СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В ТРУБОПРОВОДАХ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G01F1/38 G01F1/46 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода.

Известны способы определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в угловое смещение области блокирования [1].

Устройства для реализации известных способов содержат датчик скорости типа вертушки и вторичный прибор в виде электронного потенциометра, милливольтметра или частотомера.

Недостатком известных способов является наличие в потоке постоянно движущихся частей датчика скорости и необходимость вследствие этого иметь относительно сложную систему их смазки.

Известен способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в линейное смещение области блокирования [2].

Устройство для реализации известного способа содержит исполнительный узел, установленный на несущей трубе с обеспечением возвратно-поступательного смещения вдоль потока воды в трубопроводе, электромеханический блок, связанный с исполнительным узлом посредством контактной системы, и электронный блок в составе генератора стандартных импульсов, схемы формирования групп стандартных импульсов, схемы формирования информационных сигналов, схемы формирования кратковременных импульсов, схемы учета первого информационного импульса, схемы считывания информационных импульсов и счетчика циклов измерения.

Недостатком известного способа и устройства для его реализации является зависимость разрешающей способности от количества поддиапазонов, на которые разбивается диапазон скоростей потока, ограниченный значением максимальной скорости и рекомендуемый для данного диаметра трубопровода при его использовании в качестве внешней сети водопровода.

Задача изобретения - повышение разрешающей способности.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения и преобразования воздействия полного давления воды в трубопроводе в линейное смещение первой области блокирования, обеспечивает возможность преобразования воздействия статического давления воды в трубопроводе в линейное смещение второй области блокирования, периодически, механическим воздействием в направлении, противоположном направлению воздействия полного и статического давления, смещают первую и вторую области блокирования в первое крайнее положение, периодически прекращают механическое воздействие на вторую область блокирования и возобновляют его в моменты достижения данной областью второго крайнего положения, начиная с момента первого возобновления указанного воздействия на вторую область блокирования, периодически прекращают механическое воздействие на первую область блокирования и возобновляют его в моменты достижения данной областью второго крайнего положения, синхронизируют моменты возобновления механического воздействия на одну из областей блокирования с моментами прекращения указанного воздействия на другую область, выделяют первую последовательность информационных интервалов времени, длительность каждого из которых соответствует времени смещения второй области блокирования из первого во второе крайнее положение, выделяют вторую последовательность информационных интервалов времени, длительность каждого из которых соответствует времени смещения первой области блокирования из первого во второе крайнее положение, сравнивают информационные интервалы времени первой и второй последовательностей по длительности и по результату очередного сравнения судят о мгновенном расходе, а по суммарному результату сравнений - о значении суммарного расхода.

