УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПОТОКА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам подготовки потока (УПП), предназначенным для устранения закручивания и асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе перед расходомером.
Известно устройство подготовки потока в виде перфорированного диска (Дисковое устройство подготовки потока «Zanker» ГОСТ 8.586.1-5-2005), представляющее собой диск с 32 просверленными отверстиями, расположенными по симметричной круговой схеме, с комплектом монтажных фланцев для монтажа на трубопроводе.
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность выравнивания закручивания и асимметрии потока жидкости или газа в трубопроводе.
Известно устройство подготовки потока в виде трубчатого струевыпрямителя по ГОСТ 8.586.1-5-2005, принятое за прототип, представляющее собой связку из 19 трубок, расположенных параллельно оси трубопровода и заполняющих все его сечение. Для монтажа на трубопроводе струевыпрямитель может быть оснащен комплектом ответных фланцев.
Недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает выравнивания поля скоростей, а также имеет высокие гидравлические потери при использовании.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении равномерности поля скоростей рабочей среды за устройством при снижении гидравлических потерь.
Технический результат достигается тем, что в устройстве подготовки потока, содержащем корпус в виде трубы, в котором установлены 19 трубок, расположенных параллельно оси корпуса и заполняющих все его сечение, каждая трубка диаметром d и толщиной δ имеет N продольных щелевых прорезей, при этом выбирают N≥10, ширину каждой прорези b выбирают из условия b=5δ, но не менее 2,5 мм, а длину каждой прорези l выбирают из условия l=L-2Δ, где L - длина корпуса L≥2D, D - внутренний диаметр корпуса, Δ - боковой отступ, при этом Δ=0,25d.
Отличительные признаки: продольные прорези в трубках приводят к появлению новых свойств: появлению перетечек рабочей среды между трубками, тем самым достигается лучшее перемешивание потока рабочей среды; а также уменьшению площади поверхности трения для потока рабочей среды. Это позволяет получить более равномерный поток на выходе из УПП и снизить гидравлические потери всего устройства.
На фиг. 1 представлено устройство подготовки потока, на фиг. 2 приведена трубка УПП с продольными сквозными прорезями.
УПП содержит корпус 1 (фиг. 1), выполненный из трубы с внутренним диаметром D, равным внутреннему диаметру трубопроводной сети, для которой предназначено УПП, длина корпуса 1 УПП L≥2D. Внутри корпуса 1 закреплены 19 трубок 2 диаметром d и толщиной δ=0,01D (но не менее 0,5 мм). Каждая трубка 2 имеет продольные сквозные прорези 3 (фиг. 2). Количество прорезей N выбирают из условия N≥10. Длину l каждой прорези 3 определяют как l=L-2Δ, где Δ - боковой отступ, при этом Δ=0,25d, а ширину каждой прорези b выбирают из условия b=5δ, но не менее 2,5 мм. Указанные геометрические характеристики прорезей определены посредством физических закономерностей для обеспечения снижения гидравлического сопротивления с сохранением прочностных свойств трубки и подтверждены результатами расчетов.
УПП соединяют с подводящим и отводящим трубопроводами через фланцевые соединения. Также возможны варианты сварного соединения УПП и трубопроводов.
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) попадает в УПП, разделяется на струи и продолжает свое движение в трубках 2 и зазорах между ними. В результате взаимодействия с поверхностями трубок 2 в струях разрушаются вихревые структуры (согласно теореме Гельмгольца о вихревых течениях). Параметры рабочей среды (главным образом давления) в выделенных струях, вследствие начальной неравномерности потока, различаются. Выравнивание параметров рабочей среды происходит в результате поперечного переноса массы потока через продольные прорези 3 в трубках 2.
В результате такого поперечного переноса массы вещества происходит выравнивание параметров потока рабочей среды, в том числе и поля скоростей.
Проведенные аэродинамические испытания на автомодельных режимах течения рабочей среды (воздух) на моделях УПП, согласно требованиям ГОСТ 8.586.1-2005 при установке за завихрителем типа «Chevron», показывают, что коэффициент гидравлических потерь ζ предлагаемого УПП оказывается ниже, чем у рассматриваемых аналогов. Так коэффициент гидравлических потерь предлагаемого УПП составляет ζ=0,45; УПП типа «Zanker» ζ=3,1, а трубчатого струевыпрямителя ζ=0,75.
Использование заявляемой полезной модели позволяет обеспечить выравнивание потока в трубопроводе, что увеличивает вибрационную надежность работы трубопроводной сети за счет выравнивания поля давлений в поперечном сечении, повышает точность измерения расхода за счет выравнивания поля скоростей в поперечном сечении и позволяет сократить длину расходомерных участков трубопровода.