Индикатор расхода жидкости

 

(>1 494605

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.06.73 (21) 1936226/18-10

Союз Советских

Социалистических

Республик

:1 (51) М. Кл, G 01f 1/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР

rî делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.12.75. Бюллетень № 45 (53) УДК 681.121.89 (088.8) Дата опубликования or.íñàíèÿ 02.02.76 (72) Авторы изобретения

А. Ш. Киясбейли, В. П. Смирнов и Э. М. Гаджиев

Специальное конструкторское бюро «Нефтехимприбор» (71) Заявитель (54) ИНДИКАТОР РАСХОДА ЖИДКОСТИ т=(— ).

d„= (1,25 — 1,07) d;

dâõ.ê — (0,98 — 0 92) d, Изобретение относится к области приборостроения, предназначено для измерения расхода и количества жидкостей и может применяться в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для индикации расхода жидкости, содержащее входной и выходной каналы, между которыми расположена наклонная расширяющаяся камера, снабженная с одной стороны прозрачной крышкой. При движении жидкости шар покидает расширение (седло) и, попадая под прозрачную крышку, теряет устойчивость, начиная играть, это можно наблюдать через прозрачную крышку.

При прекращении потока или его реверсировании шар попадает в седло и исполняет роль обратного клапана. Однако отмечается отсутствие возможности измерять расход с нормированной погрешностью в широком диапазоне расходов.

Для точного измерения расхода и количества жидкостей в широком диапазоне в предлагаемом индикаторе камера выполнена калиброванной и расположена вертикально, а геометрические размеры камеры, входного канала и шара выбраны в соответствии с соотношением

Где дк, 1вх.н, d соответственно диаметры камеры, входного канала и шара. Камера на участке присоединения отводящего канала снабжена крышкой с ограничителем хода ша5 ра.

При этих геометрических соотношениях обеспечивается самопроизвольное закручивание и вращение шара вокруг оси камеры с частотой, прямо пропорциональной объемному

10 расходу с высокой точностью.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый индикатор; на фиг. 2 — зависимость поперечной (подъемной) силы R, вращающей шар вокруг оси камеры, от геометрических

15 размеров, Индикатор состоит из корпуса 1, входного

20 канала 2, калиброванной камеры (расширения) 3, образующей вследствие разности диаметров с входным каналом уступ (седло) 4, помещенного в камеру шара 5, крышки с ограничителем 6, выходного канала 7, тахометри25 ческого датчика 8 и преобразователя 9 с аналоговым и цифровым выходами соответственно мгновенному расходу и количеству.

Индикатор работает следующим образом.

При сообщении жидкости некоторой скоро30 сти шар 5 отрывается от уступа 4 (седла) и

494605 начинает вращаться (ниже описаны причины и условия, при которых возникает вращение) в плоскости, перпендикулярной оси симметрии камеры 3. При незначительном увеличении скорости потока шар, находясь во взвешенном в потоке состоянии, переместится до ограничителя 6. Дальнейшее увеличение расхода обуславливает непрерывное вращение шара с частотой, прямо пропорциональной объемному расходу в широком диапазоне с высокой точностью. Вращение шара воспринимается датчиком 8, например индуктивным, и преобразуется в аналоговый и цифровой выходы.

Самопроизвольное закручивание шара в области уступа вертикально расположенной камеры при сообщении потоку некоторой скорости происходит благодаря реализации при определенных геометрических соотношениях шара, камеры и входного канала, одной из оригинальных форм потери устойчивости тела обтекания (шара), удерживаемого силами гидродинамического напора во взвешенном состоянии. Устойчивость теряется в результате нарушения симметрии обтекания.

Нарушение симметрии обтекания влечет,"а обой образование постоянно действующей поперечной силы и момента этой силы относительно оси симметрии камеры, Момент равен

Л = . l SiII(R„I), (1) где R=p U à — поперечная (подъемная) сила, равная произведению плотности жидкости, скорости жидкости в камере и циркуляции;

l — эксцентриситет, расстояние между центром сферы и осью камеры.

