Wykorzystanie metody zwężkowej do pomiaru strumienia objętości płynu jako metody znormalizowanej pozwala na sprawdzanie i kontrolowanie zużycia medium i wykorzystania tych informacji do wykonania bilansu energetycznego instalacji. Zamontowanie kryzy wymaga wykonania wstępnych pomiarów i szeregu proceduralnych obliczeń, pozwalających na jej odpowiedni dobór przy zachowaniu najwyższej klasy dokładności [1]. Metoda z wykorzystaniem kryzy jednootworowej jest metodą znaną, gdzie do pomiarów strumienia przepływu wykorzystuje się spiętrzenie płynu przed przegrodą.

Kryza wielootworowa

Producenci urządzeń pomiarowych przepływu płynu w ostatnich latach rozpoczęli poszukiwania rozwiązań charakteryzujących się mniejszymi startami hydraulicznymi oraz pozwalającymi na zwiększenie dokładności pomiaru. W tym celu rozpoczęto rozważania nad kryzami wielootorowymi, nad którymi obecnie pracuje wiele ośrodków badawczych. Znalezienie konkretnych informacji o wynikach prowadzonych badań jest bardzo ciężkie, a praktycznie niemożliwe. Na rys. 1 zostały przedstawione przykładowe rozmieszczenia otworów na tarczy kryzy. Tego typu badania są niezwykle ważne w dobie czasów, gdzie poszukuje się wszędzie oszczędności. W dużych zakładach, jakimi są np. elektrownie, redukcja zużycia o kilka dziesiątych procenta w skali roku może okazać się pokaźną oszczędnością.

Znalezienie odpowiedniej geometrii otworów w kryzie wielootworowej jest zadaniem, w którym oprócz pomysłu rozmieszczenia otworów należy przeprowadzić skomplikowane obliczenia wykorzystujące równanie Naviera-Stokesa, w celu określenia powstającej różnicy ciśnienia przed i za nią. Następnie należy wykonać kryzę i poddać ją badaniom polowym. Na rys. 2a przedstawiono znormalizowaną kryzę jednootworową dla średnicy DN 100 rurociągu, natomiast na rys. 2b kryzę wielootworową produkcji ZDPA w Ostrowie Wielkopolskim. Rozwiązanie zostało opatentowane przez ZPDA Spółka z o.o. Ostrów Wielkopolski i Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. Roberta Szewalskiego (No: 420933). Kryzy przedstawione na rys. 2 posiadają ten sam współczynnik przewężenia zwężki b.

Prototyp zaworu z kryzą pomiarową

Na rys. 3a przedstawiono prototyp zaworu kulowego z zamontowaną i wymienną kryzą pomiarową o średnicy DN100, natomiast na rys. 3b przekrój zaworu. Prototyp skonstruowano w układzie zaworu kulowego z tzw. kulą ujarzmioną. Rozwiązanie polega na tym, że kula w zaworze podtrzymywana jest za pomocą dwóch trzpieni uchwyconych w tulejach łożyskowych. Trzpienie służą równocześnie do obracania kuli. Zamontowana wewnątrz otworu w kuli wymienna kryza pełni rolę elementu układu pomiarowego tylko podczas pełnego otwarcia przelotu. Spiętrzenie medium przed kryzą powoduje powstanie różnicy ciśnienia przed i za nią. W celu pomiaru ciśnienia różnicowego w trzpieniach nawiercono otwory usytuowane w ten sposób, aby jeden otwór znajdował się przed, a drugi za kryzą. Na rys. 4 przedstawiono prototyp zaworu z podłączonymi do trzpienia rurkami impulsowymi i przetwornikiem różnicy ciśnienia.

Korpus zaworu wykonano ze stali P355NH, trzpień – ze stali X6CrNiTi 18-10, kula X20Cr13, kryza – ze stali austenitycznej 1.4541 – rys. 5. Taki dobór materiałów konstrukcyjnych pozwala na pomiary także w środowisku gazu ziemnego lub ropy naftowej. Zdjęcie pokrywy (rys. 3a) pozwala na wymianę kryzy o innym współczynniku przewężenia b lub zastosowanie kryzy wielootworowej bez potrzeby demontażu całego urządzenia i długoterminowej przerwy w przesyłaniu medium. Z badań wstępnych kryzy wielootworowej wynika [4], że zaletą jej stosowania jest to, że straty przepływu przez kryzę wykonaną według opatentowanego wynalazku są znacząco mniejsze niż w przypadku kryzy z otworami cylindrycznymi. Ponadto, przy przepływie cieczy dysze wykonane według wynalazku są bardziej odporne na powstawanie kawitacji, co pozwala na wykonywanie pomiarów przy większych prędkościach przepływu. Badania nad prototypem są prowadzone w ramach Programu Operacyjnego – Inteligentny Rozwój (POIR 01.01.01-000013/15 „Opracowanie urządzenia do pomiaru przepływu mediów na magistralach przemysłowych”).
 

Cały artykuł został opublikowany w nr 2/2018 magazynu Pompy, Pompownie.

Autorzy:

• Edward Krzemiński, Zakład Produkcji Doświadczalnej Automatyki Ostrów Wielkopolski
• dr inż. Janusz Rogula, Politechnika Wrocławska
• dr inż. Grzegorz Romanik, Politechnika Wrocławska
• dr Marcin Lackowski, Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. Roberta Szewalskiego