EE01508U1 - Ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade mahtühtlusti - Google Patents

Abstract

Leiutis käsitleb ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade mahtühtlustit, millel on silindriline korpus, kus korpuse ühes otsas on vedeliku sissevoolu ava ja teises otsas väljavoolu ava, kusjuures nende avade läbimõõdud on väiksemad silindrilise korpuse siseläbimõõdust ning mahtühtlusti korpusesse on risti vedeliku liikumise suunaga paigutatud vedeliku kiirusväljade summutuselement, mis on moodustatud kahest oma põhjaosadega kokku ühendatud ümarast perforeeritud pindadega õõnsast koonusest, mille põhjade läbimõõt ühtib mahtühtlusti korpuse siseläbimõõduga.

Description

TEHNIKAVALDKOND

Leiutis kuulub torustikes teostatava vedelike ja gaaside transpordi valdkonda ja on ette nähtud transporditavates keskkondades tekkivate ebaühtlaste ning mittestatsionaarsete kiirusväljade ühtlustamiseks.

Ülalkirjeldatud transpordil transporditavas vedelikus või gaasis tekkivad mittestatsionaarsed ning ebaühtlased kiirusväljad ei võimalda usaldusväärselt mõõta transporditava aine või keskkonna liikumiskiirust, mis omakorda raskendab oluliselt transpordiprotsessi juhtimist ning sellega vähendab selle efektiivsust. Nimetatud kiirusväljad ühtlustuvad küll vedeliku või gaasi pikemaajalise voolamise käigus sirges takistusteta torulõigus, kuid komplitseeritud ja liigendatud torustikusüsteemides, kus statsionaarset voolamist moonutavate takistuste (torustiku suuna muutused, torustiku hargnemised, torustiku sisearmatuurid, jms) ja sellega ebaühtlasi kiirusvälju tekitavate elementide vahemaad on ebapiisavad tekkinud kiirusväljade ühtlustumiseks, on transpordiprotsessi juhtimine eriti komplitseeritud. Mittestatsionaarne voolamine põhjustab ka jõude, mis võivad kahjustada nii torustikke kui ka neid teenindavaid seadmeid.

TEHNIKA TASE

Seadmed ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade ühtlustamiseks on käesoleval ajal juba tuntud. Need võivad olla realiseeritud iseseisva seadmena, kuid paljudel juhtudel ka vastava mõõteseadme sisendsõlmena, mis ühtlustab voolus olevad mittestatsionaarsed kiirusväljad enne voolava keskkonna jõudmist mõõteseadme andurini.

Nii on tuntud kulumõõtur, mille korpuse läbimõõt on oluliselt suurem kui selle sissevoolu avaja väljavoolu ava läbimõõdud, andur on paigutatud kulumõõturi väljavoolu ava lähedusse ning kulumõõturi korpusesse on paigutatud risti selle pikiteljega kaks teineteisest teatud kaugusel olevat kettakujulist perforeeritud vaheseina, mis funktsioneerivad kiirusväljade mahtühtlustina. Kulumõõturi sissevoolu avale lähemal oleva ketta perforatsioon on suuremate avadega, andurile lähemal oleva ketta perforatsiooni avad on aga poole väiksemad. Mõõturisse sisenev vedelikuvool, jaotudes üle

esimese perforeeritud vaheseina, stabiliseerub teatud ulatuses, kaotades vaheseina läbides esmajoones pöörised. Seejärel läbib vedelik teise, peenema perforatsiooniga vaheseina, kus kiirusväljade radiaalsed komponendid sumbuvad ning koonilises ruumis pärast teist vaheseina kujuneb välja juba praktiliselt ühtlane kiirusväli (Vene Föderatsiooni kasulik mudel RU127904U1, publitseeritud 10.05.2013).

Kirjeldatud kulumõõturis oleva kiirusvälja mahtühtlusti puuduseks on, et kiirusväljade efektiivse stabiliseerimise juures on sellise mahtühtlusti takistustegur küllaltki kõrge, ulatudes väärtuseni 4-5, mille tulemusena vedeliku transportimine torustikes on oluliselt energiakulukam.

Samuti on tuntud enne mõõteseadet torustikku paigaldatav vedelikuvoo stabiliseerimise seade, mis kujutab endast vedeliku voolutorusse ühendatud silindrilist voolutorust suurema läbimõõduga seadet, mis on äärikühendustega kinnitatud voolutorule. Seadme sissevoolu ava läbimõõt on võrdne voolutoru läbimõõduga, väljundosa on aga kahaneva koonuse kujuline ja selle ümar ava on võrdne selle külge kinnitatava voolutoru läbimõõduga. Seadme sisse on risti vedeliku voolusuunaga paigutatud kooniline perforeeritud vahesein selliselt, et koonuse tipp on suunatud seadme sissevoolu ava poole, st vastu vedeliku voolu suunda. Seadmesse sisenev keeriste ja muude mittestatsionaarsete kiirusväljadega vedeliku või gaasi voog jaotub perforeeritud koonust läbides väiksemateks jugadeks, mille kiirus on suurem, kuid sellega ka rõhk madalam. Nende jugade segunemine toimub seadme väljavoolu ava poole kitsenevas koonuses ja selle lõpust ehk väljavoolu avast väljub juba stabiliseeritud vedeliku või gaasi vool. (Vene Föderatsiooni kasulik mudel RU162344U1, publitseeritud 10.06.2016).

