Способ определения расхода жидкого кислорода

 

(19) )Щ (11) (5Ц 5 G 01 F 1 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (2f) 5043188/10 (22) 22.05.92 (46) 30.10.93 бюл. N() 39-40 (75) Мезиков АК„Мезиков В.К; Королев В.Н„

Кречетников Юд (73) Мезиков Аркадий Константинович (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА

ЖИДКОГО КИСЛОРОДА (57) Использование: при измерении расхода жидких рабочих сред. Сущность изобретений: способ определения расхода жидкого кислорода заключается в формировании кольцевого слоя измеряемой жидкости на внутренней поверхности трубопровода и измерении перепада давления на местном сужении потока. 2 ил.

2002209

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидких рабочих сред, обладающих свойствами парамагнетиков, преимущественно. жидкого кислорода.

Известен способ измерения расхода, осHoBBHHblA на зависимости от расхода перепада давления на местном сужении потока в трубопроводе, создаваемого различного рода устройствами, устанавливаемыми в тру- 10 бопроводе.

Данный способ используется также при измерении расхода жидкостей — парамагнетиков, в том числе жидкого кислорода, И в этом случае сужение потока измеряемой жидкости получают размещением в трубопроводе сужающего устройства (главным образам, диафрагмы).

Наряду с известными преимуществами такого способа измерения расхода жидко- 20 стей со свойСтвами парамагнетикое возни-, кают и проблемы: часть которых свойственна способу вне зависимости от измеряемых сред. Например, снижение технологичности, связанное с необходимостью 25 нарушения целостности трубопровода для размещения в нем сужающего устройства, другая же часть проблем возникает от специфичности криогенной, жидкости — жидкого кислорода, Это связано с тем, что 30 обеспечивающие сужение потока устройства, помещаемые в трубопровод на пути потока. подвергаются активному разрушению вследствие химического воздействия низкокипящей среды и термической усталости ма- 35 териала, связанной с многократным захолаживанием гидравлической части расходомера. Кроме того, необходимость использования в проточной части расходомеров твердого искусственного со- 40 противления сопровождается возникновением опасности возгорания в жидком кислороде конструкции расходомеров при ударном воздействии на это сопротивление частиц окалины, сварочного грата и т.д, Ес- 45 ли в технологических линиях, где необходимо непрерывное измерение расхода криопродукта, постоянное присутствие B трубопроводе искусственного сопротивления see же оправдано, то в тех производст- 50 вах, где допускается периодическое измерение расхода, значительные потери напора в особенности характеризуют недостатки известного способа.

В патентуемом изобретении сужение 55 потока осуществлено принципиально иным путем и оно лишено перечисленных недостатков известного способа. Это достигается тем, что в известном способе измерения расхода преимущественно жидкого кислорода, включающем измерение перепада. давления на местном сужении потока в трубопроводе и определение по его величине расхода, согласно изобретению. местное сужение потока создают с помощью неоднородного магнитного поля кольцевого магнита или соленоида, охватывающих трубопровод, отношение высоты которых к их внутреннему диаметру находится в пределах 0,1 — 0,6 образованием на внутренней поверхности трубопровода кольцевого слоя измеряемой жидкости, удерживаемого силой взаимодействия этой жидкости и неоднородного магнитного поля, На фиг. 1 показан вариант с использованием постоянного магнита; на фиг. 2— вариант с использованием соленоида.

Расходомер содержит участок трубопровода 1, выполненный из немагнитного материала, и датчик 2 перепада давления.

Измеряемой средой расходомера является парамагнитная жидкость 3 — жидкий кислород, имеющий следующие параметры: относительная магнитная проницаемость ,и 2=1,0034; температура кипения Тк=90,188

К; температура плавления Тпл=54,4 К; плотность ф 1142 кг/м . Расходомер снабжен источником магнитного поля, который в первом варианте исполнения, показанном на фиг, 1, выполнен в виде постоянного кольцевого магнита 4, а во втором варианте, изображенном на фиг. 2 — в виде соленоида

5, размещенных на наружной поверхности участка трубопровода 1, Кольцевой магнит 4 и соленоид 5 имеют отношение высоты к внутреннему диаметру в пределах 0,1 — 0,5, что обеспечивает создание в их внутренней полости неоднородного магнитного поля, при которой радиальная составляющая индукции магнитного поля на внутренней поверхности немагнитного участка трубопровода 1 в плоскостях торцов кольцевого магнита 4 (соленоида 5) имеет максимальное значение противоположной 4 полярности и равна нулю в середине высоты кольцевого магнита 4 (соленоида 5). При этом. пондеромоторная сила взаимодействия неоднородного магнитного поля и измеряемой жидкости парамагнетика 3 удерживает на внутренней поверхности немагнитного участка трубопровода 1 в области, охваченной кольцевым магнитом 4 (соленоидом 5), кольцевой слой 6 измеряемой жидкости 3, отношение высоты (протяженности) которого к внутреннему диаметру немагнитного участка трубопровода 1 также находится а пределах 0,1 — 0.5.

