Проливной динамический стенд
Владельцы патента RU 2680986:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для тестирования, поверки и настройки расходомеров всех типов в динамическом режиме (при разных давлениях в трубопроводе). Проливной динамический стенд состоит из двух емкостей, одна из которых расположена на фундаменте, а другая на цифровых весах; частотно-регулируемого водяного насоса, поддерживающего стабильное давление в трубопроводе за счет датчика давления, установленного перед мембранным исполнительным механизмом, регулирующим расход; совокупности измерительных приборов для измерения и контроля расхода, расположенных на трубопроводе; измерителей температуры циркулирующей жидкости и окружающего воздуха; уровнемеров, расположенных на емкостях, необходимых для осуществления одного из методов поверки расходомеров; двух шаровых кранов для регулирования направления потоков жидкости, шарового крана (дренажника) для стравливания воздуха перед поверкой приборов и разгерметизации трубопроводов перед демонтажем. Образцовым расходомером может служить массомер с классом точности не ниже 0,1. Технический результат - возможность сравнения показания расходомеров в динамическом режиме, т.е. под разными давлениями в измеряемом трубопроводе. 2 ил.
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для тестирования, поверки и настройки расходомеров всех типов в динамическом режиме (при разных давлениях в трубопроводе).
Известен испытательный стенд установки для поверки расходомеров по патенту №2241963, используемый на предприятии ЗАО "ВЗЛЕТ". Данный стенд включает в себя стол в виде рамы, поддон, эталонный расходомер, три участка трубопровода, первый, второй - выполненный в U-образной форме, и третий трубопровод. В рабочей зоне - зоне установки проверяемых расходомеров оконечные части первого, второго замыкающего U-образного трубопровода, и третьего трубопровода снабжены фланцами для состыковки с устанавливаемыми расходомерами. Второй замыкающий трубопровод уложен на сварную каретку и приварен к ней, и может отодвигаться на этой каретке от оконечных частей первого и третьего трубопроводов, увеличивая рабочую зону. Поверка и калибровка расходомеров ведется методом сличения показаний эталонного расходомера и включенных с ним последовательно испытуемых расходомеров.
Недостатком стенда является то, что он предназначен для испытания расходомеров в статическом режиме, т.е. под атмосферным давлением, и нет возможности поверки расходомеров в динамическом режиме.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является проливной испытательный стенд (патент РФ №2341779, опубл. 20.12.2008 г. ). Проливной стенд содержит разборный испытательный стол со съемной, регулируемой по высоте подставкой под поверяемые приборы. В рабочей зоне стола, с возможностью регулирования своего положения относительно него по вертикали, расположены две съемные траверсы. Одна траверса неподвижно присоединена к столу и выполнена с возможностью разъемного присоединения к ней снабженных фланцами оконечных частей первого и третьего трубопроводов. Другая траверса снабжена элементами качения либо скольжения и выполнена с возможностью разъемного монтажа в ее посадочные места фланцев оконечных частей второго замыкающего U-образного трубопровода, снабженного съемной подвижной опорой. Прижимной механизм стягивает соосно расположенные оконечные части трубопроводов в рабочей зоне с установленными в ней поверяемыми приборами. При больших рабочих зонах стенда подвижная опора U-образного трубопровода выполнена в виде штока, установленного на полу, а при малых рабочих зонах стенда - в виде двух элементов качения либо скольжения по столу.
Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности тестирования расходомеров в динамическом режиме.
Задачей изобретения является создание нового устройства - проливного динамического стенда с достижением следующего технического результата: возможности сравнения показания расходомеров в динамическом режиме, т.е. под разными давлениями в измеряемом трубопроводе. Образцовым расходомером может служить массомер с классом точности не ниже 0,1.
Указанная задача решается тем, что проливной динамический стенд, содержит две емкости, одна из которых расположена на фундаменте, а другая на цифровых весах; частотно-регулируемый водяной насос, поддерживающий стабильное давление в трубопроводе за счет датчика давления, установленного перед мембранным исполнительным механизмом, регулирующим расход; совокупность измерительных приборов для измерения и контроля расхода, расположенных на трубопроводе; измерители температуры циркулирующей жидкости и окружающего воздуха; уровнемеры, расположенные на емкостях; шаровые краны для регулирования направления потоков жидкости, кран-дренажник для стравливания воздуха перед поверкой приборов и разгерметизации трубопроводов перед демонтажем.
