Пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів

1. Пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів, що містить вертикальну ділянку тр убопроводу, вн утрішня порожнина якого розділена рівнем робочої рідини на газовий і рідинний об'єми, верхню і нижню торцеві кришки, на яких співвісно змонтований ступінчастий вал з порожнистим ротором, виконаним у вигляді паралельних дисків з циліндричною сітчастою оболонкою, привід вала, компенсатор і нагрівач, який відрізняється тим, що він оснащений допоміжним нагрівачем, змонтованим на вертикальній ділянці трубопроводу діаметрально протилежно нагрівачу і з'єднаним електрично з компенсатором і нагрівачем. 2. Пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів за п. 1, який відрізняється тим, що вертикальна ділянка трубопроводу задовольняє наступним співвідношенням L1/D=4...7; L 2 /D=0,4...0,6; L 3/D=0,2...0,5, де D - внутрішній діаметр вертикальної ділянки трубопроводу; L1 - довжина вертикальної ділянки трубопроводу; L2 - відстань від нижньої торцевої кришки до нижнього паралельного диска порожнистого ротора; L3 - відстань від верхнього паралельного диска порожнистого ротора до рівня робочої рідини. 2 (19) 1 3 28191 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, який містить вертикальну ділянку тр убопроводу з верхньою і нижньою торцевими кришками, на яких співвісно змонтований ступінчастий вал з порожнистим ротором, виконаним у вигляді паралельних дисків з циліндричною сітчастою оболонкою, привод вала, пульт, нагрівач і компенсатор, в 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 [див. патент України №19137, МПК G01F 25/00, 1993р.]. Перед встановленням проточного теплового витратоміру горизонтально у робочу систему, де робоча рідина йде вздовж його поздовжньої осі з лінійною швидкістю n , проводять градуювання цього витратоміру. Для проведення градуювання проточний тепловий витратомір встановлюють вертикально, на ньому монтують верхню і нижню торцеві кришки з валом і порожнистим ротором і заправляють робочу рідину. У процесі градуювання використовується обмежений об'єм робочої рідини (0,2-1,0м 3), яка розташована у внутрішній порожнині вертикальної ділянки трубопроводу (радіусу R) і якій надається обертальний рух з кутовою швидкістю w навколо поздовжньої осі трубопроводу. При цьому швидкість робочої рідини по колу складає n=w × R біля стінки вертикальної ділянки трубопроводу і еквівалентна поздовжній лінійній швидкості під час використання його у робочій системі. За допомогою пульту змінюють швидкості обертання привода, а отже, і швидкості робочої рідини по колу. У відомому пристрої використовується нагрівач з одним корпусом, який створює певну потужність теплового потоку, яка необхідна для прогрівання тонкої стінки циліндричного сталевого трубопроводу діаметром до 100мм. У процесі як градуювання, так і роботи відомого пристрою, вимірювання витрачання робочої рідини виконують на основі аналізу різниці температур, які вимірюються термопарами компенсатора і нагрівача, при цьому величина температури залежить від швидкості робочої рідини. Теплові витратоміри з обмеженою зоною нагрівання виконуються за книгою [П.П. Кремлевский "Расходомеры и счетчики количества", справочник, Л., "Машиностроение", 1989, с.396-397, 638 рис. 236]. Вказаний пристрій дозволяє використовувати у якості робочих рідин значно забруднені, екологічно шкідливі рідини (нафта), а також суміші рідин з твердими частками (промислові стоки, суміші для бурови х установок). Недоліком відомого пристрою для градуювання проточних теплових витратомірів є його низькі експлуатаційні якості, такі як: 4 - недостатня потужність теплового потоку нагрівача для прогрівання більш товсти х стінок трубопроводів, діаметр яких перевищує 100мм; - неоптимальні геометричні співвідношення елементів пристрою, які не забезпечують ламінарність потоку робочої рідини в зоні розміщення компенсатора і нагрівача як у робочій системі, так і під час градуювання. