устройство для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ В ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ, содержащее концентрично смонтированные в полости трубопровода цилиндрические наружный корпус и ампулу с входными пазами, образующие рабочий блок, блок управления и средство крепления этих блоков к стенке трубопровода, отличающееся тем, что ампула рабочего блока выполнена с изолированными фильтрованными отсеками, снабженными сменными фильтрующими элементами, наружный корпус и ампула рабочего блока выполнены с выходными пазами, идентичными по количеству, геометрии и площади проходного сечения, причем количество выходных пазов наружного корпуса соответствует количеству входных пазов, а площадь их проходного сечения превышает площадь проходного сечения входных пазов, причем рабочий блок выполнен сменным, при этом устройство снабжено стыковочным модулем для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления, выполненным в виде несущего корпуса, имеющего радиальную перегородку с выполненными в ней периферийными гнездами и центрирующим отверстием, двух полумуфт для соединения с рабочим блоком и блоком управления и крепления крайних фильтрующих элементов, упорного кольца и накидной крепежной гайки, при этом блок управления снабжен силовым корпусом с выполненными в нем гнездами, служащими продолжением периферийных гнезд радиальной перегородки несущего корпуса стыковочного модуля, а наружный корпус рабочего блока выполнен с ушками, входящими в зацепление с гнездами силового корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к отбору дисперсной фазы в двухфазных потоках и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, энергомашиностроительной, химической, нефтяной, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках, содержащее концентрично смонтированные в полости трубопровода цилиндрические наружный корпус и ампулу с входными пазами, образующие рабочий блок, блок управления и средство крепления этих блоков к стенке трубопровода.

Однако, известное устройство имеет невысокую представительность отбора проб и сложность в эксплуатации.

Технический результат изобретения состоит в повышении точности отбора дисперсной фазы, производимого одновременно по всему диаметру газохода, расширении диапазона использования, улучшении условий эксплуатации и транспортировки во время работы оператора на отдаленных объектах.

Для этого в устройстве для отбора дисперсной фазы в двухфазных потоках ампула рабочего блока выполнена с изолированными фильтровальными отсеками, снабженными сменными фильтрующими элементами, наружный корпус и ампула рабочего блока выполнены с выходными пазами, идентичными по количеству, геометрии и площади проходного сечения, причем, количество выходных пазов наружного корпуса соответствует количеству входных пазов, а площадь их проходного сечения превышает площадь проходного сечения входных пазов, причем рабочий блок выполнен сменным, при этом устройство снабжено стыковочным модулем для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления, выполненным в виде несущего, корпуса, имеющего радиальную перегородку с выполненными в ней периферийными гнездами и центрирующим отверстием, двух полумуфт для соединения с рабочим блоком и блоком управления и крепления крайних фильтрующих элементов, упорного кольца и накидной крепежной гайки, при этом блок управления снабжен силовым корпусом с выполненными в нем гнездами, служащими продолжением периферийных гнезд радиальной перегородки несущего корпуса стыковочного модуля, а наружный корпус рабочего блока выполнен с ушками, входящими в зацепление с гнездами силового корпуса.

На фиг. 1 представлено разборное устройство, продольный разрез; на фиг. 2 то же, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 конструкция стыковочного модуля; на фиг. 5 то же, вид В на фиг. 4; на фиг. 6 то же, вид Г на фиг. 4; на фиг. 7 то же, вид Д на фиг. 4; на фиг. 8 то же, разрез Е-Е на фиг. 4; на фиг. 9 (вариант I и II) взаимное расположение основных элементов устройства до отбора дисперсной фазы (а), то же во время отбора дисперсной фазы (б) и после отбора дисперсной фазы (в).

Устройство содержит следующие основные блоки и модули (фиг. 1 и 4): сменный рабочий блок 1, блок управления 2, стыковочный модуль 3 для синхронного взаимодействия рабочего блока и блока управления.

