Изобретение относится к генератору колебательных движений текучей среды, а также к счетчику или расходомеру такой жидкой или газообразной текучей среды в потоке, содержащему такой генератор колебательного движения.
Уже несколько лет назад на рынке гидравлического и пневматического оборудования появились счетчики или расходомеры текучей среды, имеющие в своем составе генераторы колебательного движения этой текучей среды и отличающиеся от традиционных турбинных (крыльчатых) или мембранных счетчиков или расходомеров тем, что они не содержат никаких движущихся деталей, которые могли бы механически изнашиваться с течением времени в процессе эксплуатации таких приборов.
Эти генераторы колебательного движения текучей среды могут иметь достаточно малые габаритные размеры, очень простую конструкцию и характеризуются весьма высокой надежностью в работе. Кроме того, такие генераторы в конечном счете выдают частотный выходной сигнал, который легко может быть преобразован в цифровой сигнал, что особенно предпочтительно и выгодно в том случае, когда считывание показаний упомянутого счетчика или расходомера производится на расстоянии, то есть дистанционно.
Генератор колебательного движения текучей среды, симметричный относительно продольной плоскости симметрии, содержит входную часть для текучей среды, снабженную входным отверстием шириной, которая позволяет сформировать двумерную колеблющуюся струю текучей среды, и камеру колебаний, внутри которой может совершать колебательные движения упомянутая двумерная струя текучей среды. Эта камера колебаний имеет стенки, располагающиеся по обе стороны от продольной плоскости симметрии генератора, проходящей через его первый конец, то есть через входное отверстие для текучей среды, и через его второй конец, противоположный первому, то есть через выходное отверстие этой текучей среды.
Оба упомянутых выше отверстия генератора, предназначенных для входа и выхода текучей среды, располагаются вдоль продольной плоскости симметрии этого генератора.
Генератор колебательного движения текучей среды содержит также препятствие для входящего потока текучей среды, установленное в камере колебаний и образующее вместе со стенками этой камеры боковые каналы, симметричные относительно продольной плоскости симметрии данного генератора и предназначенные для обеспечения протекания текучей среды по направлению движения потока этой среды внутри генератора.
Упомянутое препятствие содержит фронтальную часть и заднюю часть, причем его фронтальная часть снабжена полостью, располагающейся против входного отверстия для текучей среды. Задняя часть препятствия располагается против выходного отверстия для текучей среды и имеет концевую часть, которая вместе с выходным отверстием определяет некоторое свободное пространство, в котором открываются каналы, предназначенные для протекания текучей среды по направлению ее потока внутри генератора колебательного движения этой среды.
Таким образом, струя текучей среды проникает в камеру колебаний через входное отверстие и омывает стенки полости, следствием чего является формирование по обе стороны от струи текучей среды и против фронтальной части вихрей, причем эти вихри попеременно являются сильными и слабыми в противофазе и соотносятся с колебаниями струи.
Измерение расхода при этом осуществляется, например, путем детектирования омывания дна полости струей текучей среды в процессе ее колебания, причем частота колебаний струи пропорциональна расходу этой текучей среды.
В этом случае поток текучей среды попеременно отводится в направлении выхода из данного генератора колебаний через упомянутые выше проходы, располагающиеся по обе стороны от препятствия.
При этом может быть определен некоторый коэффициент K, который представляет собой отношение частоты колебаний струи к расходу текучей среды Q, и можно считать, что генератор колебаний текучей среды, используемый в коммерческом газовом счетчике, является линейным в диапазоне расходов от 0,6 до 40 м3/ч в том случае, когда относительные изменения коэффициента K имеют величину менее ±1,5%.
Для каждого генератора колебаний текучей среды приблизительно определяется его линейность, что делается путем представления, как это показано на фиг. 1, при помощи так называемой калибровочной кривой относительных изменений коэффициента K в функции числа Рейнольдса Re (число Рейнольдса в данном случае представляет собой скорость данной текучей среды на уровне входного отверстия камеры колебаний, умноженную на ширину этого отверстия и поделенную на кинематическую вязкость текучей среды).
На графике, представленном на фиг. 1, видно, что начиная с некоторого значения числа Рейнольдса представленная калибровочная кривая уже не вписывается в диапазон, соответствующий относительным изменениям коэффициента K, не превышающим ±1,5%, что характеризует потерю линейности данным генератором колебаний текучей среды в этой зоне.
В каждом полупериоде колебаний поток текучей среды, который заключен в одном из боковых каналов, выходит в свободное пространство и направляется к отводному трубопроводу.
