Устройство для измерения расхода

 

(в) RU (11) (51) 5 G01F1 68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5054636/1 0 (22) 23.07.92 (48) 30.10.93 Бюл. Йя 39-40 (T1} Общество с ограниченной ответственностью

"Научно-производственная фирма "Протех" (72) Босин M.E (73) Босин Марк Евгеньевич (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХ0ДА (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа или жидкости в широком диапазоне скоростей. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный канал с нагревателем и термоприемниками, державку с жестко соединенной с ней выпуклой пластиной, втулку с внутренней цилиндрической проточкой в ее нижней части, обтекатель с конической и выпуклой поверхностями, с соосным сквозным отверстием и боковым отверстием, крепежные элементы Втулка и обтекатель установлены соосно измерительному каналу с возможностью независимого осевого перемещения относительно пластины Выпуклые поверхности обтекателя и пластина образуют конфузорно — диффузОрный канал. 1 ил.

2002210

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа или жидкостей в широком диапазоне скоростей, Известно приемное устройство термоанемометра, термореэистор которого установлен в диффузорно-конфузорном канале насадка. Такая форма канала обеспечивает торможение потока вследствие увеличения площади era поперечного сечения. При этом насыщение термоанемометра происходит при больших скоростях основного потока жидкости, что расширяет диапазон измеряемых скоростей, уменьшает пульсационные составляющие скорости и увеличивает точность измерений. Ограниченный диапазон измеряемых скоростей (их верхний предел равен 18 — 20 м/с) не позволяет применять устройство для измерения расхода, например, в магистральных газопроводах, где скорости достигаются 70-100 м/с. Ремонт или замена устройства неизбежно сопряжены или, с разгерметизацией трубопровода (оборудования), где установлено устройство, и, как следствие, с выбросом рабочего тела в атмосферу при невозможности остановкии работы трубопровода (оборудования), или с необходимостью остановки последнего.

Наиболее близким к изобретению по. технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расходов, содержащее первичный преобразователь расхода в виде втулки с соосной выемкой в нижней ее части центральным коническим выступающим обтекателем. заканчивающимся выпуклой (сферической) поверхностью, причем выемка соединена с измерительным участком в виде цилиндрической камеры по крайней мере одним сквозным отверстием, а обтекатель соединен меньшим основанием с дном выемки и имеет соосное сквозное отверстие, В измерительном участке установлены нагреватель и термоприемники. Выемка втулки, т.е. пространство между втулкой и обтекателем, сквозные отверстия, измерительный участок и соосное отверстие обтекателя образуют обводной (байпасный) канал, на входе и выходе которого устанавливаются разные давления; на входе — усредненное динамическое давление Р как следствие частичного торможения потока на конической части обтекателя, на выходе (выход соосного сквозного отверстия обте кателя) — пониженное давление Ря, соответствующее увеличению скорости потока при обтекании последним выпуклой поверхности абтекателя. Под действием этой разности давлений ЛР= Pg — Pp в измерительном участке обводного канала реализуется тече- . ние (со скоростью С ), которое изменяет разность температур нагревателя и термоприемников. Измерение разности температур, в свою очередь, изменяет падение напряжения на термоприемниках, которое и несет информацию о расходе жидкости в трубопроводе.

Недостатком известной конструкции является применимость ее для измерения только больших скоростей: скорость обтекания термоприемников существенно уменьшена по сравнению со скоростью основного потока. При малых скоростях основного по-.

"5 тока (до 10 м/с) течение в измерительном . участке будет осуществляться со скоростями, близкими к нулю (как из-за малой разности давлений на концах обводного канала, так и вследствие его гидродинаМического

20 сопротивления), что затруднит или сделает невозможной фиксацию соответствующего падения напряжения на термоприемниках.

Другой недостаток известной конструкции, как и предыдущей, — невозможность ее ремонта или замены без разгерметизации трубопровода (с выбросом рабочего тела в окружающую среду) или без его остановки.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения расходов и улучшение реЗ0 монтопригодности устройства.

Цель достигается тем, что устройство для измерения расходов, содержащее измерительный участок с установленными в нем нагревателем и термоприемниками, втулку с внутренней цилиндрической проточкой в нижней ее части, конический выступающий обтекатель с соосным сквозным отверстием, заканчивающийся выпуклой поверхностью, причем проточка соединена с

40 измерительным участком по крайней мере одним сквозным отверстием, снабжено пластиной с выпуклой поверхностью, расположенной с зазором против выпуклой поверхности обтекателя с образованием в

45 зазоре конфузорно-диффузорного канала, втулка и обтекатель выполнены с возможностью. независимого осевого перемещения относительно пластины,. а сквозное отверстие выполнено в обтекателе.

Для обеспечения максимальной чувствительности нагревателя и термоприемников к теплосьему скорость С обтекающего их потока должна изменяться в небольшом (ограниченном) диапазоне. Сохранение ско55 рости С в указанном диапазоне значений осуществляется как регулированием минимальной площади входного проходного сечения обводного канала, т.е, кольцевой площади между конической поверхностью обтекателя и втулкой, так и регулированием

2002210 величины разрежения на выходе обводного канала. т.е. в самом узком сечении конфузорно-диффузорного канала между обтекателем и пластиной.

В случае большой скорости основного .5 потока, когда величина Л Р велика и скорость С, превосходит максимальное значение допустимого диапазона скоростей обтекания нагревателя и термоприемника, снижение скорости Сн достигается уменьшением площади минимального проходного сечения обводного канала путем осевого перемещения втулки к конической поверхности обтекателя (тем самым уменьшается расход потока, обтекающего нагреватель и термо- "5 приемник), В другом случае, когда скорость основного потока мала, и, как следствие, скорость

Сн обтекания нагревателя и термоприемника меньше минимального значения допустимого диапазона этих скоростей, увеличение скорости С достигается увеличением перепада давления Рр (или уменьшением давления P на выходе обводного канала), что является следствием соответст- 25 вующего увеличения конфузорности конфузорно-диффузорного канала при приближении выпуклой поверхности обтекателя к профилированной пластине (при осевом перемещении обтекателя к профи- 30 лированной пластине).

