Спосіб регулювання ущільнення поршня трубопоршневих установок для кріогенних рідин
Використання: при монтажі та періодичних перевірках готовності трубопоршневих установок (ТПУ), головним чином кріогенних, що мають електропривод поршня та пристрої для регулювання ущільнення поршня. Сутність винаходу: спосіб регулювання ущільнення поршня трубопоршневих установок для кріогенних рідин полягає в тому, що послідовно змінюють зазор між ущільненням і ущільнюваною поверхнею труби, регулювання ущільнення поршня проводять попередньо на контрольній рідині, в'язкість якої при нормальній температурі дорівнює в'язкості робочої рідини величини ущільнення визначають відповідну величину потужності споживання приводом поршня. Оптимальну величину ущільнення визначають за найменшим значенням величини потужності споживання приводом поршня при відсутності протікання, а потім на робочій рідині здійснюють остаточне регулювання ущільнення до досягнення величини споживання споживання приводом поршня найменшого значення, отриманого при регулюванні на контрольній рідині.
Винахід може бути використаний при монтажі та періодичних перевірках готовності трубопоршневих установок (ТПУ), головним чином кріогенних, що мають електропривод поршня та пристрій для регулювання ущільнення поршня.
Відомий спосіб регулювання перетікання робочого середовища через вузол ущільнення трубопоршневих установок, що є основним джерелом похибки відтворення витрати, що передбачає повне усунення перетікання і, отже, контроль її величини. Відомий спосіб реалізований у пристрої для перевірки витратомірів і лічильників з частотним виходом [1] шляхом підтримки нульового перепаду тиску середовища пообом сторонам поршня ТПУ. Однак операції, що здійснюються при цьому, технічно складні і, крім того, вимагають дорогого обладнання.
Найбільш близьким до пропонованого є спосіб регулювання ущільнення поршня ТПУ для кріогенних рідин, відповідно до якого послідовно змінюють зазор між ущільненням і внутрішньою поверхнею труби, вимірюють величину протікання рідини через зазор і визначають величину оптимального ущільнення [2] Для визначення перетікання кріогенної рідини через зазор між ущільненням поршня і внутрішньою поверхнею труби, розміщеної вертикально, навантажують поршень гирями, задаючи необхідні тиск і швидкість переміщення (вниз) поршня при перекритому випускному вентилі. Таким чином, швидкість переміщення поршня в трубі, наприклад, крайнього верхнього положення його до крайнього нижнього положення характеризує величину перетікання. Зміною зазору (переміщенням розпірної втулки під ущільненням вздовж осі поршня) досягають мінімально можливої перетічки. Останню при визначенні витрати враховують як поправку, що вводиться з умовним коефіцієнтом, величина якого (0,1) менше одиниці, оскільки визначення перетікання здійснюють при тиску в трубі, що перевищує робочий тиск.
Недоліком способу є недостовірність одержуваної величини перетікання. Це пояснюється низкою причин. По-перше, визначення перетікання здійснюють у квазістатичному режимі, лише віддалено нагадує робочий режим, характеризується, наприклад, інший динамікою перетікання та іншим співвідношенням фаз кріогенного середовища, що визначальним чином впливає на умови перетікання. Визначення перетікання на робочому режимі ТПУ зустрічає великі технічні труднощі. По-друге, отримана величина перетікання приймається як поправка вумовну частку (0,1) без будь-яких розрахунків, що ставить під сумнів його достовірність. Спосіб не дозволяє підвищити точність генерування витрати кріогенного середовища, оскільки дійсна величина перетікання її в робочих умовах ТПУ залишається невідомою, тобто. ущільнення поршня після проведення регулювання залишається неоптимальним щодо виконуваних ним функцій.
Технічний результат винахід полягає у підвищенні точності вимірювання величини перетікання.
Це досягається тим, що в способі регулювання ущільнення поршня ТПУ для кріогенних рідин, згідно з яким послідовно змінюють зазор між ущільненням і поверхнею ущільнюється труби, вимірюють величину протікання рідини через зазор і визначають величину оптимального ущільнення, регулювання ущільнення поршня проводять попередньо на контрольній рідині, при нормальній температурі дорівнює в'язкості робочої рідини, для кожної величини ущільнення визначають відповідну величину потужності споживання приводом поршня, а оптимальну величину ущільнення визначають за найменшим значенням величини потужності споживання приводом поршня при відсутності протікання, а потім на робочій рідині споживання приводом поршня найменшого значення, отриманого при регулюванні контрольної рідини.