Относительно устройства для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащего исполнительный узел, электромеханический блок, связанный с исполнительным узлом посредством контактной системы, и электронный блок в составе генератора стандартных импульсов и схемы формирования информационных сигналов, поставленная задача решается тем, что исполнительный узел выполнен в виде корпуса, в первой и второй камерах которого размещено по одному поршню со штоком, электромеханический блок выполнен в виде схемы питания и двух электромагнитов, каждый из которых установлен с обеспечением контакта его сердечника с соответствующим штоком исполнительного узла, снабженного ограничителем хода поршней, схема питания электромеханического блока через контактную систему подключена ко второму выходу генератора стандартных импульсов электронного блока, контактная система выполнена в виде двух микровыключателей, первый микровыключатель установлен с обеспечением срабатывания при втором крайнем положении второго поршня, второй - с обеспечением срабатывания при втором крайнем положении первого поршня, входной канал первой камеры корпуса исполнительного узла соединен с линией полного давления воды в трубопроводе, входной канал второй камеры - с линией статического давления, а в состав схемы формирования информационных сигналов электронного блока включены два электронных ключа, линия временной задержки и два реверсивных счетчика, вход первого и вход второго электронных ключей подключены ко второму выходу генератора стандартных импульсов, первый и второй входы реверсивных счетчиков подключены к выходу соответственно первого и второго электронных ключей, запирающий вход первого и отпирающий вход второго электронных ключей подключены ко второму выходу генератора через первый микровыключатель контактной системы вход сброса показаний первого реверсивного счетчика, запирающий вход второго и отпирающий вход первого электронных ключей подключены ко второму выходу генератора через второй микровыключатель контактной системы, вход сброса показаний второго реверсивного счетчика и вход линии временной задержки подключены к первому выходу генератора, управляющий вход которого подключен к выходу указанной линии, соединенной со схемой питания электромеханического блока.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого устройства, на фиг. 2 - схема его электронного блока, на фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для реализации способа монтируется на трубопроводе 1 посредством седелки 2, задвижки 3 и шлюзовой камеры 4 с сальником. Оно содержит линию 5 полного давления, линию 6 статического давления, исполнительный узел 7, двухкамерный корпус которого снабжен входными каналами 8 - 9, поршнями 10 - 11, штоками 12 - 13 и ограничителем 14 хода поршней, электромеханический блок в составе схемы 15 питания и двух электромагнитов 16 - 17 с сердечниками 18 - 19, контактную систему в составе двух микровыключателей 20 - 21 и электронный блок 22 (фиг. 1).

Электронный блок устройства содержит генератор 23 стандартных импульсов и схему формирования информационных сигналов в составе первого и второго электронных ключей 24 - 25, линии 26 временной задержки и реверсивных счетчиков 27 - 28 (фиг. 2).

Способ заключается в следующем.

В основу предлагаемого способа определения расхода заложен принцип измерения максимальной скорости потока по величине скоростного напора в заданной области поперечного сечения трубопровода 1. При этом, с целью учета влияния на результаты измерения статического давления, обеспечивают возможность преобразования воздействия статического давления воды в трубопроводе 1 в линейное смещение второй области блокирования, для которой расстояние L1 между первым и вторым крайними положениями при ее линейном смещении под действием статического давления выбирают равным расстоянию L2 между первым и вторым крайними положениями первой области блокирования при ее линейном смещении под действием полного давления воды в трубопроводе 1.

В изображенном на фиг. 1 устройстве для реализации предлагаемого способа в качестве первой и второй областей блокирования используют поршни 10 и 11 со штоками 12 - 13, размещенные в двухкамерном корпусе исполнительного узла 7. Входные каналы 8 и 9 узла 7 подключены соответственно к линии 5 полного давления P_x и к линии 6 статического давления P_o. Величину L1 (L2) хода поршней 10 - 11 между их первыми и вторыми крайними положениями задают ограничителем 14 и микровыключателями 20 - 21 контактной системы, связывающими исполнительный узел 7 со схемой 15 питания электромагнитов 16 - 17 и с электронным блоком 22.

Схема 15 питания и электромагниты 16 - 17, сердечники 18 - 19 которых установлены с обеспечением контакта со штоками 12 - 13 исполнительного узла 7, включены в состав электромеханического блока, предназначенного для периодического возвращения поршней 10 - 11 в первое крайнее положение. При этом контактная система относительно корпуса узла 7 установлена с обеспечением срабатывания первого и второго микровыключателей 20 и 21 при размещении поршней 10 и 11 во втором крайнем положении.

Установку линии 5 полного давления P_x, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока, и линии 6 статического давления P_o, благодаря наличию заслонки 3 и шлюзовой камеры 4, производят без перерыва подачи воды. При выключенном электронном блоке 22 поршни 10 - 11 исполнительного узла 7 после монтажа устройства принимают второе крайнее положение.

При включении блока 22 на первом входе генератора 25 формируется вспомогательный импульс 35, который сбрасывает показания второго реверсивного счетчика 28 и одновременно поступает в схему 15, вызывая подачу напряжения (строба 29 и 32) на обмотки электромагнитов 16 - 17 (фиг. 2 - 3). Сердечники 18 - 19 электромагнитов 16 - 17, воздействуя на штоки 12 - 13, начинают смещать поршни 10 - 11 в направлении ограничителя 14.

