Устройство сужающее тип диафрагма быстросменная (УСДБ)

Устройство сужающее тип диафрагма быстросменная (УСДБ) относится к устройствам для измерения расхода и количества различных сред (газ, нефть, газовый конденсат, метанол, вода, пар, различные пульпы, водогрунтовые смеси и др.) в круглых трубопроводах (при любом их расположении) в соответствии с ГОСТ 8.563.1-97.
Известно сужающее устройство по патенту США US5396931 с приоритетом от 29.03.1993 г., содержащее корпус со съёмной верхней крышкой, которая уплотняет поперечный щелевидный паз, и отверстиями для отбора давления, разделёнными между собой съёмным держателем с диафрагмой, уплотнительные элементы. Крышка закреплена при помощи распирающих болтов, которые ввёрнуты в планку, находящуюся в корпусе устройства.
Недостатком аналога являются большие затраты времени на ревизию сужающего устройства и трудности обслуживания, обусловленные невозможностью быстрого визуального осмотра диафрагмы без её извлечения.
Известно также сужающее устройство по патенту РФ на изобретение № 2129701 с приоритетом от 10.02.1997 г., содержащее корпус с патрубками и присоединительными фланцами, а также с отверстиями для отбора давления газа и центральным отверстием для транспортировки газа, выполненный со сквозным пазом, в котором установлен держатель, несущий диафрагму. Сверху и снизу корпус закрыт крышками. Верхняя крышка закреплена при помощи зажимной планки с болтами, которая установлена в продольном пазе крышки. Для извлечения держателя с диафрагмой из корпуса имеется механизм подъёма зубчато-реечной передачи. Между корпусом и крышками установлены герметизирующие уплотнительные элементы. Патрубки и присоединительные фланцы служат для крепления корпуса к газопроводу.
Недостатки аналога:
– невозможно провести ревизию внутренней полости устройства без разборки самого устройства, что сокращает пропускную способность газопровода;
– механизм подъёма не обеспечивает достаточной скорости извлечения диафрагмодержателя из-за использования зубчато-реечной передачи, что также сокращает пропускную способность газопровода;
– возможны утечки газа вследствие увеличения паза в поперечном направлении вследствие того, что при работе в устройстве от давления газовой среды возникают расширяющие усилия, которые действуют по всей площади паза, увеличивая его в размерах по ширине. Так как внутренняя поверхность паза находится в контакте с уплотнением, то геометрические размеры паза должны быть достаточно точные и изменения геометрических размеров паза, в том числе и из-за явления ползучести приведёт к негерметичности всего устройства, что также сокращает пропускную способность газопровода.
Наиболее близким по технической сущности решением – прототипом является сужающее устройство для измерения расхода газа по патенту РФ на полезную модель № 48221, которое относится к измерительному комплексу объёмного расхода газа, а точнее к устройствам диафрагменного типа для измерения расхода газа на газоизмерительных станциях магистральных и технологических газопроводов газовой промышленности, позволяющее повысить пропускную способность газопровода за счёт сокращения времени на ревизию сужающих устройств и повышения герметичности соединения всего устройства по сравнению с его предыдущими аналогами. Устройство состоит из корпуса с отверстиями для отбора давления газа и центральным отверстием для транспортировки газа. Корпус выполнен со сквозным пазом, в котором установлен держатель, несущий диафрагму. Сверху и снизу корпус закрыт крышками. Сверху крышку прижимает планка. Извлечение держателя с диафрагмой осуществляется с помощью механизма подъёма. Диафрагма установлена в держателе через кольцевое уплотнение П-образного сечения. Корпус имеет патрубки и присоединительные фланцы. По крайней мере, между одним из патрубков и корпусом выполнен дополнительный разъем в виде фланцевого соединения. В результате выполнения дополнительного фланцевого соединения патрубок становится отъёмным, поэтому быстрее демонтируется для проведения ревизии внутренней полости устройства, а выполнение соединения верхней крышки в виде П-образной планки по типу «ласточкин хвост» позволяет создать достаточную жёсткость корпуса, что препятствует раскрытию паза при появлении давления внутри устройства. Указанные преимущества прототипа используются и в заявленном устройстве с исправлением недостатков.
Недостатки прототипа:
– корпус устройства неразборный, ревизия устройства проводится путём снятия патрубка, присоединённого к устройству и газопроводу, либо путём извлечения всего устройства из газопровода, что снижает пропускную способность последнего;
– не предусмотрено горизонтальное извлечение диафрагмы из устройства, что не позволяет извлечь диафрагму без применения крановых устройств.
