Firma Tempsens opracowała konstrukcję osłony termometrycznej z listwami śrubowymi, która eliminuje drgania wywołane przepływem, umożliwiając dokładniejsze i bardziej niezawodne wyniki pomiarów osłon termometrycznych w trakcie eksploatacji, eliminując tym samym ryzyko awarii osłon termometrycznych.
Siły potencjalnie powodujące szkodliwe oscylacje na trzonie studzienki termometrycznej zanurzonej w przepływającym płynie są związane z drganiami wywołanymi przez wir. Wraz ze wzrostem prędkości płynu szybkość odrywania się wiru wzrasta liniowo, a wielkość sił wzrasta z kwadratem prędkości płynu. Studzienka termometryczna reaguje elastycznie zgodnie z rozkładem sił, zapewniając w ten sposób wykres równoważnego odkształcenia sprężystego.
Niniejszy raport ma na celu przedstawienie, że studzienka termometryczna z helikalnymi listwami nie wykazuje regularnego odrywania wiru (rysunek 5.6) w porównaniu z klasyczną studzienką termometryczną (rysunek 5.5). Wykresy pokazujące linie przepływu zapewniły doskonałą wizualizację wpływu helikalnych listew.
Przeprowadza się je z sugestią, że pasy wystarczająco zakłócają przepływ w obszarze śladu, tak aby nie mógł powstać żaden wir. Pasy również zachęcają do przepływu poprzecznego wzdłuż długości studzienki termometrycznej w stopniu, którego nie zaobserwowano w przypadku klasycznej studzienki termometrycznej, zakłócając w ten sposób powstawanie wiru.
Firma Tempsens udowodniła poprzez testy fizyczne, statyczne badania strukturalne oraz analizę CFD osłon termometrycznych, że jest to rozwiązanie bardziej niezawodne i dokładne, znacznie redukujące drgania i odkształcenia, a także skutki zawirowań w osłonie termometrycznej wywołanych drganiami.
W niniejszym raporcie przedstawiono porównawczą analizę statyczną. Przeprowadzono dwa odrębne badania niezależne od czasu: jedno dla standardowej gładkiej cylindrycznej studzienki termometrycznej i jedno dla studzienki termometrycznej wyposażonej w helikalne listwy. W raporcie przedstawiono przyjęte procedury i wynik
Geometria modelu:
Geometrie opracowano jako trójwymiarowe, bryłowe modele. Rysunek 1.1 i rysunek 1.2 przedstawiają dwuwymiarową geometrię zastosowaną odpowiednio w klasycznej studzience termometrycznej i spiralnej studzience termometrycznej. Studzienka termometryczna jest przyspawana do 2” standardowego kołnierza 150# ANSI B16.5. Zawieszona długość lub długość poniżej RF kołnierza w obu przypadkach jest przyjmowana jako 650 mm, jak pokazano na rysunkach. W przypadku studzienki termometrycznej spiralne studzienki zaczynają się 450 mm od RF kołnierza. Spirale są umieszczone pod kątem 120˚ od siebie i mają skok 125 mm.
Właściwości materiałów do analizy:
| Mataantenowy | Moduł sprężystości (MPa) | Dopuszczalne naprężenie (MPa) | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Gęstość (kg/m3) | Współczynnik Poissona |
| SS316 | 165,0e+03 | 76.0 | 114.0 | 8030.0 | 0.31 |
ANALIZA SYMULACYJNA
Model 3D CAD:
Trójwymiarowe modele klasycznej osłony termometrycznej i osłony termometrycznej z płytką pokazano odpowiednio na rysunku 3.1 i rysunku 3.2.
Rys. 3.1: Geometria modelu 3-D (klasyczna studzienka termometryczna)
Rys. 3.2: Geometria modelu 3-D (śrubowa osłona termometryczna).
Warunki brzegowe:
Warunki brzegowe wprowadzone do modelu MES są następujące:
- Ciężar własny modelu jest traktowany jako standardowe obciążenie grawitacyjne Ziemi skierowane w dół.
- Ciśnienie wynikające z prędkości (przyjmowanej jako 3,5 m/s)2) wody.