Итак, поток текучей среды в одном из каналов генератора создает повышение давления в другом канале. Это повышение давления распространяется вверх по течению в направлении упомянутых выше вихрей, возмущая таким образом эти вихри, а вместе с ними и колебания струи текучей среды. Это обстоятельство объясняет отклонение, отмечаемое на калибровочной кривой, показанной на фиг. 1, и показывает влияние нижнего течения данной текучей среды на линейность генератора ее колебаний. Это влияние выражено в тем большей степени, чем большее значение имеет текущее число Рейнольдса.
Из статьи в журнале "Journal of Physics E.Scientific Instruments", том 21, N 10, октябрь 1988, стр. 977-989, известен генератор колебаний текучей среды, симметричный относительно продольной плоскости P симметрии, содержащий входную часть E со входным отверстием 16 шириной d, способным сформировать двумерную струю текучей среды, колеблющуюся в поперечном направлении по отношению к плоскости P симметрии, камеру колебаний 18, соединенную одним из своих концов 18a со входным отверстием, а своим противоположным концом 18b - с выходным отверстием 20 для текучей среды, расположенным с входным отверстием на одной линии, лежащей в продольной плоскости P симметрии, препятствие 24, расположенное в камере колебаний и образующее со стенками этой камеры каналы C1, C2 для протекания среды в направлении нижней по потоку части генератора колебаний, причем по обе стороны упомянутой струи развиваются вихри попеременно с колебаниями струи, препятствие имеет фронтальную часть 26 и заднюю часть 28, расположенную против выходного отверстия 20 и образующую с ним свободное пространство 38, в которое открываются каналы C1, C2. Однако это характеризуется отклонениями от линейности в упомянутом выше смысле на своей калибровочной кривой, которые являются неприемлемыми.
В основу изобретения поставлена задача устранить этот недостаток и предложить генератор колебаний текучей среды, расходомер текучей среды, содержащий такой генератор, характеризующиеся достаточно простой конструкцией и улучшенными характеристиками линейности калибровочной кривой, в частности, при высоких расходах данной текучей среды.
Поставленная задача решается тем, что генератор колебаний текучей среды, симметричный относительно продольной плоскости P симметрии, содержащий входную часть E со входным отверстием шириной d, способным сформировать двумерную струю текучей среды, колеблющуюся в поперечном направлении по отношению к плоскости P симметрии, камеру колебаний, соединенную одним из своих концов со входным отверстием, а своим противоположным концом - с выходным отверстием для текучей среды, расположенным с входным отверстием на одной линии, лежащей в продольной плоскости P симметрии, препятствие, расположенное в камере колебаний и образующее со стенками этой камеры каналы для протекания среды в направлении нижней по потоку части генератора колебаний, причем по обе стороны упомянутой струи развиваются вихри попеременно с колебаниями струи, препятствие имеет фронтальную часть и заднюю часть, расположенную против выходного отверстия и образующую с ним свободное пространство, в которое открываются каналы, согласно изобретению, содержит средства для ограничения влияния нижнего течения среды на колебания среды, содержащие элемент вытянутой в продольном направлении формы, расположенной ниже по потоку задней части препятствия на одной линии с входным и выходным отверстиями и, по меньшей мере, частично в свободном пространстве, таким образом, что частично разделяет это свободное пространство на две зоны, идентичные друг другу, образуя между зонами, по меньшей мере, один канал сообщения для текучей среды, среднее проходное сечение которого расположено в продольной плоскости P симметрии, а на фронтальной части препятствия выполнена полость, омываемая струей текучей среды в процессе ее колебаний.
В предпочтительном варианте имеет верхний по потоку конец и противоположный ему нижний по потоку конец, который расположен от входного отверстия на расстоянии (8,5-16,2)d.
Желательно, чтобы канал сообщения был выполнен между концом задней части препятствия и верхним по потоку концом продольного элемента, и так, чтобы эти концы образовывали границы канала сообщения.
Возможно, чтобы продольный элемент имел Т-образную форму, а его горизонтальная перемычка образовывала бы одну из границ канала сообщения.
Возможно также, чтобы продольный элемент имел форму, представляющую боковые поверхности, которые проходят от верхнего по потоку до нижнего по потоку конца и каждая из которых образует с продольной плоскостью симметрии P один и тот же угол постоянно уменьшающейся величины.
Еще в одном варианте воплощения возможно, чтобы продольный элемент имел треугольную форму, вершина которой образует нижний по потоку конец этого элемента.
Целесообразно, чтобы продольный элемент был образован перегородкой, которая проходит от своего верхнего по потоку конца, совпадающего с концом задней части препятствия, до своего нижнего по потоку конца, причем канал сообщения выполнен в перегородке.
Желательно, чтобы канал сообщения имел проходное сечение прямоугольной формы, ориентированное перпендикулярно направлению потока текучей среды.
В другом варианте возможно, чтобы канал сообщения имел проходное сечение эллиптической формы, ориентированное перпендикулярно направлению потока текучей среды.