Kirjeldatud seadme eeliseks on, et selle takistustegur on oluliselt väiksem kui esimesena kirjeldatud tuntud lahendusel, kuid puuduseks on, et ebaühtlaste väljade ühtlustamise efektiivsus sõltub ühtlustatavate väljade ebaühtluse tasemest ja seadmesse siseneva vedelikuvoo suurte ebaühtluse tasemete korral väheneb vedelikuvoo maksimaalse kiiruse ja keskmise kiiruse suhe ainult 30-40%, seega kiirusväljade ühtlustamise efektiivsus ei ole piisav.

LEIUTISE OLEMUS

Käesoleva leiutise eesmärgiks on luua ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade mahtühtlusti konstruktsioon, milles on likvideeritud eelpool teisena kirjeldatud

leiutise puudused, st mis tagab, et ebaühtlaste kiirusväljade ühtlustamise efektiivsus sõltub võimalikult vähe seadmesse siseneva vedelikuvoo kiirusvälja ebaühtluse tasemest.

Seatud eesmärk saavutatakse sellega, et ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade mahtühtlustis, millel on silindriline korpus, kus korpuse ühes otsas on vedeliku sissevoolu ava ja teises otsas väljavoolu ava, kusjuures nende avade läbimõõdud on väiksemad silindrilise korpuse siseläbimõõdust ning mahtühtlusti korpusesse on risti vedeliku liikumise suunaga paigutatud vedeliku kiirusväljade ühtlustuselement, mis on moodustatud kahest oma põhjaosadega kokku ühendatud ümarast perforeeritud pindadega õõnsast koonusest, mille põhjade läbimõõt ühtib mahtühtlusti korpuse siseläbimõõduga.

Mahtühtlusti korpus on moodustatud kahest osast, mis on omavahel kokku ühendatud korpuse pikitelje suhtes laupühendusega.

Mahtühtlusti sissevoolu ava ja väljavoolu ava läbimõõdud on võrdsed ja korpuse siseläbimõõt on vähemalt 1,5-2 korda suurem nende avade iäbimõõdust.

Mahtühtlusti korpuse sisepind sissevoolu avast kuni korpuse siseläbimõõdu saavutamiseni on sujuvalt laienev.

Mahtühtlusti korpuse sisepind siseläbimõõdust kuni väljavoolu ava läbimõõdu saavutamiseni on sujuvalt kitsenev.

Perforatsiooniavad mõlemal koonuspinnal on identse kuju ja mõõtmetega.

Perforatsiooniavade pikitelg on paralleelne mahtühtlusti korpuse pikiteljega.

ILLUSTRATSIOONIDE LÜHIKIRJELDUS

Joonisel fig 1 on esitatud mahtühtlusti põhimõtteline konstruktsioon.

Joonisel fig 2 on esitatud leiutisekohase mahtühtlusti töö modelleerimise tulemused torustiku pikilõikes.

Joonisel fig 3 on esitatud kiirusväljad joonisel fig 2 tähistatud ristlõigetes.

LEIUTISE TEOSTAMISE NÄIDE

Mahtühtlusti korpus koosneb kahest silindriliselt osast - sisendosast 1 ja väljundosast 2, mis on omavahel kokku ühendatud korpuse pikitelje suhtes laupühendusega 3. Sisendosas 1 on vedeliku sissevoolu ava 4, väijundosas 2 aga vedeliku väljavoolu ava 5, kusjuures avade 4 ja 5 läbimõõdud on võrdsed. Mahtühtlusti korpusesse on risti vedeliku liikumise suunaga paigutatud vedeliku kiirusväljade ühtlustuselement 6, mis on moodustatud kahest oma põhjaosadega kokkuühendatud ümarast perforeeritud pindadega õõnsast koonusest 7 ja 8, millede põhja läbimõõt ühtib mahtühtlusti korpuse siseläbimõõduga ja mõlemad koonused 7 ja 8 on oma perimeetril jäigalt ühendatud korpuse sisepinna külge.

Mahtühtlusti korpuse sisendosa 1 sisepind sissevoolu avast 4 kuni korpuse siseläbimõõdu saavutamiseni on sujuvalt laienev, korpuse väijundosas 2 sisepind aga alates korpuse siseläbimõõdust kuni väljavoolu avani 5 läbimõõduni on sujuvalt kitsenev. Korpuse siseläbimõõt on vähemalt 1,5-2 korda suurem sissevoolu ava 4 ja väljavoolu ava 5 läbimõõdust.