Сменный рабочий блок 1 состоит из концентрично смонтированных в полости трубопровода наружного корпуса 4 и ампулы 5, сменных фильтрующих элементов 6 и системы приемников 7 полного статического давлений. Наружный корпус 4 представляет собой тонкостенный круговой цилиндр, на лобовой и кормовой (по отношению к набегающему двухфазному потоку) поверхностях которого изготовлено n входных и выходных продольных пазов. Входные и выходные продольные пазы расположены строго друг против друга, при этом площадь каждого выходного паза согласно законам газодинамики превышает площадь соответствующего входного паза. К одному из торцов наружного корпуса 4 приварено донышко 8, играющее роль направляющей для ампулы 5. К противоположному торцу наружного корпуса 4 крепится стыковочный модуль 3. Ампула 5 размещается коаксиально внутри силового корпуса 4. Ампула 5, как и корпус 4, изготовлена в виде тонкостенного кругового цилиндра. На лобовой поверхности ампулы 5 изготовлены входные продольные пазы, количество и геометрия которых в точности соответствуют количеству и геометрии входных пазов наружного корпуса 4. Кормовая поверхность ампулы 5 поделена на ряд стояков, в которых смонтированы сменные фильтроэлементы 6. Количество фильтроэлементов 6 соответствует числу входных продольных пазов ампулы 5 и числу входных продольных пазов наружного корпуса 4. Крепление фильтрующих элементов 6 в отсеках ампулы 5 осуществляется с помощью L-образных стоек или их комбинаций, приваренных к проушинам ампулы 5. С целью исключения утечки газа, несущего дисперсную фазу через зазор между наружным корпусом 4 и ампулой 5 по периметру каждого продольного паза ампулы 5 нанесена обваловка из полимерных материалов. В качестве такого материала можно использовать, например, состав "230", применяемый в энергетических установках ракетно-космических комплексов, клей "К-300", эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6 и т. д.

В предлагаемом устройстве предусмотрен также затвор, позволяющий экспонировать фильтроэлементы 6 двухфазным потоком в течение заданного времени. Функция затвора реализуется в устройстве при вращении наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5 и кругового смещения продольных пазов относительно друг друга. Каждый фильтрующий элемент 6 включает в себя подложку 9 с продольными пазами и составной фильтр 10. Составной фильтр 10 может состоять, например, из тканых металлических сеток, между которыми размещен волокнистый фильтрующий материал ФП (фильтр Петрянова И. В.), тканое стекловолокно и т. д. Крепление фильтрующих элементов 6 к L-образным стойкам 11 в отсеках ампулы 5 производится крепежными элементами, например, винтами. С целью исключения утечек газа, несущего дисперсную фазу, внутри отсеков через зазоры между стенками ампулы 5 и подложками 9 у последних по всему периметру предусмотрены прокладки из полимерных материалов, например состава "230", клея "К-300", эпоксидной смолы ЭД-5, ЭД-6, и т. д.

В ряде L-образных перегородок ампулы 5 имеются отверстия, предназначенные для крепления системы приемников 7 полного и статического давлений. С помощью этих иглообразных приемников при отборе дисперсной фазы из двухфазного потока измеряются статическое и полное давления несущего газа, пересчитываемые в дальнейшем в расход и объем газа, протекающего через соответствующий отсек ампулы 5. Выходные концы приемников полного и статического давлений заделаны в штуцеры 12, приваренные к маховичку 13. К маховичку 13 крепится и указатель угла поворота 14 силового корпуса 15 блока управления. Во время измерений к штуцерам 12 стыкуются резиновые шланги от микроманометра или другого вторичного прибора. В блоке управления 2 основными базовыми элементами являются силовой корпус 15 и ампула 16. На силовом корпусе 15 этого блока смонтировано средство крепления 17, с помощью которого блоки крепятся к патрубку 18 трубопровода (газохода) 19. Средство крепления 17 включает в себя корпус 20, накидную гайку 21, уплотнение 22 и зажимной фланец 23. Уплотнение 22 выполняет еще и роль подшипника скольжения. С помощью средства крепления 17 устройство выставляется в исходное по отношению к набегающему двухфазному потоку положение. На торце силового корпуса 15 смонтирован еще один узел крепления 24, аналогичный средству крепления 17. Узел крепления 24 включает в себя приваренный к силовому корпусу 15 опорный фланец 25, уплотнение 26 и зажимной фланец 27. Уплотнение 26 играет роль и подшипника скольжения. Торец ампулы 16 закрыт заглушкой 28.

