата на 1,0–2.0%. Результаты диссертационной работы внедрены на производственных предприятиях, занимающихся исследованием, проектированием, производством и эксплуатацией котельного оборудования. The dissertation work is devoted to the solution of the actual problem - development of scientific bases of process of burning of the crushed wood biomass and improvement of fuel devices for increase of efficiency of its burning. The conditions of application of the mathematical model of the process of thermal spontaneous combustion of wood biomass are specified in the work, which made it possible to investigate the peculiarities of this process, taking into account and without taking into account heat dissipation and to form requirements for efficient combustion of wood biomass in fuel devices. By applying the combustion reaction kinetics equation and the least squares method together, a system of equations has been developed to calculate the values of the kinetic constants of the wood combustion reaction based on the results of the nonisothermal method of combustion process research. Experimental studies have been performed and the elemental composition of different wood species, including fast-growing varieties, has been determined. According to the results of thermogravimetric analysis, the kinetic constants of the combustion reaction for energy willow Salix were determined and the analytical dependences of the relative weight loss of the Salix willow sample on the inverse temperature of the sample were obtained, which makes it possible to analyze the stages of the combustion process of the sample and to form requirements for the conditions of combustion of this species of wood in fuel devices. The influence of the excess air coefficient on the fuel regime during the combustion of genetically modified wood is determined, which makes it possible to choose the optimal values of the regime parameters of the combustion process of such wood and reduce the level of emissions. According to the results of the performed researches the design of fuel devices for burning of crushed wood biomass is improved, which provides reduction of losses with mechanical and chemical afterburning and increases the efficiency of the boiler unit on 1,0–2.0%. The results of the dissertation work are implemented at the production enterprises engaged in research, design, production and operation of boiler equipment.