Пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів

Корисна модель відноситься до приладобудування, а саме - до пристроїв для градуювання проточних теплових витратомірів з місцевим прогріванням стінки трубопроводу. Відомим є пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів, виконаних у вигляді статичної витратомірної установки [див. книгу Б.В.Бирюков и др. "Испытания расходомеров", издательство стандартов, М., 1987, с.157-169, рис.52б], яка містить послідовно з'єднані проточний тепловий витратомір калориметричного типу і проточний тепловий витратомір з місцевим прогріванням стінки трубопроводу, що містить у себе виготовлену з теплопровідного матеріалу ділянку циліндричного трубопроводу з встановленими на його зовнішній стороні корпусами нагрівача і компенсатора, виконаними з теплопровідного матеріалу (міді), джерело теплової енергії, встановлене у корпусі нагрівача, термопару, вимірювальний спай якої встановлений у корпусі нагрівача між джерелом теплової енергії і стінкою трубопроводу, а її вільні кінці закріплені у корпусі компенсатора і підключені до входу підсилювача, вихід якого підключений до входу корегуючого дільника напруги, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних першого змінного резистора, напівпровідникового терморезистора і другого змінного резистора, при цьому напівпровідниковий терморезистор встановлений у корпусі компенсатора, причому зона прогрівання стінки трубопроводу під корпусом нагрівача, корпуси нагрівача і компенсатора вкриті шаром теплоізоляції і закриті захисним кожухом. Тепловий витратомір з місцевим прогріванням стінки трубопроводу виконується [за авт. св. СРСР №1682798А1, МПК G01F1/68, 1989р.], а тепловий витратомір калориметричного типу – [за книгою П.П.Кремлевский "Расходомеры и счетчики количества", Л., "Машиностроение", 1989, с.377379]. Градуювання проточного витратоміру проводять шляхом проливання через установку робочої рідини з різними об'ємними витрачаннями Q, при цьому кожне значення об'ємного витрачання Q робочої рідини, що створюють і градуюють, обчислюється за результатами вимірювання прирощення об'єму ΔV робочої рідини, що протікає через витратомір у сталому (статичному) режимі протягом часу Δ t , а саме: Q=ΔV/Δ t , м3/с; показання теплового витратоміру калориметричного типу при цьому використовуються як для скорочення часу налагодження статичної витратомірної установки, так і в якості оціночної градуювальної характеристики теплового витратоміру з місцевим прогріванням стінки. У процесі проливання робоча рідина рухається вздовж осі трубопроводу з середньою поздовжньою швидкістю υ біля стінки трубопроводу. Недоліком відомого пристрою для градуювання проточних теплових витратомірів є його низькі експлуатаційні якості, тому що під час вимірювання середніх і великих витрачань необхідно подавати і точно вимірювати великі прирощення об'ємів ΔV (наприклад, при Q=1м3/с, Δ t =100с, ΔV=100м3), що технічно складно. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів, який описаний у [патенті України №19137, МПК G01F25/00, 1993р.]. Вказаний пристрій містить вертикальну ділянку трубопроводу з верхньою і нижньою торцевими кришками, на яких співвісно змонтований вал з порожнистим ротором, виконаним у вигляді паралельних дисків з вертикальними отворами, циліндричною сітчастою оболонкою і вузлами кріплення на валу, привод вала, водомірну трубку, нижній кінець якої з'єднаний зі штуцером на нижній торцевій кришці, нагрівач і компенсатор, у корпусах яких виконані вертикальні канали для розміщення і закріплення за допомогою клею джерела теплової енергії і напівпровідникового терморезистора відповідно, а також вертикальні канали для термопар, заправну і зливну магістралі з кранами, змонтовані відповідно на верхній і нижній торцевих кришках, для заправлення і зливання робочої рідини. У процесі градуювання використовується обмежений об'єм робочої рідини (менше 1м3), яка розташована у внутрішній порожнині вертикальної ділянки трубопроводу (з радіусом R) і якій надається обертальний рух з кутовою швидкістю ω навколо поздовжньої осі трубопроводу. При цьому швидкість робочої рідини по колу складає υ=ω·R біля стінки трубопроводу і еквівалентна поздовжній швидкості під час проливання. Розташування теплового витратоміра вертикально виключає негативну дію сили тяжіння на результати градуювання. Запропонований пристрій дозволяє використовувати у якості робочих рідин значно забруднені, екологічно шкідливі рідини (нафта), а також суміші рідин з твердими частками (промислові стоки, суміші для бурових установок). Недоліком відомого пристрою є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: - можливість виходу шкідливих випаровувань через водомірну трубку; - забрудненість внутрішньої порожнини ділянки трубопроводу після зливання шкідливих робочих рідин. