Устройство для измерения расхода рабочих сред в трубопроводах

 

Использование: для измерения расхода рабочих сред в трубопроводах различных диаметров с размерами больше 90 мм. Сущность изобретения: устройство для измерения рабочих сред в трубопроводах содержит осредняющую напорную среду, трубопровод, пять втулок, штифт, две шайбы, температурный компенсатор, два уплотнения, прокладку, три гайки, два диска, штуцер и болты. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода рабочих сред (вода, пар и газ) в трубопроводах различных диаметров, в частности, с размерами более 90 мм.

Известен расходомер с осредняющей напорной трубкой (ОНТ), измеряющий разность между полным и статическим давлением, которая вводится в поток жидкости, текущей по трубе, имеет между обращенными навстречу течению и по течению поверхности острые кромки. Обращенная навстречу течению поверхность имеет такую форму, что она делит поток пополам и направляет равные его части на острые кромки [1].

Указанное устройство применимо для трубопроводов диаметром не более 150 мм из-за увеличения погрешности измерения расхода при больших диаметрах. В реальных промышленных условиях возникает необходимость измерения расходов рабочих сред в трубопроводах диаметром более 150 мм (до 2 м).

Наиболее близким решением является устройство, содержащее цилиндрическую осредняющую трубку с отверстиями отбора полного давления и гидравлический усилитель с отверстиями отбора пониженного давления [2], осредняющая трубка имеет по 8 отверстий независимо от диаметра трубопровода.

Для решения задачи повышения точности измерения расхода в трубопроводах диаметром более 150 мм в предлагаемом решении число отверстий отбора полного давления увеличивается с увеличением диаметра трубопровода.

Для этого в устройстве для измерения расхода рабочих сред, содержащем ОНТ с отверстиями отбора полного давления, количество которых равно числу равновеликих колец (площадей), на которое может быть разбито сечение трубопровода, число колец пропорционально диаметру трубопровода, что обеспечивает повышенную точность измерения расхода.

Число колец, на которое разбивается сечение трубопровода: Z= 3 + , где Z - число колец, на которое разбито сечение трубопровода (только целые числа); D - диаметр трубопровода, в сечении которого производится измерение, причем D ≥ 90 мм.

Для обеспечения совмещения центра ОНТ с диаметральной плоскостью трубопровода на поверхности трубопровода и сопрягаемых с ней корпусных втулок, через которые ОНТ монтируется в трубопровод, нанесены горизонтальные и вертикальные разметки, соответствующие осям координат трубопровода.

На поверхности трубки ОНТ наносится шкала с ценой деления 0,5 мм со стороны установки ее в трубопровод и предусмотрены комплекты регулировочных шайб толщинами 0,2; 0,5; 1,0 мм, устанавливаемые со стороны монтажа и с противоположной стороны ОНТ в трубопровод для совмещения центра трубопровода с центром ОНТ, а также для выставления центров отверстий отбора полного давления симметрично центру трубопровода согласно рассчитанным радиусам точек замера полного давления каждого кольца (площади), на которое разбивается сечение трубопровода, в котором производится измерение расхода рабочей среды.

Расстояние точки замера в каждом кольце от центра трубопровода, мм, равно r_a= R , (1) где R_о - радиус трубопровода, в сечении которого производятся измерения, мм; а - порядковый номер кольца от центра; z - число колец, на которое разбито выбранное сечение (Эстеркин Р.И. Эксплуатация, наладка и испытание теплотехнического оборудования промышленных предприятий. Л.: Энергия, 1976, с. 179-181).

В предлагаемом устройстве центры отверстий отбора полного давления ОНТ рассчитываются по формуле (1) для выбранного числа равновеликих колец (площадей) Z, которые рассчитываются по вышеприведенной формуле, в зависимости от диаметра D трубопровода, в сечении которого производится измерение.

Конструкция устройства предусматривает установочные штифты, ориентирующие отверстия отбора полного давления ОНТ перпендикулярно векторам скорости потока.

В устройстве для ОНТ, монтируемых в трубопроводы, с температурой рабочей среды до +300^оС предусмотрен температурный компенсатор.

Для герметизации трубопровода предусмотрены со стороны установки ОНТ в трубопровод сальниковое уплотнение, с противоположной стороны - лабиринтное уплотнение и паронитовая шайба.

Так как предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения расхода рабочей среды, то можно отказаться от гидродинамического усилителя, указанного в [2] , что упростит изготовления ОНТ за счет увеличения числа отверстий отбора полного давления до предложенного настоящим устройством.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для измерения расхода рабочих сред; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение трубопровода диаметром 900 мм с отверстиями отбора полного давления ОНТ (по 15) с каждой стороны от центра трубопровода.

Устройство состоит из ОНТ 1, устанавливаемой в трубопровод 2, корпусных втулок 3 и 4, привариваемых к трубопроводу 2 (материал втулок совпадет с материалом трубопровода). Два установочных штифта 5 запрессованы в корпусную втулку 3. Наборы регулировочных шайб 6 и 7 толщинами 0,2; 0,5; 1,0 мм предназначены для совмещения центра трубопровода 2 и центра ОНТ 1 (центровка ОНТ в трубопроводе). Компенсатор 8 предназначен для компенсации линейных размеров ОНТ 1, работающей в трубопроводах с повышенной температурой рабочей среды.

