ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК G01F1/34 

Изобретение относится к области измерения объема или массы газов путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, а более конкретно - к измерению расхода газа, транспортируемого по газопроводам различного назначения, включая магистральные.

Известна конструкция измерителя расхода газа, включающая мерную диафрагму, корпус для ее установки и подсоединения к трубопроводу, а также установки датчиков измерения давления до и после диафрагмы [1].

Недостатком этой конструкции является то, что за диафрагмой площадь поперечного сечения струи потока сначала уменьшается, поэтому измеренный перепад давления относится именно к этой площади, а не к площади отверстия диафрагмы. Это требует введения поправки к измеренному таким образом потоку - так называемого "коэффициента расхода", и чтобы его стабилизировать, выполняют входную кромку диафрагмы как можно более острой. Однако со временем, а также при наличии в потоке газа твердых частиц эта кромка притупляется, что резко снижает точность замера за счет срыва потока и усиления турбулентных явлений. Турбулентные явления могут быть также усилены наличием колен или иных препятствий в трубопроводе. Вследствие этого для измерителя расхода газа, содержащего мерную диафрагму, при установке на трубопроводе необходимо наличие прямолинейных участков длиной 50-100 диаметров трубопровода до и после мерной диафрагмы. Ввиду низкой эрозионной стойкости происходит сравнительно быстрый износ мерных диафрагм, что требует их частой замены и, как следствие, высоких эксплуатационных расходов.

Наиболее близким аналогом изобретения является измеритель расхода газа, выполненный в виде трубки Вентури, включающий последовательно и соосно расположенные цилиндрическую часть, сопло, цилиндрический патрубок, коническую насадку, а также датчики давления, установленные на цилиндрической насадке перед соплом и на цилиндрическом патрубке после сопла [2].

Недостатком известной конструкции измерителя расхода газа является то, что датчик, размещенный перед соплом, измеряет проходящий через трубопровод поток, струя которого носит турбулентный характер, и, чтобы сделать ее приемлемой для замера, линейная длина трубопровода перед датчиком должна быть не менее 24 диаметров трубопровода. Второй датчик давления, установленный на цилиндрическом патрубке, находится в зоне кольцевого "прилипшего" слоя, который неизбежно возникает при прохождении потока вблизи неподвижной поверхности и который искажает форму и размеры сечения измерительного участка, что снижает точность измерения. Кроме того, известные измерители расхода газа имеют большие линейные размеры (11 диаметров трубопровода), а также вес и стоимость изготовления.

Техническим результатом от использования изобретения является устранение указанных недостатков и создание более компактной конструкции со значительно уменьшенными геометрическими размерами, облегченным весом и уменьшенной стоимостью.

Это достигается тем, что измеритель расхода газа, включающий соосно и последовательно соединенные между собой цилиндрическую часть, сопло, цилиндрический патрубок и коническую насадку и выполненный с возможностью соосного подсоединения к трубопроводу, а также датчики для замера высокого и низкого давлений, причем датчик для замера высокого давления установлен во входной цилиндрической части, снабжен кольцевой камерой, входная цилиндрическая часть выполнена с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, и снабжена на входе перфорированным диском с цилиндрическими каналами, оси которых параллельны оси измерителя, а цилиндрический патрубок выполнен с перфорацией в виде продольных щелевых пазов, сообщающихся с полостью коаксиально размещенной кольцевой камеры, диаметр которой по крайней мере в два раза превышает диаметр цилиндрического патрубка, при этом датчик для замера низкого давления установлен в кольцевой камере.

Изобретение поясняется чертежом, где показан в разрезе подсоединенный к трубопроводу измеритель расхода газа.

Измеритель расхода газа содержит цилиндрическую часть (форкамеру) 1 с перфорированным диском на входе 2 и датчиком для замера высокого давления 3, сопло 4, цилиндрическую насадку 5 с перфорацией 6, сообщающуюся с коаксиально размещенной кольцевой камерой 7, снабженной датчиком для замера низкого давления 8, а также коническую насадку 9.

Измеритель расхода газа работает следующим образом.

Исходный турбулентный поток из трубопровода перед входом в форкамеру 1 разбивается перфорированным диском 2 на множество мелких вихревых струй, турбулентность в которых уже ослаблена за счет расщепления общего вихря потока и трения на границах микроструй, вызывающих потерю энергии турбулентности. На установленный в форкамере 1 датчик для замера высокого давления 3 воздействует поток с резко пониженной турбулентностью, что повышает эксплуатационную точность измерителя расхода газа. Далее поток поступает в сопло 4, где происходит дальнейшая потеря турбулентности путем сжимания микроструй потока за счет специальной формы сопла (рассчитывается по авторской методике и составляет "ноу-хау"), обеспечивающей повышение потерь энергии турбулентности в сжимающихся микроструях. Сопло 4 формирует поток, строго параллельной оси измерителя расхода газа на входе в цилиндрический патрубок 5, где кольцевой "прилипший" слой вытесняется через продольные щелевые пазы - перфорацию 6 (геометрические размеры и их число являются "ноу-хау") в коаксиально размещенную кольцевую камеру 7 с установленным в ней датчиком для измерения низкого давления 8. Наличие кольцевой камеры 7 позволяет вывести из потока датчик для замера низкого давления 8, что исключает появление в потоке турбулентностей, вызванных посторонним элементом, чем достигается высокая устойчивость геометрических параметров аэродинамического сечения измерительного участка и что также повышает эксплуатационную точность измерителя расхода газа. Затем поток поступает в коническую насадку 9 (диффузор), обеспечивающий плавное, без срывов и завихрений поступление потока в трубопровод.

Измеритель расхода газа заявленной конструкции позволяет в 25-30 раз снизить погрешности измерений по сравнению с трубой Вентури и вдвое уменьшить его линейные размеры, что влечет снижение веса и стоимости измерителя. Кроме того, позволяет значительно уменьшить необходимую длину линейного участка трубопровода перед измерителем расхода газа при его установке, которая составит 5-17 диаметров трубопровода, в зависимости от вида сопротивлений перед измерителем (колена, арматура и т.д.).

Использование: изобретение относится к области измерения объема или массы газов путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, а более конкретно к измерению расхода газа, транспортируемого по газопроводам различного назначения, включая магистральные. Сущность изобретения: измеритель расхода газа содержит форкамеру 1 с перфорированным диском 2 на входе и датчиком для замера высокого давления 3, сопло 4, цилиндрическую насадку 5 с перфорацией 3, сообщающуюся с коаксиально размещенной кольцевой камерой 7, снабженной датчиком для замера низкого давления 8, а также коническую насадку 9. 1 ил.

Измеритель расхода газа, включающий соосно и последовательно соединенные входную цилиндрическую часть, сопло, цилиндрический патрубок и коническую насадку и выполненный с возможностью подсоединения к трубопроводу, а также датчики для замера высокого и низкого давлений, причем датчик для замера высокого давления установлен во входной цилиндрической части, отличающийся тем, что он снабжен кольцевой камерой, входная цилиндрическая часть выполнена с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, и снабжена на входе перфорированным диском с цилиндрическими каналами, оси которых параллельны оси измерителя, а цилиндрический патрубок выполнен с перфорацией в виде продольных щелевых пазов, сообщающихся с полостью коаксиально размещенной кольцевой камеры, диаметр которой по крайней мере в два раза превышает диаметр цилиндрического патрубка, при этом датчик для замера низкого давления установлен в кольцевой камере.