Перед автором стояла задача создать устройство сужающее тип диафрагма быстросменная для измерения расхода и количества различных сред (газ, нефть, газовый конденсат, метанол, вода, пар, различные пульпы, водогрунтовые смеси) в круглых трубопроводах (при любом их расположении) в соответствии с ГОСТ 8.563.1-97. При создании такого устройства необходимо было достичь повышения пропускной способности трубопровода по сравнению с прототипом, достичь высокой надёжности конструкции, удобства и практичности её эксплуатации, упрощения технологии производства и снижения стоимости изготовления.
Техническим результатом является повышение пропускной способности трубопровода, повышение надёжности устройства для более эффективного измерения расхода и количества разных сред в трубопроводе.
Технический результат достигается следующим образом:
– для измерения расхода и количества различных сред было создано устройство сужающее, монтируемое в измерительный участок трубопровода и являющееся частью этого трубопровода, через которое проходит газ и иные вещества, получая возмущения благодаря имеющейся диафрагме, вследствие чего создаётся перепад давления. Разность давлений с разных сторон диафрагмы измеряется дифференциальным манометром для вычисления расхода транспортируемого газа и различных сред;
– повышение пропускной способности трубопровода осуществляется за счёт сокращения времени на ревизию сужающих устройств благодаря разборной конструкции корпуса и шпилечному соединению, а также с помощью винтовой конструкции подъёмного устройства;
– повышение надёжности устройства достигается за счёт наличия возможности осмотра непосредственно камеры и диафрагмы без её извлечения из трубопровода.
Устройство сужающее тип диафрагма быстросменная (УСДБ) имеет ряд преимуществ:
– возможность изменения диапазона измерений расхода рабочей среды в эксплуатации, что особенно актуально при малых расходах, которые обусловлены низким спросом на газ в летнее время;
– осуществление работы на высоких давлениях газа с примесями песка, парафинов и т.п.;
– возможность проведения поверки измерительной системы по месту установки первичного преобразователя расхода;
– возможность быстрой замены диафрагмы;
– позволяет обследовать практически любым эндоскопом (даже цифровым фотоаппаратом) внутреннее состояние устройства сужающего и измерительных трубопроводов и при необходимости очистить диафрагменное пространство и измерительные трубопроводы;
– максимально возможная толщина диафрагмы, позволяет работать на малых отверстиях (больших перепадах давления) без прогиба, приводящего к потере точности измерений;
– комплектные прямые участки измерительных трубопроводов;
– срок эксплуатации составляет до 35 лет;
– низкая стоимость производства по сравнению с аналогами.
Для пояснения полезной модели ниже приводится конкретный пример выполнения заявленного устройства со ссылкой на прилагаемые чертежи и модели, на которых:
на фиг.1 изображён общий вид предлагаемого устройства;
на фиг. 2 – поперечный разрез на фиг.1;
на фиг. 3 – исполнения корпусов с изъятием диафрагмы вертикально, горизонтально и под 45 градусов;
на фиг. 4 – двухмерное изображение объёмной модели устройства.
Заявленное устройство включает в себя корпус 1, диафрагмодержатель 2, уплотнение 3, диафрагму 4 и подъёмное устройство 5 (фиг. 1, фиг. 4).
Корпус 1 состоит из трёх частей, скреплённых шпилечным соединением 6: два фланца 7 с патрубками 8 для присоединения к трубопроводу и камера 9 (фиг. 1). Между фланцами 7 и камерой 9 установлены уплотнения 10. В корпусе 1 выполнены отверстия А для отбора давления различных сред, например, газа, и отверстия Б для дренажа в нижней части фланцев 7. Также в корпусе 1 выполнено центральное отверстие для транспортировки различных сред, например, газа, круглого сечения диаметром D.
В камере выполнен сквозной паз 11, в котором симметрично торцам корпуса 1 и перпендикулярно его оси в диафрагмодержателе 2 размещена диафрагма 4 с проходным отверстием d<D (фиг. 3). В нижней части камеры 9 выполнено резьбовое отверстие 12 для регулировочного винта, который применяется для центрирования диафрагмодержателя 2 с установленной диафрагмой 4 в камере 9. Также регулировочный винт 12 используется при демонтаже диафрагмодержателя 2 из корпуса. Регулировочный винт 12 во время транспортирования рабочей среды закрыт герметично колпачком 13.
