СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПОРШНЯ ТРУБОПОРШНЕВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G01F25/00 

Изобретение может быть использовано при монтаже и периодических проверках готовности трубопоршневых установок (ТПУ), главным образом криогенных, имеющих электропривод поршня и устройство для регулирования уплотнения поршня.

Известен способ регулирования перетечки рабочей среды через узел уплотнения трубопоршневых установок, являющийся основным источником погрешности воспроизведения расхода, предполагающий полное устранение перетечки и, следовательно, контроль ее величины. Известный способ реализован в устройстве для поверки расходомеров и счетчиков с частотным выходом [1] путем поддержания нулевого перепада давления среды по обеим сторонам поршня ТПУ. Однако осуществляемые при этом операции технически сложны и, кроме того, требуют дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования уплотнения поршня ТПУ для криогенных жидкостей, в соответствии с которым последовательно изменяют зазор между уплотнением и внутренней поверхностью трубы, измеряют величину протечки жидкости через зазор и определяют величину оптимального уплотнения [2]
Для определения перетечки криогенной жидкости через зазор между уплотнением поршня и внутренней поверхностью трубы, размещенной вертикально, поршень нагружают гирями, задавая необходимые давление и скорость перемещения (вниз) поршня при перекрытом выпускном вентиле. Таким образом, скорость перемещения поршня в трубе, например, из крайнего верхнего положения его до крайнего нижнего положения характеризует величину перетечки. Изменением зазора (перемещением распорной втулки под уплотнением вдоль оси поршня) добиваются минимально возможной перетечки. Последнюю при определении расхода учитывают в качестве поправки, вводимой с условным коэффициентом, величина которого (0,1) меньше единицы, поскольку определение перетечки осуществляют при давлении в трубе, превышающем рабочее давление.

Недостатком способа является недостоверность получаемой величины перетечки. Это объясняется рядом причин. Во-первых, определение перетечки осуществляют в квазистатическом режиме, лишь отдаленно напоминающем рабочий режим, характеризуемый, например, иной динамикой перетечки и другим соотношением фаз криогенной среды, что определяющим образом влияет на условия перетечки. Определение же перетечки на рабочем режиме ТПУ встречает большие технические трудности. Во-вторых, полученная величина перетечки принимается в качестве поправки в условной доле (0,1) без каких-либо расчетов, что ставит под сомнение его достоверность. Способ не позволяет повысить точность генерирования расхода криогенной среды, так как действительная величина перетечки ее в рабочих условиях ТПУ остается неизвестной, т.е. уплотнение поршня после проведения регулирования остается неоптимальным в отношении выполняемых им функций.

Технический результат изобретение заключается в повышении точности измерения величины перетечки.

Это достигается тем, что в способе регулирования уплотнения поршня ТПУ для криогенных жидкостей, согласно которому последовательно изменяют зазор между уплотнением и уплотняемой поверхностью трубы, измеряют величину протечки жидкости через зазор и определяют величину оптимального уплотнения, регулирование уплотнения поршня проводят предварительно на контрольной жидкости, вязкость которой при нормальной температуре равна вязкости рабочей жидкости, для каждой величины уплотнения определяют соответствующую величину мощности потребления приводом поршня, а оптимальную величину уплотнения определяют по наименьшему значению величины мощности потребления приводом поршня при отсутствии протечки, а затем на рабочей жидкости осуществляют окончательное регулирование уплотнения до достижения величины мощности потребления приводом поршня наименьшего значения, полученного при регулировании на контрольной жидкости.

Существенным в предлагаемом способе является то, что становится возможным перенос на любую рабочую жидкость результата регулирования уплотнения значения потребляемой приводом поршня мощности, полученного предварительно на жидкости, вязкость которой аналогична вязкости рабочей жидкости, поскольку именно этот параметр при одинаковом перепаде давления на поршне является основным фактором, определяющим величину перетечки. Существенным в предлагаемом способе является, следовательно, и то, что он позволяет избежать измерения перетечки рабочей жидкости, часто являющейся в условиях крайне низких температур "неудобной" для этой процедуры. Особые преимущества предлагаемый способ представляет пользователю криогенных жидкостей, перетечки которых не могут быть измерены с высокой точностью и с высокой степенью воспроизводимости результатов измерения главным образом из-за неустойчивости соотношения фаз криогенной среды во времени и пространстве (объеме трубы ТПУ).

