СТРУЙНЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1999 года по МПК G01F1/32 

Область применения струйного расходомера охватывает теплоэнергетику, топливную и химическую промышленность, медицину и т.д. для коммерческого, метрологического и технологического контроля потоков жидкости, газа и пара.

Широко известны расходомеры, в которых создают условия либо для колебания струи, либо для образования чередующихся друг за другом вихрей и оценивают скорость контролируемого потока по частоте следования возникающих колебаний или вихрей.

Вихревые расходомеры получили большее распространение. В них вихреобразование осуществляется помещением в поток плохообтекаемого тела (создающего за собой вихревую дорожку Кармана) или камерами с разделителем. Предлагаемый струйный расходомер относится к последней группе. К его аналогам относятся расходомеры, подробно описанные в сборнике Flucome'91, Asme 91, стр. 313-318.

За прототип нами принят струйный расходомер, разработанный ранее в Институте проблем управления (а.с. N 1295230, кл. C 01 F 1/20, БИ N9, 1987 г.). Особенностью прототипа является его высокая точность и широкий диапазон измерения при присущей всем вихревым расходомерам принципиально линейной зависимости выходной частоты от скорости контролируемого потока. Кроме того, прототип выгодно отличается от других вихревых аналогов тем, что вихреобразование в нем обеспечивается только стенками рабочей камеры без размещения внутри нее вспомогательных тел, затрудняющих уменьшение при необходимости размеров камеры.

Однако даже при отсутствии таких тел уменьшение камеры и сопел небеспредельно. Это препятствует построению вихревых расходомеров, например, для измерения расхода топлива в автомобиле.

Поэтому для решения подобных задач требуется, кроме указанных имеющихся в прототипе высоких характеристик, придать расходомеру более низкий порог чувствительности, т. е. вихреобразование должно начинаться при более низких скоростях.

Эта задача решается тем, что в струйном расходомере, содержащем размещенные между двумя параллельными пластинами сопло, соединенное с входным каналом, сливные полости, соединенные с выходным каналом, расположенный против сопла клинообразный разделитель с углублением, обращенным в сторону сопла, и рабочую камеру, ограниченную стенкой, примыкающей к соплу, стенкой, образованной поверхностью разделителя, и с боковых сторон - двумя сливными полостями, углубление в разделителе выполнено в виде закрытого с одного конца канала и ось этого канала смещена относительно оси сопла, при этом величина смещения не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла, а ширина открытого конца канала больше ширины сопла.

Таким образом, сущность заявляемого решения, обеспечиваемая совокупностью перечисленных выше существенных признаков, состоит в том, что углубление в разделителе конструктивно выполнено и размещено относительно сопла так, что создаются изначальные условия для вихреобразования при повышенной скорости струи, сформированной из контролируемого потока.

На фиг.1 схематически изображен струйный расходомер (в двух проекциях), а на фиг.2 показан механизм образования вихря по стадиям.

Предлагаемый струйный расходомер выполнен следующим образом. Между двумя параллельными пластинами 1 (фиг.1,а) размещены соединенные соответственно с входными 2 и выходными 3 каналами сопло 4 (фиг.1,б) и сливные полости 5. Против сопла 4 размещен клинообразный разделитель 6 с углублением 7. Между соплом 4 и разделителем 6 расположена рабочая камера 8. Углубление 7 в разделителе 6 выполнено в виде закрытого с одного конца канала, открытый конец которого обращен в сторону сопла 4, и имеет ширину "в", большую ширины "а" сопла 4. Ось углубления 7 смещена относительно оси сопла 4 на величину "с", значение которой не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла 4, причем ширина последнего меньше ширины открытого конца канала.

Сформированная соплом 4 (фиг.2,а) из измеряемого потока струя 9 при натекании на торец углубления 7 создает, вытекая из последнего, обратные струи 10. Обратные струи 10 со струей 9 при начальном взаимодействии оказываются в неустойчивом равновесии, которое при соосно расположенных сопле 4 и углублении (т. е. при C=0) не нарушается, пока скорость струи 9 недостаточна для обеспечения числа Re выше некоторого порогового значения, обеспечивающего вихреобразование. Это определяет порог чувствительности расходомера. При скорости, превысившей этот порог, динамические силы обратных струй 10 выведут струю 9 из равновесного положения и отклонят ее в одну из сторон (фиг.2, б). Обратные струи 10 при этом окончательно сформировываются с одной стороны и натекают на эжектирующуюся вдоль примыкающей к соплу 4 стенки струю подсоса 11, увлекаются ею и замыкаются со струей 9, образуя вихрь с вакуумной зоной "В" внутри (фиг.2,в). Вакуумная зона притягивает к себе струю 9 и перемещает ее через углубление 7 в свою сторону (фиг.2,г), создав условия для образования нового вихря, но уже с другой стороны. Процесс непрерывно повторяется. Частота переключения струи 9 зависит от времени передачи сигнала по этой струе и обратным струям 10, т.е. от скоростей этих струй.

В соответствии с предлагаемым техническим решением, чтобы помочь зарождению первого вихря при скоростях ниже упомянутого ранее предела, создано смещение оси углубления 7 разделителя 6 относительно оси сопла 4 на некоторую величину "с". При и с ≠ 0 сосредоточение в начальной фазе обратных струй 10 с одной стороны предопределено изначально. Струя 9 при этом должна попадать в углубление 7 разделителя 6, т.е. с<1/2(в-а). Порог чувствительности расходомера снижается (вихреобразование начинается при пониженных числах Re) и становится возможным построение низкорасходных струйных расходомеров с большими проходными сечениями.

Считывание частоты срывающихся в сливные полости 5 (фиг.1) и уходящих через выход 3 вихрей осуществляется в любой из полостей 5 с помощью либо датчика давления, либо термоанемометра или терморезистора, либо с помощью другого известного датчика, реагирующего на изменения в потоке.

Использование: для измерения и контроля потоков текучих сред. Сущность изобретения: струйный расходомер содержит сопло, соединенное с входным каналом, сливные полости, соединенные с выходным каналом, расположенный против сопла клинообразный разделитель с углублением, обращенным в сторону сопла, и рабочую камеру. Особенность расходомера заключается в том, что углубление в разделителе выполнено в виде закрытого с одного конца канала и ось этого канала смещена относительно оси сопла. Величина смещения не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла, а ширина открытого конца канала больше ширины сопла. Благодаря таким особенностям струйный расходомер обладает низким порогом чувствительности, что позволяет измерять малые расходы газа и жидкости. 2 ил.

Струйный расходомер, содержащий размещенные между двумя параллельными пластинами сопло, соединенное с входным каналом, сливные полости, соединенные с выходным каналом, расположенный против сопла клинообразный разделитель с углублением, обращенным в сторону сопла, и рабочую камеру, ограниченную стенкой, примыкающей к соплу, стенкой, образованной поверхностью разделителя, и с боковых сторон - двумя сливными полостями, отличающийся тем, что углубление в разделителе выполнено в виде закрытого с одного конца канала и ось этого канала смещена относительно оси сопла, при этом величина смещения не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла, а ширина открытого конца канала больше ширины сопла.