В третьем варианте воплощения канал сообщения может иметь проходное сечение вытянутой овальной формы, ориентированное перпендикулярно направлению потока текучей среды.
Предпочтительно, чтобы канал сообщения имел продольный размер, соответствующий его ширине, в диапазоне от 0,5 до 5d.
Предпочтительно также, чтобы расстояние между входным отверстием для текучей среды и средней поперечной плоскостью канала сообщения имело величину (7,5-15,0)d, а канал сообщения имел поперечный размер (0,5-5,0)d.
Поставленная задача решается также и тем, что расходомер текучей среды в потоке, согласно изобретению, содержит генератор колебаний текучей среды в соответствии с по меньшей мере одним из отличительных признаков или характеристик, отмеченных выше.
Другие преимущества и характеристики предлагаемого изобретения будут показаны в приведенном ниже описании иллюстративных и не являющихся ограничительными примеров его практической реализации, а котором даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
- фиг. 1 представляет относительные изменения коэффициента K в функции величины числа Рейнольдса генератора колебаний текучей среды в соответствии с существующим уровнем техники в данной области;
- фиг. 2 представляет схематический вид сверху генератора колебаний текучей среды в соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения;
- фиг. 3 представляет частичный вид в перспективе генератора колебаний текучей среды, представленного на фиг. 2;
- фиг. 4 представляет частичный схематический вид сверху, демонтирующий один из возможных вариантов практической реализации задней части генератора колебаний текучей среды, представленного в целом на фиг. 2;
- фиг. 5 представляет схематический перспективный вид еще одного возможного варианта практической реализации предлагаемого изобретения, показанный на фиг. 4;
- фиг. 6 представляет частичный схематический вид сверху другого варианта практической реализации задней части генератора колебаний текучей среды в соответствии с данным изобретением;
- фиг. 7 представляет схематический вид в перспективе варианта реализации, показанного на фиг. 6;
- фиг. 8 представляет схематический вид в перспективе части заднего участка генератора колебаний текучей среды в соответствии со вторым способом реализации предлагаемого изобретения, причем фронтальная часть упомянутого генератора колебаний идентична фронтальной части генератора, показанного на фиг. 2;
- фиг. 9 и 10 представляют частичные схематические виды в перспективе, демонтирующие варианты реализации задней части генератора колебаний текучей среды, показанного на фиг. 8;
- фиг. 11 и 12 представляют частичные схематические виды сверху фронтальной части генератора колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением в процессе функционирования в переходном режиме в различные моменты времени;
- фиг. 13 представляет относительные изменения коэффициента K функции числа Рейнольдса генератора колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением (сплошная линия) и аналогичного генератора колебаний текучей среды в соответствии с существующим уровнем техники (пунктирная линия).
Как показано на приведенных в приложении фиг. 2-10, генератор колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением в своей совокупности обозначен позицией 1 и обладает продольной плоскостью симметрии P.
Протекающая через этот генератор колебаний текучая среда в предпочтительном варианте представляет собой газ, однако, речь может идти также и о той или иной жидкости.
Как показано на фиг. 2, текучая среда попадает в генератор колебаний этой среды через входное средство E, образованное камерой успокоения 10, связанной с трубопроводом 12 подвода данной текучей среды и с сужающимся участком 14, в конце которого располагается входное отверстие 16, имеющее прямоугольную форму в поперечном сечении.
Упомянутая сужающаяся часть 14 позволяет увеличить скорость движения данной текучей среды. Функцией этой сужающейся части также является формирование двумерной колеблющейся струи текучей среды.
Для достижения этой цели входное отверстие 16, которое связано с одним из концов 18a камеры колебаний 18, имеет прямоугольную форму с высотой h, показанную на фиг. 3, и шириной d, причем соотношение этих двух размерных параметров входного отверстия должно удовлетворять условиям двумерности создаваемой им струи, хорошо известным специалистам в данной области техники. В общем случае отношение h/d должно иметь величину порядка 6 и даже более 6.
Упомянутая ширина d входного отверстия в приведенном ниже описании будет использоваться в качестве эталонной единицы. Принимая во внимание то обстоятельство, что явления протекания данной текучей среды носят двумерный характер, различные конструктивные элементы генератора колебаний текучей среды в соответствие с предлагаемым изобретением будут описаны только в плоскости, параллельной плоскости колебаний струи текучей среды.
Камера колебаний 18, в которую попадает двумерная колеблющаяся струя текучей среды, соединена с выходным отверстием 20 для текучей среды своим концом 18b, противоположным концу 18a, который соединен с входным отверстием 16.
Выходное отверстие 20 генератора колебаний текучей среды соответствует входному отверстию трубопровода 22 удаления этой текучей среды из генератора.
Как показано на фиг. 2, входное и выходное отверстия 16 и 20 для текучей среды располагаются на одной линии, лежащей в продольной плоскости симметрии этого генератора P, и камера колебаний 8 симметрична относительно этой плоскости.