На чертеже изображено устройство в рабочем положении. .Устройство для измерения расхода содержит державку 1 с жестко соединенной с 35 нею пластиной 2, имеющей выпуклую поверхность 3, втулку 4 с внутренней цилиндрической проточкой 5 в нижней ее части, обтекатель 6 с конической 7 и выпуклой 8 поверхностями с соосным сквозным отвер- 40 стием 9 и по крайней мере одним боковым отверстием 10, нагреватель и термоприемник 11, установленные в измерительном участке 12, гайку 13.с кронштейном 14, гайку

15 для перемещения втулки 4. Проточка 5 45 втулки 4, боковые отверстия 10, измерительный участок 12 и соосное сквозное отверстие 9 обтекателя 6 образуют обводной .(байпасный) канал с входным и выходным. сечениями 16. 17. 50

Выпуклые поверхности 8 и 3 обтекателя

6 и профилированной пластины 2 образуют конфузорно-диффузорный канал 18.

Реэьбовые соединения 19, 20 служат для осевого независимого перемещения. 55 соответственно обтекателя 6 и втулки 4.

Устройство работает следующим образом

Рабочее тело, скорость или расход которого измеряется, частично подтормаживается на конической поверхности 7 обтекателя 6, в результате чего во входном сечении

16 обводного канала устанавливается усредненное динамическое давление Pg, превышающее давление P в основном потоке, В конфузорной части кон узорно-диффузорного канала 18 основной поток vcKopRBTса, давление в нем падает, и в самом узком месте, т.е., в выходном сечении обводного канала, устанавливается максимально пониженное (по сравнению с основным потоком) давление Ðp. Под действием разности давлений Л Р- Pg Pp в измерительном участке т2 реализуется течение с некоторой скоростью С обтекания термоэлементов нагревателя и термоприемников 11..

Максимальная чувствительность термоэлементов 11 и, следовательно, максимальная точность измерения расхода (скорости) имеют место, когда скорости С огра н ичен ы некоторым узким диапазоном значений

Смин +Сн «»макс °

Так как скорость Сл пропорциональна скорости С основного потока, то очевидно, что при фиксированном заданном взаимном положении державки 1, втулки 4 и обтекателя 6 скорость Сн будет лежать вне диапазона ее оптимальных значений, когда скорость С основного потока большая (100 м/с и более) или очень маленькая (до 10 м/с).

В первом случае для уменьшения Сн уменьшают площадь входного сечения 16 обводного канала путем осевого перемещения втулки 4 к конической поверхности 7 обтекателя 6, Этим самым уменьшают расход через обводной канал и, следовательно, скорость потока в нем, т,е. скорость Сн обтекания термоэлементов 11.

Втулка 4 перемещается при вращении .гайки 15, связанной с ней реэьбовым соединением 20.

Для уменьшения Сн уменьшают также перепад ЛР= Pg-,Pp эа счет увеличения давления Р> на выходе 17 обводного канала, что имеет место при уменьшении конфузорности канала 18, т.е. при осевом перемещении обтекателя 6 вверх от пластины 2.

Обтекатель 6 перемещается при его вращении в резьбовом соединении 19, Понижения скорости Сн до необходимой величины можно достигнуть, совмещая, комбинируя укаэанные два способа регулирования.

В другом случае, когда необходимо увеличить скорость С перемещения втулки 4 и обтекателя 6, должны быть осуществлены в противоположном (по сравнению с предыдущим случаем) направлении: втулка 4 пе2002210

Формула изобретения

Составитель M.Босин

ТехРед М.МоРгентал . КоРРектоР М Ткач

Редактор Т.Локшарева

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3169

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ремещается вверх, что увеличивает площадь входного сечения 16 обводного канала; обтекатель 6 перемещается вниз, что увеличивает конфузорность канала 18, соответственно понижает давление Рр, увеличивает перепад Л Р= Pg-Pp и скорость Сн.

При необходимости ревизии, ремонта или замены термозлементов обтекатель 6 впускается в нижнее крайнее положение, втулка 4 опускается в свое крайнее нижнее положение до упора в коническую поверхность 7 обтекателя 6, так что перекрывается

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕPЕНИЯ РАСХОДА, содержащее измерительнь|й участок с установленными в нем нагревателем и термоприемником, втулку с внутренней цилиндрической проточкой в нижней части, конический обтекатель с соосным сквозным отверстием; заканчивающийся выпуклой поверхностью, выступающей за нижний торец втулки, причем проточка соединена C измерительным участком по входное сечение 16 обводного канала. В результате последний отсекается от основного потока и термоэлементы 11 вынимаются без выброса рабочего тела в окружающую

5 среду и соответственно без остановки трубопровода или оборудования, где установлено устройство для измерения расхода. (56) Авторское свидетельство СССР

10 N. 1147983, кл. G О1 P 5/12, 1990.

Авторское свидетельство СССР

М 1352214, кл. G 01 F 1/68, 1992, крайней мере одним сквозным отверстием, 15 отличающееся тем, что оно снабжено пластиной с выпуклой поверхностью, расположенной с зазором .против выпуклой поверхности обтекателя с образованием в зазоре конфузорно-диффузорного. канала, втулка и обтекатель выполнены с возможностью независимого осевого перемещения относительно пластины, а сквозное отверстие, соединяющее полость проточки с измерительным участком, выполнено в обтекателе.