На фиг. 1 представлена схема установки для проведения поверки расходомеров со шкалой до 13,2 м3/час проливным методом, на фиг. 2 - схема циркуляции воды по установке для проведения поверки.
Устройство содержит:
1, 2 - пластиковые емкости из ПВД ATH 1500С; V=1500 л. Размеры: 1255/1115/1630 мм;
3 - частотно-регулируемый водяной насос;
4 - массовый расходомер, использующий силы Кориолиса в интегральном исполнении типа ROTAMASS (сенсорная часть);
5 - преобразователь для кориолисовых расходомеров;
6 - металлический ротаметр RAMS;
7 - диафрагма для измерения расхода за счет измерения перепада давлений до и после дроссельного устройства;
8 - многопараметрический датчик;
9 - электромагнитный расходомер;
10 - преобразователь электромагнитного расходомера модель AXFA14G/S;
11 - вихревой расходомер;
12 - преобразователь вихревого расходомера;
13 - измеритель температуры циркулирующей жидкости измерительный преобразователь температуры типа YTA310; YTA320; с термодатчиком типа YTA50; YTA70;
14 - измеритель температуры окружающего воздуха - измерительный преобразователь температуры типа YTA310; YTA320; с термодатчиком типа YTA50; YTA70;
15 - датчик давления, создаваемого водяным насосом с частотно-регулируемым приводом, для поддержания испытательного давления в трубопроводе;
16; 17 - уровнемеры;
18; 19 - кран шаровый для регулирования расхода воды, dy 50 mm;
20; 21; 22; 23 - кран шаровый для регулирования направления потоков жидкости, dy 50 mm;
24 - кран шаровый (дренажник) для стравливания воздуха перед поверкой приборов и разгерметизации трубопроводов перед демонтажем, dy 15 mm;
25 - фундамент емкости;
26 - электронные цифровые весы;
27 - фундамент стенда;
28 - монитор реального времени;
29 - мембранный исполнительный механизм (МИМ) с контроллерным управлением.
Работа стенда полностью описывается уравнением Бернулли с использованием энергетических характеристик жидкости. Суммарной энергетической характеристикой жидкости является ее гидродинамический напор.
С физической точки зрения это отношение величины механической энергии к величине веса жидкости, которая этой энергией обладает. Таким образом, гидродинамический напор нужно понимать как энергию единицы веса жидкости. И для идеальной жидкости эта величина постоянна по длине. Таким образом, физический смысл уравнения Бернулли это закон сохранения энергии для движущейся жидкости.
Физический смысл слагаемых, входящих в уравнение следующий:
- Z - потенциальная энергия единицы веса жидкости (удельная энергия) - энергия, обусловленная положением (высотой) единицы веса жидкости относительно плоскости сравнения (нулевого уровня), принимаемой за начало отсчета;
- 
- потенциальная энергия единицы веса жидкости - энергия, обусловленная степенью сжатия единицы веса жидкости, находящейся под давлением Р;
- 
- полная потенциальная энергия единицы веса жидкости;
- 
- кинетическая энергия единицы веса жидкости - энергия, обусловленная движением единицы веса жидкости со скоростью и;
- Н - полная энергия единицы веса жидкости (полная удельная энергия).
Отличие от прототипа состоит в том, что Р не является постоянной величиной и отлично от атмосферного давления.
Проливной динамический стенд использует метод сличения, при котором показания поверяемых приборов сравнивают с показаниями эталонного расходомера, либо сличают с показаниями образцовой эталонной емкости, либо возможно сравнение с показаниями образцовых весов. В стенде подача воды происходит не самотеком, а насосом с частотно-регулируемым приводом, который поддерживает давление во всем трубопроводе, датчик давления установлен в конце трубопровода для поддержания стабильного давления.
Работа стенда осуществляется в динамическом режиме, при помощи частотно-регулируемого привода по программе или вручную можно плавно менять расход воды в заданных пределах (в пределах шкалы прибора). Показания поверяемых приборов сравниваются с показаниями образцового прибора (кориолисова расходомера) визуально и при помощи автоматических регистраторов.
Стенд позволяет оценивать точность измерения расхода жидкости при помощи различных средств измерений. Возможна одновременная оценка 5-6 видов приборов.
Устройство работает следующим образом.
