Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра и устройство для его реализации (варианты)

 

Изобретения могут быть использованы в городских и промышленных системах водоснабжения. В трубопроводе монтируют устройство для определения расхода, содержащее датчик скорости потока, включающий линию полного давления в виде напорной трубки, линию статического давления, чувствительный элемент (ЧЭ), выполненный в виде перегородки, два электромагнитных клапана, два микровыключателя и вторичный прибор. Расстоянием между микровыключателями задают величину полного хода ЧЭ, движущегося со скоростью потока. Периодически, в моменты срабатывания микровыключателей под воздействием ЧЭ, формируют передние и задние фронты информационных сигналов. По длительности каждого из информационных сигналов судят о значении мгновенного расхода. Устройство по второму варианту выполнения содержит один электромагнит с реечной передачей линейного смещения его сердечника золотникам клапанов. Изобретения обеспечивают повышение надежности определения расхода. 3 c.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода.

Известны способы определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в угловое смещение области блокирования [1].

Устройства для реализации известных способов содержат датчик скорости типа вертушки и вторичный прибор в виде электронного потенциометра, милливольтметра или частотомера.

Недостатком известных способов является наличие в потоке постоянно движущихся частей датчика скорости и необходимость вследствие этого иметь относительно сложную систему их смазки.

Известен способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в линейное смещение области блокирования [2].

Устройство для реализации известного способа содержит датчик скорости, выполненный в виде чувствительного элемента, установленного на несущей трубке с возможностью обеспечения возвратно-поступательного смещения вдоль контролируемого потока, электромеханический блок и вторичный прибор.

Недостатком известного способа и устройства его реализации является их сложность, влияющая на надежность работы.

Задача изобретения - повышение надежности способа и работы реализующего его устройства.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в линейное смещение чувствительного элемента, периодически, в моменты достижения чувствительным элементом крайнего положения прекращают указанное воздействие потока и возобновляют его в моменты возвращения чувствительного элемента в исходное положение, соответствующее нулевой скорости потока в трубопроводе, в моменты возобновления и прекращения воздействия потока на чувствительный элемент формируют соответственно передние и задние фронты информационных сигналов и по длительности каждого из информационных сигналов судят о значении мгновенного расхода, а по их суммарной длительности - о суммарном расходе.

При этом в устройстве для реализации способа, содержащем датчик скорости, выполненный в виде чувствительного элемента, установленного с возможностью обеспечения возвратно-поступательного смещения, и вторичный прибор, в состав его датчика скорости включены линия полного давления, выполненная в виде напорной трубки, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока воды в трубопроводе, линия статического давления с первым отводом, соединительная линия со вторым отводом, два электромагнитных клапана и два микровыключателя, первый из которых установлен с возможностью срабатывания при исходном положении чувствительного элемента, выполненного в виде перегородки и смонтированного на первом и втором отводах посредством защитных чехлов, а второй - с возможностью срабатывания при крайнем положении указанного элемента, входной канал первого электромагнитного клапана соединен с линией полного давления, входной канал второго электромагнитного клапана - с линией статического давления, а к выходным каналам первого и второго клапанов подключена соединительная линия.

Кроме того, относительно устройства для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащего датчик скорости, выполненный в виде чувствительного элемента, установленного с возможностью обеспечения возвратно-поступательного смещения, и вторичный прибор, поставленная задача решается также тем, что в состав его датчика скорости включены линия полного давления, выполненная в виде напорной трубки, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока воды в трубопроводе, линия статического давления с первым отводом, соединительная линия со вторым отводом, первый и второй клапаны, электромагнит с реечной передачей линейного смещения сердечника электромагнита золотникам первого и второго клапана, и два микровыключателя, первый из которых установлен с возможностью срабатывания при исходном положении чувствительного элемента, выполненного в виде перегородки и смонтированного на первом и втором отводах посредством защитных чехлов, второй - с возможностью срабатывания при крайнем положении указанного элемента, входной канал первого клапана соединен с линией полного давления, входной канал второго клапана - с линией статического давления, а к выходным каналам первого и второго клапана подключена соединительная линия.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены схемы устройств для реализации предлагаемого способа, на фиг. 3 изображены временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройств.