Спустя время Тл.з, необходимое для смещения поршней 10 - 11 из второго крайнего положения в первое, импульс 35 в виде второго вспомогательного импульса 36 с выхода линии 26 временной задержки повторно поступает в схему 15 и, обесточивая обмотку электромагнита 17, прекращает воздействие сердечника 19 на шток 13. Под действием статического давления P_o поршень 11 начинает смещаться в направлении второго крайнего положения.

Одновременно импульс 36 поступает на управляющий вход генератора 23. Генератор 23 приступает к формированию последовательности счетных импульсов 41 (фиг. 3), которые через открытый в исходном состоянии электронный ключ 24 начинают поступать на первый вход реверсивных счетчиков 27 - 28.

Спустя время Т_о, пропорциональное значению P_o, поршень 11 своим штоком 13 замыкает контакты первого микровыключателя 20, которые из последовательности 41 выделяют импульс 37 и направляют его на запирающий вход ключа 24 и на опирающий вход ключа 25. Отпираясь, ключ 25 направляет счетные импульсы последовательности 41 на второй вход реверсивных счетчиков 27 - 28.

Одновременно, поступая в схему 15, импульс 37 обесточивает обмотку электромагнита 16 (строб 29) и способствует подаче напряжения на обмотку электромагнита 17 (строб 33). В момент достижения поршнем 10 второго микровыключателя 21 посредством импульса 38 производят подачу напряжения на обмотку электромагнита 16 (строб 30) и обесточивание обмотки электромагнита 17 (строб 33). Следующий импульс 39 используют для очередного переключения электромагнитов 16 - 17: формируют задний фронт строба 30 и передний фронт строба 34, и т.д.

Т. е. работа электромеханического блока устройства заключается в периодическом возобновлении механического воздействия на один из поршней исполнительного узла 7 в моменты достижения другим поршнем под воздействием статического или полного давлений P_o или P_x второго крайнего положения.

При этом синхронизацию моментов формирования задних фронтов стробов 29, 30, 33 и 34 с моментами формирования передних фронтов стробов 33, 34, 30 и 31 соответственно производят посредством импульсов 37 - 40, направляемых через контакты микровыключателей 20 - 21 в схему 15 питания электромагнитов 16 - 17.

Тем самым, в течение проведения каждого очередного цикла измерения, импульсами 37 - 40 производят выделение двух последовательностей информационных интервалов времени Т_о и Т_х, заполняемых счетными импульсами последовательности 41.

Разница значений Т_о и Т_х пропорциональна значению скорости потока, поэтому по показаниям первого реверсивного счетчика 27, вход сброса показаний которого соединен с запирающим входом второго электронного ключа 25, судят о мгновенном расходе. А по показаниям второго реверсивного счетчика 28, производящего, как и счетчик 27, сравнение длительностей информационных интервалов времени первой и второй последовательностей, т.е. сравнение количества импульсов в группах 42 и 44, 43 и 45, судят о суммарном расходе воды в трубопроводе 1.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют судить о мгновенном и суммарном расходах воды в трубопроводах большого диаметра не по номеру того или иного поддиапазона скоростей потока, рекомендуемых для выбранного диаметра магистрального трубопровода, а по количеству формируемых стандартных импульсов, что по сравнению с прототипом позволяет повысить разрешающую способность.

Литература:
1. Лобачев П.В. и др. Водомеры для водопроводов и канализации. Изд.-во лит. по строительству, М., 1964, с. 267 - 276.

2. Патент РФ N 2084830, кл. G 01 F 1/38, 20.07.97. (прототип).