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пристрій для градуювання проточних теплових витратомірів, який описаний у [патенті України №23586u, МПК G01F 25/00, 2007р]. Вказаний пристрій містить вертикальну ділянку трубопроводу внутрішня порожнина якого розділена рівнем робочої рідини на газовий і рідинний об'єми, верхню і нижню торцеві кришки, на яких співвісно змонтований ступінчастий вал з порожнистим ротором, виконаним у вигляді паралельних дисків з циліндричною сітчастою оболонкою, привод вала, компенсатор і нагрівач, що складається з корпусу і додаткового корпусу. Наявність додаткового корпусу нагрівача дозволяє збільшити загальну потужність теплового потоку нагрівача і, таким чином, забезпечити достатнє прогрівання більш товсти х стінок трубопроводів, діаметр яких перевищує 100мм. У процесі роботи проточних теплових витратомірів у горизонтальному положенні швидкість робочої рідини по поперечній площині трубопроводу діаметром до 500мм практично не змінюється, а для трубопроводів діаметром 5002000мм швидкість робочої рідини по поперечній площині може значно змінюватися при різних умовах експлуатації, особливо при використанні у робочій рідині сумішей з твердими частками (наприклад, сумішей для бурових установок). При цьому вага проточних теплових витратомірів діаметром більше 500мм перевищує 100кг, а їх довжина перевищує 2м. Для проведення градуювання вказані витратоміри закріплюються у вертикальному випробувальному стенді. Недоліком відомого пристрою є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: - невисока точність вимірювання витрачання робочої рідини для трубопроводів діаметром більше 500мм, тому що нагрівач змонтований на трубопроводі з однієї сторони; велика трудомісткість і складність закріплення пристрою у випробувальному стенді через відсутність на пристрої вузлів кріплення. 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: - наявність допоміжного нагрівача, який монтується на вертикальній ділянці трубопроводу діаметрально протилежно нагрівачу і з'єднується електрично з компенсатором і нагрівачем, що дозволяє врахувати різницю швидкостей робочої рідини біля протилежних стінок трубопроводу; 5 28191 6 вертикальна ділянка трубопроводу на газовий і рідинний об'єми, верхню і нижню задовольняє наступним співвідношенням: торцеві кришки, на яких співвісно змонтований L1/D=4...7; L 2 /D=0,4...0,6; L 3/D=0,2...0,5, ступінчастий вал з порожнистим ротором, де D - внутрішній діаметр вертикальної виконаним у вигляді паралельних дисків з ділянки трубопроводу; циліндричною сітчастою оболонкою, привод вала, L1 довжина вертикальної ділянки компенсатор і нагрівач, він споряджений трубопроводу; допоміжним нагрівачем, змонтованим на L2 - відстань від нижньої торцевої кришки до вертикальній ділянці трубопроводу діаметрально нижнього паралельного диска порожнистого протилежно нагрівачу і з'єднаним електрично з ротору; компенсатором і нагрівачем. Вертикальна ділянка L3 - відстань від верхнього паралельного диска трубопроводу задовольняє наступним порожнистого ротору до рівня робочої рідини, співвідношенням: що дозволяє гарантовано розмістити L1/D=4...7; L 2 /D=0,4...0,6; L 3/D=0,2...0,5, порожнистий ротор у зоні нагрівача і компенсатора де D - внутрішній діаметр вертикальної і забезпечити мінімально необхідний рівень ділянки трубопроводу; робочої рідини; L1 довжина вертикальної ділянки - порожнистий ротор задовольняє наступним трубопроводу; співвідношенням: L2 - відстань від нижньої торцевої кришки до b/D=0,02...0,03; H 1/D=1...2; H 2 /D=0,1...0,2, нижнього паралельного диска порожнистого де b - радіальний зазор між внутрішньою ротору; поверхнею вертикальної ділянки трубопроводу і L3 - відстань від верхнього паралельного диска циліндричною сітчастою оболонкою порожнистого порожнистого ротору до рівня робочої рідини. ротору; Порожнистий ротор задовольняє наступним Н1 - висота порожнистого ротору від нижньої співвідношенням: поверхні нижнього паралельного диска до b/D=0,02...0,03; H 1/D=1...2; H 2 /D=0,1...0,2, верхньої поверхні верхнього паралельного диска; де b - радіальний зазор між внутрішньою Н2 - відстань між паралельними дисками поверхнею вертикальної ділянки трубопроводу і порожнистого ротору, що дозволяє гарантовано циліндричною сітчастою оболонкою порожнистого забезпечити суцільність потоку робочої рідини у ротору; пристіночному шарі біля нагрівача і компенсатора; Н1 - висота порожнистого ротору від нижньої наявність вузлів кріплення у поверхні нижнього паралельного диска до випробувальному стенді, які виконані, наприклад, верхньої поверхні верхнього паралельного диска; у вигляді опорних кронштейнів, змонтованих на Н2 - відстань між паралельними дисками вертикальній ділянці трубопроводу і рівномірно порожнистого ротору. розташованих по колу, при цьому в