Сужающее устройство
Владельцы патента RU 2284475:
Минигулов Рафаэль Минигулович (RU)
Аверкин Анатолий Иванович (RU)
Зиберт Генрих Карлович (RU)
Запорожец Евгений Петрович (RU)
Изобретение может быть использовано для измерения объемного расхода потока путем измерения перепада давления, а также в качестве смесителя или разделителя потоков на газопроводах, промысловых или заводских установках подготовки или переработки газов. Сужающее устройство содержит последовательно расположенные входную цилиндрическую часть, конфузор, горловину и диффузор. Конфузор, горловина и диффузор выполнены из трубы и соосно расположенного внутри нее твердого тела с каналами, образующими струевыпрямитель. Поперечное сечение каналов увеличивается к краям твердого тела, которое может быть выполнено в виде цилиндра с диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, а также может иметь один продольный осевой канал. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей при простой технологии изготовления. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области гидродинамических устройств, для изменения скорости потоков путем плавного сужения и расширения их поперечных сечений. Устройство может быть использовано для повышения давления потоков газа и (или) жидкости высоконапорными потоками, для замера объемов или масс потоков путем измерения перепада давления на устройстве, в качестве смесителя или разделителя потоков, вместо сопла "Вентури". Изобретение может быть использовано на газопроводах, на промысловых или заводских установках подготовки или переработки газов.
Известно сужающее устройство типа сопла "Вентури" для отделения жидкости от газа, состоящее из входной цилиндрической части - форкамеры со щелями, конфузора, горловины, диффузора (SU 1722540 А1, кл. В 01 D 45/12).
Недостатком этой конструкции является сложность изготовления внутренней полости сужающего устройства (конфузора, горловины, диффузора) требуемой точности, т.к. при значительной длине и малом диаметре необходимо точно выдержать углы внутренних конусов, чистоту обработки и соосность последовательно расположенных элементов: форкамеры, конфузора, горловины, диффузора. В связи с невозможностью изготовления сужающего устройства в виде единой детали механической обработкой внутренней полости ее изготавливают из частей, например, сваркой или с применением фланцев, что дополнительно увеличивает допуски на точность изготовления сужающего устройства и, естественно, ухудшает эффективность работы устройства.
Известно сужающее устройство измерителя расхода газа "струя" по патенту РФ № 2193756, МПК G 01 F 1/42 (прототип), состоящее из входной цилиндрической части - форкамеры, конфузора, горловины, диффузора, в котором для повышения эффективности работы дополнительно на входе установлен струевыпрямитель, около штуцеров отбора давления выполнена перфорация трубы и горловины, а сопло выполнено криволинейного профиля с точкой перегиба вогнутой и выпуклой части сопла (конфузора). Такое техническое решение повышает эффективность работы сужающего устройства, однако оно не устраняет недостатки, указанные для аналога (невозможно соосно выполнить и установить форкамеру, струевыпрямитель, конфузор, горловину, диффузор), и при этом варианте значительно усложняется конструкция сужающего устройства.
Целью изобретения является:
- упрощение конструкции сужающего устройства путем исключения поперечных стыков на рабочей поверхности между конфузором, горловиной и диффузором;
- упрощение технологии изготовления за счет исключения дорогостоящей внутренней обработки криволинейных профилей;
- повышение эффективности работы за счет повышения точности и чистоты изготовления путем наружной обработки криволинейных поверхностей и выравнивания потоков по всей длине в самом "живом" сечении сужающего устройства;
- расширение функциональных возможностей устройства.
Это достигается тем, что в сужающем устройстве, включающем входную цилиндрическую часть, струевыпрямитель, конфузор, горловину, диффузор, штуцер, соединенный с горловиной, струевыпрямитель на входе и выходе устройства, конфузор, горловина и диффузор выполнены из трубы и соосно расположенного внутри нее твердого тела с увеличивающимися к его краям свободными объемами (с уменьшающими к краям тела площадями поперечного сечения), при этом струевыпрямители образованы наклонными каналами в твердом теле, поперечное сечение которых увеличивается к его краям, в твердом теле выполнен, по крайней мере, один проход (канал), соединенный со штуцером горловины, струевыпрямитель и твердое тело изготовлены из цилиндра с диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, в виде единой детали.
На фиг.1 представлено сужающее устройство - его продольный разрез, включающий трубу с входной цилиндрической частью и соосно расположенное в ней твердое тело, образующее с внутренней стенкой трубы конфузор, горловину, диффузор и по всей длине твердого тела струевыпрямители; на фиг.2 представлено поперечное сечение сужающего устройства из трубы и твердого тела; на фиг.3 - дан вид из трубы на торец твердого тела; на фиг.4 и 5 даны продольные разрезы сужающего устройства с вариантами исполнения продольных проходов (каналов) внутри тела.
Сужающее устройство, фиг.1-5, включает:
- цилиндрический корпус (трубу) 1 с входной цилиндрической частью - форкамерой 9, присоединительными входным 2 и выходным 3 фланцами;
- соосно установленное в трубе твердое тело 4, выполненное, например, из цилиндра с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру цилиндрического корпуса 1, снабженное наклонными каналами, например продольными V-образными каналами 5 с увеличивающимися поперечными сечениями к краям твердого тела, образующими (в свободном объеме твердого тела сужающего устройства) струевыпрямитель - делитель потоков 6.