Препятствие 24, симметричное относительно продольной плоскости симметрии генератора P, располагается в камере колебаний 18 и имеет, с одной стороны фронтальную часть 26, располагающуюся на расстоянии D0 от входного отверстия 16 для текучей среды. Величина этого расстояния D0 находится в диапазоне (1-10)d и составляет, например, 2,5d. С другой стороны, это препятствие 24 имеет заднюю часть 28, располагающуюся против выходного отверстия 20 для текучей среды. При этом обе части препятствия 24 перпендикулярны продольной плоскости симметрии P генератора.
Фронтальная часть 26 препятствия 24 имеет ширину L0 величина которой заключена в диапазоне (5-30)d. Ширина этой фронтальной зоны в предпочтительном варианте реализации может составлять, например 12d.
Камера колебаний 18 имеет наибольшую ширину Lc, на уровне которой располагается фронтальная часть 28 упомянутого препятствия 24. Величина параметра Lc может быть заключена в диапазоне (10-50)d и составляет в предпочтительном варианте реализации 20d.
На схематическом чертеже, представленном на фиг. 2, можно видеть два симметричных друг другу прохода C1 и C2, предназначенных для протекания используемой в данном случае текучей среды и располагающихся от продольной плоскости симметрии P данного генератора. Проход C1, расположенный на фиг. 2 выше продольной плоскости симметрии P, сформирован на первом отрезке своей протяженности между фронтальной частью 26 препятствия 24 и зоной 29a так называемой фронтальной стенки 29 камеры колебаний 18, а на втором участке своей протяженности этот проход C1 сформирован между одной из стенок 30 и 32 того же препятствия 24 и одной из боковых стенок 32 и 36 упомянутой камеры колебаний.
Проход C2, расположенный на фиг. 2 ниже продольной плоскости симметрии P, сформирован на первом участке своей протяженности между фронтальной частью 26 упомянутого препятствия 24 и частью 29b фронтальной стенки 29 камеры колебаний 18, а на втором участке своей протяженности этот проход C2 сформирован между другой боковой стенкой 32 препятствия 24 и соответственно другой боковой стенкой 36 упомянутой камеры колебаний.
Упомянутые выше проходы C1 и C2 открываются в некоторое свободное пространство 38, расположенное ниже препятствия 24, если смотреть по течению струи используемой в данном случае текучей среды. Это свободное пространство определяется между концом 24a задней части 28 препятствия 24 и выходным отверстием 20 для текучей среды.
Ширина описанных выше боковых проходов в соответствии с данными выше определениями может быть оценена как разница между параметрами Lc - L0.
Так называемая главная полость или выемка 40 выполнена во фронтальной часть 26 препятствия 24 и располагается против входного отверстия 16 для текучей среды.
Эта главная полость или выемка 40 имеет входную часть шириной Le, величина которой заключена в диапазоне (2-20)d и составляет например, 5d и имеет наклонные стенки 42 и 44, образующие У-образную форму, ветви которой расширяются в направлении наружу по отношению к полости или выемке 40.
Наклонные стенки 42 и 44 образуют угол раскрытия α1 относительно продольной плоскости симметрии P, величина которого заключена в диапазоне от 0 до 80o. В предпочтительном варианте реализации величина угла α1 заключена в диапазоне от 10o до 45o и может составлять, например, 45o.
Как показано на фиг. 2, боковые стенки 42 и 44 главной полости или выемки 40 замыкаются на днище 46, имеющем параболическую форму. Днище 46 главной полости или выемки 40 располагается против входного отверстия 16 для текучей среды на расстоянии Df от него, причем величина этого расстояния Df заключена в диапазоне (3-15)d. В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения эта величина Df может быть равна, например, 6d.
Струя текущей среды, попавшая в камеру колебаний 18, ударяется о днище и стенки главной полости или выемки 40 в своем движении попеременного их омывания. Колебания упомянутой двумерной струи в камере колебаний 18 сопровождается образованием вихрей, располагающихся по обе стороны от струи и попеременно усиливающимися или ослабляющимися в противофазе и в соотношении с колебаниями струи. Эти вихри локализованы главным образом в пространстве, располагающемся между фронтальной частью 26 препятствия 24 и участками 29a и 29b так называемой фронтальной стенки 29 камеры колебаний 18, с которой соединяется входное отверстие 16 текучей среды.
На чертеже, представленном на фиг. 2, показаны две так называемые вторичные полости или выемки 50 и 52, выполненные во фронтальной части 26 препятствия 24 симметрично по отношению к продольной плоскости симметрии P данного генератора по обе стороны от главной полости или выемки 40. Вторичные полости или выемки 50 и 52 располагаются соответственно против частей 29a и 29b фронтальной стенки 29 камеры колебаний 18.
