НАПОРНЫЙ БАК ПОСТОЯННОГО УРОВНЯ
CONSTANT-LEVEL PRESSURE TANK

Изобретение относится к расходомерным установкам высшей точности, в частности к элементам конструкции устройств для измерения объемного и массового расхода, преимущественно, взрывобезопасных и нетоксичных жидкостей.
Известен «высотный» напорный бак статической расходомерной установки, снабженный системой переливных лотков, поддерживающих постоянный уровень поступающей жидкости (Цейтлин В.Г. Техника измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров. М.: Издательство Стандартов, 1981 г., с.124, рис.64).
Недостатком известного устройства является значительный вес, неравномерность заполнения лотков и нестабильность поддержания уровня, особенно проявляющиеся в установках больших расходов.
Известен напорный бак, состоящий из основной камеры, снабженной системой желобов с горизонтальными ребрами и разделительной стенкой, расположенной между выходом из нагнетательного трубопровода и входом в подводящий трубопровод, конец которого снабжен устройством, предотвращающим образование волн, и пролетной камеры, снабженной сливной трубой (Павловский А.Н. Измерение расхода и количества жидкостей, газа и пара. М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1967 г., с.373-374, рис.232).
3
3
Такие баки используются в установках, рассчитанных на расходы до 250 м/час. При увеличении расхода на порядок (до 2500 м/час) появляется нестабильность поддержания уровня - неравномерность заполнения лотков (желобов) и существенно увеличивается вес конструкции. Таким образом, недостатком известного устройства является значительный вес конструкции и неравномерность заполнения лотков и, соответственно, нестабильность поддержания уровня жидкости.
Предлагаемым изобретением решается задача снижения веса (материалоемкости) конструкции бака, как правило, изготавливающейся из нержавеющих относительно дорогостоящих сталей, улучшения равномерности водослива при заполнении лотков и обеспечения стабильности уровня жидкости при проведении испытаний поверяемых приборов.
Для достижения этого технического результата в напорном баке постоянного уровня, состоящем из основной камеры, снабженной системой желобов с горизонтальными ребрами и разделительной стенкой, расположенной между выходом из нагнетательного трубопровода, на конце которого размещено устройство, предотвращающее образование волн, и входом в подводящий трубопровод, и пролетной камеры, имеющей сливную трубу, наружная обечайка бака, корпус основной камеры и разделительная стенка выполнены цилиндрической формы, причем корпус основной камеры размещен с эксцентриситетом по отношению как к наружной обечайке, так и к разделительной стенке, с образованием полостей-коллекторов переменной площади, в максимальном сечении которых установлены: между наружной обечайкой бака и корпусом основной камеры - сливная труба; между корпусом основной камеры и разделительной стенкой - нагнетательный трубопровод, а по центру цилиндрической разделительной стенки - подводящий трубопровод.
При этом устройство, предотвращающее образование волн на поверхности жидкости, совмещено с устройством разделения и частичного поворота струи из нагнетательного трубопровода и выполнено в виде размещенных веерообразно направляющих пластин с углом раскрытия в каждом канале не более 12°.
Внутри разделительной стенки установлено заборное устройство, состоящее из центральной цилиндрической втулки, расположенной на высоте не менее одного калибра подводящего трубопровода от уровня основания, и вертикальных пластин, размещенных в виде расходящихся лучей от нее.
Напорный коллектор снабжен расположенным на уровне 0,6…0,75 от высоты разделительной стенки перфорированным кольцом с переменной затененностью, уменьшающейся по мере удаления от места размещения нагнетательного трубопровода.
По верхнему уровню разделительной стенки размещен перфорированный диск с переменной затененностью, уменьшающейся от центра к периферии.
Суммарная затененность кольца превышает суммарную затененность диска не менее чем в полтора раза.
Отличительными признаками предлагаемого напорного бака постоянного уровня от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является выполнение наружной обечайки бака, корпуса основной камеры и разделительной стенки цилиндрической формы, размещение корпуса основной камеры с эксцентриситетом по отношению как к наружной обечайке, так и к разделительной стенке, с образованием полостей-коллекторов переменной площади, в максимальном сечении которых установлены: между наружной обечайкой бака и корпусом основной камеры - сливная труба, между корпусом основной камеры и разделительной стенкой - нагнетательный трубопровод, а по центру цилиндрической разделительной стенки - подводящий трубопровод.
Благодаря наличию этих признаков уменьшается периметр наружной обечайки при одном и том же объеме бака, кроме того, цилиндрическая форма наружной обечайки позволяет уменьшить толщину материала, что в совокупности позволяет существенно уменьшить вес конструкции. Увеличение длины кромки разделительной стенки, по сравнению с прототипом, улучшает заполнение цилиндрической полости, образованной разделительной стенкой, при переливе жидкости из напорного коллектора.
При заполнении напорного коллектора необходимо на достаточно коротком расстоянии разделить, повернуть и погасить энергию затопленной струи из нагнетательного трубопровода. Для этого в предлагаемом баке предусмотрено устройство разделения и частичного поворота струи в виде размещенных веерообразно направляющих пластин с углом раскрытия в каждом канале не более 12°. Такое выполнение этого устройства позволяет исключить образование крупных вихрей и обеспечивает безотрывные разделение и поворот потока жидкости.
