Сужающее устройство для измерения расхода газа
Изобретение предназначено для измерения расхода газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам. Сужающее устройство содержит закрытый крышкой корпус с отверстиями для отбора давления и центральным отверстием для транспортировки газа. Внутри корпуса в щелевидном пазу установлен держатель с диафрагмой из нержавеющей стали, имеющей калиброванное отверстие, соосное центральному отверстию корпуса. Диафрагма выполнена в виде усеченного конуса или в виде выпуклой криволинейной поверхности. Вершина конуса или выпуклость криволинейной поверхности направлены навстречу потоку газа. Угол конусности или кривизна выпуклой поверхности выбраны так, чтобы сила, возникающая от перепада давления газа, обеспечивала выгибание диафрагмы до плоского состояния. Изобретение позволяет повысить точность измерения, имеет повышенную надежность. 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к устройствам диафрагменного типа для измерения расхода газа, транспортируемого по магистральным и технологическим трубопроводам в нефтяной и газовой промышленности.
Известно сужающее устройство для измерения расхода газа (см. патент РФ №2147118, кл. G 01 F 1/42, 1997 г.), содержащее закрытый сверху и снизу крышками корпус с центральным отверстием для транспортировки газа, в котором размещен диафрагмодержатель с диафрагмой, имеющей калиброванное отверстие для измерения расхода газа, соосное оси канала корпуса, механизм перемещения держателя с диафрагмой и уплотнительные элементы.
Недостаток этой конструкции сужающего устройства для измерения расхода газа заключается в том, что диафрагма выполнена плоской. Во время прохождения потока газа диафрагма деформируется и ее плоскостность нарушается. Это ведет к неточности измерения расхода газа, уменьшению надежности и долговечности устройства.
Из известных сужающих устройств для измерения расхода газа наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в патенте РФ №2129701, кл. G 01 F 1/42, 1997 г.
Это сужающее устройство содержит корпус с отверстиями для отбора давления газа и центральным отверстием для транспортировки газа, выполненный со сквозным пазом, в котором установлен держатель, несущий диафрагму с калиброванным отверстием. Сверху и снизу корпус закрыт крышками. Диафрагма установлена в держателе через кольцевое уплотнение П-образного сечения.
Недостаток известной конструкции сужающего устройства для измерения расхода газа заключается в том, что диафрагма выполнена плоской и не учитывает возможность ее деформации вследствие воздействия перепада давления. При транспортировке газа по трубопроводу до и после диафрагмы создается перепад давления, при этом сила, возникающая от перепада давления, деформирует диафрагму, в результате чего она принимает форму усеченного конуса или выпуклой криволинейной поверхности, при этом вершина конуса или выпуклая поверхность направлены по ходу потока газа. А так как точность измерения расхода газа зависит от величины плоскостности диафрагмы, то у деформированной диафрагмы точность измерения ниже. Кроме того, материал диафрагмы (нержавеющая сталь) обладает свойством ползучести, то есть обладает свойством изменять форму при долговременном воздействии силы. А так как диафрагма непрерывно и длительное время находится под давлением, то изгиб диафрагмы относительно ее оси может превысить допустимый, и сужающее устройство будет давать неверные результаты расхода газа.
Другим недостатком является увеличение толщины диафрагмы, которая должна противостоять давлению газа, что приводит к расходу дефицитного материала - нержавеющей стали.
Задача настоящего изобретения состоит в создании сужающего устройства, позволяющего повысить точность измерения расхода газа, увеличить долговечность и надежность устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в сужающем устройстве для измерения расхода газа, содержащем закрытый крышкой корпус с отверстиями для отбора давления газа и центральным отверстием для транспортировки газа, держатель с диафрагмой и уплотнительные элементы, согласно изобретению диафрагма выполнена в виде усеченного конуса или в виде выпуклой криволинейной поверхности, при этом вершина конуса или выпуклая поверхность направлены навстречу потоку газа, а угол конусности или кривизна выпуклой криволинейной поверхности выбраны из условия, что сила, возникающая от перепада давления газа, обеспечивает выгибание диафрагмы до плоского состояния.
Такое конструктивное выполнение сужающего устройства для измерения расхода газа обеспечит точность измерения расхода газа, увеличит долговечность и надежность сужающего устройства
Это достигается за счет того, что после подачи газа и прохождения его через сужающее устройство возникает сила от создающегося перепада давления до и после диафрагмы, действующая на диафрагму со стороны движения потока, которая выгибает диафрагму в направлении движения потока и конусная или выпуклая диафрагма становится плоской. Угол конусности диафрагмы или кривизна выпуклой криволинейной поверхности выполнены таким образом, чтобы сила, возникающая от перепада давления, выгибала конусную или выпуклую диафрагму до плоского состояния.