Упомянутые вторичные полости или выемки 50 и 52 имеют форму четырехугольника, одна сторона которого открыта для образования входа в данную полость или выемку. Таким образом, форма вторичных полостей или выемок касается трех сторон четырехугольника.
Упомянутые наклоны боковых стенок относительно плоскости, параллельной продольной плоскости симметрии P, могут иметь значительные угловые величины без существенного влияния этого параметра на функционирование данного устройства в целом.
Как видно на схематическом чертеже, представленном на фиг. 2, днище вторичных полостей или выемок 50 и 52 располагается перпендикулярно упомянутой продольной плоскости симметрии P данного генератора колебаний текучей среды. Однако, днище это может составлять некоторый угол с этой плоскостью симметрии, причем величина этого угла может достигать +45o. Ширина входа в каждую из вторичных полостей или выемок обозначена позицией Ls и может иметь величину, заключенную в диапазоне (1-15)d, в предпочтительном варианте реализации составляет 2,75d.
Эти вторичные полости или выемки 50 и 52 выполняют функцию обеспечения радиального расширения вихрей, зависящего от режима течения данной струи. Под радиальным расширением будет пониматься расстояние между центром рассматриваемого вихря и его периметром. Такие полости или выемки, выполняя упомянутую функцию, могут принимать различные геометрические формы.
В турбулентном режиме течения при любом положении соударения струи рассматриваемой в данном случае текучей среды с главной полостью или выемкой 40, в каждой вторичной полости или выемке 50 и 52 формируется вторичный вихрь. Эти вторичные вихри являются достаточно интенсивными для того, чтобы генератор колебаний текучей среды в целом функционировал таким же образом, как и генератор без вторичных полостей или выемок.
Упомянутые вторичные полости или выемки 50 и 52 являются полезными и необходимыми в режиме ламинарного течения и в переходных режимах, обеспечивая возможность улучшения характеристик линейности генератора колебаний текучей среды.
Таким образом, в переходном режиме, как это показано на фиг. 11 и 12, соударение струи текучей среды F омывает главную полость или выемку 26 между предельными точками I1 и I2 и колебания этой струи сопровождаются формированием главных вихрей T1 и T2, локализованных между фронтальной частью препятствия 24 и фронтальной стенкой 29 камеры колебаний 18.
На фиг. 11 представлен случай, когда соударение струи текучей среды с препятствием достигает точки I1. В этом случае упомянутый вихрь T1 является концентрированным и мощным, тогда как вихрь T2 оказывается относительно слабым. Струя текучей среды при этом уходит в основном через проход C2 в направлении нижней по потоку части препятствия 24 к свободному пространству 38.
В турбулентном режиме течения обе вторичных полости или выемки 50 и 52 заполнены вторичными вихрями Ts1 и Ts2, попеременно мощными и слабыми в противофазе друг с другом и с главными вихрями. Однако, при уменьшении расхода данной текучей среды интенсивность или концентрация этих вторичных вихрей уменьшается.
Из сказанного выше следует, что мощный главный вихрь, например, вихрь T1 на фиг. 1, стремится к своему радиальному расширению таким образом, чтобы при уменьшении расхода он постепенно занимал вторичную полость или выемку 50 в ущерб вторичному вихрю Ts1, который в конце концов полностью исчезает.
Зато вторичный вихрь Ts2, создаваемый вытеканием струи данной текучей среды, всегда присутствует во вторичной полости или выемке 52.
На фиг. 12 соударение струи текучей среды с препятствием приходится на зону I2. В этом случае вихрь T2 представляет увеличивающееся радиальное расширение. При этом вторичный вихрь Ts2 полностью исчезает после достаточно существенного снижения расхода. Главные вихри, когда они являются концентрированными и мощными, имеют большее радиальное расширение в переходном режиме, чем радиальное расширение, которое они имеют в турбулентном режиме, поскольку в этом турбулентном режиме обе вторичные полости или выемки заняты вторичными вихрями и располагаемое пространство для развития или расширения главных вихрей оказывается уменьшенным. Частота колебаний является тем меньшей, чем больше радиальное расширение главных мощных вихрей.
Однако, в каждый полупериод колебательного процесса и для всех режимов течения данная текучая среда после прохождения одного из проходов или каналов C2 и C1 вытекает ниже препятствия 24 в свободное пространство 38 и создает в другом проходе или канале повышение давления, которое распространяется вверх по течению, достигает камеры колебаний 18 и оказывает влияние на колебания упомянутых вихрей.
Это влияние в наибольшей степени проявляется в турбулентном режиме течения. Генератор 1 колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением содержит специальные средства, предназначенные для ограничения влияния нижнего течения данной среды на колебания вихрей.
Однако, это влияние не должно быть полностью устранено.
