RU162344U1

RU162344U1 - Устройство подготовки потока

Info

Publication number: RU162344U1
Application number: RU2016100726/28U
Authority: RU
Inventors: Артем Дмитриевич Водениктов; Аркадий Ефимович Зарянкин; Евгений Юрьевич Григорьев; Мария Павловна Григорьева
Original assignee: Артем Дмитриевич Водениктов; Аркадий Ефимович Зарянкин; Евгений Юрьевич Григорьев
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-06-10

Abstract

Устройство подготовки потока, содержащее составной измерительный трубопровод, включающий концевые патрубки с одним фланцем и центральный патрубок с двумя фланцами, отличающееся тем, что содержит дополнительный патрубок с двумя фланцами, выполненный в виде конфузора, установленный за центральным патрубком по направлению потока, и перегородку с отверстиями, выполненную в форме конуса и установленную вершиной навстречу потоку между центральным и дополнительным патрубками, при этом диаметр центрального патрубка в 1,5÷2 раза больше диаметра концевых патрубков, входной диаметр дополнительного патрубка равен диаметру центрального патрубка, выходной диаметр дополнительного патрубка равен диаметру концевых патрубков.

Description

УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПОТОКА

Полезная модель относится к устройствам подготовки потока (УПП), предназначенным для устранения закручивания и асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе перед расходомером.

Известны устройства подготовки потока в виде перфорированного диска (УПП «NEL (Spearman)»), трубчатого струевыпрямителя (УПП «Gallagher») устанавливаемые в трубопровод перед расходомером (ГОСТ 8.586.1-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования, рис. Е7, рис. Е1 и рис. Е2, соответственно).

Недостатком указанных устройств является низкие эффективность выравнивания закручивания потока жидкости или газа в трубопровод и большие гидравлические потери.

Так же известно УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПОТОКА (патент на полезную модель РФ №129628, МПК G01F 15/00, 2013 г.), содержащее перфорированный диск (дискообразную перфорированную перегородку) и струевыпрямитель, установленные последовательно в трубопроводе перед расходомером с интервалом друг относительно друга с образованием промежуточной успокоительной камеры. Струевыпрямитель может быть выполнен трубчатым или пластинчатым. Перфорированный диск и струевыпрямитель могут быть расположены в трубопроводе раздельно или жестко скреплены между собой при помощи втулки сваркой.

Недостатком указанного устройства являются большие гидравлические потери.

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПОТОКА В ГАЗОПРОВОДЕ (Патент на полезную модель РФ №41357, G01F 15/00, 2004 г.), принятое за прототип, содержащее диск с отверстиями, пластины, составной измерительный трубопровод, включающий концевые патрубки с одним фланцем и центральный патрубок с двумя фланцами, при этом диск с отверстиями неподвижно соединен с пластинами, которые установлены в первом концевом патрубке измерительного трубопровода продольно вдоль оси с возможностью свободного перемещения, и имеет по периферии торцов упорные поверхности, которые взаимодействуют с фланцем первого концевого патрубка и фланцем центрального патрубка, на диске с отверстиями по его периферии выполнены центрирующие цилиндрические поверхности, второй фланец центрального патрубка связан с фланцем второго концевого патрубка через дистанционное кольцо, при этом длина центрального патрубка выбрана более или равной длине пластин в сборе с диском.

Недостатком указанного устройства являются низкая эффективность выравнивания асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе и большие гидравлические потери.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности выравнивания закручивания и устранения асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе перед расходомерным устройством и снижение гидравлических потерь.

Технический результат достигается тем, что устройство подготовки потока, содержащее составной измерительный трубопровод, включающий концевые патрубки с одним фланцем и центральный патрубок с двумя фланцами, содержит дополнительный патрубок с двумя фланцами, выполненный в виде конфузора, установленный за центральным патрубком по направлению потока, и перегородку с отверстиями выполненную в форме конуса и установленную вершиной навстречу потоку между центральным и дополнительным патрубками, при этом диаметр центрального патрубка в 1,5÷2 раза больше диаметра концевых патрубков, входной диаметр дополнительного патрубка равен диаметру центрального патрубка, выходной диаметр дополнительного патрубка равен диаметру концевых патрубков.

На фиг. 1 представлено устройство подготовки потока, на фиг. 2 приведены результаты траверсирования поля скоростей за гибом трубопровода.

