Устройство для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках

 

Использование: для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках. Сущность изобретения: в устройстве для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках ампула рабочего блока выполнена с изолированными фильтровальными отсеками, которые снабжены сменными фильтрующими элементами. Наружный корпус и ампула рабочего блока выполнены с выходными пазами. Выходные пазы идентичны по количеству, геометрии и площади проходного сечения. Количество выходных пазов наружного корпуса соответствует количеству входных пазов. Площадь их проходного сечения превышает площадь проходного сечения входных пазов. Рабочий блок выполнен сменным. Устройство снабжено стыковочным модулем для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления. Стыковочный модуль выполнен в виде несущего корпуса, двух полумуфт - для соединения с рабочим блоком и блоком управления и крепления крайних фильтрующих элементов, упорного кольца и накидной крепежной гайки. Несущий корпус стыковочного модуля имеет радиальную перегородку с выполненными в ней периферийными гнездами. Блок управления снабжен силовым корпусом с гнездами. Последние служат продолжением периферийных гнезд радиальной перегородки несущего корпуса. Наружный корпус рабочего блока выполнен с ушками, входящими в зацепление с гнездами силового корпуса. 9 ил.

Изобретение относится к отбору дисперсной фазы в двухфазных потоках и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, энергомашиностроительной, химической, нефтяной, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках, содержащее концентрично смонтированные в полости трубопровода цилиндрические наружный корпус и ампулу с входными пазами, образующие рабочий блок, блок управления и средство крепления этих блоков к стенке трубопровода.

Однако, известное устройство имеет невысокую представительность отбора проб и сложность в эксплуатации.

Технический результат изобретения состоит в повышении точности отбора дисперсной фазы, производимого одновременно по всему диаметру газохода, расширении диапазона использования, улучшении условий эксплуатации и транспортировки во время работы оператора на отдаленных объектах.

Для этого в устройстве для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках ампула рабочего блока выполнена с изолированными фильтровальными отсеками, снабженными сменными фильтрующими элементами, наружный корпус и ампула рабочего блока выполнены с выходными пазами, идентичными по количеству, геометрии и площади проходного сечения, причем, количество выходных пазов наружного корпуса соответствует количеству входных пазов, а площадь их проходного сечения превышает площадь проходного сечения входных пазов, причем рабочий блок выполнен сменным, при этом устройство снабжено стыковочным модулем для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления, выполненным в виде несущего, корпуса, имеющего радиальную перегородку с выполненными в ней периферийными гнездами и центрирующим отверстием, двух полумуфт для соединения с рабочим блоком и блоком управления и крепления крайних фильтрующих элементов, упорного кольца и накидной крепежной гайки, при этом блок управления снабжен силовым корпусом с выполненными в нем гнездами, служащими продолжением периферийных гнезд радиальной перегородки несущего корпуса стыковочного модуля, а наружный корпус рабочего блока выполнен с ушками, входящими в зацепление с гнездами силового корпуса.

На фиг. 1 представлено разборное устройство, продольный разрез; на фиг. 2 то же, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 конструкция стыковочного модуля; на фиг. 5 то же, вид В на фиг. 4; на фиг. 6 то же, вид Г на фиг. 4; на фиг. 7 то же, вид Д на фиг. 4; на фиг. 8 то же, разрез Е-Е на фиг. 4; на фиг. 9 (вариант I и II) взаимное расположение основных элементов устройства до отбора дисперсной фазы (а), то же во время отбора дисперсной фазы (б) и после отбора дисперсной фазы (в).

Устройство содержит следующие основные блоки и модули (фиг. 1 и 4): сменный рабочий блок 1, блок управления 2, стыковочный модуль 3 для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления.