Для исключения закрутки потока и воронкообразования, обеспечения равномерного забора жидкости на мерительную линию внутри расходной емкости, образованной разделительной стенкой, установлено заборное устройство, состоящее из центральной цилиндрической втулки, расположенной на высоте не менее одного калибра подводящего трубопровода от уровня основания, и вертикальных пластин, размещенных в виде расходящихся лучей от нее.
Наличие в напорном коллекторе перфорированного кольца с переменной затененностью, уменьшающейся по мере удаления от места размещения нагнетательного трубопровода, обеспечивает равномерное заполнение напорного коллектора и последующий равномерный перелив жидкости в расходную емкость, а расположение этого кольца на уровне 0,6…0,75 от высоты разделительной стенки обеспечивает затухание возмущений за отверстиями перфорации вследствие действия сил внутреннего трения жидкости - вязкости.
Размещение по верхнему краю разделительной стенки перфорированного диска с переменной затененностью, уменьшающейся от центра к периферии, обеспечивает равномерный расход жидкости в горизонтальном сечении ее внутренней полости.
В связи с тем, что истечение жидкости через перфорированное кольцо происходит под напором насоса, а истечение через перфорированный диск осуществляется под действием гидростатического столба, суммарная затененность кольца превышает суммарную затененность диска не менее чем в полтора раза.
Предлагаемый напорный бак постоянного уровня иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 представлен продольный разрез напорного бака, где пунктирной линией указан постоянный уровень жидкости; на фиг.2 - вид сверху на бак со схемой движения жидкости по желобам с горизонтальными ребрами; на фиг.3 - вид А фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.5 - вид сверху на перфорированное кольцо и перфорированный диск.
Напорный бак постоянного уровня состоит из основной камеры 1, снабженной системой желобов 2 с горизонтальными ребрами 3 и разделительной стенкой 4, расположенной между выходом из нагнетательного трубопровода 5, на конце которого размещено устройство 6, предотвращающее образование волн, и входом в подводящий трубопровод 7, и пролетной камеры 8, имеющей сливную трубу 9. При этом наружная обечайка 10 бака, корпус 11, основной камеры 1 и разделительная стенка 4 выполнены цилиндрической формы, причем корпус 11 основной камеры размещен с эксцентриситетом по отношению как к наружной обечайке 10, так и к разделительной стенке 4, с образованием полостей-коллекторов 8, 12 переменной площади, в максимальном сечении которых установлены: между наружной обечайкой 10 бака и корпусом 11 основной камеры - сливная труба 9; между корпусом 11 основной камеры и разделительной стенкой 4 - нагнетательный трубопровод 5, а по центру цилиндрической разделительной стенки 4 - подводящий трубопровод 7.
Устройство 6, предотвращающее образование волн на поверхности жидкости, совмещено с устройством разделения и частичного поворота струи из нагнетательного трубопровода 5 и выполнено в виде размещенных веерообразно направляющих пластин 13 с углом раскрытия в каждом канале не более 12°.
Внутри разделительной стенки 4 установлено заборное устройство, состоящее из центральной цилиндрической втулки 14, расположенной на высоте не менее одного калибра подводящего трубопровода от уровня основания, и вертикальных пластин 15, размещенных в виде расходящихся лучей от нее.
Напорный коллектор снабжен расположенным на уровне 0,6…0,75 от высоты разделительной стенки перфорированным кольцом 16 с переменной затененностью, уменьшающейся по мере удаления от места размещения нагнетательного трубопровода.
По верхнему уровню разделительной стенки размещен перфорированный диск 17 с переменной затененностью, уменьшающейся от центра к периферии.
Суммарная затененность кольца превышает суммарную затененность диска не менее чем в полтора раза.
При проведении испытаний по поверке или градации приборов на расходоизмерительной установке с предлагаемым напорным баком поддержание постоянного уровня жидкости, соответственно, гидростатического напора осуществляется следующим образом.
Рабочая жидкость с помощью насоса непрерывно через нагнетательный трубопровод 5 подается в напорный коллектор 12. При этом общий расход жидкости, поступающей через нагнетательный трубопровод, поддерживается постоянным на все время проведения испытаний и превышающим расход жидкости через подводящий на измерительную линию трубопровод 7 на 5…20%.
Далее жидкость, встречая на пути направляющие пластины 13, разделяется, частично поворачивается и заполняет полость напорного коллектора 12, затем, пройдя через перфорированное кольцо 16, заполняет полость основной камеры 1, из которой избыток расхода удаляется переливаясь в сливной коллектор 8 через разветвленную систему желобов 2 с горизонтальными ребрами 3.
Уровень водослива определяет уровень гидростатического столба жидкости, поступающей на измерительную линию расходомерной установки.
Из основной камеры 1 жидкость под действием атмосферного давления, пройдя через перфорированный диск 17 и заборное устройство, поступает в подводящий трубопровод 7. За счет выполнения диска 17 с переменной затененностью, уменьшающейся от центра к периферии, и установки заборного устройства с вертикальными пластинами 15 исключается деформация профиля скорости в полости цилиндра, образованного разделительной стенкой 4, и ее влияние на уровень водослива через горизонтальные ребра 3.
Реализация совокупности признаков, описанных в предлагаемом напорном баке постоянного уровня, позволяет снизить вес (материалоемкость) конструкции, улучшить равномерность водослива при заполнении желобов и обеспечивает стабильность уровня гидростатического столба жидкости при проведении испытаний приборов на расходоизмерительной установке.