Lakossági gázmérők mérőszerkezetében kialakuló bemaródások vizsgálata
2013/3. lapszám | Dobó Zsolt Palotás Árpád Bence | 6910 |
Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Magyarországon a szabálytalan földgázvételezés milliárd forintos nagyság-rendű károkat okoz [1]. A szabálytalan vételezési módszerek közé tartozik például a gázmérőt megkerülő vezeték építése vagy a számláló visszate-kerése (OMH plomba felbontása) [2]. Az illetéktelen beavatkozási kísérletek további csoportjába a Gallus 2000 típusú lakossági gázmérők állandómágnessel történő manipulálása tartozik. A gázmérő üzemszerű működésének ilyen módon történő befolyásolása általában mágneses nyomokat hagy a gázmérő acélburkolatában.
A külső burkolat felületén végzett remanencia-mérések adataiból következtetni lehet az alkalmazott állandómágnes nagy-ságára [3, 4]. A kapott eredmény azonban még nem válaszolja meg azt a kérdést, hogy a gázmérőn ez alatt az idő alatt áramolt-e át valamennyi gáz vagy sem. A következőkben bemutatjuk azt a vizsgálatsorozatot, melynek segítségével választ kaphatunk a fenti kérdésre.
A vizsgálat során használt eszközök
A lakossági földgázfogyasztás mérésére alkalmazott Gallus 2000 típusú gázmérők 250 mm (a továbbiakban „A” típus) és 110 mm (továbbiakban „B” típus) csonktávolsággal is készülnek. Ezek közül csak azokat a mérőket lehet állandómágnessel befolyásolni, amelyeknek a membrántámasztó lemeze acélból készült, ugyanis a mágnes erre az alkatrészre gyakorol olyan erőhatást, amely a működésben üzemzavarokat okozhat. Az 1. ábrán az „A” gázmérő membrántámasztó lemezének egy része látható, a részlegesen kivágott gázmérő-belsőben. Szemléltetésképpen elhelyeztük a gázmérőn azt a ritkaföldfém-mágnest, amelyet a vizsgálatok folyamán alkalmaztunk: 30 mm magas, 45 mm átmérőjű, anyagtípusa N52.
A membrántámasztó lemez csak akkor mozog, ha a gázmérő működik. Periodikus mozgása közben hol távolodik, hol közeledik a mérőszerkezet külső műanyag falazatához. A lemez felső holtpontjában – normál üzemvitel esetén – legalább 3 mm távolság mérhető a szerkezet műanyag falazata és a lemez között. Ez azt jelenti, hogy a gázmérő normál működése közben a membrántámasztó lemez nem érhet hozzá a későbbiekben vizsgálandó belső (műanyag) felülethez. Amennyiben elegendően nagy állandómágnest helyezünk a gázmérő alsó acélburkolatára, akkor a mágnes ez esetben olyan nagy erővel húzza a mérőszerkezet belsejében található lemezt, hogy a membrán megfeszül, megnyúlik, és ennek következtében a membrántámasztó lemez hozzáérhet a műanyag falazathoz, amelynek felületén szemmel látható elváltozásokat (bemaródásokat) okoz (1. ábra).
Az előző gondolatmenet kísérletekkel történő alátámasztásához egy levegővel üzemelő mérőrendszert építettünk ki, amely kompresszorból, nyomásszabályozókból, gázmérőkből és fúvókákból áll (2. ábra).
A kompresszor a levegő szükséges menynyiségéről és nyomásáról gondoskodik. A nyomásszabályozó a levegő nyomását 27 mbar értékre állítja be. Ezután a vizsgált gázmérő következik. A csővezetékek kialakításakor fontos szempont volt, hogy a gázmérő köny-nyen cserélhető legyen. A rendszer végén egy fúvóka található, ennek furatátmérője határozza meg a rendszeren átáramló levegő térfogatáramát. A vizsgálatok zöménél 4,5 mm átmérőjű furattal rendelkező fúvókát alkalmaztunk, amely 2,4 m³/h értékre korlátozta a levegő térfogatáramát. Az elvégzendő mérések nagy száma miatt a rendszer négy párhuzamos ágat tartalmazott, így egyidejűleg 4 gázmérő felszerelésére volt lehetőség, mindegyikhez külön nyomásszabályozó és fúvóka tartozott. Minden egyes vizsgálathoz külön gázmérőt alkalmaztunk.
Eredmények
Az első kísérlet alkalmával 4 db „A” gázmérőn 2,4 m³/h levegőmennyiséget áramoltattunk keresztül. A vizsgálat időtartama 12 óra volt, állandómágnest nem alkalmaztunk. A 12 óra letelte után leszereltük a gázmérőket, majd a szerkezet belsejének vizsgálata céljából szétszereltük azokat. A mérőszerkezet megfelelő műanyag falazatát eltávolítottuk, ügyelve arra, hogy a szerelés során mechanikai sérülés ne keletkezhessen. A belső műanyag felületen egyik esetben sem tapasztaltunk olyan elváltozást, amit a membrán okozhatott volna. A kísérletet „B” gázmérők alkalmazásával is megismételtük, de ebben az esetben sem tapasztaltunk elváltozásokat.
