УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК G01F1/684 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа в магистральных трубопроводах.

Известно устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа (Патент России N 2066850, кл. G 01 F 1/68, БИ N 26, 1996), содержащее сужающее устройство, устанавливаемое в трубопроводе, первую и вторую байпасные трубки, подключаемые входными концами перед, а выходными концами после сужающего устройства, турбулентный дроссель, установленный в общем выходном конце байпасных трубок, ламинарный дроссель, установленный в выходном конце второй байпасной трубки, датчик теплового расходомера, размещенный на первой байпасной трубке.

Данное устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку, выходной конец которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход всего потока определяется по расходу части потока среды, которая отводится от основного потока в одном месте, путем пересчета расхода отводимой части на весь поток, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки, внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отводимой части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды.

Известно устройство и способ байпасного измерения потока в линии (Патент США N 5333496, кл. G 01 F 5/00, ИСМ, вып. 82, N 20, 1995), устройство содержит сужающее устройство, входную трубку, первый участок которой размещен в основном трубопроводе, по которому транспортируется поток жидкости, до сужающего устройства, параллельно потоку жидкости, а второй участок выходит из основного трубопровода, расходомер, к которому подключен второй участок входной трубки, выходную трубку, вторая часть которой размещена вне основного трубопровода и соединена с расходомером, а первая расположена внутри основного трубопровода после сужающего устройства параллельно потоку жидкости, при этом сечение входной и выходной трубок между точками отбора и возврата жидкости уменьшается.

Данное устройство байпасного измерения потока в линии, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды, содержит байпасную трубку, состоящую из двух участков входной трубки и двух участков выходной трубки, в которой размещен расходомер, при этом выходной конец байпасной трубки расположен в основном трубопроводе. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход среды измеряется по части потока среды, которая отводится от основного потока, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки и внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отведенной части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды.

Наиболее близким по технической сущности является расходомер воздуха (Патент Японии N 4-34686, кл. G 01 F 1/68, ИСМ, вып. 82, N 2, 1994), содержащий байпасный канал, расположенный вдоль оси трубопровода, по которому движется воздух, параллельно потоку воздуха, укрепленный с помощью стоек в стенке трубопровода, байпасный канал состоит из двух трубок, вторая из которых имеет диаметр меньший, чем первая, и расположена внутри первой, при этом входной конец байпасного канала (впускное отверстие) является первым концом первой трубки, в боковой поверхности которой выполнены выпускные отверстия, второй конец первой трубки герметично закрыт, вторая трубка имеет длину, меньшую длины первой, и укреплена на входе первой таким образом, что для измеряемой среды образуется проход от входного конца байпасного канала через вторую трубку до ее конца и далее через пространство между второй и первой трубкой и через выпускные отверстия в поток транспортируемой среды, первый и второй датчики теплового расходомера, размещенные в байпасном канале.

Данный расходомер воздуха, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку (канал), выходной конец (выпускные отверстия) которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако, выполнение байпасной трубки (канала) описанным способом, расположение байпасной трубки параллельно потоку среды, расход которой измеряется, снижает точность измерения расхода из-за повышения сопротивления протекающей среде в байпасной трубке, что ухудшает теплотпередачу, а также из-за того, что при расположении байпасной трубки и, соответственно, датчика теплового расходомера по оси потока среды не учитывается характер распределения плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды по сечению трубопровода.

В основу предполагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для измерения расхода среды путем повышения точности измерения, достигаемого за счет выполнения байпасной трубки прямой и размещения ее в потоке среды, расход которой измеряется, что позволяет учесть распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, и вследствие этого, повысить точность определения расхода среды.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения расхода среды, содержащем байпасную трубку, установленную в основном трубопроводе, по которому транспортируется среда, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке, согласно изобретению байпасная трубка выполнена прямой и герметически закреплена в стенке основного трубопровода таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть байпасной трубки расположена внутри основного трубопровода, при этом байпасная трубка установлена под углом α, величина которого выбрана от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, а плоскость нижней кромки байпасной трубки расположена под углом β, величина которого выбрана от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, введены заглушка, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки, размещенной в основном трубопроводе равна L = R/sinα, где R - радиус байпасной трубки, и трубчатый шток с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока герметически укреплен в заглушке, а сам трубчатый шток расположен в байпасной трубке по ее оси, в байпасной трубке выполнено отверстие, верхняя кромка которого расположена на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода, площадь отверстия в байпасной трубке выбрана равной от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой выбран в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, датчик теплового расходомера размещен в трубчатом штоке.