Упомянутые выше средства содержат продольный элемент, обозначенный позициями 54, 58, 60 на фигурах со 2 по 7 и позицией 62 на фигурах с 8 по 10. Упомянутый продольный элемент располагается на линии, соединяющей между собой входное и выходное отверстия 16 и 20 для текучей среды, и является симметричным относительно плоскости P.
Продольный элемент 54, 58, 60, 62 располагается, по меньшей мере частично, в свободном пространстве 38. Это означает, что в принципе он может частично входить в отводной трубопровод 22 текучей среды. Однако, предпочтительно ограничить его местонахождение только камерой колебаний 18, поскольку счетчик или расходомер текучей среды, содержащий такой генератор колебаний, образует компактный блок, который легко установить между подводящим и отводящим трубопроводами 12 и 22 данной текучей среды.
Продольный элемент 54, 58, 60, 62 частично разделяют свободное пространство 38 на две идентичные зоны 38a и 38b, располагающиеся по обе стороны от продольной плоскости симметрии P. В каждую из этих зон открывается один из упомянутых выше проходов или каналов C1 и C2.
Средства, предназначенные для ограничения влияния нижнего течения среды на колебания вихрей, содержат также канал сообщения, обозначенный позицией 56 на фиг. 2-7 и позицией 64, 66, 68 на фигурах с 8 по 10. Этот канал сообщения устроен между зонами 38a и 38b свободного пространства 38. В соответствии с предлагаемым изобретением может быть предусмотрено наличие и нескольких таких каналов сообщения. Канал сообщения 56, 64, 66, 68 имеет среднее проходное сечение для данной текучей среды, которое располагается в продольной плоскости симметрии P.
Продольный элемент 54, 58, 60, 62 имеет два противоположных конца 54a и 54b, 58a и 58b, 60a и 60b, 62a и 62b, располагающихся вдоль плоскости симметрии P, причем один из этих концов 54a, 58a, 60a 62a называют верхним по течению (по потоку), а другой конец 54b, 58b, 60b, 62b называют нижним по потоку. Этот нижний по потоку конец 54b, 58b, 60b, 62b продольного элемента располагается на некотором расстоянии от входного отверстия 16 для текучей среды. Величина этого расстояния заключена в диапазоне (8,5-16,2)d и составляет в предпочтительном варианте реализации, например, 16,2d.
В соответствии с первым способом реализации предлагаемого изобретения, схематически представленным на фиг. 2 и 3, упомянутый канал сообщения 56 устроен между концом 24a задней части 28 препятствия или заграждения 24 и верхним по потоку концом 54a упомянутого продольного элемента 54. Два эти конца 24a и 54a располагаются на одной линии, лежащей в плоскости симметрии P, и определяют продольный размер канала сообщения 56, то есть его ширину, и образуют границы этого канала.
Другой продольный размер этого канала сообщения 56, то есть его высота, совпадает с высотой препятствия 24 и входного отверстия 16 для текучей среды, то есть равен 4.
Как показано на фиг. 3 продольный элемент 54 в сечении, соответствующем плоскости колебаний струи данной текучей среды имеет в целом Т-образную форму, которая "лежит" по отношению к направлению потока данной текучей среды и горизонтальная перемычка которой соответствует верхнему по потоку концу 54a продольного элемента 54, образующему одну из кромок канала 56 сообщений.
Описанный выше вариант практической реализации предлагаемого изобретения является предпочтительным вследствие простоты своей конструкции.
Форма проходного сечения канала сообщения 56 является строго прямоугольной и ориентирована в направлении, перпендикулярном направлению потока данной текучей среды.
Канал сообщения 56 имеет ширину, заключенную в диапазоне (0,5-5)d и составляет в предпочтительном варианте реализации, например, 1,8d.
Действительно, верхний по потоку конец 54a упомянутого продольного элемента не должен быть слишком сильно удавленным от конца 24a задней части 28 препятствия или заграждения 24 для того, чтобы поток данной текучей среды, поступающей из одного из проходов или каналов C1 и C2, не имел возможности опрокинуть одну зону в другую и внести таким образом возмущения в формировании вихрей.
Этот передний по потоку конец 54a продольного элемента не должен быть слишком приближенным к препятствию и ли заграждению 24 для того, чтобы не устранять в полной мере явление или процесс колебания струи данной текучей среды.
Расстояние между входным отверстием 16 для текучей среды и средней поперечной плоскостью канала сообщения 56, которая перпендикулярна плоскости симметрии P и направлению потока данной текучей среды, имеет величину, заключенную в диапазоне (7,5-15,0)d, а в предпочтительном варианте составляет 12,1d.
Кроме того, канал сообщения 56 имеет поперечный размер, соответствующий его глубине, которая заключена в диапазоне (0,5-5)d, а в предпочтительном варианте составляет, например 2,4d.