Твердое тело 4 и внутренние стенки 8 цилиндрического корпуса (трубы) 1 на входе сужающего устройства после форкамеры 9 образуют конфузор 10, на выходе - диффузор 11 и между ними - горловину 12, оставшаяся часть твердого тела между каналами образует перегородки 13.
Для отбора высокого давления на входе сужающее устройство снабжено штуцером 14, а для отбора или подачи потока низкого давления - штуцером 15. Перед штуцерами 14 и 15 подачи или замера высокого и низкого давления могут располагаться кольцевые камеры 16 с перфорацией 17 по периметру отбора давления с корпуса 1 или с перфорацией 18 при отборе с внутренней встроенной камеры 19 в твердом теле 4.
Для исключения перфорации цилиндрической части (трубы) 1, находящейся под высоким давлением, в твердом теле 4 выполнен продольный осевой проход (канал) 20, который соединен со штуцером 15 и с внутренней встроенной перфорированной камерой 19. В этом случае твердое тело выполняется составным: из конуса 21 с осевым каналом, из перфорированной обечайки 22, конуса 23 и ребер 7 с последующей его наружной чистовой обработкой.
На фиг. 5 изображено сужающее устройство, выполненное с уступом 24 на твердом теле 4 и соплами 25 для обеспечения турбулентного, рециркуляционного перемешивания потоков.
Устройство работает следующим образом.
Газовый, жидкостной или газожидкостной поток из трубопровода направляется в цилиндрический корпус 1 через входной фланец 2, разбивается на струевыпрямителе 6 на множество потоков, в зависимости от количества выполненных каналов 5, отделенных по всему пути движения друг от друга перегородками 13 (оставшимися частями твердого тела 4 после выполнения каналов 5). При движении потока через каждый канал 5 каждый элементарный разделенный поток проходит конфузор, горловину, диффузор и при этом плавно сжимается и расширяется строго вдоль оси устройства без взаимного влияния разделенных потоков друг на друга и их турбулизации. Перед сужающим устройством в зависимости от наличия поворотов, изгибов или других турбулентных возмущений потоков могут быть установлены дополнительные струевыпрямители. При использовании сужающего устройства в качестве измерителя расхода потока производится отбор на дифференциальный манометр высокого давления через штуцер 14 и низкого давления через штуцер 15, при этом отбор давления производится через кольцевые камеры 16 с перфорацией 17. При использовании сужающего устройства в качестве эжектора низконапорный поток подается через штуцер низкого давления 15 в зону разрежения, создаваемого активным высоконапорным потоком, поступающим в устройство через входной штуцер 2, потоки смешиваются и выходят из устройства через выходной фланец 3. Аналогично сужающее устройство работает в качестве смесителя потоков; в этом случае для лучшего перемешивания на твердом теле 4 выполнены уступы 24, обеспечивающие турбулентное и рециркуляционное движение активного потока после горловины, в которую через штуцер 15, канал 20, сопла 25 подается смешиваемый поток.
Приведенное сужающее устройство в отличие от известных, например сопла "Вентури", позволяет:
- улучшить эффективность его работы за счет повышения качества и точности его изготовления и выполнения рабочих поверхностей конфузора, горловины, диффузора в виде единой детали с наружной ее механической обработкой на серийном оборудовании (станках для механообработки) любой длины и любого диаметра;
- улучшить распределение потоков по всей длине устройства за счет выполнения в твердом теле направленных вдоль оси каналов при снижении их длины за счет выполнения устройства многосопловым;
- расширить область применения сужающего устройства: для замера расхода потоков, в качестве струйного компрессора - эжектора, смесителя потоков, разделителя потоков - сепаратора при повышении эффективности их работы;
- снизить стоимость изготовления за счет применения технологии наружной обработки криволинейных поверхностей и уменьшения длины, т.к. струевыпрямитель на входе, конфузор, горловина, диффузор и струевыпрямитель на выходе выполнены в пределах длины твердого тела;
- упростить конструкцию, ее прочностные расчеты за счет использования одного цилиндрического корпуса, работающего под давлением, без промежуточных фланцев и конусов;
- обеспечить возможность применения любых конструкционных материалов для изготовления основных криволинейных рабочих поверхностей внутренних устройств - твердого тела, расположенного внутри цилиндра и не работающего под избыточным давлением как корпус.
1. Сужающее устройство, включающее струевыпрямитель, последовательно расположенные входную цилиндрическую часть, конфузор, горловину и диффузор, отличающееся тем, что струевыпрямитель, конфузор, горловина и диффузор выполнены из трубы и соосно расположенного внутри нее твердого тела с каналами, образующими струевыпрямитель, при этом поперечное сечение каналов увеличивается к краям твердого тела.
2. Сужающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в твердом теле выполнен, по крайней мере, один продольный осевой канал.
3. Сужающее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что твердое тело выполнено в виде цилиндра с диаметром, равным внутреннему диаметру трубы.