Поверяемые приборы устанавливают на трубопровод последовательно, в соответствии с фиг.1. Для стравливания воздуха перед поверкой приборов используют кран шаровый (дренажник) 24. Емкость 1 заполняется водой из сети. При помощи водяного насоса 3 вода через открытый кран 18 подается на массовый расходомер, состоящий из сенсорной части 4 и преобразователя 5. Затем вода подается на ротаметр 6, диафрагму 7 с многопараметрическим датчиком 8, электромагнитный расходомер 9 с преобразователем 10, вихревой расходомер 11 с преобразователем 12. Датчик 15 давления управляет частотно-регулируемым приводом насоса 3, мембранный исполнительный механизм 29 производит регулирование расхода. Для регистрации температуры циркулирующей жидкости используется измеритель 13 температуры. Для регистрации температуры окружающей среды, имеющей значение при поверке, используется измеритель 14 температуры. Далее воду направляют в емкость 1 или емкость 2, в зависимости от схемы проведения поверки, регулирование расхода производится при помощи МИМ 29. Шаровые краны 20, 21, 22, 23 используются для перекачки из одной емкости в другую. Для автоматической регистрации показаний, полученных от измерительных приборов, используется монитор 28 реального времени, который отображает происходящий процесс в разных видах для визуального контроля. Для разгерметизации трубопроводов перед демонтажем используют кран 24 шаровый (дренажник).
Поверку приборов можно производить 4 способами:
1. Поверка производится методом сравнения показаний образцового массового расходомера 4 и поверяемого расходомера. В этом случае жидкость циркулирует в емкости 1 по следующей схеме: из емкости 1 через кран 22 жидкость подается на насос 3 через кран шаровый 18 на расходомер 4 Кориолиса, преобразователь 5 для кориолисовых расходомеров, ротаметр 6, диафрагму 7, электромагнитный расходомер 9, вихревой расходомер 11, регулирование расхода производится при помощи МИМ 29, кран 20 в емкость 1, при этом кран 21 должен быть перекрыт.В этом случае точность поверки зависит от класса точности образцового расходомера (обычно класс точности 0.1 или выше).
2. Поверка производится при помощи показаний уровнемеров 16 и «17». В этом случае жидкость циркулирует в емкости 1 по следующей схеме: из емкости 1 через кран 22 жидкость подается на насос 3 через кран 18 на расходомер 4 Кориолиса, преобразователь 5 для кориолисовых расходомеров, ротаметр 6, диафрагму 7, электромагнитный расходомер 9, вихревой расходомер 11, регулирование расхода производится при помощи МИМ 29, кран 21 в емкость 2, при этом кран 20 должен быть перекрыт.В данном случае поток жидкости направляется в емкость 2 и контроль жидкости производится по уровню в емкости. Класс точности уровнемера 0.1.
3. Поверка производится при помощи контрольных весов 26. В этом случае поток жидкости направляется в емкость 2, где происходит измерение веса жидкости на контрольных весах. В этом случае жидкость циркулирует в емкости 1 по следующей схеме: из емкости 1 через кран 22 жидкость подается на насос 3 через кран 18 на расходомер 4 Кориолиса, преобразователь 5 для кориолисовых расходомеров, ротаметр 6, диафрагму 7, электромагнитный расходомер 9, вихревой расходомер 11, регулирование расхода производится при помощи МИМ 29, кран 21 в емкость 2, при этом кран 20 должен быть перекрыт.В этом случае достигается максимальная точность измерений за счет весов 26. Класс точности весов 0.025.
4. С целью экономии времени возможна одновременная поверка 6-8 приборов расхода или счетчиков одного типа с целью сертификации вышеупомянутых приборов. В этом случае жидкость циркулирует в емкости 1 по следующей схеме: из емкости 1 через кран 22 жидкость подается на насос 3 через кран 18 на расходомер 4 Кориолиса, преобразователь 5 для кориолисовых расходомеров, поверяемые приборы (6-8 штук), регулирование расхода производится при помощи МИМ 29, кран 21 в емкость 2, при этом кран 20 должен быть перекрыт.Установка работает в автономном режиме. Отчеты так же готовятся в автоматическом режиме.
Проливной динамический стенд, содержащий две емкости, одна из которых расположена на фундаменте, а другая на цифровых весах; частотно-регулируемый водяной насос, поддерживающий стабильное давление в трубопроводе за счет датчика давления, установленного перед мембранным исполнительным механизмом, регулирующим расход; совокупность измерительных приборов для измерения и контроля расхода, расположенных на трубопроводе; измерители температуры циркулирующей жидкости и окружающего воздуха; уровнемеры, расположенные на емкостях; шаровые краны для регулирования направления потоков жидкости, кран-дренажник для стравливания воздуха перед поверкой приборов и разгерметизации трубопроводов перед демонтажем.