Предпочтительным является расположение продольного элемента 54, имеющего верхний по потоку конец 54a достаточно большого поперечного размера для того, чтобы исключить явление возможного опрокидывания потока данной текучей среды из одной зоны свободного пространства в другую.
В предпочтительном варианте реализации продольный элемент 54 в соответствии с предлагаемым изобретением имеет форму специального профиля, которая предназначена для облегчения течения текучей среды вдоль боковых стенок этого продольного элемента.
Кроме того, кромка 54a канала сообщения 56, образованная горизонтальной перемычкой элемента, имеющего Т-образную форму, характеризуется продольным размером, соответствующим его толщине, которая заключена в диапазоне (0,1-4)d и составляет в предпочтительном варианте, например, 0,8d.
Следует также уменьшить поперечный размер продольного элемента 54 в нижней по потоку части его переднего по потоку конца 54a с тем, чтобы ограничить потери давления.
Размер продольного элемента в направлении потока данной текучей среды составляет (0,5-8,2)d и в предпочтительном варианте составляет 3,2d.
При таком устройстве канала сообщения 56 между двумя зонами 38a и 38b упомянутого свободного пространства 38 камеры колебаний 18 поток текучей среды, поступающий из одного из проходов или каналов C1 или C2, например, из прохода C1, создает против упомянутого канала сообщения 56 изменение давления, которое вызывает в другой зоне 38b более умеренное повышение давления, чем то, которое создается там в отсутствие упомянутого продольного элемента 54. Это сравнительно умеренное повышение давления распространяется и в другой проход или канал C2 вверх по потоку в направлении вихрей, располагающихся во вторичной полости 52, наиболее близкой к проходу или каналу C2, позволяя таким образом струе текучей среды опрокинуться на другую сторону, не слишком возмущая при этом естественные колебания вихрей.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить взаимную связью между двумя проходами или каналами C2 и C1 и уменьшить тем самым взаимодействие между верхним и нижним течением в данном генераторе колебаний текучей среды 1, при чем это взаимодействие оказывается наиболее существенным при относительно высоких расходах данной текучей среды.
В соответствии с одним из возможных вариантов реализации предлагаемого изобретения, представленным на фиг. 4 и 5, упомянутый продольный элемент 58 имеет форму, характеризующуюся наличием боковых стенок 58c и 58d, которые проходят от верхнего по потоку конца 58a до нижнего по потоку конца 58d этого продольного элемента. Каждая из этих боковых стенок или поверхностей 58c и 58d образует с плоскостью симметрии P одинаковый и непрерывно уменьшающийся по величине угол.
Как показано на фиг. 4, боковые поверхности 58c и 58d в разрезе по плоскости колебаний струи данной текучей среды имеют вогнутую форму.
В соответствии с другим возможным вариантом реализации предлагаемого изобретения, схематически представленным на фиг. 6 и 7, упомянутый продольный элемент 60 в сечении по плоскости колебаний струи данной текучей среды, показанном на фиг. 6, имеет треугольную форму, уложенную на бок по отношению к направлению потока текучей среды. Вершина 60b этого треугольника образует нижний по потоку конец упомянутого продольного элемента.
Для описания выше вариантов реализации предлагаемого изобретения ширина и глубина канала сообщения 56, а также расстояние между входным отверстием для текучей среды и средней поперечной плоскостью, являются одинаковыми. Продольный элемент 54, 58, 60 во всех этих случаях сохраняет одну и ту же форму в любой плоскости, параллельной плоскости колебаний струи текучей среды.
Во втором способе реализации данного изобретения, схематически представленном на фиг. 8 для которого показана только задняя часть генератора колебаний текучей среды, поскольку его фронтальная часть идентична фронтальной части генератора, показанного на фиг. 2, упомянутый продольный элемент образует перегородку 62, которая простирается от своего переднего по потоку конца 62a, который соединен с концом 24a задней части 28 препятствия или заграждения 24, до своего нижнего или заднего по потоку конца 62b.
Канал сообщения 64 выполнен в этой перегородке 62 и может иметь различные формы. Так, на фиг. 8 этот канал сообщения 64 имеет проходное сечение прямоугольной формы, ориентированное перпендикулярно направлению потока текучей среды.
В соответствии с вариантом реализации данного изобретения схематически представленным на фиг. 9, канал сообщения 66 имеет проходное сечение овальной формы, ориентированной перпендикулярно к направлению потока текучей среды.
В соответствии с вариантом реализации данного изобретения схематически представленным на фиг. 10, канал сообщения 68 имеет проходное сечение вытянутой формы, ориентированной перпендикулярно направлению потока текучей среды.