Koonuste 7 ja 8 perforatsiooniavad 9 on ümarad ja mõlemas koonuses sama läbimõõduga, kusjuures nende läbimõõt on 10-20 mm ja need paiknevad sammuga S = 20 kuni 40 mm ning nende pikiteljed on paralleelsed mahtühtlusti korpuse pikiteljega. Avade läbimõõt valitakse lähtuvalt mahtühtlusti korpuse siseläbimõõdust. Perforatsiooni eespool kirjeldatud parameetrid on mahtühtlustitele, mis paigutatakse torustikesse diameetriga kuni 30 cm, kui torustike läbimõõt ületab selle väärtuse, on otstarbekas suurendada ka mahtühtlusti ühtlustuselemendi 6 perforatsiooniavade läbimõõtu, kuid see ei tohi ületada 20 mm.

Mahtühtlusti ühendatakse sissevoolu ava 4 ja väljavoolu ava 5 abil torustikku, kus on vajalik ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade ühtlustamine. Vedelikuvoo sisenemisel sissevoolu ava 4 kaudu toimub mahtühtlusti sisendosas 1 selle voo äkiline laienemine, mis on tingitud sisendosa 1 oluliselt suuremast läbimõõdust võrreldes sissevoolu ava 4 läbimõõduga ja selle laienemisega osaliselt ühtlustuvad ka mittestatsionaarsed kiirusväljad, esmajoones turbulentsed. Kiirusväljade edasine ühtlustumine toimub siis, kui vedelik läbib kaks koonust 7 ja 8, mis moodustavad ühtlustuselemendi 6. Ühtlustuselemendis 6 oleva esimese koonuse 7 perforatsiooniavade 9 läbimisel vähendavad korpuse üla- ja allosas tekkivad paralleelsed vedelikuvood olulises osas vedeliku turbulentsi ja selle edasine ühtlustumine toimub, kui vedelik läbib teises koonuses 8 olevad avad 9. Teise koonuse 8 läbinud ja oluliselt turbulentsi kaotanud vedelik stabiliseerub veelgi mahtühtlusti sujuvalt kitseneva väljundosa 2 läbimisel ja väljavoolu avasse 5 jõudnud vedelik on saavutanud juba sisuliselt laminaarse voolamise režiimi.

Leiutise efektiivust kontrolliti modelleerides matemaatiliselt õhu liikumist joonisel fig 2 kujutatud torustikus, kus toru osalisel sugemisel siibriga loodi torustikus enne mahtühtlustit eriti kõrge erisuunaliste kiirusväljade kontsentratsioon. Kiirusväljade olukord fikseeriti neljas ristlõikes toru pikkusel: l-l - toru ühe läbimõõdu kaugusel enne siibrit; ll-ll - toru poole läbimõõdu kaugusel pärast siibrit; lll-lll - mahtühtlusti korpuse silindrilise osa lõpus ja IV-IV - toru ühe läbimõõdu kaugusel mahtühtlusti otsast. Modelleerimine näitas, et siibriga tekitatud väga intensiivsed erisuunalised kiirusväljad (ristlõige 11-11), mis suunati siis ühtlustuselemendile ning juba enne ühtlustuselemendist väljumist olid need oluliselt ühtlustunud (ristlõige lll-lll) ja toru ühe

läbimõõdu kaugusel mahtühtlusti otsast (ristlõige IV-IV) olid torus eelnevalt olnud erinevad kiirusväljad täielikult ühtlustunud.

Claims (7)

1. 1. Ebaühtlaste ja mittestatsionaarsete kiirusväljade mahtühtlusti, millel on silindriline korpus, kus korpuse ühes otsas on vedeliku sissevoolu ava (4) ja teises otsas väljavoolu ava (5), kusjuures nende avade (4, 5) läbimõõdud on väiksemad siiindrilise korpuse siseläbimõõdust ning mahtühtlusti korpusesse on risti vedeliku liikumise suunaga paigutatud vedeliku kiirusväljade ühtlustuselement (6), mis erineb selle poolest, et ühtlustuselement (6) on moodustatud kahest oma põhjaosadega kokku ühendatud ümarast perforeeritud pindadega õõnsast koonusest (7, 8), mille põhjade läbimõõt ühtib mahtühtlusti korpuse siseläbimõõduga.
2. 2. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et korpus on moodustatud kahest osast (1, 2), mis on omavahel kokku ühendatud korpuse pikitelje suhtes laupühendusega.
3. 3. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et korpuse sissevoolu ava (4) ja väljavoolu ava (5) läbimõõdud on võrdsed ja korpuse siseläbimõõt on vähemalt 1,5-2 korda suurem nende avade (4, 5) läbimõõdust.
4. 4. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et mahtühtlusti korpuse sisepind sissevoolu avast (4) kuni korpuse siseläbimõõduni on sujuvalt laienev.
5. 5. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et mahtühtlusti korpuse sisepind siseläbimõõdust kuni väljavoolu ava (5) läbimõõduni on sujuvalt kitsenev.
6. 6. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et perforatsiooniavad (9) mõlemal koonuspinnal on identse kuju ja mõõtmetega.
7. 7. Mahtühtlusti vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et koonustes olevate perforatsiooniavade (9) pikiteljed on paralleelsed mahtühtlusti korpuse pikiteljega.