Лабиринтное уплотнение 9 служит для герметизации места выхода ОНТ 1 из трубопровода 2.

Со стороны установки ОНТ 1 в трубопровод 2 предусмотрено сальниковое уплотнение 10, с обратной стороны - прокладка 11 из ларонита. Втулки 12 и 13 крепят сальниковое уплотнение 10 и лабиринтное уплотнение 9 четырьмя болтами 19 к корпусным втулкам 3 и 4 соответственно.

Диск 15 служит для крепления компенсатора 8 к диску 23, гайка 14 - для установки набора регулировочных шайб 7, прокладки 11, уплотняющей втулки 22 со стороны выхода ОНТ 1 из трубопровода 2. Два болта 17 и четыре гайки 18 предназначены для фиксации ОНТ 1 со стороны установки ее в трубопровод 2. Три болта 20 и гайки 21 предназначены для поджатия прокладки 11 (герметизация места выхода ОНТ 1 из трубопровода 2).

Полное давление, снимаемое ОНТ 1 через штуцер 16, привариваемый к диску 23 ОНТ 1, и импульсную линию подается на вторичный прибор (преобразователь измерительной разности давлений САПФИР-22 ДД). Со стенки трубопровода 2 снимается статическое давление и по импульсной линии подается на другой вход вторичного прибора (САПФИР-22ДД). Вторичный прибор выдает сигнал, пропорциональный разности полного и статического давлений, который по проводной линии подается на регистрирующий прибор, где фиксируется величина расхода измеряемой рабочей среды. (На фиг. 1 вторичный прибор, импульсные линии, проводная линия, регистрирующий прибор, место съема со стенки трубопровода статического давления не показаны).

Трубка ОНТ 1, диск 23, штуцер 16 изготавливаются из высоколегированной стали (коррозионно-эрозионностойкий материал).

Втулки 12 и 13, диск 15, штифт 5, гайка 14, втулка 22 - из конструкционной стали 45.

При нормальных условиях (температура +20^оС) ОНТ 1 устанавливается в трубопроводе 2 таким образом, что центр ОНТ 1 смещен на половину линейного расширения "тела" ОНТ, рассчитываемого по рабочей температуре измеряемой среды в сторону выхода ОНТ 1 из трубопровода 2.

Со стороны установки ОНТ в трубопровод между дисками 23 и 15 выполняется гарантированный зазор, равный величине линейного расширения тела трубки при рабочей температуре, который обеспечивается комплектами регулировочных шайб 6 и 7, гайками 18, крепящими ОНТ 1 к корпусной втулке 3 с помощью двух болтов 17. При нормальных условиях выборку зазора осуществляет компенсатор 8. При рабочей температуре измеряемой среды трубка ОНТ 1 удлинится под действием температуры на величину линейного расширения "тела" трубки, сожмет компенсатор 8 и центр ОНТ 1 займет положение центра трубопровода 2 (смещение центров ОНТ и трубопровода равно 0 мм).

На фиг. 4 изображено сечение трубопровода диаметром 900 мм с 15 отверстиями отбора полного давления с каждой стороны от центра трубопровода 2. Количество колец (площадей) - 15, на которое разбито сечение трубопровода диаметром 900 мм, достаточно для обеспечения точности измерения расхода рабочей среды (вода, пар и газ).

Виды А и Б на фиг. 2 и 3 отображают горизонтальную х-х'-х'-х и вертикальную y'-y' -y' -y разметки, нанесенные на тело трубопровода 2 и сопрягаемые с ним корпусные втулки 3 и 4.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА РАБОЧИХ СРЕД В ТРУБОПРОВОДАХ, содержащее измерительный участок трубопровода с установленным в нем первичным преобразователем расхода, выполненным в виде осредняющей напорной трубки с отверстиями отбора полного давления, и вторичный прибор, подключенный к первичному преобразователю расхода, отличающееся тем, что число отверстий отбора полного давления для различных диаметров трубопровода равно 2Z и рассчитывается по формуле Z=3 + , где D - диаметр трубопровода, в сечении которого производится измерение, причем D ≥ 90 мм ; Z - количество - равновеликих колец, на которое разбито сечение трубопровода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности измерительного участка трубопровода закреплены корпусные втулки для установки осредняющей напорной трубки, при этом на поверхности измерительного участка трубопровода и на корпусных втулках нанесены вертикальные и горизонтальные метки, соответствующие осям координат трубопровода.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на поверхности осредняющей напорной трубки нанесена шкала со стороны ее установки в измерительный участок трубопровода, а на ее концах установлены комплекты регулировочных шайб разной толщины.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что в закрепляемую в стенке трубопровода корпусную втулку в месте крепления осредняющей напорной трубки в трубопровод запрессованы установочные штифты.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что в него введен температурный компенсатор, закрепленный между торцом осредняющей напорной трубки и корпусной втулкой и выполненный в виде шайбы из упругого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4