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції пристрою для градуювання проточних теплових витратомірів, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - порожнистий ротор споряджається вертикальними стягуючими болтами, встановленими у вертикальних отворах паралельних дисків і рівномірно розташованими по колу, та проміжними втулками, встановленими співвісно на валу і розташованими між паралельними дисками, а вузли кріплення виконуються у вигляді кільцевих виступів на верхньому і нижньому паралельних дисках з радіальними гвинтами, рівномірно розташованими по колу і контактуючими з зовнішньою поверхнею вала, що дозволяє зробити порожнистий ротор знімним і розбірним і, таким чином, забезпечити універсальність використання вала і порожнистого ротору для градуювання теплових витратомірів різних розмірів шляхом переміщення порожнистого ротору вздовж вала, збільшення висоти порожнистого ротору і заміни паралельних дисків; - вертикальні канали у корпусах нагрівача і компенсатора для розміщення відповідно циліндричного джерела теплової енергії і циліндричного напівпровідникового терморезистора виконуються у вигляді конічних отворів, при цьому їх кут конусності не перевищує 2°, що дозволяє забезпечити високу щільність заповнення конічних отворів клеєм під час складання нагрівача і компенсатора; - у кожному корпусі нагрівача і компенсатора, у його середній частині, виконаний наскрізний горизонтальний отвір для виходу надлишків клею, який з'єднує внутрішню порожнину конічного отвору з атмосферою і розташований у радіальній площині, що дозволяє забезпечити відведення бульбашок повітря з внутрішньої порожнини конічного отвору під час складання нагрівача і компенсатора; - у кожному корпусі нагрівача і компенсатора виконується 2-5 конічних отворів, розташованих у відповідній тангенціальній площині, а відповідні джерела теплової енергії і напівпровідникові терморезистори з'єднуються паралельно, що дозволяє підвищити потужність нагрівача і чутливість компенсатора; - наявність додаткового корпусу нагрівача з додатковими джерелами теплової енергії і додатковими термопарами, закріпленим на вертикальній ділянці трубопроводу і розташованим нижче корпусу нагрівача, а джерела теплової енергії корпусу і додаткові джерела теплової енергії додаткового корпусу з'єднуються паралельно, що дозволяє сконцентрувати джерела теплової енергії на меншій площині і таким чином підвищити потужність теплового потоку нагрівача; - вертикальні канали для термопар у корпусах нагрівача і компенсатора виконуються у вигляді канавок з відбортовкою і розташовуються на бічних поверхнях корпусів, що дозволяє зменшити висоту корпусів нагрівача і компенсатора і таким чином підвищити потужність теплового потоку нагрівача і чутливість компенсатора; - вертикальні канали у корпусах нагрівача для розміщення плоских джерел, теплової енергії виконуються у вигляді вертикальних прорізів на поверхні корпусу, що прилягає до зовнішньої поверхні вертикальної ділянки трубопроводу, що дозволяє спростити виготовлення корпусу нагрівача; - верхній кінець водомірної трубки з'єднується з заправною магістраллю після крану, що дозволяє виключити вихід шкідливих випаровувань робочої рідини у атмосферу у процесі градуювання; - на верхній торцевій кришці монтується магістраль підведення газу, яка сполучається зі зливною магістраллю після крану, що дозволяє забезпечити надійне відведення шкідливої пари робочої рідини у зливну магістраль під час заправлення і гарантоване наддування під час зливання. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому пристрої для градуювання проточних теплових витратомірів, який містить вертикальну ділянку трубопроводу з верхньою і нижньою торцевими кришками, на яких співвісно змонтований вал з порожнистим ротором, виконаним у вигляді паралельних дисків з вертикальними отворами, циліндричною сітчастою оболонкою і вузлами кріплення до вала, привод вала, водомірну трубку, нижній кінець якою з'єднаний зі штуцером на нижній торцевій кришці, нагрівач і компенсатор, у корпусах яких виконані вертикальні канали для розміщення і закріплення за допомогою клею джерела теплової енергії і напівпровідникового терморезистора відповідно, а також вертикальні канали для термопар, заправну і зливну магістралі з кранами, котрі змонтовані відповідно на верхній і нижній торцевих кришках для заправлення і зливання робочої рідини, в ньому порожнистий ротор споряджений вертикальними стягуючими болтами, встановленими у вертикальних отворах паралельних дисків і рівномірно розташованими по колу, та проміжними втулками, встановленими співвісно на валу і розташованими між паралельними дисками, а вузли кріплення виконані у вигляді кільцевих виступів на верхньому і нижньому паралельних дисках з радіальними гвинтами, рівномірно розташованими по колу і контактуючими з зовнішньою поверхнею вала. Вертикальні канали у корпусах нагрівача і компенсатора для розміщення відповідно циліндричного джерела теплової енергії і циліндричного напівпровідникового терморезистора виконанні у вигляді конічних отворів, при цьому їх кут конусності не перевищує 2°. У кожному корпусі нагрівача і компенсатора, у його середній частині, виконаний наскрізний горизонтальний отвір для виходу надлишків клею, який з'єднує внутрішню порожнину конічного отвору з атмосферою і розташований у радіальній площині. У кожному корпусі нагрівача і компенсатора виконано 2-5 конічних отворів, розташованих у відповідній тангенціальній площині, а відповідні джерела теплової енергії і напівпровідникові терморезистори з'єднані паралельно. Нагрівач споряджений додатковим корпусом з додатковими джерелами теплової енергії і додатковими термопарами, закріпленим на вертикальній ділянці трубопроводу і розташованим нижче корпусу нагрівача, а джерела теплової енергії корпусу і додаткові джерела теплової енергії додаткового корпусу з'єднані паралельно. Вертикальні канали для термопар у корпусах нагрівача і компенсатора виконані у вигляді канавок з відбортовкою і розташовані на бічних поверхнях корпусів. Вертикальні канали у корпусах нагрівача для розміщення плоских джерел теплової енергії виконані у вигляді вертикальних прорізів на поверхні корпусу, що прилягає до зовнішньої поверхні вертикальної ділянки трубопроводу. Верхній кінець водомірної трубки з'єднаний з заправною магістраллю після крану. На верхній торцевій кришці змонтована магістраль підведення газу, яка сполучена зі зливною магістраллю після крану. Для пояснення конструкції пристою і його роботи додаються креслення та його детальний опис. На кресленнях зображено: на Фіг.1 - загальний вид пристрою; на Фіг.2 - виносний елемент А Фіг.1 (загальний вид порожнистого ротору); на Фіг.3 - вид Б Фіг.1 (розташування компенсатора і нагрівача); на Фіг.4 - розріз В-В Фіг.3 (поперечний розріз компенсатора); на Фіг.5 - розріз Г-Г Фіг.3 (поперечний розріз нагрівача з циліндричними джерелами теплової енергії); на Фіг.6 - розріз Г-Г Фіг.3 (поперечний розріз нагрівача з плоскими джерелами теплової енергії); на Фіг.7 - розріз Д-Д Фіг.5 (поздовжній розріз корпусу нагрівача). Запропонований пристрій складається з теплового витратоміру з місцевим прогріванням стінки трубопроводу, верхньої 1 і нижньої 2 торцевих кришок з вузлами кріплення, вала 3 з порожнистим ротором 4, привода 5 і пульта 6 керування (Фіг.1). Тепловий витратомір містить ділянку циліндричного трубопроводу 7, на якій змонтовані компенсатор 8 і нагрівач 9. Компенсатор 8 встановлений поза зоною 10 прогрівання, яка утворюється у стінці трубопроводу 7 біля нагрівача 9. Зовні трубопровід 7, включаючи зону 10 прогрівання, разом з компенсатором 8 і нагрівачем 9 вкритий шаром теплоізоляції 11 і закритий захисним кожухом 12. Компенсатор 8 містить корпус 13, в якому виконані конічні отвори 14 для циліндричних напівпровідникових терморезисторів 15, вертикальні канавки 16 з відбортовкою 17 для термопар 18 і наскрізні горизонтальні отвори 19 (Фіг.4). Нагрівач 9 містить корпус 20, в якому виконані конічні отвори 21 (d