Тепломер
ПИ6-АНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик (ii> 76757 1
X А@ О CxOev с@йде л с у (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 260373 (21) 1897498/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.з
G 01 К 19/00
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий
Опубликовано 3009.80. Бюллетень ЙВ 36 (53) УДК 636,581 (088. 8) Дата опубликования описания 3009.80 (72) Автор изобретения
Э.А. Исмиев (71) Заявитель (54 ) 1 ЕПЛОМЕР
Изобретение относится к области метрологии интегрального значения тепла, носимого жидкостью в городских тепловых сетях, а также для определения интегрального весового 5 расхода жидкости при автоматизации городских тепловых сетей и др.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является тепломер, со- 10 держащий размещенные в трубопроводе преобразователи температуры и расхода теплоносителя, измерительный узел и регистратор C 11.
Цель изобретения — повышение точ- 15 ности измерения при одновременном упрощении конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в тепломере преобразователь расхода выполнен в виде дроссельной 20 шайбы, установленной по,сечению потока и гидрсщросселя, размещенного .в отверстии трубопровода перед дроссельной шайбой по направлению движения теплоносителя, а,измерительный . 25 узел содержит сообщающуюся с атмосферой дозирующую емкость, в противоположных торцах которой находятся разделенйые мембраной йолости, в одной из которых надмембранная полость 30 сообщена непосредственно каналом с трубопроводом за дроссельной шайбой, а подмембранная полость сообщена через гидродроссель с трубопроводом перед дроссельной шайбой и посредством сопла связана с довирующей емкостью, на дне которой выполнено седло, взаимодействующее с жестким центром разделительной мембраны, с которым связан шток с размещенной на нем подпружиненной втулкой, соединенной с преобразователем температуры в виде биметаллической пластины, причем надмембранная .полость сообщена со сливом, а подмембранная полость— с атмосферой.
На чертеже схематично показан тепломер.
У места образования давления 9, до дроссельной шайбы 1 гидропривода
2 в одинаковых с ней температурных условиях установлено гидравлическое сопротивление 3, соединенное с подмембранной полостью 4 гидравлического следящего устройства с разделительной мембраной 5. Надмембранная полость 6 гидравлического следящего устройства сообщается с полостью гидропривода за дроссельной шайбой
767571
Ь;-р,Г,Д 2 g Ð,-P )) (5) =БЬ; =1И (7) Cl К С11, (2) 1 с давлением . Сопло 7 гидравлического следящего устройства связывает его подмембранную полость 4 с емкостью 8, сообщающейся с атмосферой через,сквозные отверстия 9.
На дне емкости 8 выполнено седло 10 клапаном которого служит жесткий центр 11 мембраны, отделяющей надмембранную сливную полость 12 от подмембранной полости 13, связанной через сквозные отверстия 14 с атмосферой. На жесткий центр 11 мембраны действует регулировочная пружина 15, связанная через узел настройки 16 с лапкой 17 биметаллической пластйнй
18, помещенной в контролируемый поток с температурой Т, жесткий центр )5
11 мембраны через шток 19 действует на храповичок 20 обыкновенного. дискового механического десятичного счетчика 21, Уровень жидкости в емкости 8 обозначен h, поток жидкости в трубопроводе G, Для случая измерения интегрального весового расхода жидкости необходимость в пластине 18 с лап:;.îé 17 отпадает, так как настройка пружины 18 фиксируется и не зависит от температуры контролируемого по тока. На шкалу счетчика 21 наносится размерность (кГ и ккал), Благодаря действию гидравлическо
ro следящего устройства с соплом 7, ЗО мембраной 5, камерами 4 и 6, перепад давления (Р, — V< ), образующийся на дроссельной шайбе 1 за счет движения жидкости, устанавливается также и на моделирующей дроссельной 35 шайбе 3, поэтому уравнения расхода жидкости через дроссельные шайбы 1 и 3 можно записать в виде: где 5 и Qg .- весовые расходы жидкости соответственно через дроссельные шайбы 1 и
3;
Р - t"l — коэффициенты расхода дроссельных шайб 1 и
3; 5О площади проходных сечений дроссельных шайб, 1 и 3; ускорение силы тяжести;
- удельный вес жидкости. 55
Иэ сравнения уравнений расхода (1) можно получить
М где = со" — коэффициент
Рг пропорциональности.
Иэ выражения (2) следует, что весовой расход жидкости через предлагаемый прибор прямопропорцион ален весовому расходу жидкости в трубопроводе 2.