опорних Він споряджений вузлами кріплення у кронштейнах виконуються отвори під болти і випробувальному стенді, які виконані, наприклад, напрямні штирі випробувального стенду, що у вигляді опорних кронштейнів, змонтованих на дозволяє простими засобами надійно закріпити вертикальній ділянці трубопроводу і рівномірно пристрій у випробувальному стенді; розташованих по колу, при цьому в опорних - наявність такелажних вузлів для взаємодії з кронштейнах виконані отвори під болти і напрямні пристроями для захвату вантажу, при цьому штирі випробувального стенду. Він споряджений такелажні вузли виконуються, наприклад, у вигляді також такелажними вузлами для взаємодії з двох пар радіальних цапф і монтуються відповідно пристроями для захвату вантажу, при цьому на верхньому і нижньому кінцях вертикальної такелажні вузли виконані, наприклад, у вигляді ділянки трубопроводу, що дозволяє виключити двох пар радіальних цапф і змонтовані відповідно пошкодження вертикальної ділянки трубопроводу на верхньому і нижньому кінцях вертикальної під час перевантаження пристрою; ділянки трубопроводу. Крім того, він споряджений - наявність додаткової пари радіальних цапф додатковою парою радіальних цапф для взаємодії для взаємодії з кантователем, змонтованою на з кантователем, змонтованою на нижньому кінці нижньому кінці вертикальної ділянки вертикальної ділянки трубопроводу. Вал трубопроводу, що дозволяє з мінімальними виконаний з проміжним ступінем на верхньому трудовитратами забезпечити переведення кінці для взаємодії з технологічною поздовжньою пристрою з горизонтального положення у тягою, при цьому проміжна ступінь виконана з вертикальне і навпаки; різьбою. - вал виконується з проміжною ступінню на Для пояснення конструкції пристою і його верхньому кінці для взаємодії з технологічною роботи додаються креслення та його детальний поздовжньою тягою, при цьому проміжна ступінь опис. На кресленнях зображено: виконується з різьбою, що дозволяє забезпечити - на Фіг.1 - загальний вид пристою; безпечність робіт під час встановлення вала з - на Фіг.2 - схема перевантаження пристрою; порожнистим ротором всередину вертикальної - на Фіг.3 - розріз А-А Фіг.2 (розміщення ділянки трубопроводу. додаткових радіальних цапф); Поставлена задача вирішується таким чином, - на Фіг.4 - схема кантування пристрою; що запропонований пристрій для градуювання - на Фіг.5 - схема кріплення пристрою у проточних теплових витратомірів, який містить випробувальному стенді; вертикальну ділянку трубопроводу, вн утрішня - на Фіг.6 - виносний елемент Д Фіг.5 порожнина якого розділена рівнем робочої рідини (кріплення опорного кронштейну); 7 28191 8 - на Фіг.7 - розріз Г-Г Фіг.5 (поперечний розріз кріпляться до ділянки трубопроводу 15 за пристрою); допомогою шпильок 36 (Фіг.9). - на Фіг.8 - виносний елемент Б Фіг.4 Робота запропонованого пристрою для (поздовжній розріз верхнього опорного вузла градуювання проточних теплових витратомірів вала); здійснюється наступним чином. - на Фіг.9 - виносний елемент Е Фіг.4 Після виготовлення ділянку трубопроводу 15 (кріплення торцевих кришок); доставляють у випробувальний цех горизонтально - на Фіг.10 - виносний елемент В Фіг.4 і за допомогою вантажопідйомної підвіски 22, (поздовжній розріз нижнього опорного вузла вала). закріпленої на радіальних цапфах 23 і 24 (Фіг.2), Запропонований пристрій складається з перевантажують на ложемент 28 і кантователь 26. теплового витратоміру з місцевим прогріванням Послідовно з ділянкою трубопроводу 15, біля його стінки трубопроводу, верхньої 1 і нижньої 2 нижнього кінця, розміщують на монтажних візках торцевих кришок, вала 3 з порожнистим ротором 4 горизонтально вал 3 з порожнистим ротором 4. і привода 5 (Фіг.1). Вал 3 складається з двох Загальна вага вала 3 і порожнистого ротору 4 ступінчастих хвостовиків: нижнього 6 і верхнього 7, складає 20кг і більше. До проміжного ступеня 11 які взаємодіють з підшипниками і ущільненнями вала 3 приєднують технологічну поздовжню тягу нижнього 8 і верхнього 9 опорних вузлів відповідно 12, яку встановлюють співвісно всередині ділянки (Фіг.4, 8, 10). На верхньому хвостовику 7 виконані трубопроводу 15 і довжина якої перевищує два ступеня: верхній 10 для з'єднання з приводом довжину ділянки трубопроводу 15. Вал 3 з 5 і проміжний 11 з різьбою для взаємодії з порожнистим ротором 4 вводять всередину технологічною поздовжньою тягою 