Сменный рабочий блок 1 состоит из концентрично смонтированных в полости трубопровода наружного корпуса 4 и ампулы 5, сменных фильтрующих элементов 6 и системы приемников 7 полного статического давлений. Наружный корпус 4 представляет собой тонкостенный круговой цилиндр, на лобовой и кормовой (по отношению к набегающему двухфазному потоку) поверхностях которого изготовлено n входных и выходных продольных пазов. Входные и выходные продольные пазы расположены строго друг против друга, при этом площадь каждого выходного паза согласно законам газодинамики превышает площадь соответствующего входного паза. К одному из торцов наружного корпуса 4 приварено донышко 8, играющее роль направляющей для ампулы 5. К противоположному торцу наружного корпуса 4 крепится стыковочный модуль 3. Ампула 5 размещается коаксиально внутри силового корпуса 4. Ампула 5, как и корпус 4, изготовлена в виде тонкостенного кругового цилиндра. На лобовой поверхности ампулы 5 изготовлены входные продольные пазы, количество и геометрия которых в точности соответствуют количеству и геометрии входных пазов наружного корпуса 4. Кормовая поверхность ампулы 5 поделена на ряд стояков, в которых смонтированы сменные фильтроэлементы 6. Количество фильтроэлементов 6 соответствует числу входных продольных пазов ампулы 5 и числу входных продольных пазов наружного корпуса 4. Крепление фильтрующих элементов 6 в отсеках ампулы 5 осуществляется с помощью L-образных стоек или их комбинаций, приваренных к проушинам ампулы 5. С целью исключения утечки газа, несущего дисперсную фазу через зазор между наружным корпусом 4 и ампулой 5 по периметру каждого продольного паза ампулы 5 нанесена обваловка из полимерных материалов. В качестве такого материала можно использовать, например, состав "230", применяемый в энергетических установках ракетно-космических комплексов, клей "К-300", эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6 и т. д.

В предлагаемом устройстве предусмотрен также затвор, позволяющий экспонировать фильтроэлементы 6 двухфазным потоком в течение заданного времени. Функция затвора реализуется в устройстве при вращении наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5 и кругового смещения продольных пазов относительно друг друга. Каждый фильтрующий элемент 6 включает в себя подложку 9 с продольными пазами и составной фильтр 10. Составной фильтр 10 может состоять, например, из тканых металлических сеток, между которыми размещен волокнистый фильтрующий материал ФП (фильтр Петрянова И. В.), тканое стекловолокно и т. д. Крепление фильтрующих элементов 6 к L-образным стойкам 11 в отсеках ампулы 5 производится крепежными элементами, например, винтами. С целью исключения утечек газа, несущего дисперсную фазу, внутри отсеков через зазоры между стенками ампулы 5 и подложками 9 у последних по всему периметру предусмотрены прокладки из полимерных материалов, например состава "230", клея "К-300", эпоксидной смолы ЭД-5, ЭД-6, и т. д.

В ряде L-образных перегородок ампулы 5 имеются отверстия, предназначенные для крепления системы приемников 7 полного и статического давлений. С помощью этих иглообразных приемников при отборе дисперсной фазы из двухфазного потока измеряются статическое и полное давления несущего газа, пересчитываемые в дальнейшем в расход и объем газа, протекающего через соответствующий отсек ампулы 5. Выходные концы приемников полного и статического давлений заделаны в штуцеры 12, приваренные к маховичку 13. К маховичку 13 крепится и указатель угла поворота 14 силового корпуса 15 блока управления. Во время измерений к штуцерам 12 стыкуются резиновые шланги от микроманометра или другого вторичного прибора. В блоке управления 2 основными базовыми элементами являются силовой корпус 15 и ампула 16. На силовом корпусе 15 этого блока смонтировано средство крепления 17, с помощью которого блоки крепятся к патрубку 18 трубопровода (газохода) 19. Средство крепления 17 включает в себя корпус 20, накидную гайку 21, уплотнение 22 и зажимной фланец 23. Уплотнение 22 выполняет еще и роль подшипника скольжения. С помощью средства крепления 17 устройство выставляется в исходное по отношению к набегающему двухфазному потоку положение. На торце силового корпуса 15 смонтирован еще один узел крепления 24, аналогичный средству крепления 17. Узел крепления 24 включает в себя приваренный к силовому корпусу 15 опорный фланец 25, уплотнение 26 и зажимной фланец 27. Уплотнение 26 играет роль и подшипника скольжения. Торец ампулы 16 закрыт заглушкой 28.

Стыковка сменного рабочего блока с блоком управления 2 осуществляется с помощью стыковочного модуля 3 (фиг. 4, модуль показан условно расстыкованным), являющегося составной частью устройства.

Наличие стыковочного модуля 3 в предлагаемом устройстве позволяет оперативно стыковать к блоку управления 2 рабочие блоки 1 любых типоразмеров в зависимости от габаритов газоходов, оперативно стыковать сменные рабочие блоки друг с другом и с блоком управления 2, осуществлять поворот наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5 как по часовой, так и против часовой стрелки, и таким образом, экспонировать фильтроэлементы дисперсной фазой, контролировать заданные по программе эксперимента угол поворота наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5.

Стыковочный модуль включает в себя несущий корпус 29 с изготовленной в нем как единое целое радиальной перегородкой, упорное кольцо 30, приваренное к наружному корпусу 4 сменного рабочего блока 1, надетую на наружный корпус 4 накидную крепежную гайку 31 и две полумуфты 32 и 33. Полумуфты изготовлены как единое целое с L-образными стойками, используемыми для крепления фильтроэлементов.