Az előző kísérlet állandómágnes alkalmazásával történő megismétlése előtt megvizsgáltuk, hogy a membrán ténylegesen megnyújtható-e annyira, hogy hozzáérjen a mű-anyag falazathoz. A kérdés megválaszolásához szakítóvizsgálatot végeztünk el. A vizsgálatokat a Miskolci Egyetem Anyag- tudományi Intézetében üzemelő, Instron gyártmányú, 100 kN-ig terhelhető szakítógépen végeztük, miután az ékpályás befogószerkezethez illeszkedő speciális mintarögzítő szerszámot elkészítettük. A befogószerkezet felső részéhez a gázmérő membrántámasztó lemeze csatlakozott. A csatlakozáshoz egy furatot alakítottunk ki a lemez síkbeli középpontjában, ebben helyezkedett el a rögzítéshez szükséges csavar. A befogószerkezet alsó részébe – ugyancsak e célra készített külön befogóegységgel – a gázmérő komplett mérőszerkezetét rögzítettük. A mérőszerkezet befogásáról a 3. ábra mutat egy képet.
Megjegyzendő, hogy a szakítóvizsgálat során kapott eredmények ebben az összeállításban nemcsak a mérőszerkezet membránjára vonatkoznak, hanem magára az egész szerkezetre. Ebbe beletartozik a membrántámasztó lemez, a membrántámasztó lemez alatt található műanyaglemez, a kettő közé beszorított membrán, valamint a membrán a mérőszerkezet házához történő csatlakozásának viselkedése is. Ezek együttes hatása határozza meg a szakítódiagramot. A mérések során 10 mm/ perc húzási sebességet alkalmaztunk, és rögzítettük az elmozdulás/erő diagramokat. Az eredményeket a 4. ábra szemlélteti.
A diagramon 3 különböző gázmérő mérőszerkezetének szakítódiagramja látható. A görbe gyakorlatilag lineáris kezdeti szakasza után egy maximum található, amely maximumban a membrán mérőszerkezetből való kiszakadása ment végbe. Számunkra a görbék kezdeti szakasza a lényegesebb, ezért az ábrán megjelenítettük a kinagyított diagramrészt is. Látható, hogy a membrántámasztó lemez viszonylag könynyen le tudja győzni a 3 mm-es távolságot, továbbá megállapítható, hogy ez az elmozdulás a szerkezet rugalmas alakváltozása során történik.
Miután megbizonyosodtunk arról, hogy a membrántámasztó lemez viszonylag kis erővel túlmozdítható az eredeti holtponton, mágnes alkalmazásával is megismételtük az első kísérletet. A gázmérőket ebben az esetben is 12 órán keresztül üzemeltettük. A gázmérők szétszedése után szabad szemmel is látható mechanikai bemaródásokat figyeltünk meg a műanyag falazat megfelelő belső felületén. Erre mutat egy példát az 5. ábra, amelyen a bemaródás teljes hossza kb. 35 mm.
Az „A” gázmérők esetében az általunk alkalmazott mágnes nem tudta megállítani a mérőszerkezetet. A működés szakaszos jellegű volt, ami azt jelenti, hogy a membrántámasztó lemez egy rövid időre a felső holtpontban megáll, majd ha a gáznyomás által létrejövő nyomóerő legyőzi az állandómágnes által keltett húzóerőt, akkor a szerkezet számlálója hirtelen fordul egyet.
A „B” gázmérők esetében a geometriai méretek miatt a mágnes és a membrántámasztó lemez közötti távolság 10 mm-rel kisebb (6. ábra). Ez azt jelenti, hogy ugyanaz a mágnes nagyobb húzóerőt képes kifejteni az ilyen típusú gázmérő membrántámasztó lemezére. A nagyobb erő a kísérletek során azt jelentette, hogy egyes esetekben a mágnes a vizsgált gázmérőt teljesen megállította.
A mágnes gázmérőre történő helyezése és a gázmérő leállása között eltelt idő ugyanazon típusok között is erősen eltérő lehet. Egyes esetekben a gázmérő számláló szerkezete azonnal megállt, más esetekben akár percekben (ritkán órákban) mérhető a mágnes elhelyezése és a leállás között eltelt idő. Ha az üzemelő gázmérőre mágnest helyezünk el, és az azonnal meg tudja állítani a gázmérőt, akkor a membrán a műanyag falazathoz csupán egyszer ér hozzá. Az egyszeri érintkezés során többnyire nem keletkezik szemmel látható elváltozás, vagy ha ez meg is történik, az elváltozás mértéke nagyon csekély. Gyakoribb az az eset, mikor a gázmérőre helyezett, megfelelően nagy állandómágnessel még rövid ideig üzemel a gázmérő számláló szerkezete. Ebben az esetben a membrántámasztó lemez már többször is hozzáérhet (ütődhet) a műanyag falhoz, és ennek következtében határozottan érzékelhető nyomokat hagyhat benne. Mivel az érintkezések száma általában itt sem túl nagy (általában 2 és 10 közötti), a keletkező bemaródás még mindig csekély mértékű.
