УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПОТОКА

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.
S
N
S
N
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 в 1,5÷2 раза больше диаметра концевых патрубков D, 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 и выходным диаметром равным диаметру концевых патрубков D. 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.
N
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=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.
N
На фиг. 2 представлены результаты траверсирования поля скоростей в сечении последующего трубопровода за УПП на расстоянии равном ·Dвдоль 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.