Устройства монтируются на трубопроводе 1 при помощи седелки 2, задвижки 3 и шлюзовой камеры 4 с сальником. Они содержат датчик скорости, в состав которого включены линия полного давления, выполненная в виде напорной трубки 5, линия 6 статического давления с первым отводом 7, соединительная линия 8 со вторым отводом 9, чувствительный элемент 9 с защитными чехлами 11 и 12, два микровыключателя 13 - 14 и два клапана 15 - 16 с электромагнитами 17 - 18. Микровыключатели и обмотки 19 - 20 электромагнитов подключены ко вторичному прибору 21. Устройство может быть снабжено реечной передачей 22 (фиг. 1 - 2).

При этом первый микровыключатель 13 установлен с возможностью срабатывания при исходном положении чувствительного элемента 10, соответствующем нулевой скорости потока в трубопроводе 1, второй микровыключатель 14 - с возможностью срабатывания при крайнем положении указанного элемента, входной канал первого клапана 15 соединен с линией полного давления 5, входной канал второго клапана 16 - с линией 6 статического давления, к выходным каналам первого и второго клапана 15 - 16 подключена соединительная линия 8, а защитные чехлы 11 - 12 с чувствительным элементом 10, выполненным в виде перегородки, смонтированы на первом и втором отводах 7 и 9.

Способ заключается в следующем.

Предлагаемый способ определения расхода воды основан на принципе измерения максимальной скорости потока в центре поперечного сечения трубопровода 1. Устройства, реализующие данный способ, благодаря наличию заслонки 3 и шлюзовой камеры 4 устанавливают и демонтируют без перерыва подачи воды (фиг. 1 - 2). Напорная трубка 5 устройств, изогнутая в направлении, противоположном направлению скорости потока, воспринимает полное давление P_x в трубопроводе 1, а трубка 6 - статическое давление P_o. При равенстве P_x и P_o чувствительный элемент 10 принимает исходное положение, при котором первый микровыключатель 13 находится в замкнутом состоянии, первый клапан 17 открыт (обмотка 19 под напряжением), второй клапан 18 закрыт (обмотка 20 обесточена). Т.е. в исходном положении элемента 10 линия 5 полного давления через соединительную линию 8 подключена ко второму отводу 9.

Чувствительный элемент 10 может представлять собою сплошную либо с отверстием выбранного диаметра перегородку, смонтированную на первом и втором отводах 7 и 9 посредством защитных чехлов 11 и 12. Расстоянием между микровыключателями 13 и 14 задают величину полного хода элемента 10, а для установления соответствия времени прохождения элементом 10 указанного расстояния со скоростью потока подачу напряжения на обмотку 20 электромагнита 18 и обесточивание обмотки 19 электромагнита 17 производят при срабатывании микровыключателя 14, подключенного ко вторичному прибору 15. При этом расстоянием между микровыключателями 13 - 14 задается также значение минимальной длительности информационных сигналов 23 - 24 (позиция 27 на фиг. 3), соответствующее верхнему пределу скорости потока воды для данного диаметра трубопровода 1 (для стальных труб диаметром 800 мм максимальная скорость потока воды составляет 1,54 м/с, диаметром 1600 мм - 1,87 м/с).

Если давление P_x превышает значение статического давления P_o, чувствительный элемент 10 под напором воды во втором отводе 9 начнет смещаться в сторону микровыключателя 14. В момент освобождения элементом 10 кнопки первого микровыключателя 13 в приборе 21 начинается формирование первого информационного сигнала 23, задний фронт которого соответствует моменту срабатывания второго микровыключателя 14, используемому для обесточивания обмотки 19 электромагнита 17 (позиция 28 на фиг. 3). Клапан 15 закрывается.

Спустя заданное время T_з (T_з - время задержки информации о срабатывании микровыключателя 14) прибором 21 подается напряжение на обмотку 20 второго электромагнита 18 (позиция 29 на фиг. 3). Сердечник электромагнита 18 перемещает с помощью штока золотник второго клапана 16. Клапан 16 открывается и подключает ко второму отводу 9 линию 6 статического давления.