Канал сообщения должен иметь проходное сечение, которое не слишком сильно изменяется в различных плоскостях, параллельных плоскости колебания струи текучей среды, с тем, чтобы не вносить возмущений в функционирование генератора колебаний текучей среды и, соответственно, в измерение расхода этой текучей среды.
Канал сообщения 64, 66, 68, схематически показанный соответственно на фиг. 8, 9 и 10, имеет продольный размер, то есть ширину, в диапазоне (0,5-5)d и равный, например, 1,8d, и поперечный размер, то есть глубину, в диапазоне (0,5-5)d и равный, например, 2,4d.
Расстояние между входным отверстием для текучей среды 16 и средней поперечной плоскостью канала сообщения 64, 66, 68 имеет величину в диапазоне (7,5-15)d и равно, например 12,1d.
В предпочтительном варианте реализации часть упомянутой выше перегородки 62, которая располагается ниже канала сообщения по потоку, может иметь специальную профилированную форму, не показанную на приведенных в приложении фигурах, которая предназначена для облегчения обтекания данной средой боковых поверхностей этой перегородки, и достаточно малый поперечный размер для того, чтобы ограничить потери давления текучей среды.
Все характеристики и преимущества, упомянутые в описании первого способа реализации предлагаемого изобретения в полной мере относятся также и ко второму способу реализации этого изобретения, описанному только что.
На фиг. 13 представлены графики относительных изменений коэффициента K в функции числа Рейнольдса для генератора колебаний текучей среды в соответствии с данным изобретением (показан сплошной линией) и для существующего на сегодняшний день генератора колебаний текучей среды (показан пунктиром).
На фиг. 13 видно, что калибровочная кривая генератора колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением остается вписанной в область, соответствующую относительным изменениям коэффициента K, не превышающим ±1,5%, что характеризует более высокую линейность такого генератора колебаний текучей среды по сравнению с подобным генератором, уже существующим на сегодняшнем уровне техники в данной области, калибровочная кривая которого указывает на возможные относительные изменения коэффициента K, превышающие ±1,5%. Таким образом, частота колебаний такого генератора в соответствии с данным изобретением может быть увеличена в турбулентном режиме.
Генератор колебаний текучей среды в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически показанный на фиг. 2, позволяет измерить расход проходящей через него текучей среды благодаря наличию двух заборников или датчиков давления 71 и 72 располагающихся в предельных точках омывания струей текучей среды, внутри главной полости 40. Эти заборники или датчики давления связаны с известными в принципе устройствами, которые позволяют измерить частоту колебаний струи текучей среды. После предварительной калибровки устанавливается связь этой частоты с расходом данной текучей среды.
Коммерческий газовый счетчик или расходомер, оборудованный генератором колебаний текучей среды типа фиг. 2, имеет существенные преимущества, поскольку он характеризуется хорошей линейностью в достаточно большом диапазоне измеряемых расходов. Действительно, с одной стороны, он располагает средствами, способными сделать радиальное расширение вихрей независимым от режима течения, что улучшает его линейность в ламинарном и переходных режимах, а с другом стороны, он снабжен средствами, позволяющими ограничить влияние нижнего течения среды на колебания вихрей, что особенно повышает его линейность в турбулентном режиме.
Предлагаемое изобретение может быть применено также к генератору колебаний текучей среды, в котором упомянутое препятствие не имеет вторичных полостей или выемок.
Генератор колебаний, симметричный относительно продольной плоскости симметрии, содержит входную часть с отверстием для формирования струи текучей среды, колеблющейся в поперечном направлении. В камере колебаний размещены препятствие с полостью на фронтальной части, образующее со стенками камеры каналы для протекания среды, и элемент вытянутой в продольном направлении формы, расположенный ниже препятствия по потоку. Элемент разделяет свободное пространство камеры на две идентичные зоны, между которыми он образует по меньшей мере один канал сообщения для текучей среды. Расходомер, содержащий предложенный генератор колебаний, включает в себя датчики давления, помещенные внутри полости, выполненной в препятствии, и связанные с устройством для измерения частоты колебаний струи. Изобретения отличаются линейностью в широком диапазоне измеряемых расходов независимо от режима течения, ламинарного или турбулентного. 2 c. и 12 з.п.ф-лы, 13 ил.
| Journal of Physics E | |||
| Scientific Instruments | |||
| Механическая топочная решетка с наклонными частью подвижными, частью неподвижными колосниковыми элементами | 1917 |
|
SU1988A1 |
| Струйный расходомер | 1985 |
|
SU1295230A1 |
| ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИЦИДОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО УЛУЧШЕНИЯ СМАЧИВАЕМОСТИ В КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ | 2014 |
|
RU2679028C2 |
| АВТОМАТ ДЛЯ СНЯТИЯ НЕДОРЕЗА У ДЕТАЛЕЙ ТИПА ШТИФТОВ | 0 |
|
SU295623A1 |