Экспериментально установлено, что оптимальные величины угла конусности или кривизны выпуклой поверхности находятся в пределах 0,3-2°. При выходе за пределы указанных углов будут наблюдаться отрицательные явления в виде завихрений и искривлений газового потока, что влечет за собой уменьшение точности замера расхода газа.
Кроме того, деформация диафрагмы от исходного состояния до предельно допустимого (из-за явления ползучести) проходит более длительное время. Это увеличивает долговечность диафрагмы.
Пример. Для трубопровода с внутренним диаметром 700 мм применяется сужающее устройство для измерения расхода газа с диафрагмой, изготовленной из стали марки 20Х23Н18 по ГОСТ 5632-72, толщиной 10 мм и внутренним диаметром отверстия диафрагмы равным 200 мм. Диафрагма выполнена в виде усеченного конуса, причем условная вершина конуса направлена навстречу потоку газа. Угол конусности диафрагмы составляет 1°. Перепад давления до и после диафрагмы равен 0,1 МПа.
При выбранном угле конусности диафрагмы в 1° не наблюдалось завихрений и искривлений потока газа, а возникающая при этом от перепада давления сила выгибала конусную диафрагму до плоского состояния.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 - изображено сужающее устройство для измерения расхода газа (общий вид);
на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - продольный разрез диафрагмы, выполненной в виде усеченного конуса (повернуто);
на фиг.4 - продольный разрез диафрагмы, выполненной в виде выпуклой криволинейной поверхности (повернуто).
Сужающее устройство для измерения расхода газа содержит корпус 1 с отверстиями 2,3 для отбора давления газа и центральным отверстием 4 для транспортировки газа, выполненный со сквозным щелевидным пазом 5. Внутри корпуса 1 в щелевидном пазу 5 установлен держатель 6, несущий диафрагму 7 с калиброванным отверстием 8, соосным оси канала корпуса. Сверху корпус 1 закрыт крышкой 9. Между корпусом 1 и крышкой 9 установлены герметизирующие уплотнительные элементы 10. Крышку 9 сверху прижимает планка 11. Корпус 1 имеет патрубки 12, 13 и фланцы 14 для присоединения к трубопроводу. Диафрагма 7 может быть выполнена либо в виде усеченного конуса, условная вершина которого направлена навстречу потоку газа (см. фиг.3), либо в виде выпуклой криволинейной поверхности, выпуклость которой также направлена навстречу потоку газа (см. фиг.4). При этом угол конусности или кривизна выпуклой криволинейной поверхности выполнены таким образом, чтобы сила, возникающая от перепада давления до и после диафрагмы, обеспечивала выгибание диафрагмы до плоского состояния. Винты 15, 16 служат для фиксирования держателя 6 с диафрагмой 7 и крышки 9.
Устройство работает следующим образом.
Через сужающее устройство, вмонтированное в измерительный участок трубопровода и являющееся частью этого трубопровода, под давлением транспортируется газ. Проходя через калиброванное отверстие 8 диафрагмы 7, поток газа получает возмущения, которые приводят к перепаду давления газа перед диафрагмой и после нее. Сила, возникающая от перепада давления до и после диафрагмы, действует на диафрагму 7 со стороны движения потока газа и выгибает конусную или выпуклую диафрагму 7 в направлении движения потока газа до плоского состояния. Давление газа отбирается через отверстия 2 и 3, расположенные на корпусе 1 до и после диафрагмы 7, и передается на дифманометры и вычислители расхода газоизмерительной станции, регистрирующие расход транспортируемого газа.
Предложенное сужающее устройство для измерения расхода газа по сравнению с известными позволит повысить точность измерения расхода газа, увеличить надежность и долговечность сужающего устройства, а также уменьшить расход дорогостоящего материала диафрагмы.
Сужающее устройство для измерения расхода газа, содержащее закрытый крышкой корпус с отверстиями для отбора давления газа и центральным отверстием для транспортировки газа, держатель с диафрагмой и уплотнительные элементы, отличающееся тем, что диафрагма выполнена в виде усеченного конуса или в виде выпуклой криволинейной поверхности, при этом вершина конуса или выпуклая поверхность направлены навстречу потоку газа, а угол конусности или кривизна выпуклой криволинейной поверхности выбраны из условия, что сила, возникающая от перепада давления газа, обеспечивает выгибание диафрагмы до плоского состояния.
