Датчик давления для расходомера

 

Изобретение может быть использовано для измерения расхода текучих сред, содержащих примеси в виде твердых частиц. Датчик давления выполнен в форме встроенного в трубопровод трубчатого тела с отверстиями для отбора давления в его поперечных сечениях. Между входным и выходным патрубками трубчатого тела по ходу текучей среды расположены участок-диффузор, участок с максимальным сечением и участок-конфузор. Внутри трубчатого тела размещена цилиндрическая предохранительная вставка, в стенке которой выполнены круглые отверстия или продольные, или поперечные щели, исключающие засорение отверстий для отбора давления частицами примесей. Внутренний диаметр вставки равен внутреннему диаметру трубопровода. Изобретение обеспечивает надежное измерение расхода одно- и многофазных текучих сред в трубопроводах среднего и большого диаметра с повышенным абразивным или кавитационным износом. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники Изобретение относится к измерению расхода текучих сред в закрытых трубопроводах, в частности текучих сред, содержащих примеси в виде твердых частиц. Более конкретно речь идет о датчике давления для расходомеров, используемых именно при наличии таких примесей.

Предшествующий уровень техники Обычно датчики давления представляют собой расходомерные диафрагмы, измерительные сопла и трубки Вентури, при этом последние из названных устройств состоят из трубчатого тела, поперечное сечение которого, по ходу потока, постепенно сужается от полного значения примерно до половины от первоначального и затем снова расширяется до исходной величины. В этом случае измеряют разность давлений между точкой, лежащей вверх по течению и отвечающей целому поперечному сечению, и точкой, отвечающей минимальному поперечному сечению, при этом для отбора давления предусмотрено несколько отверстий, распределенных по периметру сечения и окруженных усредняющим коллектором.

Перечисленные известные датчики давления малопригодны для измерения расхода текучих сред, содержащих примеси, так как отверстия для отбора давления легко закупориваются частицами примеси, что ставит под сомнение надежность эксплуатации и точность измерения.

Известное из описания к патенту США N 2573430 устройство для измерения расхода снабжено на трубчатом участке, не имеющем изменений его поперечного сечения, отверстиями для отбора давления, которые расположены в находящихся на некотором расстоянии друг от друга плоскостях поперечного сечения и которые выполнены в виде каналов в стенке, причем оси каналов, расположенных вниз по течению, - в направлении потока. Хотя в одном из вариантов выполнения сечение трубчатого участка напоминает трубку Вентури, отверстия для отбора давления располагаются в местах, отвечающих одинаковым сечениям, и в точках перед самым узким местом и после него. Защита от попадания примесей твердых частиц отсутствует.

Описанное в заявке Германии N 1952954 устройство для измерения расхода содержащих загрязнения газов имеет канал с сужением поперечного сечения и двумя датчиками давления, которые расположены в середине канала, один - на широком участке, а другой - на узком. Для защиты от засорения датчиков давления они окружены внешней трубкой, закрытой спереди и открытой сзади, благодаря чему давление в создающейся вниз по течению мертвой зоне через задний открытый конец передается на находящийся внутри трубки датчик давления.

Известен также датчик давления для расходомера, предназначенного для измерения расхода сильно загрязненных жидкостей, содержащих твердые частицы. Известный датчик давления выполнен в форме трубчатого тела с отверстиями для отбора давления в соответствующих поперечных сечениях трубчатого тела, имеющего последовательно расположенные участки: конус-диффузор, участок максимального диаметра и конус-конфузор (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1989, с. 101-1).

Перепад давления для расчета расхода текучей среды определяют на участке конуса-конфузора. В этом случае повышение измеряемого перепада давления и, следовательно, повышение точности определения расхода достигается за счет увеличения максимального диаметра и связанных с этим длин участков конуса-диффузора и конуса-конфузора при сохранении угла конусности последнего.

Это приводит к увеличению веса и габаритов датчика давления, а также к увеличению потерь энергии текучей среды, что является существенными недостатками известного датчика давления.

Известные расходомеры, работающие по принципу давления, малопригодны для измерения расхода текучих сред, содержащих примеси: отверстия для отбора давления легко засоряются более крупными частицами примесей и тем самым под вопросом остается надежность эксплуатации и точность измерений.

Раскрытие изобретения Задача изобретения заключается в создании датчика давления для расходомеров, позволяющего надежно и с высокой точностью измерять расход текучих сред, даже содержащих примеси.

Решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что внутри датчика давления в виде трубчатого тела, в котором имеются участок-диффузор, участок с максимальным сечением и участок-конфузор, согласно изобретению размещена цилиндрическая предохранительная вставка, имеющая множество отверстий в стенке, препятствующих попаданию твердых примесей в размещенные по периметру трубы отверстия для отбора давления, при этом внутренний диаметр вставки равен внутреннему диаметру трубопровода, в который встроен датчик.