Стыковка сменного рабочего блока с блоком управления 2 осуществляется с помощью стыковочного модуля 3 (фиг. 4, модуль показан условно расстыкованным), являющегося составной частью устройства.

Наличие стыковочного модуля 3 в предлагаемом устройстве позволяет оперативно стыковать к блоку управления 2 рабочие блоки 1 любых типоразмеров в зависимости от габаритов газоходов, оперативно стыковать сменные рабочие блоки друг с другом и с блоком управления 2, осуществлять поворот наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5 как по часовой, так и против часовой стрелки, и таким образом, экспонировать фильтроэлементы дисперсной фазой, контролировать заданные по программе эксперимента угол поворота наружного корпуса 4 относительно неподвижной ампулы 5.

Стыковочный модуль включает в себя несущий корпус 29 с изготовленной в нем как единое целое радиальной перегородкой, упорное кольцо 30, приваренное к наружному корпусу 4 сменного рабочего блока 1, надетую на наружный корпус 4 накидную крепежную гайку 31 и две полумуфты 32 и 33. Полумуфты изготовлены как единое целое с L-образными стойками, используемыми для крепления фильтроэлементов.

Одна из этих полумуфт 32 скреплена с ампулой 5 сменного рабочего блока 10, другая полумуфта 33 с ампулой 16 блока управления 2. В обеих полумуфтах предусмотрены гнезда для проводки приемников полного и статического давлений. На внешней поверхности несущего корпуса 29 нарезана упорная резьба, а в радиальной перегородке этого же корпуса 29 изготовлены периферийные гнезда 34 и центрирующее отверстие 35 (фиг. 4 и 5). Составной частью стыковочного модуля 3 являются также торцы корпусов 4 и 15. На торце наружного корпуса 4 изготовлены ушки 36 (фиг. 4, 6 и 7), а на торце силового корпуса 15 гнезда 37 для захода ушек 36 (фиг. 4 и 8), являющиеся продолжением гнезд 34 радиальной перегородки несущего корпуса 29.

Устройство работает следующим образом (вариант I, фиг. 9).

Вначале оператор снимает заглушку и через патрубок 18 устройство вводится в газоход. До момента отбора дисперсной фазы (фиг. 9, а) входные продольные пазы наружного корпуса 4 относительно продольных пазов ампулы 5 и вектора скорости набегающего двухфазного потока могут быть смещены на 90^о (0,5 радиан). На фиг. 9 точкой "." отмечены входные продольные пазы наружного корпуса 4, а звездочкой "*" входные продольные пазы ампулы 5. Далее с помощью накидной крепежной гайки 21 закрепляют устройство в патрубке 18 газохода 19. После этого наружный корпус 4 поворачивается по часовой стрелке вокруг собственной оси на 90^о (0,5 радиан), ампула 5 при этом остается неподвижной. Данную операцию осуществляет оператор вручную, при этом угол поворота корпуса 4 определяется с помощью указателя угла поворота 14.

По окончании этого поворота входные продольные пазы корпуса 4 совмещаются с входными продольными пазами ампулы 5 (фиг. 9, б), начинается отбор дисперсной фазы. Продолжительность времени отбора фиксируется прибором времени, например, секундомером. Одновременно со временем регистрируются полное и статическое давления транспортирующего газа до и после фильтроэлемента 6 с помощью, например, микроманометра. Следует отметить, что до проведения измерений микроманометр должен быть выставлен в горизонтальное положение с помощью, например, уровнемера. Результаты замеров полного и статического давлений на фильтроэлементе в дальнейшем пересчитываются в объем газа, протекающего через рассматриваемый отсек ампулы 5. Осуществив отбор дисперсной фазы в течение заданного времени, наружный корпус 4 вновь поворачивают по часовой стрелке на 90^о, оставляя ампулу 5 при этом неподвижной, экспозиция фильтроэлементов 6 дисперсной фазой на этом заканчивается (фиг. 9, в).

Работа устройства может происходить и по варианту II (фиг. 9).

После этого устройство изымается из газохода и транспортируется в лабораторию на предмет определения концентрации дисперсной фазы, а также с целью проведения дисперсионного, химического, рентгенофазового и т. п. анализов. Демонтаж устройства после отбора дисперсной фазы следует проводить в лаборатории на специальном столике с приспособлениями.