В ТПУ, включающей калиброванную трубу (цилиндр) и установленный в ней поршень различной конструкции с регулируемым натягом уплотнения, соединенный с приводом, часть рабочего цилиндра перед поршнем заполняют жидкостью-заменителем, например водоглицериновой смесью, т.е. жидкостью, вязкость которой при нормальных условиях равна вязкости рабочей (криогенной) среды; запоршневую полость цилиндра соединяют краном с трубопроводом и накопителем, создают в ней давление, равное рабочему (давление в системе контролируют манометром), совершают несколько, например 50, циклов возвратно-поступательных перемещений поршня в цилиндре с определенной, соответствующей максимальному рабочему режиму, скоростью, замеряя при этом мощность, потребляемую приводом. По окончании испытаний открывают кран в нижней части цилиндра за поршнем и перепускают жидкость (протечку) через уплотнение поршня в накопитель и затем известным (объемным или весовым) методом определяют ее количественное значение. Далее при наличии протечек через уплотнение увеличивают степень натяга уплотнения поршня путем увеличения поджима его упругих элементов (колец, манжет и др.) к поверхности трубы. Вновь совершают такое же число циклов перемещений поршня в цилиндре с той же скоростью. Замеряют мощность, потребляемую приводом (об увеличении потребляемой мощности судят по увеличению потребляемого приводом тока), и вновь контролируют наличие или отсутствие протечек жидкости-заменителя через уплотнение поршня. Однако при отсутствии протечек может оказаться, что поршень несколько переуплотнен, тогда при работе установки будут наблюдаться затирание поршня, сокращение ресурса работы установки и привода. Поэтому ослабляют уплотнение и, выполняя описанные выше операции, определяют оптимальную мощность, т.е. потребляемую электроприводом мощность, соответствующую такому минимально возможному натягу уплотнения поршня, при котором через него наблюдаются протечки жидкости-заменителя. Затем сливают жидкость-заменитель из цилиндра и заполняют его рабочей средой с низкой температурой. Перемещая поршень с той же скоростью, что и при работе с жидкостью-заменителем, проводят регулировку натяга уплотнения поршня с рабочей поверхностью цилиндра до достижения значения мощности, потребляемой электроприводом, соответствующей условиям работы установки на жидкости-заменителе при нормальной температуре. Выбор жидкости-заменителя производят исходя из известного значения вязкости реальной рабочей среды. Для криогенных жидкостей эквивалентными по вязкости в нормальных условиях могут быть, например, водно-глицериновые смеси в различных соотношениях.

Необходимость повторения операций по регулированию натяга уплотнения после заполнения цилиндра установки реальной рабочей средой объясняется тем, что при низких температурах уменьшаются геометрические размеры поршня, цилиндра и других составных частей установки и, следовательно, может измениться зазор между поршнем и уплотняемой поверхностью цилиндра. Об этом судят по изменению (или неизменности) мощности, потребляемой приводом поршня, и в случае необходимости регулируют уплотнение поршня так, чтобы мощность, потребляемая приводом поршня при работе на реальной рабочей среде, была равна мощности, оптимально потребляемой при работе на жидкости-заменителе при нормальной температуре.

Использование: при монтаже и периодических проверках готовности трубопоршневых установок (ТПУ), главным образом криогенных, имеющих электропривод поршня и устройства для регулирования уплотнения поршня. Сущность изобретения: способ регулирования уплотнения поршня трубопоршневых установок для криогенных жидкостей заключается в том, что последовательно изменяют зазор между уплотнением и уплотняемой поверхностью трубы, регулирование уплотнения поршня проводят предварительно на контрольной жидкости, вязкость которой при нормальной температуре равна вязкости рабочей жидкости, при этом для каждой величины уплотнения определяют соответствующую величину мощности потребления приводом поршня. Оптимальную величину уплотнения определяют по наименьшему значению величины мощности потребления приводом поршня при отсутствии протечки, а затем на рабочей жидкости осуществляют окончательное регулирование уплотнения до достижения величины мощности потребления приводом поршня наименьшего значения, полученного при регулировании на контрольной жидкости.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПОРШНЯ ТРУБОПОРШНЕВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, согласно которому последовательно изменяют зазор между уплотнением и уплотняемой поверхностью трубы, измеряют величину протечки жидкости через зазор и определяют величину оптимального уплотнения, отличающийся тем, что регулирование уплотнения поршня проводят предварительно на контрольной жидкости, вязкость которой при нормальной температуре равна вязкости рабочей жидкости, при этом для каждой величины уплотнения определяют соответствующую величину мощности потребления приводом поршня, оптимальную величину уплотнения определяют по наименьшему значению величины мощности потребления приводом поршня при отсутствии протечек, а затем на рабочей жидкости осуществляют окончательное регулирование уплотнения до достижения величины мощности потребления приводом поршня наименьшего значения, полученного при регулировании на контрольной жидкости.