Краткое описание фигур чертежей Подробнее изобретение поясняется с привлечением чертежей, на которых представлены: фиг. 1 - датчик давления (вид сбоку, в половинном разрезе); фиг. 2 - поперечный разрез по линии 1-1 на фиг. 1; фиг.3 - поперечный разрез по линии 2-2 на фиг. 1; фиг.4 - продольный разрез цилиндрической предохранительной вставки; фиг. 5 - поперечный разрез по линии 3-3 на фиг.4;
фиг. 6 - продольный разрез датчика давления на выходе;
фиг. 7 - поперечный разрез по линии 5-5 на фиг.6.

Варианты осуществления изобретения
Датчик давления, через который слева направо протекает текучая среда, представляет собой трубчатое тело, которое встроено в трубопровод между подводящей трубой (26) и отводящей трубой (27) и которая состоит из входного патрубка (1), участка-диффузора (3) длиной (l₁), цилиндрического участка (4) длиной (l₂), имеющего максимальный диаметр, участка-конфузора (6) длиной (l₃) и выходного патрубка (7).

Входной патрубок снабжен множеством отверстий (9) для отбора давления, распределенных по периметру патрубка, устья которых на внешней поверхности (10) сообщаются с имеющим форму половинки тора усредняющим коллектором (11), от которого отходит штуцер (12) для отбора давления (P₁), равного давлению в поперечном сечении (2). На участке с максимальным сечением (4) в плоскости (5) предусмотрено множество отверстий (13) для отбора давления, имеющих диаметр (d) и распределенных по периметру; устья этих отверстий сообщаются, с наружной стороны (14), с усредняющим коллектором (15), снабженным штуцерами (16) для отбора давления (P₂). На выходном патрубке (7) имеются отверстия (17), с внешней стороны (18) заключенные в усредняющий коллектор (19) со штуцером (20) для отбора давления (P₃). Давление (P₁, P₂, P₃) по соединительным линиям (на чертеже не показаны) передается на измерительный прибор, например дифференциальный манометр.

Внутри трубчатого тела, в продольном направлении и концентрично, проходит цилиндрическая предохранительная вставка (22), имеющая отверстия в стенке, которые размещены, начиная от точки, расположенной вверх по течению относительно отверстий (9) для отбора давления (P₁), по направлению к точке, расположенной вниз по течению относительно отверстий (17) для отбора давления (P₃). Отверстия в стенке предохранительной вставки препятствуют попаданию крупных примесей из текучей среды в кольцевое пространство коллектора вне вставки, а также в отверстия (9,13,17) для отбора давления, но не обособляют кольцевое пространство усредняющего коллектора от общего течения. Описанное задерживание крупных примесей особенно важно для отверстий (13) отбора давления на отрезке (4) с максимальным сечением, поскольку здесь скорость потока минимальна и может иметь место осаждение частиц, приводящее к нарушению течения.

Внутренний диаметр предохранительной вставки (22) равен диаметру (d₁) трубопровода (26, 27), в который встроен датчик давления; благодаря этому обстоятельству диаметр трубопровода в свету плавно становится внутренним диаметром предохранительной вставки. Наружный диаметр (d₂) предохранительной вставки одинаков с равными между собой внутренним диаметром входного патрубка (1) и внутренним диаметром выходного патрубка (7).

В варианте выполнения, изображенном на (фиг. 1-3), отверстия в стенке предохранительной вставки (22) выполнены в форме продольных щелей (23), которые тянутся в продольном направлении параллельно оси (28) трубчатого тела датчика; иными словами, они перпендикулярны плоскостям поперечного сечения (2, 5, 8). Возможен, впрочем, и такой вариант выполнения, когда продольная щель образует с указанными плоскостями угол, отличный от 90^o.

В варианте выполнения согласно (фиг. 4 и 5) отверстия в стенке вставки представляют собой поперечные щели (24), охватывающие около половины периметра и лежащие в плоскости поперечного сечения. Не исключен и такой вариант выполнения, когда эти поперечные щели расположены в плоскостях, образующих с плоскостями поперечного сечения некоторый угол, отличный от нуля.

В варианте согласно (фиг. 6 и 7) отверстия в стенке вставки представляют собой перфорации (25), предпочтительно высверленные круглые отверстия. Наименьший размер b (ширина щели или диаметр перфорации) выбирают так, чтобы было выполнено условие:
d ≅ b < b₁,
где d - диаметр отверстия для отбора давления;
b - минимальный размер задерживаемых твердых частей примесей.

Длина участка вставки, который занят отверстиями в стенке, равняется 1 и рассчитывается следующим образом:
1 ≥ l₁ + l₂ + l₃ + l₄ + l₅ +2d,
где l₁ - длина участка-диффузора (3);
l₂ - длина участка с максимальным поперечным сечением;
l₃ - длина участка-конфузора (6);
l₄ - расстояние между плоскостью (2) с отверстиями (9) для отбора давления (P₁) и началом участка-диффузора;
l₅ - расстояние между окончанием участка-диффузора и плоскостью (8) с отверстиями (17) для отбора давления (P₃).

