Тахометрический расходомер

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей. Сущность изобретения: тахометрический расходомер содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого размещен обтекатель 2, первичный преобразователь 3. Обтекатель 2 выполнен в виде конической втулки, имеющей внутренний канал 4. В корпусе 1 выполнен радиальный патрубок 5 для установки первичного преобразователя 3, обтекатель 2 прикреплен жестко к корпусу 1 и установлен коаксиально с ним, между его наружной поверхностью, внутренней стенкой корпуса 1 расходомера и корпусом 6 преобразователя 3 образован измерительный канал 7 для перепуска части основного потока. Первичный преобразователь содержит кольцевую камеру 8 с расположенным в ней чувствительным элементом в виде шара 9, струезавихритель 10 и узел съема сигнала 11. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей.

Известен расходомер, содержащий струенаправляющие аппараты, струевыпрямители и шарик, в котором внутри оси, на которой крепятся детали скоростного расходомера, выполнен канал со сменными соплами на входе и выходе для изменения соотношения между перепускаемым потоком и потоком, проходящим через измерительную полость [1] Описанный расходомер позволяет расширить диапазон измерений, уменьшить количество типоразмеров приборов.

Однако указанное устройство обладает усложненной конструкцией, невысокой чувствительностью и большой металлоемкостью. Это связано с тем, что для использования расходомера в различных потоках, его габариты должны быть изначально рассчитаны на максимальный поток, проходящий по внутреннему каналу.

Известен также тахометрический расходомер, в котором канал для перепуска части потока образован между корпусом первичного преобразователя и измерительным трубопроводом, а соосно перед первичным преобразователем и каналом для перепуска части потока установлено сужающее устройство [2] В данном техническом решении возможно использование одного типоразмера шарикового расходомера для измерения расхода жидкости в широком диапазоне измерений и обеспечена взаимозаменяемость шариковых расходомеров.

Однако этот расходомер имеет сложную конструкцию, усложненную настройку на разные диапазоны измерений в случае использования одного типоразмера первичного преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является тахометрический расходомер, содержащий корпус трубопровода с размещенными в нем обтекателем, первичный преобразователь, содержащий из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала. Для уменьшения взаимодействия шарика и опорной поверхности предусмотрена радиальная щель, образованная торцевыми поверхностями входного и выходного элементов обтекателя, в котором закрученный поток воздействует на шарик [3] Однако, несмотря на расширение диапазона измерения данного расходомера и повышения ресурса его работы, данное решение обладает следующими недостатками.

Взаимозаменяемость датчиков или отдельных его элементов при выходе из строя, тарировке и настройке в предлагаемых конструкциях представляет сложную проблему, расходомер имеет сложную конструкцию.

Кроме того, данную конструкцию расходомера сложно использовать для различных типоразмеров приборов, т.к. в этом случае расстояние между узлами съема сигнала и чувствительным элементом шаром не является постоянным. Ремонтопригодность данного расходомера ограничена, особенно в труднодоступных местах.

В основу изобретения положена техническая задача создания тахометрического расходомера, который имел бы простую, удобную в ремонте и эксплуатации конструкцию максимально унифицированную для различных типоразмеров приборов с постоянным в широком диапазоне измерений расхода коэффициентом пропорциональности.

Поставленная задача решается тем, что в тахометрическом расходомере, содержащем корпус расходомера с размещенными в нем обтекателем с внутренним каналом, первичным преобразователем, состоящим из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала, в корпусе расходомера выполнен радиальный патрубок для установки первичного преобразователя; последний выполнен в виде кольцевой камеры с тангенциальными входами, образующими струезавихритель, и расположенным в ней шаром, обте- катель выполнен в виде втулки с внутренним каналом, сужающимся по потоку и служащим для перепуска основного канала, причем втулка прикреплена жестко к корпусу расходомера и установлена коаксиально с ним, а между ее наружной поверхностью и внутренней стенкой корпуса образован измерительный канал.

Целесообразно наружную поверхность обтекателя выполнить в виде входного и выходного усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направить соответственно в направлении входа и выхода расходомера.

Торцевые поверхности кольцевой камеры имеют форму тела вращения и совместно с коническим выступом корпуса преобразователя, расположенным в аксиальном выходном патрубке кольцевой камеры, образуют ограничительный элемент.