Одна из этих полумуфт 32 скреплена с ампулой 5 сменного рабочего блока 10, другая полумуфта 33 с ампулой 16 блока управления 2. В обеих полумуфтах предусмотрены гнезда для проводки приемников полного и статического давлений. На внешней поверхности несущего корпуса 29 нарезана упорная резьба, а в радиальной перегородке этого же корпуса 29 изготовлены периферийные гнезда 34 и центрирующее отверстие 35 (фиг. 4 и 5). Составной частью стыковочного модуля 3 являются также торцы корпусов 4 и 15. На торце наружного корпуса 4 изготовлены ушки 36 (фиг. 4, 6 и 7), а на торце силового корпуса 15 гнезда 37 для захода ушек 36 (фиг. 4 и 8), являющиеся продолжением гнезд 34 радиальной перегородки несущего корпуса 29.

Устройство работает следующим образом (вариант I, фиг. 9).

Вначале оператор снимает заглушку и через патрубок 18 устройство вводится в газоход. До момента отбора дисперсной фазы (фиг. 9, а) входные продольные пазы наружного корпуса 4 относительно продольных пазов ампулы 5 и вектора скорости набегающего двухфазного потока могут быть смещены на 90^о (0,5 π радиан). На фиг. 9 точкой "." отмечены входные продольные пазы наружного корпуса 4, а звездочкой "*" входные продольные пазы ампулы 5. Далее с помощью накидной крепежной гайки 21 закрепляют устройство в патрубке 18 газохода 19. После этого наружный корпус 4 поворачивается по часовой стрелке вокруг собственной оси на 90^о (0,5 π радиан), ампула 5 при этом остается неподвижной. Данную операцию осуществляет оператор вручную, при этом угол поворота корпуса 4 определяется с помощью указателя угла поворота 14.

По окончании этого поворота входные продольные пазы корпуса 4 совмещаются с входными продольными пазами ампулы 5 (фиг. 9, б), начинается отбор дисперсной фазы. Продолжительность времени отбора фиксируется прибором времени, например, секундомером. Одновременно со временем регистрируются полное и статическое давления транспортирующего газа до и после фильтроэлемента 6 с помощью, например, микроманометра. Следует отметить, что до проведения измерений микроманометр должен быть выставлен в горизонтальное положение с помощью, например, уровнемера. Результаты замеров полного и статического давлений на фильтроэлементе в дальнейшем пересчитываются в объем газа, протекающего через рассматриваемый отсек ампулы 5. Осуществив отбор дисперсной фазы в течение заданного времени, наружный корпус 4 вновь поворачивают по часовой стрелке на 90^о, оставляя ампулу 5 при этом неподвижной, экспозиция фильтроэлементов 6 дисперсной фазой на этом заканчивается (фиг. 9, в).

Работа устройства может происходить и по варианту II (фиг. 9).

После этого устройство изымается из газохода и транспортируется в лабораторию на предмет определения концентрации дисперсной фазы, а также с целью проведения дисперсионного, химического, рентгенофазового и т. п. анализов. Демонтаж устройства после отбора дисперсной фазы следует проводить в лаборатории на специальном столике с приспособлениями.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ В ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ, содержащее концентрично смонтированные в полости трубопровода цилиндрические наружный корпус и ампулу с входными пазами, образующие рабочий блок, блок управления и средство крепления этих блоков к стенке трубопровода, отличающееся тем, что ампула рабочего блока выполнена с изолированными фильтрованными отсеками, снабженными сменными фильтрующими элементами, наружный корпус и ампула рабочего блока выполнены с выходными пазами, идентичными по количеству, геометрии и площади проходного сечения, причем количество выходных пазов наружного корпуса соответствует количеству входных пазов, а площадь их проходного сечения превышает площадь проходного сечения входных пазов, причем рабочий блок выполнен сменным, при этом устройство снабжено стыковочным модулем для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления, выполненным в виде несущего корпуса, имеющего радиальную перегородку с выполненными в ней периферийными гнездами и центрирующим отверстием, двух полумуфт для соединения с рабочим блоком и блоком управления и крепления крайних фильтрующих элементов, упорного кольца и накидной крепежной гайки, при этом блок управления снабжен силовым корпусом с выполненными в нем гнездами, служащими продолжением периферийных гнезд радиальной перегородки несущего корпуса стыковочного модуля, а наружный корпус рабочего блока выполнен с ушками, входящими в зацепление с гнездами силового корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9