УСТАНОВКА ДЛЯ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для определения расходных характеристик гидравлических сопротивлений вязких и высоковязких жидкостей.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков, принятой за прототип, является установка для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений (патент RU 88800, G01F 25/00, опубл. 31.03.2008). Установка состоит из бака с жидкостью, с установленным на нем измерителем уровня и измерителем давления, рабочей магистралью, на которой последовательно установлены задвижка, теплообменник, измеритель расхода, испытуемый элемент с установленным на нем измерителем перепада давления, с измерителем давления на входе и измерителем температуры на входе и на выходе, переливной и возвратной магистралями с задвижками. На рабочей магистрали после задвижки установлены насос, обратный клапан и дополнительная задвижка для слива.
Однако, известная установка предназначена для измерения расходных характеристик только низковязких жидкостей.
Задачей полезной модели является разработка установки для измерения расходных характеристик жидкостей с различной вязкостью, в том числе водных растворов, нефти и нефтяных эмульсий.
Задача решается установкой для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений, включающей расходный бак с устройством термостатирования, состоящим из расположенного внутри бака змеевика и внешней рубашки охлаждения, рабочую магистраль, на которой последовательно расположены задвижка, насос, измеритель давления, расходомер, рабочий блок и измеритель давления, переливную магистраль с задвижкой и возвратную магистраль с измерителем температуры; рабочий блок включает три параллельные рабочие ветки, каждая имеет последовательно расположенные задвижку и змеевик, причем змеевики имеют разные диаметры, при этом два змеевика меньших диаметров снабжены внешней рубашкой охлаждения, а на рабочей магистрали между расходным баком и задвижкой дополнительно установлена задвижка для слива.
Предлагаемая установка позволяет измерять расходные характеристики гидравлических сопротивлений жидкостей с различным значением вязкости и изменение этих параметров во времени с учетом деструктивных факторов (термо- и механодиструкции).
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 приведена принципиальная схема установки для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений,
на фиг. 2 - схема рабочего блока.
Установка для измерения расходных характеристик гидравлических сопротивлений включает расходный бак 1 с устройством термостатирования, состоящим из расположенного внутри бака змеевика 2 и внешней рубашки охлаждения 3, рабочую магистраль 4, на которой последовательно расположены задвижка 5, насос 6, измеритель давления 7, расходомер 8, рабочий блок 9 и измеритель давления 10, переливную магистраль 11 с задвижкой 12 и возвратную магистраль 13 с измерителем температуры 14. Рабочий блок 9 включает три параллельные рабочие ветки 15, 16, 17 (фиг. 2). Каждая рабочая ветка имеет последовательно расположенные задвижку 18, 19, 20 и змеевик 21, 22, 23. Змеевики 21, 22, 23 имеют разные диаметры, при этом два змеевика 21 и 22 меньших диаметров снабжены внешней рубашкой охлаждения 24. На рабочей магистрали между расходным баком 1 и задвижкой 5 установлена задвижка для слива 25.
При измерении расходных характеристик гидравлических сопротивлений во времени жидкость циркулирует по магистралям длительное время и нагревается. Для более эффективного охлаждения исследуемой жидкости до заданной температуры рабочий бак 1 снабжен не только внешней рубашкой охлаждения 3, но и внутренним змеевиком 2, за счет чего происходит более интенсивный теплообмен и быстрое охлаждение исследуемой жидкости. Наиболее сильный нагрев происходит при прохождении жидкости через змеевики с меньшими диаметрами 21 и 22. Для сохранения постоянства температуры исследуемой жидкости установлено устройство термостатирования 24.
Измерители давления 7, 10 позволяют фиксировать перепад давления в системе.
В зависимости поставленной задачи и вида перекачиваемой жидкости выбирают рабочую ветку блока 9. Для маловязких жидкостей используются рабочие ветки 15 или 16 со змеевками меньшего диаметра 21, 22. Для вязких и высоковязких жидкостей используют рабочую ветку 17 со змеевиком большего диаметра 23.
Установка работает следующим образом.
В исходном состоянии в расходный бак 1 наливают испытуемую жидкость. Все задвижки закрыты, насос 6 отключен. Устанавливают исходные параметры: температуру жидкости и начальное давление на измерителе давления 7. Открывают задвижку 5 и, в зависимости от вязкости жидкости, одну из задвижек 18, 19, 20 рабочего блока 9, испытуемая жидкость поступает из бака 1 в насос 6, проходит через расходомер 8, далее по выбранной рабочей ветке и через возвратную магистраль 13 возвращается в бак 1 и циркулирует далее по системе. Через равные временные интервалы снимают показания расходомера 8 для определения объема циркулирующей жидкости, измерителя давления 10 для определения перепада давления жидкости при прохождении рабочей ветки рабочего блока 9 и измеряют температуру жидкости. По полученным результатам рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления. Переливная магистраль 11 с задвижкой 12 позволяет регулировать перепад давления в системе, благодаря чему исключен гидроудар при исследовании вязких и высоковязких жидкостей. После завершения исследования испытуемую жидкость сливают через задвижку для слива 25, установку промывают и пропускают под давлением воздух для удаления остатков жидкости. Установка готова к работе.
Для исследований была изготовлена опытная установка, в которой змеевики 21 и 22 рабочего блока 9 выполнены из латуни и имеют спиралевидную форму. Внутренний диаметр змеевка 21-5 мм, внутренний диаметр змеевка 22-8 мм, длина каждой спирали равна 2,1 м. Спиралевидная форма змеевика позволяет увеличить длину рабочей магистрали, что способствует исследованию течения жидкостей в условиях, приближенных к реальным. Змеевики 21 и 22 предназначены для измерения расходных характеристик гидравлических сопротивлений низковязких жидкостей, например, дизельного топлива.
Змеевик 23 предназначен для исследования течения вязких и высоковязких жидкостей, например, нефти и нефтяных эмульсий. Змеевик 23 представлен зигзагообразной полипропиленовой трубой PN10 с внутренним диаметром 16,2 мм с углами поворота 90 градусов. Такая конструкция позволяет определять расходные характеристики гидравлических сопротивлений высоковязких жидкостей и исследовать пробковый режим течения жидкостей.
Для подтверждения эффективности работы предлагаемой установки были проведены испытания нефти (высоковязкая жидкость) и водных растворов присадок в пластовой воде (низковязкая жидкость). Для нефти использовали рабочую ветку 17, для водных растворов - рабочую ветку 15.
В таблице 1 приведены расходные и гидравлические характеристики нефти ОАО «Татнефть» с добавлением присадки, снижающей гидравлическое сопротивление. Температура испытуемой жидкости в установке во время испытаний составила 23°C.
В таблице 2 показаны расходные и гидравлические характеристики растворов присадок, снижающих гидравлическое сопротивление (полиакриламида (ПАА) и монометаноламина (МЭА)) в пластовой воде. Температура испытуемых жидкостей в установке во время испытаний составила 23°C.
Из таблиц следует, что установка для измерения расходных характеристик гидравлических сопротивлений позволяет исследовать как низковязкие (водные растворы), так и высоковязкие (нефть) жидкости, изменение параметров во времени с высокой точностью и в условиях, приближенных к реальным.
Установка может быть использована, например, для изучения влияния присадок на гидродинамику движения минеральных и синтетических масел, нефтей различного структурно-группового состава, мазутов, нефтяных эмульсий и других углеводородных жидких систем.
Таким образом, предлагаемая установка в отличие от прототипа позволяет определять расходные характеристики гидравлических сопротивлений не только низковязких, но и высоковязких жидкостей, а также изменение этих параметров во времени.