Целесообразно измерительный канал выполнить содержащим входную полость, образованную внутренней стенкой корпуса расходомера и наружной поверхностью входного усеченного конуса, буферную камеру, образованную внутренней стенкой радиального патрубка и наружной поверхностью корпуса первичного преобразователя, и выходную полость, образованную наружной поверхностью выходного конуса и внутренней поверхностью корпуса расходомера.

Благодаря наличию вышеуказанных отличительных признаков предложенное техническое решение позволило создать простую, унифицированную и обладающую повышенной ремонтопригодностью Конструкцию, работающую в широком диапазоне измерения расхода.

Как показала экспериментальная проверка, предложенная конструкция обеспечивает достаточно высокую степень постоянства коэффициента пропорциональности (куб. м/импульс) в широком диапазоне измерения расхода, например, для прибора с диаметром условного прохода Ду= 50 мм от 1,0 до 30 куб.м/час (большем, чем у других подобных приборов) коэффициент пропорциональности изменился не более, чем ±1,5% В предложенном техническом решении существенно повышена ремонтопригодность прибора, вследствие всевозможной замены первичного преобразователя.

В описанной конструкции значительно упрощена обязательная для подобных приборов процедура периодической проверки, которая может быть осуществлена путем замены первичного преобразователя. Известная процедура проверки подобных приборов предполагает снятие их с магистрали и проведение испытаний на специальной поверочной аппаратуре.

Кроме того, данная конструкция является унифицированной для приборов с различными диаметрами условного прохода из-за использования одного или небольшого числа типоразмеров первичного преобразователя. Введение вышеуказанных отличительных признаков позволило создать технологичный и относительно дешевый расходомер.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый расходомер в продольном разрезе.

На фиг. 2 показана конструктивная схема первичного преобразователя в разрезе с расположением элементов в его корпусе.

На фиг. 3 схематически изображена кольцевая камера в разрезе.

Тахометрический расходомер содержит цилиндрический корпус 1 расходомера, внутри которого размещен обтекатель 2, первичный преобразователь 3. Обтекатель 2 выполнен в виде втулки, имеющей внутренний канал 4, сужающийся по потоку и служащий для перепуска основного потока.

В корпусе 1 расходомера выполнен радиальный патрубок 5 для установки первичного преобразователя 3, обтекатель 2 прикреплен жестко к корпусу 1 расходомера и установлен коаксиально с ним, между его наружной поверхностью, внутренней стенкой корпуса 1 расходомера и корпусом 6 первичного преобразователя 3 образован измерительный канал 7 для перепуска части основного потока.

Первичный преобразователь содержит кольцевую камеру 8 с расположенным в ней чувствительным элементом в виде шара 9, струезавихритель 10 и узел съема сигнала 11.

Наружная поверхность обтекателя 2 может быть выполнена в виде входного 12 и выходного 13 усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направлены соответственно в направлении входа и выхода корпуса 1 расходомера.

Целесообразно во входном конусе обтекателя выполнить скругленную входную кромку, а внутренний канал 4 обтекателя 2 коноидальным с углом конусности α 15-30^o для увеличения коэффициента расхода, уменьшения потерь давления и экономии мощности.

Наиболее оптимальной является установка первичного преобразователя вертикально так, чтобы плоскость вращения шара в кольцевой камере располагалась горизонтально, поскольку требования к технологии изготовления шара в этом случае будут менее жесткими.

Кольцевая камера 8 выполнена с тангенциальными входами 14, образующими струезавихритель 10, и аксиальным выходным патрубком 15.

Торцевые поверхности кольцевой камеры 8, имеющие форму тела вращения и конический выступ 16 корпуса 6 преобразователя 3, установленный в аксиальном выходном патрубке 15 преобразователя 3, образуют ограничительный элемент 17 кольцевой камеры 8.

Измерительный канал 7 содержит входную полость 18, образованную внутренней стенкой корпуса 1 расходомера и наружной поверхностью входного 12 усеченного конуса.

Для обеспечения равномерного входа измерительного потока в кольцевую камеру 8 по тангенциальным каналам 14 между наружной поверхностью корпуса 6 первичного преобразователя 3 и внутренней цилиндрической стенкой радиального патрубка 5 образована буферная камера 19.

Измерительный канал содержит также выходную полость 20, образованную наружной поверхностью выходного конуса 13 и внутренней поверхностью корпуса 1 расходомера.

На выходе расходомера основной и измерительный потоки соединяются в камере смешения 21.