Поддержание указанного отношения согласно Правилам 28-64 измерения расхода

2002209 жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М„иэд-во стандартов, 1978, с 151, с. 35, 37.(необходимо для снижения необратимых потерь давления на местном сужении потока, представляющем 5 собой цилиндрическое сопло.

Постоянный магнит 4 может быть изготовлен иэ редкоземельного. материала (3, Рr) <о, обладающего удельной магнитной энергией W, райной 200 кДж/м (Постоян- 10 ные магниты. Справочник. Под ред. Ю. M.

Пятина, M. Энергия, 1980, 488, с. 380). При этом максимальное значение магнитной индукции Br на внутренней поверхности трубопровода 1 может достигать 0,35 Тд, 15

В качестве же соленоида 5 может быть использован как обычный электромагнит, создающий магнитное поле с индукцией Вг до 2 Тл. так и сверхпроводящий электромагнит, который при минимальных потерях 20 энергии позволяет получить магнитное поле с индукцией Br, достигающей 15 Тл (Уилсон

М. Сверхпроводящие магниты. M.: Мир;

1985. с. 10, 14). В связи с созданием сверхпроводников с температурой сверхпрово- 25 дящего перехода 92 К и выше(Карцев В. П.

Магнит за три тысячелетия, M.: Энергоатомиздат, 1988, с, 88) для охлаждения сверхпроводящего соленоида 5 может быть использована измеряемая среда 3. 30

Расходомер работает следующим образом, При движении измеряемой среды 3 по участку трубопровода 1 на местном сужении проточной части расходомера, представля- 35 ющем собой кольцевой слой измеряемой среды — парамагнитной жидкости 3, удерживаемый на внутренней поверхности трубопровода 1 силой взаимодействия поля кольцевого магнита 4 или электромагнита 5 40 с рабочей средой 3, образуется перепад давления, поступающий на датчик 2 перепада давления. по показаниям которого определяется расход рабочей среды 3.

При рабочих процессах, не требующих 45 непрерывного измерения расхода, с целью снижения потерь давления соленоид 5 обесточивается и в трубопроводе устраняется, местное сужение потока. создаваемое кольцевым слоем 6 измеряемой среды 3. 50

Сужение потока сопровождается преобразованием части потенциальной энергии потока в кинетическую. Поэтому степень влияния параметрОв, характеризующих магнитные свойства измеряемой сре- 55 ды и неоднородное магнитное поле, создаваемое кольцевым магнитом или соленоидом, на движение парамагнитной жидкости в неоднородном магнитном поле, может быть оценена магнитным числом

Эйлера Hum, равным отношению плотностей магнитной и кинетичес, пй энергий или отношению магнитного давления к динамическому (Повх П. Л. Техническая гидромеханика. M.— Л.: Машиностроение, 1964, с. 420, 421). Магнитное число Эйлера Eum для магнитогидродинамических процессов, происходящих в предложенном способе измерения расхода, имеет вид

ЬР м

EUm = Р где ЛРм— фо перепад дав-. ления, удерживаемый объемной магнитной силой, действующей со стороны неоднородного магнитного поля кольцевого магнита или соленоида на парамагнитную жидкость; ф г — относительная магнитная проницаемость парамагнитной жидкости; Br — максимальное значение радиальной составляющей индукции магнитного поля внутри кольцевого магнита или соленоида; — 7 ,й о = 4 10 Гн/м — магнитная постоя нная;

Р B =p V o/2 — динамический напор пог тока жидкости; р — плотность жидкости; V — максимальная скорость двийения жидкости.

Таким образом, при заданной скорости потока перепад давления Л Рм становится сравнимым с динамическим напором жидкости, что позволяет использовать постоянные кольцевые магниты с магнитной индукцией Br; равной 0,35 Тл, для создания неоднородного магнитного поля при измерении расхода жидкого кислорода со скоростью потока порядка 0,7 м/с. В случае же использования соленоидов, создающих магнитные поля с индукцией Вг2-15 Тл, область применения предложенного способа расширяется в сторону измерения расхода потоков жидкого кислорода со скоростями, значительно превышающими указан ное значение. (56) Кремлевский П. П, Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989, с.10, 11, 2002209

Формула изобретения

Составитель А.Мезиков

Редактор Т.Локшарева Техред M.Mîðråíòàë Корректор H,Ìèëþêoâà

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3169

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА

ЖИДКОГО КИСЛОРОДА, включающий измерение перепада давления на местном сужении потока в трубопроводе, отличающийся тем, что местное сужение потока создают путем формирования кольцевого . слоя измеряемой жидкости на внутренней поверхности трубопровода посредством магнитного поля охватывающего трубопровод кольцевого магнита или соленоида, от5 ношение высоты которого к его внутреннему диаметру находится в пределах 0.1 - 0,5.