В силу неразрывности потока сумма порций жидкости, сливаемых за единицу времени, равна расходу жидкости через прибор
Qg=Alf, W» Ь5 (3) где rn - вес порции жидкости, сливаемой за один такт работы;
- максимальная высота столба жидкости, набирающейся в доэирующей емКости 8 за рабочий цикл;
Ь - площадь поперечного сечения дозирующей емкости 8; частота слива порций жидкости из емкости 8.
Расход измеряемого тепла, транспортируемого потоком жидкости в трубопроводе 2, определяется выражением
8. .— = Т; (4) где B — количество тепла, транспортируемого потоком жидкости за промежуток времени М температура жидкости;
- теплоемкость жидкости.
Учитывая принципиальную необходимость заделки биметаллической пластины 18 с верхним расположением активного слоя (co стороны пружины) для достижения обратной пропорциональности веса столба жидкости в емкости 8 развиваемой биметаллом силе, из условия равновесия мембраны 11, можно записать где Ь вЂ” площадь проходного сечения седла 10; коэффициент пропорциональности биметаллической пластины.
Из выРажений (2), (3), (4) и (6) легко вывести где и — показание счетчика 21, .
Иэ выражений. (6) и (7) следует, что расход измеряемого количества. тепла, транспортируемого жидкостью, прямо пропорционален частоте слива порций жидкости из прибора. Следовательно показание счетчика 21 также прямо пропорционально интегральному расходу тепла за определенный промежуток времени b+ что и требовалось доказать.
Предлагаемый тепломер работает следующим образом.
767571
В гидропроводе 2 на дроссельной шайбе 1 при наличии потока G устанавливается перепад давления (р, — Р ). давление р, устанавливается также и на моделирующем дросселе (гидравлическом сопротивлении 3), так 5 как он находится непосредственно у места образования давления Р„ .. 3a этим дросселем 3 благодаря гидравлическому следящему устройству поддерживается давление Р, образованное за дроссельной шайбой 1, так как мембрана 5 занимает такое положение относительно сопла 7, что давление в полости 4 оказывается равным давлению в полости 6, непосредственно связанной с местом образования давления Р1 эа дроссельной шайбой 1 благодаря компенсации сил на этой мембране, В связи с установкой дросселя 3 в непосредственной близости от дроссельной шайбы 1 температуры основного и смоделированного потоков могут быть приняты одинаковыми.
Таким образом, все параметры потоков через дроссельную шайбу 1 и 25 ее модель - дроссель 3 оказываются бдинаковыми. Поэтому согласно классическому уравнению расхода жидкости можно утверждать, что весовые расходы жидкости через дроссельную 30 шайбу 1 и дроссель 3 прямо пропорциональны и, зная весовой расход жидкости через дроссель 3, можно с достаточно высокой точностью определить весовой расход жидкости.в трубопроводе 2.
Расходы жидкости через дроссель 3 и сопло 7 равны в силу неразрывности потока, поэтому вес жидкости., накапливаемой в емкости 8, связан- 4О ной через отверстия 9 с атмосферой, равен интегральному весовому расходу жидкости эа определенный отрезок времени Е . С достижением уровня П определенного настройкой пружины 15 (площадью проходного сечения седла
10 и усилием сжатия пружины 15), мембрана 11 под действием статического давления столба жидкости на площади проходного сечения седла 10, отрываясь от этого седла, фиксирует ся в нижнем положении, так как жид-, кость, наполнив полость 12, вызы- . вает усилие она мембране 11, во много раэ больше ее усилия отрыва от седла 10 ° Жидкость иэ полости 8 через седло 10 и полость 12 вытекает на слив и с достижением уровня жидкости в емкости 8 минимального зна-. чения, определенного усилием.затяжки пружин 15 и эффективной площадью 60 мембраны ll мембрана с жестким центром, перемещаясь вверх, прикрывает седло 10, В емкости 8 процесс накопления жидкости повторяется и уровень жидкости снова возрастает.. 65
Сливаемые весовые порции хащкости от параметров потоков (в том числе и от температуры жидкОсти) не зависят и определены усилием затяжки пружины 15, площадью проходного сечения седла 10 и эффективной площадью мембраны ll,которые постоянны, Следовательно сливаемые весовые порции жидкости строго одинаковы и по числу этих порций во времени можно определить весовой интегральный расход жидкости в килограммах через дроссель
3, а значит и через дроссельную шайбу 1.
Если обеспечить постоянство количества тепла, уносимого сливаемой порцией жидкости, то по числу этих порций во времени можно определить также и интегральный расход тепла.