- Stała geometria kołnierza dzięki przyspawaniu osłony termometrycznej do kołnierza.
Rysunek 4.1: Warunki brzegowe dla klasycznej osłony termometrycznej.
Rysunek 4.2: Warunek brzegowy na termometrze spiralnym.
Wyniki:
Wykresy odkształceń dla klasycznej i śrubowej studzienki termometrycznej pokazano odpowiednio na rysunku 5.1 i rysunku 5.2. Ekwiwalentne odkształcenia sprężyste dla klasycznej i śrubowej studzienki termometrycznej pokazano odpowiednio na rysunku 5.3 i rysunku 5.4.
Rysunek 5.1: Wykres odkształceń dla klasycznej obudowy termometrycznej
Rysunek 5.2: Wykres odkształceń dla spiralnej osłony termometrycznej.
Rysunek 5.3: Wykres równoważnego odkształcenia sprężystego dla klasycznej osłony termometrycznej
Rysunek 5.4: Wykres równoważnego odkształcenia sprężystego dla osłony termometrycznej o kształcie spirali.
Termosonda z helikalnymi listwami nie wykazuje regularnego odrywania wiru w porównaniu z klasyczną termosonda. W klasycznej termosonda zaobserwowano turbulencje. Jednak w helikalnej termosonda z listwami nie zaobserwowano turbulencji. Wykresy turbulentnej energii kinetycznej przedstawiono na rysunku 7.5 i rysunku 7.6. Listwy wystarczająco zakłócają przepływ w obszarze śladu, tak że nie może utworzyć się żaden wir. Listwy zachęcają również do przepływu poprzecznego wzdłuż długości termosonda w stopniu, którego nie zaobserwowano w przypadku klasycznej termosonda, zakłócając w ten sposób tworzenie się wiru.
Rysunek 5.5: Wykres turbulentnej energii kinetycznej dla klasycznej osłony termometrycznej (dwuwymiarowy).
Rysunek 5.6: Wykres turbulentnej energii kinetycznej dla spiralnej osłony termometrycznej (dwuwymiarowy)
Wnioskowanie z analizy:
| Klasyczna osłona termometryczna | Ponieść porażkę |
| Osłona termometryczna spiralna | Przechodzić |
ANALIZA PRAKTYCZNA
Warunki procesu:
- Termosonda zawieszona jest w dyszy, w której zainstalowany jest przepływomierz elektromagnetyczny mierzący przepływ wody w rurze.
- Głębokość zanurzenia osłon termometrycznych wynosi 200 mm na dyszy RF 150# o średnicy 2”.
- Miernik drgań długopisowy służy do zapisywania odczytów drgań w postaci wartości RMS prędkości.
- Warunki środowiskowe były następujące: temperatura 30,8°C i wilgotność względna 55%.
Uzyskany wynik:
Dla każdego przypadku klasycznej i śrubowej osłony termometrycznej z płytką uzyskano następujące wyniki:
| Klasyczna osłona termometryczna | |||
| Mistrz czytania | Równ. Prędkość główna | Równ. Prędkość testu | Wibracja |
| (M3/H) | (SM) | (SM) | (SM) |
| 604.70 | 3.34 | 1.33 | 0.2 |
| 701.29 | 3.91 | 1.55 | 0.4 |
| 813.50 | 4.54 | 1.80 | 0.7 |
| 905.23 | 5.60 | 2.00 | 1.2 |
| 1026.34 | 5.77 | 2.67 | 1.6 |
| Spiralna osłona termometryczna | |||
| Mistrz czytania | Równ. Prędkość główna | Równ. Prędkość testu | Wibracja |
| (M3/H) | (SM) | (SM) | (SM) |
| 605.62 | 3.34 | 1.34 | 0.1 |
| 712.69 | 3.94 | 1.56 | 0.3 |
| 801.98 | 4.48 | 1.77 | 0.5 |
| 908.76 | 5.01 | 2.00 | 0.6 |
| 1024.03 | 5.71 | 2.26 | 1.2 |
Wnioskowanie:
W obecnej konstrukcji spiralnej osłony termometrycznej drgania zostały znacząco zredukowane, o około 40%, w porównaniu do klasycznej osłony termometrycznej.