В результате, вследствие вырывания давлений в отводах 7 и 9 прекращается воздействие потока на элемент 10. Чувствительный элемент 10 возвращается в исходное состояние, при котором срабатывает первый микровыключатель 13, способствующий обесточиванию обмотки 20 электромагнита 18 (т.е. отключению клапаном 16 линии 6 от отвода 9) и подаче спустя время T_з напряжения на обмотку 19 электромагнита 17 (подключению клапаном 15 отвода 9 к линии 5). Механическое воздействие потока на элемент 10 возобновляется.

Начинается следующий цикл измерения, в течение которого прибором 21 формируется второй информационный сигнал 24. При этом по длительности каждого из информационных сигналов 23 - 24 судят о значении мгновенного расхода, а по их суммарной длительности - о суммарном расходе. Для этого в приборе 21 сигналы 23 - 24 заполняют счетными импульсами 25 - 26 (позиция 30 на фиг. 3).

Устройство на фиг. 2 работает аналогичным образом. По сравнению с устройством на фиг. 1 оно при одном электромагните 17 снабжено реечной передачей 22 линейного смещения его сердечника золотникам первого и второго клапана 15 - 16. При этом рейка передачи 22 для соблюдения необходимой последовательности срабатывания клапанов 15 - 16 должна содержать по обе стороны по одной, смещенной относительно друг друга группе зубьев.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ отличается простотой реализации, что способствует повышению надежности определения как мгновенного, так и суммарного расхода воды в трубопроводах большого диаметра.

Литература 1. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. Водомеры для водопроводов и канализации. Изд. лит. по строительству, М., 1964, с. 267 - 276.

2. Патент РФ N 2084830 по кл. G 01 F 1/38. Бюл. 20, 1997 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования воздействия потока в линейное смещение чувствительного элемента, отличающийся тем, что периодически, в моменты достижения чувствительным элементом крайнего положения прекращают указанное воздействие потока и возобновляют его в моменты возвращения чувствительного элемента в исходное положение, соответствующее нулевой скорости потока в трубопроводе, в моменты возобновления и прекращения воздействия потока на чувствительный элемент формируют соответственно передние и задние фронты информационных сигналов и по длительности каждого из информационных сигналов судят о значении мгновенного расхода, а по их суммарной длительности - о суммарном расходе.

2. Устройство для реализации способа, содержащее датчик скорости, выполненный в виде чувствительного элемента, установленного с возможностью обеспечения возвратно-поступательного смещения, и вторичный прибор, отличающееся тем, что в состав его датчика скорости включены линия полного давления, выполненная в виде напорной трубки, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока воды в трубопроводе, линия статического давления с первым отводом, соединительная линия со вторым отводом, два электромагнитных клапана и два микровыключателя, первый из которых установлен с возможностью срабатывания при исходном положении чувствительного элемента, выполненного в виде перегородки и смонтированного на первом и втором отводах посредством защитных чехлов, второй - с возможностью срабатывания при крайнем положении указанного элемента, входной канал первого электромагнитного клапана соединен с линией полного давления, входной канал второго электромагнитного клапана - с линией статического давления, а к выходным каналам первого и второго клапанов подключена соединительная линия.

3. Устройство для реализации способа, содержащее датчик скорости, выполненный в виде чувствительного элемента, установленного с возможностью обеспечения возвратно-поступательного смещения, и вторичный прибор, отличающееся тем, что в состав его датчика скорости включены линия полного давления, выполненная в виде напорной трубки, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока воды в трубопроводе, линия статического давления с первым отводом, соединительная линия со вторым отводом, первый и второй клапан, электромагнит с реечной передачей линейного смещения сердечника электромагнита золотникам первого и второго клапана, и два микровыключателя, первый из которых установлен с возможностью срабатывания при исходном положении чувствительного элемента, выполненного в виде перегородки и смонтированного на первом и втором отводах посредством защитных чехлов, второй - с возможностью срабатывания при крайнем положении указанного элемента, входной канал первого клапана соединен с линией полного давления, входной канал второго клапана - с линией статического давления, а к выходным каналам первого и второго клапанов подключена соединительная линия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3