Предохранительная вставка (22) закреплена в трубчатом теле датчика давления таким образом, что отверстия для отбора давления (9 и 17) входного и выходного патрубков соосны отверстиям в стенке вставки, благодаря чему исключаются любые помехи для передачи давления из плоскостей сечения (2 и 8) в усредняющий коллектор и на штуцеры для отбора давления. В силу сказанного число распределенных по периметру отверстий в стенке предохранительной вставки равно количеству отверстий для отбора давления в плоскостях сечения (как следует из рассмотрения фиг. 7) или же количество отверстий в стенке вставки является целым кратным числу отверстий для отбора давления, как показано на фиг. 2.

В процессе эксплуатации описанного выше датчика давления при протекании текучей среды твердые примесные частицы, минимальный размер которых (b₁) превышает ширину (b) щели (23) или (24) или диаметр круглой перфорации (25), станут перемещаться через датчик давления внутри предохранительной вставки и поступать, не встречая препятствий, в отводящий трубопровод (27).

Остальная часть потока, в том числе и частицы, минимальный размер (b₁) которых меньше ширины (b) отверстий в стенке вставки, будут поступать и в кольцевое пространство коллектора между стенкой трубчатого тела и наружной поверхностью предохранительной вставки, что, однако, не приведет к каким-либо сбоям в эксплуатации датчика, даже при попадании примесей в коллекторы (11, 15, 19).

Величина расхода может быть определена на основании обоих замеряемых перепадов давления:
Δ P₁ = P₂ - P₁;
Δ P₂ = P₂ - P₃.

Промышленная применимость
Предлагаемый датчик давления может найти применение в напорных газогидравлических системах различного назначения с условным диаметром трубопроводов от 10 до 2500 мм для измерения расхода одно- и многофазных текучих сред, содержащих включения различного физико-механического или химического состава. Особенно перспективным использование датчика представляется в трубопроводах среднего и большого диаметра (250-2500 мм), а также в трубопроводах с повышенным гидроабразивным или кавитационным коррозионно-эрозионным износом. Среди возможных областей использования датчиков можно назвать следующие:
- водоснабжение и водоотведение населенных мест и промышленных предприятий;
- газовая и нефтяная промышленность;
- теплогазоснабжение и вентиляция населенных мест и промышленных предприятий;
- химическая и нефтехимическая промышленность;
- разработка месторождений полезных ископаемых гидравлическим способом;
- гидротранспорт хвостов обогатительных фабрик;
- системы транспортировки и распределения жидкого и газообразного топлива в энергетике;
- системы гидротранспорта строительных растворов и смесей;
- оросительные системы в сельском хозяйстве;
- технологические газогидравлические системы пищевой промышленности.

Формула изобретения

1. Датчик давления для расходомера текучих сред, содержащих твердые примеси, выполненный в форме встроенного в трубопровод (26, 27) трубчатого тела с отверстиями (9, 13, 17) для отбора давления, а также с входным патрубком (1), выходным патрубком (7) и расположенными между этими патрубками друг за другом в направлении потока участком-диффузором (3), участком (4) с максимальным сечением и участком-конфузором (6), при этом отверстия для отбора давления распределены по периметру сечений и окружены с внешней стороны трубчатого тела усредняющим коллектором (11, 15, 19), отличающийся тем, что внутри трубчатого тела вдоль участка измерения размещена цилиндрическая предохранительная вставка (22), в стенке которой имеются отверстия, при этом внутренний диаметр входного патрубка (1) равен внутреннему диаметру выходного патрубка (7) и наружному диаметру (d₂) предохранительной вставки (22), внутренний диаметр (d) которой равен внутреннему диаметру (d₁) трубопровода (26, 27).

2. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что отверстия в стенке предохранительной вставки представляют собой продольные щели (23).

3. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что отверстия в стенке предохранительной вставки представляют собой поперечные щели (24) или перфорации (25) круглой формы.

4. Датчик давления по п.2 или 3, отличающийся тем, что в отношении наименьшего размера (b) отверстия - ширины щели или диаметра перфорации, выполнено условие
d ≅b<b,
где d - диаметр отверстий (9, 13, 17) для отбора давления;
b₁ - минимальный размер твердых примесных частиц.

5. Датчик давления по п.3, отличающийся тем, что отверстия (24, 25) в стенке предохранительной вставки (22) расположены соосно отверстиям (9, 17) для отбора давления во входном (1) и выходном (7) патрубках.

6. Датчик давления по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что число распределенных по периметру отверстий в стенке предохранительной вставки равно числу отверстий для отбора давления в плоскостях сечения или является целым кратным этого числа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.11.2008

Извещение опубликовано: 27.08.2009        БИ: 24/2009

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Бычков Юрий Максимович

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Закрытое акционерное общество "Глоб Мера"

Договор № РД0055565 зарегистрирован 14.10.2009

Извещение опубликовано: 27.11.2009        БИ: 33/2009

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

---