Устройство подготовки потока содержит коническую перфорированную перегородку 1 с отверстиями 2, составной измерительный трубопровод, включающий первый концевой патрубок 3 с одним фланцем, второй концевой патрубок 4 с одним фланцем, центральный патрубок 5 с двумя фланцами, дополнительный патрубок 6 с двумя фланцами, выполненный в виде конфузора. Первый концевой патрубок 3 соединен с центральным патрубком 5, скрепленным с дополнительным патрубком 6, который соединен со вторым концевым патрубком 4, все соединения фланцевые. Перфорированная перегородка 1 выполнена в форме конуса и установлена вершиной навстречу потоку между центральным патрубком 5 и дополнительным патрубком 6 скрепленных посредством фланцевого соединения, что обеспечивает перемещение рабочей среды в радиальном направлении и улучшает перемешивание потока после конической перфорированной перегородки 1 в уравнительной зоне перед конфузором. Диаметр центрального патрубка 5 D_S в 1,5÷2 раза больше диаметра концевых патрубков D_N, это обеспечивает снижение локальных скоростей рабочей среды и локализацию вихрей в зоне ступенчатого соединения первого концевого патрубка 3 с центральным патрубком 5. Дополнительный патрубок 6 выполнен в виде конфузора с входным диаметром равным диаметру центрального патрубка 5 D_S и выходным диаметром равным диаметру концевых патрубков D_N. Выполнение фланцевых соединений разборными обеспечивает возможность легкого монтажа и демонтажа устройства, очистки перфорированной перегородки 1 без разрушения измерительного трубопровода. Устройство подготовки потока работает следующим образом. Турбулентный поток жидкости (или газа) с различными видами неравномерности (окружной неравномерностью, закруткой и т.д.) и вихревыми структурами (вихревыми шнурами) из первого концевого патрубка 3 попадает в расширенный центральный патрубок 5. Резкое ступенчатое расширение ведет к образованию отрыва потока от стенок центрального патрубка 5, причем, давление вблизи ступенчатого расширения локально снижается, что способствует затягиванию вихревых структур в эту область и их локализует с последующем замыканием на внутренней поверхности центрального патрубка 5. Далее поток набегает на поверхность перфорированной конической перегородки 1, несмотря на наличие отверстий 2, поток стремится обтекать перегородку 1 вдоль конической поверхности, тем самым отклоняясь от осевого направления движения. Поток разделяется на струи при прохождении через отверстия 2 конической перфорированной перегородки 1, сначала через отверстия 2 проходит поток находящийся преимущественно ближе к осевой линии (вершине конуса). Эти отдельные струи, локальная скорость которых выше (а давление соответственно ниже), чем в потоке, который находится снаружи перегородки 1, оказывают на него эжектирующее действие в направлении осевой линии трубопровода. Такой перенос масс способствует более быстрому, с меньшими затратами энергии, перемешиванию отдельных струй и получению однородного поля скоростей. Перемешивание струй осуществляется в уравнительной зоне, образованной внутренней поверхностью перфорированной перегородки 1 и конфузором дополнительного патрубка 6. Окончательное выравнивание потока осуществляется на выходе из конфузора дополнительного патрубка 6, где поток плавно ускоряется.

Проведенные аэродинамические испытания на автомодельных режимах по числу Рейнольдса течения рабочей среды (воздух) на экспериментальных образцах устройства подготовки потока, при их установке за гибом трубопровода с D_N=100 мм с углом поворота 180° показали, что коэффициент гидравлических потерь (ξ) оказывается ниже, чем у известных аналогов. Так коэффициент гидравлических потерь предлагаемого устройства подготовки потока составляет ξ=1,65; у УПП по патенту на полезную модель РФ №129628 ξ=7,0; а у УПП по патенту на полезную модель РФ №41357 ξ=3,85.

На фиг. 2 представлены результаты траверсирования поля скоростей в сечении последующего трубопровода за УПП на расстоянии равном ·D_Nвдоль центральной оси симметрии трубопровода, расположенной в плоскости гиба трубопровода. Наиболее равномерным полем скоростей за УПП обладает предлагаемое устройство подготовки потока (кривая 1), коэффициент равномерности потока ξ=0,95, у УПП по патенту на полезную модель РФ №129628 (кривая 2) коэффициент равномерности потока ξ=0,9 и у УПП по патенту на полезную модель РФ №4357 (кривая 3) коэффициент равномерности потока ξ=0,87. Кривая 4 показывает распределение скоростей за гибом без установки УПП.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить повышение эффективности выравнивания закручивания и устранения асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе перед расходомерным устройством и снижение гидравлических потерь.