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы в системах водоснабжения. Преобразуют воздействие полного Р_х и статического Р_о давлений потока в линейное смещение поршней, размещенных в камерах корпуса исполнительного узла, во второе крайнее положение. Механическим воздействием толкателей электромагнитов электромеханического блока смещают поршни в первое крайнее положение. Прекращают механическое воздействие и возобновляют его на один из поршней в момент достижения другим поршнем второго крайнего положения. В течение каждого цикла измерения с помощью электронного блока измерения выделяют два последовательных информационных интервала времени Т_о и Т_х, которые заполняют счетными импульсами. Сравнивают интервалы Т_о и Т_х по длительности и по результату сравнения судят о мгновенном расходе, а по суммарному результату - о значении суммарного расхода. Изобретения обеспечивают учет влияния статического давления. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения и преобразования воздействия полного давления воды в трубопроводе в линейное смещение первой области блокирования, отличающийся тем, что обеспечивают возможность преобразования воздействия статического давления воды в трубопроводе в линейное смещение второй области блокирования, периодически, механическим воздействием в направлении, противоположном направлению воздействия полного и статического давлений, смещают первую и вторую области блокирования в первое крайнее положение, периодически прекращают механическое воздействие на вторую область блокирования и возобновляют его в моменты достижения данной области второго крайнего положения, начиная с момента первого возобновления указанного воздействия на вторую область блокирования, периодически прекращают механическое воздействие на первую область блокирования и возобновляют его в моменты достижения данной областью второго крайнего положения, синхронизируют моменты возобновления механического воздействия на одну из областей блокирования с моментами прекращения указанного воздействия на другую область, выделяют первую последовательность информационных интервалов времени, длительность каждого из которых соответствует времени смещения второй области блокирования из первого во второе крайнее положение, выделяют вторую последовательность информационных интервалов времени, длительность каждого из которых соответствует времени смещения первой области блокирования из первого во второе крайнее положение, сравнивают информационные интервалы времени первой и второй последовательностей по длительности и по результату очередного сравнения судят о мгновенном расходе, а по суммарному результату сравнений - о значении суммарного расхода. 2. Устройство для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащее исполнительный узел, электромеханический блок, связанный с исполнительным узлом посредством контактной системы, и электронный блок в составе генератора стандартных импульсов и схемы формирования информационных сигналов, отличающееся тем, что исполнительный узел выполнен в виде корпуса, в первой и второй камерах которого размещено по одному поршню со штоком, электромеханический блок выполнен в виде схемы питания и двух электромагнитов, каждый из которых установлен с возможностью обеспечения контакта его сердечника с соответствующим штоком исполнительного узла, снабженного ограничителем хода поршней, схема питания электромеханического блока через контактную систему подключена ко второму выходу генератора стандартных импульсов электронного блока, контактная система выполнена в виде двух микровыключателей, первый микровыключатель установлен с обеспечением срабатывания при втором крайнем положении второго поршня, второй - с обеспечением срабатывания при втором крайнем положении первого поршня, входной канал первой камеры корпуса исполнительного узла соединен с линией полного давления воды в трубопроводе, входной канал второй камеры - с линией статического давления, а в состав схемы формирования информационных сигналов электронного блока включены два электронных ключа, линия временной задержки и два реверсивных счетчика, вход первого и вход второго электронных ключей подключены ко второму выходу генератора стандартных импульсов, первый и второй входы реверсивных счетчиков подключены к выходу соответственно первого и второго электронных ключей, запирающий вход первого и отпирающий вход второго электронных ключей подключены ко второму выходу генератора через первый микровыключатель контактной системы, вход сброса показаний первого реверсивного счетчика, запирающий вход второго и отпирающий вход первого электронных ключей подключены ко второму выходу генератора через второй микровыключатель контактной системы, вход сброса показаний второго реверсивного счетчика и вход линии временной задержки подключены к первому выходу генератора, управляющий вход которого подключен к выходу указанной линии, соединенной со схемой питания электромеханического блока.