Главная действующая сила R после решения уравнения (1) с учетом граничных условий скорости жидкости в точке касания стенки камеры и сферы равна нулю — это подтверждается экспериментально, так как сфера вращается вокруг оси камеры безотрывно от стенок камеры, при этом можно пренебречь толщиной пограничного слоя. Течение в диаметральном сечении сферы отвечает симметрии камеры и сферы, т. е. направления равнодействующих под.ьемных сил от поступательного и вращательного движения жидкости совпадают, это подтверждается экспериментально и описывается формулой

2 (2) (1 — т) где р;, — плотность жидкости;

V„, — объем шара;

Q — расход;

d — диаметр камеры;

/ dm 2

m=(— ) (аналогично модулю в сужаd,< / ющих устройствах).

Уравнение (2) позволяет проанализировать границы реализации эффекта закручивания сферы и установить оптимальные геометрические соотношения для камеры и шара. На фиг. 2 приведена зависимость R= f (m), построенная по уравнению (2).

5 1) При d„=d уравнение (2) теряет смысл.

2) При d„d„R — оо. Однако на практике реализовать это Heçâoçìoæío по двум причинам: во-первых, при d„- d, QO, а для рассматриваемой конструкции перепад стре10 мится к бесконечности, и, во-вторых, не выполпястся условие (Re — числО Рейнольдса и Fr— число Фруда)„, при котором возникает спонтанное закручивание шара в области уступа 3. Эксперименты, проведенные с различны15 vè шарами, камерами и входными каналами показывают, что существует некоторое постоянное значение d„=1,7d„, (m=0,96), меньше которого эффект не реализуем.

3) При d„) d эффект и рассматриваемая

20 конструкция не реализуемы, так как в этом случае подъемная сила убывает обратно про4 порционально д,, †или m реализуются в ш

25 пределах 1,02(1,70 (3).

Ыш

Таким образом, предельные границы, при которых существует синхронное с потоком вращение шара, выражаются пределом (3).

ЗО Для реализации индикатора на этом принципе на этот предел накладывается еще целый ряд оптимизирующих условий, таких как наибольший линейный диапазон измерения расхода при минимуме потери давления в широком диапазоне вязкости жидкости, При — — 1,7 резко падает один из показателей точности индикатора — число оборотов, совершаемое при прохождении единицы объема, понижается чувствительность расходомера, но достигается наименьшая потеря давления.

При — — 1,02 растет потеря давления, но

dr< ш

45 улучшаются все другие показатели. В результате всестороннего экспериментального исследования макета индикатора со сменными камерами и шарами установлено, что наилучшим диапазоном геометрических соотношений является d„= (1,25 —:1,07)д„„причем для достижения гидродинамического подобия условий работы индикатора в широком диапазоне вязкости необходимо для малых вязкостей выd c бирать соотношения — в сторону уменьше55 Ап к ния, а для больших вязкостеи — в сторону

dm увеличения. Следует отметить, что отношение

60 —" не полностью характеризует геометриче ш ские свойства индикатора, так как при всех прочих условиях минимальное значение расхода, при котором происходит закручивание

65 сферы, зависит от условия входа потока в ка494605 вх.к меру в области уступа, т. е. отношение ш

Оптимальным диапазоном отношения ш с точки зрения минимального расхода (чувствительности1, при котором начинается вращение сферы, является d,, = (0,98 —:0,92) с „,.

Предлагаемый индикатор измеряет очень малые расходы с высокой точностью преобразования, так как металлический шар диаметлем спгна: это позволяет создавать индикаторы с условным проходом D,=1,5 мм и менее.

Предмет изобретения

1. Индикатор расхода жидкости, содержащий подводящий и отводящий каналы, соедипенныс расширяющейся по сравнению с каналами цилиндрической камерой, в которой расположен шар, отличающийся тем, что, с целью возможности одновременного измере5 ния расхода и количества жидкости, цилиндрическая камера выполнена калиброванной и расположена вертикально, а геометрические размеры цилиндрической камеры, входного канала и шара выбраны в соответствии с со10 отношением

d, = (1,25 — 1,07) d;

d... = (0,98 — 0,92)d, где d„; d,,-,; d — соответственно диаметры

15 камеры, входного канала и шара.

2. Индикатор расхода жидкости по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что цилиндрическая камера на участке присоединения отводящего канала снабжена крышкой с ограничителем

20 хода поршня, 494605

Редактор О. Фялкппова

Заказ 7б/18 Изд. № 91 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 и /> ф

Составитель С. Широчеиский

Тсхред М. Семенов Корректор А, Галахова