Это реализуется с помощью биметаллической пластины 18, помещенной в измеряемый поток и воздействующей на пружину 15, изменяя ее настройку в зависимости от колебаний температуры жидкости. Изменение температуры потока жидкости вызывает пропорциональное изменение усилия биметаллической пластины 18, уравновешивающегося с усилием сжатия пружины 15. Пропорционально изменению усилия пружины 15 меняется величина статического давления жидкости, при которой открывается седло 10 на слив, Таким образом, сливаемая весовая порция жидкости меняется пропорционально изменению ее температуры и уносимое весовой порцией жидкости количество тепла оказывается постоянным, Повышение температуры Т потока, например, приводит к изгибу биметаллической пластины 18 вниз по закону Гука, усилия сжатия пружины 15 соответственно уменьшается (обратно пропорционально изменению температуры), поэтому мембрана 11 начинает отходить от седла 10 при меньшем статическом давлении столба жидкости, и сливаемая весовая порция жидкости с повышением температуры уменьшается.
В силу пропорциональной зависимости между всеми перечисленными переменными параметрами (температурой потока 7, величиной изгиба пластины, деформацией и усилием пружины, силой статиЧеского давления и весом жидкости в ограничен ой емкости), изменение температуры потока жидкости приводит к такому изменению сливаемой весовой порции жидкости, что количество уносимого сливаемой порцией жидкости тепла остается постоянным, т.е. обеспечиваетея обратная про7
767571 порциональность между массой Р1 .;" и изменением температуры h Ò в вйражении для количества тепла
Я =СмаТ = соиМ., где С вЂ” удельная теплоемкость жидкости, Число сливаемых порций жидкбсти (тепла) фиксируется механическим
-счетчикбм 21, на храповое колесо
20 которого воздействует шток 19, жестко связанный с мембраной 11.
Поворотом втулки в гайке узла настройки 16 легко настроить устройство на работу С требуемой часто той, т. е. с требуемой расчетной ве личиной весовой порции жидкости. В случае работы устройства в ка-. честве интегрального весового расходомера жидкости втулка узла настройки 16 должна быть освобождена
" -от лапки 17 (воздействия) пластины
18 и зафиксирована, так как сливаемая весовая порция жидкости от температуры потока не зависит.
Таким образом, предлагаемый тепломер одновременно выполняет функции интегральных весового расхода жидкости и тепломера (поэтому на шкале счетчика могут быть указаны ккал и кГ) .
Из-за пренебрежимой малости сливаемым потоком жидкости можно пренебречь, а в случае ценных потоков сливаемую жидкость можно собрать и вновь возвратить в гидропровод.
Предлагаемый тепломер удобен дпя автоматизации и телемеханизации гидроприводов, так как шток 19 может воздействоваать также на лару электрических и пневматических кон тактов„ что весьма важно, Тепломер прост и универсален.
Формула изобретения
Тепломер, содержащий размещенные в трубопроводе преобразователи температуры и расхода теплоносителя, 5 измерительный узел и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном упрощении конструкции в нем, преобразователь расхода. выполнен в виде дроссельной шайбы, установленной по сечению потока и гидродросселя, размещенного в отверстии трубопровода перед дроссельной шайбой:по направлению движения теплоносителя, а измерительный узел содержит сообщающуюся с атмосферой доэирующую емкость, в противоположных торцах которой находятся разделенные мембраной полости, в одной из которых надмембранная полость сообщена непосредственно каналом с трубопроводом за дроссельной шайбой, а подмембранная полость сообщена через
25 гидродроссель с трубопроводом перед
2 дроссельной шайбой и посредством сопла связана с дозирующей емкостью, на дче которой выполнено седло,. взаимодействующее с жестким центром разделительной мембраны, с кото30 рым связан шток с размещенной на нем подпружиненной втулкой, соединенной с преобразователем температуры в виде биметаллической пластины, причеМ надмембранная полость сообщена со сливом, а подмембранная полость - с атмосферой.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
g() 1. Преображенский В.П, Теплотехнические измерения и приборы. М-Л, 1946, с. 253-255 (прототип).
767571
Составитель Н. Горшкова
Редактор Т. Рыбалов Техред Е.Гаврылешко Корректор Ю. Макаренко
& el
Заказ 7181/37 Тираж 713 . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва,.Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
4i4&ЮЮЮ ЮМЮМЮФЮ
Ю
Филиал ппп патент, r, ужгород, ул. проектная, 4