Істотним у запропонованому способі є те, що стає можливим перенесення на будь-яку робочу рідину результату регулювання ущільнення значення споживаної приводом поршня потужності, отриманого попередньо на рідини, в'язкість якої аналогічна в'язкості робочої рідини, оскільки саме цей параметр при однаковому перепаді тиску на поршні є основним фактором,визначальним величину перетікання. Істотним у запропонованому способі є, отже, і те, що він дозволяє уникнути вимірювання перетікання робочої рідини, що часто є в умовах вкрай низьких температур "незручної" для цієї процедури. Особливі переваги пропонований спосіб представляє користувачу кріогенних рідин, перетікання яких не можуть бути виміряні з високою точністю і з високим ступенем відтворюваності результатів вимірювання головним чином через нестійкість співвідношення фаз кріогенного середовища в часі та просторі (обсязі труби ТПУ).
У ТПУ, що включає калібровану трубу (циліндр) і встановлений в ній поршень різної конструкції з регульованим натягом ущільнення, з'єднаний з приводом, частину робочого циліндра перед поршнем заповнюють рідиною-замінником, наприклад, водогліцеринової суміші, тобто. рідиною, в'язкість якої за нормальних умов дорівнює в'язкості робочого (кріогенного) середовища; запоршневу порожнину циліндра з'єднують краном з трубопроводом і накопичувачем, створюють в ній тиск, рівний робочому (тиск в системі контролюють манометром), здійснюють кілька, наприклад 50, циклів зворотно-поступальних переміщень поршня в циліндрі з певною, відповідною максимальному робітнику при цьому потужність, що споживається приводом. Після закінчення випробувань відкривають кран у нижній частині циліндра за поршнем і перепускають рідину (протечку) через ущільнення поршня в накопичувач і потім відомим (об'ємним або ваговим) методом визначають її кількісне значення. Далі за наявності протікання через ущільнення збільшують ступінь натягу ущільнення поршня шляхом збільшення підтиску його пружних елементів (кілець, манжет та ін.) до поверхні труби. Знову здійснюють таку ж кількість циклів переміщень поршня вциліндрі з тією ж швидкістю. Заміряють потужність, споживану приводом (про збільшення споживаної потужності судять зі збільшення споживаного приводом струму), і знову контролюють наявність або відсутність протікання рідини-замінника через ущільнення поршня. Однак за відсутності протікання може виявитися, що поршень дещо переущільнений, тоді під час роботи установки спостерігатимуться затирання поршня, скорочення ресурсу роботи установки та приводу. Тому послаблюють ущільнення та, виконуючи описані вище операції, визначають оптимальну потужність, тобто. споживану електроприводом потужність, що відповідає такому мінімально можливому натягу ущільнення поршня, при якому через нього спостерігаються протікання рідини-замінника. Потім зливають рідину-замінник з циліндра та заповнюють його робочим середовищем з низькою температурою. Переміщаючи поршень з тією ж швидкістю, що і при роботі з замінною рідиною, проводять регулювання натягу ущільнення поршня з робочою поверхнею циліндра до досягнення значення потужності, що споживається електроприводом, що відповідає умовам роботи установки на рідині-заміннику при нормальній температурі. Вибір рідини-замінника роблять виходячи з відомого значення в'язкості реального робочого середовища. Для кріогенних рідин еквівалентними по в'язкості в нормальних умовах можуть бути, наприклад, водно-гліцеринові суміші у різних співвідношеннях.
Необхідність повторення операцій регулювання натягу ущільнення після заповнення циліндра установки реальним робочим середовищем пояснюється тим, що при низьких температурах зменшуються геометричні розміри поршня, циліндра та інших складових частин установки і, отже, може змінитися зазор між поршнем і ущільнюваною поверхнею циліндра. Про це судять щодо зміни (або незмінності)потужності, що споживається приводом поршня, і в разі необхідності регулюють ущільнення поршня так, щоб потужність, споживана приводом поршня при роботі на реальному робочому середовищі, дорівнювала потужності, оптимально споживаної при роботі на рідині-заміннику при нормальній температурі.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
СПОСІБ РЕГУЛЮВАННЯ Ущільнення ПОРШНЯ ТРУБОПОРШНЕВИХ УСТАНОВОК ДЛЯ КРІОГЕННИХ РІДИН, згідно з яким послідовно змінюють зазор між ущільненням і ущільнюваною поверхнею труби, вимірюють величину протікання рідини через зазор і визначають величину оптимального на контрольній рідині, в'язкість якої при нормальній температурі дорівнює в'язкості робочої рідини, при цьому для кожної величини ущільнення визначають відповідну величину потужності споживання приводом поршня, оптимальну величину ущільнення визначають за найменшим значенням величини потужності споживання приводом поршня при відсутності протікання, а потім на робочій рідині споживання приводом поршня найменшого значення, отриманого при регулюванні контрольної рідини.