Исходя из соображений обеспечения минимального сопротивления входу жидкости в измерительный канал 7, целесообразно угол наклона образующей входного конуса 12 к оси корпуса 1 расходомера выбрать в пределах 20^o-45^o.

Угол образующей выходного конуса 13 к оси корпуса 1 выбирается с учетом минимальной материалоемкости обтекателя 2. Его по своему значению целесообразно выбрать близким углу наклона образующей внутреннего конуса обтекателя.

Меньшее основание выходного усеченного конуса 13 располагают между плоскостью, перпендикулярной оси корпуса 1 расходомера, проходящей через ближнюю к выходу корпуса 1 расходомера кромку аксиального выходного патрубка 15 и параллельной ей плоскостью, проходящей через начало камеры смешения 21.

Расходомер работает следующим образом. Поток измеряемой жидкости поступает в расходомер и попадает на обтекатель 2, жестко установленный в корпусе расходомера 1. При этом данный поток разделяется на измерительный и основной. Основной поток проходит по сужающемуся по потоку внутреннему каналу 4 обтекателя 2. Измерительный поток поступает во входную полость 18 измерительного канала 7, наличие которой обеспечивает ему минимальное сопротивление. Далее измерительный поток поступает в буферную камеру 19, с помощью которой обеспечивается равномерность входа измерительного потока в кольцевую камеру 8. Здесь он закручивается струезавихрителем 10, образованном тангенциальными входами 14 кольцевой камеры 8. Закрученный измерительный поток воздействует на установленный в кольцевой камере 8 шарик 9 в тангенциальном направлении (для придания ему вращательного движения) и радиальном (для уравновешивания центростремительной силы) и выходит через аксиальный выходной патрубок 15 первичного преобразователя 3 к выходной полости 20 измерительного канала 7. Выходная полость 20, образованная наружной поверхностью выходного конуса 13 и внутренней поверхностью корпуса 1 расходомера, обеспечивает рациональное истечение из первичного преобразователя 3, способствуя более интенсивному проходу жидкости по измерительному каналу за счет эжектирующего эффекта, что в конечном итоге обеспечивает постоянство зависимости между количеством прошедшей через прибор жидкости и числом оборотов шара. В камере смешения 21 измерительный поток соединяется с основным потоком и выходит из расходомера. Вращающийся в кольцевой камере шарик 9, проходя мимо узла съема сигнала 11, возбуждает в нем электрический импульс, который регистрируется и обрабатывается вторичным прибором, например, частотомером, преобразующим его в ток или напряжение, пропорциональное измеряемому расходу.

Предлагаемое изобретение найдет широкое применение при изготовлении расходомеров, счетчиков жидкости с различными диаметрами условного прохода. Для его воспроизведения нет необходимости в сложной технологической оснастке. Предлагаемая конструкция расходомера может найти применение в широком диапазоне измерения расхода в тех случаях, когда необходимо иметь для этих целей надежный, унифицированный и обладающий повышенной ремонтопригодностью прибор.

Формула изобретения

1. Тахометрический расходомер, содержащий корпус расходомера, внутри которого установлен обтекатель с внутренним каналом, первичный преобразователь, состоящий из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала, отличающийся тем, что в корпусе расходомера выполнен радиальный патрубок для установки первичного преобразователя, первичный преобразователь выполнен в виде кольцевой камеры с тангенциальными входами, образующими струезавихритель, и расположенного в ней шара, обтекатель выполнен в виде втулки с внутренним каналом, сужающимся по потоку и служащим для перепуска основного потока, причем втулка прикреплена жестко к корпусу расходомера и установлена коаксиально с ним, а между ее наружной поверхностью и внутренней стенкой корпуса образован измерительный канал.

2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что наружная поверхность обтекателя выполнена в виде входного и выходного усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направлены, соответственно, в направлении входа и выхода расходомера.

3. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что торцевые поверхности кольцевой камеры имеют форму тела вращения и совместно с коническим выступом корпуса преобразователя, расположенным в аксиальном выходном патрубке кольцевой камеры, образуют ограниченный элемент.

4. Расходомер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что измерительный канал содержит входную полость, образованную внутренней стенкой корпуса расходомера и наружной поверхностью входного усеченного конуса, буферную камеру, образованную внутренней стенкой радиального патрубка и наружной поверхностью корпуса первичного преобразователя, и выходную полость, образованную наружной поверхностью выходного конуса и внутренней поверхностью корпуса расходомера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3