12. ділянки трубопроводу 15, при цьому виключається Порожнистий ротор 4 включає паралельні диски пошкодження циліндричної сітчастої оболонки 14 13 і циліндричну сітчасту оболонку 14. порожнистого ротору 4. Знімають технологічну Тепловий витратомір містить вертикальну поздовжню тягу 12 і монтують вер хню 1 і нижню 2 ділянку трубопроводу 15, на якій зовні змонтовані торцеві кришки (Фіг.8-10). За допомогою траверси компенсатор 16, нагрівач 17, допоміжний нагрівач 27, закріпленої на верхніх радіальних цапфах 23, 18 і захисний кожух 19. На ділянці трубопроводу пристрій піднімають у вертикальне положення, 15 змонтовані вузли кріплення у випробувальному повертаючи навколо додаткових радіальних цапф стенді 20, виконані у вигляді опорних кронштейнів 25 (Фіг.3, 4), а потім переміщують його всередину 21, такелажні вузли для вантажопідйомної підвіски рами 33 випробувального стенду 20 (Фіг.5) і 22, виконані у вигляді верхніх 23 і нижніх 24 встановлюють поворотну балку 34 (на Фіг.6 радіальних цапф, а також додаткові радіальні відведене положення поворотної балки 34 цапфи 25 для кантователя 26. Крім того, верхні зображено пунктирною лінією). Пристрій радіальні цапфі 23 взаємодіють з траверсою 27, а встановлюють опорними кронштейнами 21 на ділянка трубопроводу 15 - з ложементом 28. У напрямні штирі 31. закріплюють болтами 32 (Фіг.7) опорних кронштейнах 21 виконані отвори 29 і 30 і відкріплюють траверсу 27. для взаємодії відповідно з напрямними штирями До верхнього ступеня 10 вала 3 приєднують 31 і болтами 32, змонтованими на рамі 33 і привод 5, заправляють робочу рідину до рівня 35 і поворотній балці 34 випробувального стенду 20. проводять градуювання. Валу 3 задають різні На загальному виді пристрою (Фіг.1) числа обертів, які еквівалентні певним позначено: витрачанням робочої рідини, і на виході нагрівача - D - внутрішній діаметр вертикальної ділянки 17, допоміжного нагрівача 18 і компенсатора 16 трубопроводу; отримують відповідні величини електричної - L1 - довжина вертикальної ділянки напруги. При цьому джерела теплової енергії трубопроводу; нагрівача 17 і допоміжного нагрівача 18 з'єднані - L2 - відстань від нижньої торцевої кришки до паралельно, а термопари компенсатора 16, нижнього паралельного диска порожнистого нагрівача 17 і допоміжного нагрівача 18 ротору; послідовно. - L3 - відстань від верхнього паралельного Після градуювання, розбирання пристрою диска порожнистого ротору до рівня робочої здійснюють у зворотній послідовності, потім рідини; ділянку трубопроводу 15 встановлюють у робочу - b - радіальний зазор між внутрішньою систему для експлуатації. При цьому при поверхнею вертикальної ділянки трубопроводу і горизонтальному положенні ділянки трубопроводу циліндричною сітчастою оболонкою порожнистого 15, нагрівач 17 і допоміжний нагрівач 18 ротору; забезпечують високу точність вимірювання - Н1 - висота порожнистого ротору від нижньої витрачання робочої рідини, яка тече по ділянці поверхні нижнього паралельного диска до трубопроводу 15 в напрямку від компенсатора 16 верхньої поверхні верхнього паралельного диска; до нагрівача 17. - Н2 – відстань між паралельними дисками Якщо випробувальний цех має велику висоту, порожнистого ротору; то можливе вертикальне встановлення вала 3 з - а = 100-200мм - відстань між центрами порожнистим ротором 4 всередину вертикальної компенсатора і нагрівача. Рівень 35 робочої рідини ділянки трубопроводу 15, закріпленої у ділить внутрішню порожнину ділянки випробувальному стенді 20, при цьому трубопроводу 15 на газовий і рідинний об'єми технологічна поздовжня тяга 12 виконується (Фіг.1). Верхня 1 і нижня 2 торцеві кришки довжиною 200-300мм і має вушко для траверси 27. 9 28191 Для перевантаження ділянки трубопроводу 15 як у горизонтальному положенні, так і у вертикальному за допомогою вантажопідйомної підвіски 22 або траверси 27 може використовува тися пристрій для захвату вантажу за [патентом України №53342А, МПК В66С 1/66, 2002р.] Транспортування великогабаритних і важких теплових витратомірів у віддалені райони, наприклад на бурові установки, може здійснюватися на зовнішній підвісці вертольота з використанням пристрою за [патентом України №6858u, МПК B64D 9/00, В64С 17/00, 2004р.] Таким чином, запропонований пристрій, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє забезпечити високу точність вимірювань для теплових витратомірів. 10 11 28191 12