A 7. ábrán egy „B” típusú gázmérő műanyag falának fényképe látható. A membrántámasztó lemez okozta bemaródásokat egyértelműen azonosítani lehet. A gázmérőn ez esetben is 12 órán át áramoltattunk levegőt 2,4 m³/h térfogatáram mellett, eközben a külső acélburkolatán elhelyezett állandómágnest nem mozdítottuk el. A gázmérő számlálója a 12 óra időtartam alatt nem állt meg.
A lehetséges esetek teljes körű feltárása érdekében megvizsgáltuk azt az esetet is, hogy tapasztalható-e az előzőkhöz hasonló elváltozás a műanyag alkatrészen olyankor, amikor az egyébként erős mágnest egy épp nem üzemelő gázmérőre helyezik el. Amennyiben egy gázmérő nem üzemel, és azon egyszeri alkalommal elhelyezünk egy megfelelően nagy mágnest, úgy a membrántámasztó lemez is csak egyszeri alkalommal érhet hozzá a belső műanyag falazathoz. Korábban már kimutattuk, hogy egyszeri alkalom nem, vagy csak nagyon kis mértékben képes bemaródást okozni. Ezt a csekély mértékű bemaródást igyekszik szemléltetni a 8. ábra.
A nem üzemelő gázmérőre elhelyezett állandómágneses vizsgálatok egyik különleges esete, mikor a gázmérőre nemcsak egyszer, hanem többszöri alkalommal helyezzük el az állandómágnest. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a mágnest periodikus időközönként elhelyezzük a gázmérőn, majd eltávolítjuk onnan. Szabályosan ismétlődő ciklusokat három tényezővel írhatunk le pontosabban: az az időtartam, amíg a mágnes a mérőn van, a mágnes nélküli időszakasz hossza, valamint a ciklusok száma, azaz hogy hányszor ismételjük meg az előző eljárást. Ezt a hatást 2 db „B” típusú gázmérőn vizsgáltuk, melyekre 10 másodperc ideig elhelyeztük a mágnest, 10 másodperc időre leszedtük azt a gázmérőről, és az eljárást 20 alkalommal ismételtük meg. A 9. ábrán látható, hogy határozott, az előzőnél sokkal erősebb bemaródás keletkezett a gázmérő műanyag burkolatának belső felületén.
Üzemelő gázmérő mellett a mágnes egyszeri elhelyezésével is hasonló bemaródások keletkeznek, lévén, hogy ugyanarról az effektusról van szó. Különbség csupán a módszerben adódik: az egyikben a mágnest mozgatjuk a gázmérő környezetében, a másik esetben a mágnes áll, és a membrántámasztó lemez mozog bent a gázmérő mérőszerkezetében. Mindkét esetben ugyanaz a kérdés: hányszor ért hozzá a membrántámasztó lemez a mérőszerkezet műanyag falazatához.
A bemaródás mértéke és a mágnesezés időtartama között összefüggéseket kerestünk, reprodukálható egyértelmű kapcsolat azonban nem volt kimutatható a két jellemző között. 2,4 m³/h levegő-térfogatáram mellett a következő mágnesezési időtartamokat vizsgáltuk: 1 óra, 12 óra, 1 nap, 3 nap, 1 hét. A mágnesezés időtartamától leginkább a bemaródás hossza függ, de jelentős eltérések és magas szórás tapasztalható a két jellemzőben. Az összefüggés felállításához további feltételekre is szükség lenne, például a gázmérő a mágnesezés időtartama alatt nem állhat meg, egységnyi térfogatáram biztosítása szükséges stb. A 10. ábrán két szemléletes fénykép látható a mágnesezett gázmérők membránnal érintkező falazatairól.
Vizsgálataink során különböző működési szituációkat modelleztünk. Ezek közül az egyik a gázmérő túlterhelése. A 6 m³/h maximálisan megengedett térfogatáram helyett 8 m³/h levegőmennyiséget áramoltattunk át 4 db gázmérőn 1 nap időtartamig, mágnes alkalmazása nélkül. A gázmérők szétbontása után a műanyagház megfelelő belső felületén nem tapasztaltunk mechanikai bemaródásokat. A következő esetben a gázmérő és a fúvóka közé egy gáz-mágnesszelepet helyeztünk el, amely a levegőáram periodikus ki/bekapcsolásáról gondoskodott. A mágnesszelep vezérlését egy Arduino UNO mikrokontroller modul végezte el, amely 5 perc időtartamig be-, majd 5 perc időtartamig kikapcsolta azt. A gázmérők ilyen feltétel mellett 12 óra időtartamig üzemeltek. A gázmérők szétbontása után a műanyagház megfelelő belső felületén itt sem tapasztaltunk mechanikai bemaródásokat.