Введение заглушки и трубчатого штока в байпасную трубку, выполнение ее прямой и размещение байпасной трубки таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть расположена внутри основного трубопровода, установка байпасной трубки под углом α, величиной от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, расположение плоскости нижней кромки байпасной трубки под углом β, величиной от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, выполнение в байпасной трубке на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода отверстия для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, позволяет усреднить физически параметры потока транспортируемой среды, омывающей трубчатый шток, в котором расположен датчик теплового расходомера, и, таким образом, учесть реальное распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока транспортируемой среды, что ведет к повышению точности определения расхода транспортируемой среды.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для измерения расхода среды.

Устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку 1, которая герметически закреплена в стенке основного трубопровода 2, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, таким образом, что верхний конец байпасной трубки 1 находится снаружи основного трубопровода 2, а остальная часть распложена внутри основного трубопровода 2, при этом байпасная трубка 1 установлена под углом α, равным 10 - 90^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, а плоскость нижней кромки байпасной трубки 1 расположена под углом β, равным 90 - 180^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, заглушку 3, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки 1, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки 1, размещенной в основном трубопроводе 2, равна L = R/sinα, трубчатый шток 4 с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока 4 герметически укреплен в заглушке 3, а сам трубчатый шток 4 расположен в байпасной трубке 1 по ее оси, в байпасной трубке 1 на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода 2 выполнено отверстие 5 для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасно трубки 1, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока 4, датчик теплового расходомера 6, который размещен в трубчатом штоке 4.

Отверстие 5 может быть выполнено в виде нескольких отверстий, суммарная площадь которых равна от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки 1.

Диаметр трубчатого штока 4 определяется диаметром датчика теплового расходомера 6.

Устройство для измерения расхода среды работает следующим образом.

Транспортируемая среда при перемещении по основному трубопроводу 2 через отверстие 5 поступает внутрь байпасной трубки 1 и через пространство между внутренней стенкой байпасной трубки 1 и внешней поверхностью трубчатого штока 4 проходит на выход байпасной трубки 1 в поток транспортируемой среды в основном трубопроводе 2. Поток в байпасной трубке 1, омывающий трубчатый шток 4, в котором размещен датчик теплового расходомера 6, создается в основном за счет:
- разности давления в месте нахождения отверстия 5 и давления в области нахождения нижней кромки байпасной трубки 1;
- динамического напора потока в зоне отверстия 5.

Так как основная часть байпасной трубки 1, в которой в трубчатом штоке 4 расположен датчик теплового расходомера 6, находится в основном потоке среды под указанным углом, то она и поток среды, омывающий трубчатый шток 4, нагреваются соответственно распределению температур потока по сечению основного трубопровода 2. Кроме того, расположение отверстия 5 для отбора среды и нижней кромки байпасной трубки 1, через которую отобранная среда возвращается в основной поток, на разных по вертикали уровнях приводит к усреднению плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, омывающего трубчатый шток 4. Таким образом, поток среды, омывающий трубчатый шток 4, имеет усредненные физические характеристики, вследствие чего повышается точность измерения расхода.

Устройство содержит прямую байпасную трубку, закрепленную в стенке магистрального трубопровода под углом к горизонтальной осевой плоскости. Верхний конец трубки расположен снаружи трубопровода и снабжен заглушкой. Внутри байпасной трубки по ее оси установлен трубчатый шток с герметично закрытым нижним концом, в котором размещен датчик теплового расходомера. Верхний конец штока закреплен в заглушке. В байпасной трубке выполнено отверстие для поступления среды из магистрального трубопровода, а плоскость ее нижней кромки расположена под углом 90 - 180^o к горизонтальной осевой плоскости. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения расхода за счет усреднения характеристик потока среды по сечению трубопровода. 1 ил.

Устройство для измерения расхода среды, содержащее прямую байпасную трубку, установленную в основном трубопроводе, по которому транспортируется среда, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке, отличающееся тем, что байпасная трубка герметично закреплена в стенке основного трубопровода таким образом, что ее верхний конец, в котором герметично закреплена заглушка, расположен снаружи трубопровода, и установлена к горизонтальной осевой плоскости под углом α, величина которого выбрана в пределах 10 - 90^o, а плоскость нижней кромки байпасной трубки расположена к горизонтальной плоскости под углом β, величина которого выбрана в пределах 90 - 180^o, датчик теплового расходомера размещен в трубчатом штоке с герметично закрытым нижним концом, расположенном в байпасной трубке по ее оси, верхний конец штока герметично закреплен в заглушке, а в байпасной трубке выполнено отверстие для поступления среды из основного трубопровода, при этом площадь отверстия выбрана равной 1 - 4 площадям сечения трубки, а диаметр последней - равным 2 - 3 диаметрам штока.