Диафрагмодержатель 2 – это кольцевая металлическая деталь, имеющая внутреннюю кольцевую проточку под установку уплотнения 3 с натягом. Снаружи диафрагмодержателя 2 в верхней части выполнены резьбовые отверстия 14 в количестве одного или более для присоединения устройства подъёмного 5 при извлечении диафрагмодержателя 2 из камеры 9 (фиг. 2). Уплотнение 3 – это кольцевая деталь из упругого материала, например, резины, П-образного сечения. Внутрь уплотнения 3 в имеющийся паз устанавливается диафрагма 4. Толщина диафрагмы 4 больше паза уплотнения 3 для обеспечения натяга.
В верхней части корпуса 1 устанавливается крышка 15, предотвращающая выемку диафрагмодержателя 2 и потерю вещества из трубопровода, которая стыкуется с корпусом 1 в виде соединения «ласточкин хвост», при этом боковые грани крышки 15 охватывают корпус 1 снаружи (фиг. 1).
На корпусе 1 сверху над крышкой 15 и сквозным пазом 11 устанавливается П-образный каркас с винтовой парой 16, служащий подъёмным устройством 5 для диафрагмодержателя 2 (фиг. 2). Подъёмное устройство 5 крепится непосредственно к корпусу 1, что позволяет извлекать крышку 15 под ним без съёма подъёмного устройства 5 для последующего извлечения диафрагмодержателя 2.
Корпус 1 устанавливается на опорах 17. Опора 17 корпуса – это сварная металлическая конструкция, представляющая собой ложемент с плоским основанием в нижней опорной части и вырезом в верхней части под установку трубопровода.
Заявленное устройство подключается к участку измерительного трубопровода, границы и геометрические характеристики которого, а также размещение на нём сужающего устройства, местных сопротивлений, средств измерений нормируются ГОСТ 8.586.1-2005, 8.586.2-2005.
Устройство работает следующим образом.
Через устройство, вмонтированное в измерительный участок трубопровода и являющееся частью этого трубопровода, под давлением транспортируются различные среды, например, газ. Проходя через калиброванное отверстие диафрагмы, поток различных сред, например, газа получает возмущения, которые приводят к перепаду давления перед диафрагмой и после неё. Разность давлений с разных сторон диафрагмы измеряется дифференциальным манометром. Давление среды измеряется через отверстие перед диафрагмой и отверстие, расположенное после диафрагмы, и передаётся на дифманометры и вычислители расхода измерительной станции, регистрирующие расход транспортируемых сред, например, газа.
При необходимости проведения периодической ревизии или замены уплотнения и диафрагмы они извлекаются из корпуса вместе с держателем с помощью механизма подъёма. Для проведения ревизии внутренней полости сужающего устройства демонтируется камера, которая является отсоединяющейся частью корпуса за счёт шпилечного соединения с фланцами корпуса. Таким образом, имеется прямой доступ к основным элементам сужающего устройства, что позволяет проводить ревизию более тщательно и устранить все неисправности в работе устройства и, как следствие, повысить надёжность работы устройства.
Также разборный механизм позволяет сократить время на ревизию за счёт прямого доступа к камере, в то время как у аналогов ревизия происходит путём снятия патрубков и обеспечения непрямого доступа к корпусу сужающего устройства или иными более трудоёмкими способами. А прямой доступ к основным элементам корпуса у аналогов может быть обеспечен только путём полного отсоединения устройства от трубопровода, при том, что у заявленного устройства достаточно только изъять камеру. Следовательно, разборный корпус и шпилечное соединение сокращает время на ревизию и за счёт этого повышает пропускную способность трубопровода.
После ревизии или замены диафрагмы или уплотнителя с помощью подъёмного устройства они снова устанавливаются в камеру с диафрагмодержателем. При этом выполнение соединения верхней крышки – П-образной планки с корпусом по типу «ласточкин хвост» позволяет поддержать достаточную жёсткость корпуса, что препятствует раскрытию паза при появлении давления внутри устройства. Также имеющееся уплотнение не допускает утечек и снижения давления в трубопроводе, повышая его герметичность и, как следствие, повышает его пропускную способность.
Подъёмное устройство ускоряет изъятие, замену и повышает пропускную способность трубопровода.
Подъёмный механизм может быть расположен горизонтально и под углом в 45 градусов.
Впервые предусмотрен механизм горизонтального изъятия диафрагмы, который позволяет извлечь диафрагму без применения крановых устройств, что сокращает количество энергии, необходимой для её извлечения из трубопровода, и позволяет быстрее провести ревизию, повышая также пропускную способность трубопровода (фиг. 3).
Впервые предусмотрен механизм изъятия диафрагмы под 45 градусов, что повышает удобство извлечения диафрагмы и сокращает количество энергии, необходимой для её извлечения из трубопровода и, как следствие, позволяет быстрее провести ревизию, повышая также пропускную способность трубопровода (фиг. 3).