ПЕРЕНОСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01F1/36 G01P5/14 

Область техники
Изобретение относится к измерению давления и расхода текучих сред, например, в закрытых трубопроводах, имеющих большое поперечное сечение, при возможности легкого передвижения устройства вдоль трубопровода.

Предшествующий уровень техники
Указанные выше измерения на практике осуществляют при помощи свободно перемещаемых (в частности, переносных) устройств, располагаемых в нужных точках потока. Известные устройства этого типа представляют собой, например, трубки Прандгля или трубки Пито для замера суммарного давления, дающие возможность определять локальную скорость потока. Располагая распределением скоростей потока текучей среды по сечению трубопровода, можно ограничиться одним-единственным измерением, в противном случае приходится прибегать к многочисленным измерениям, когда измерение скорости проводят в нескольких точках, распределенных по сечению потока наподобие сетки, а расход вычисляют, интегрируя функцию распределения скоростей.

Из патента Германии N 4417913 известен один из таких датчиков, размещаемый в газовом потоке в трубопроводе с возможностью перемещения вдоль трубопровода и, следовательно, установки в различных сечениях; датчик снабжен двумя параллельными поперечинами, при этом на конце одной из них имеется отверстие для отбора статического давления, а на конце другой - приспоcобление для отбора суммарного давления, выполненное по типу трубки Пито и ориентированное против потока.

Известное из заявки Германии N 1084041 устройство для измерения расхода теплой воды в трубопроводах, выполненное в форме вворачиваемой в трубопровод по резьбе муфты, имеет ступенчатое сужение диаметра, которое обуславливает и сужение потока. Ответвляющиеся каналы снабжены устьями в месте сужения потока и перед сужением и направляют часть потока к измерительному прибору, а от него - обратно в общий поток.

Известно переносное устройство для измерения давления при локальных измерениях расхода, имеющее корпус с каналом для измеряемого потока и отверстиями для отбора давления, к которым присоединены измерительные трубки, окруженные несущей колонкой с размещенной на ней установочной шкалой, причем площади поперечных сечений канала на входе и выходе одинаковы. (Лобачев П.В. , Шевелев Ф.А. Водомеры для водопроводов и канализаций. М.: Изд-во литературы по строительству, 1964, с.с. 277-280, 285-286).

Раскрытие изобретения
Предметом настоящего изобретения является устройство для локального измерения давления в форме полого тела, через которое протекает текучая среда; устройство может быть при необходимости размещено в различных точках сечения потока и позволяет получать более точные, чем раньше, результаты измерений при обеспечении быстрой и не требующей больших усилий установки на трубопроводе.

Решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что переносное устройство для локального измерения давления, используемое в расходомерах для измерения локального расхода текучей среды, выполнено в форме обладающего симметрией вращения полого тела-корпуса, снабженного измерительным каналом, площадь поперечного сечения в свету которого при движении вдоль центральной оси, начиная со входа, возрастает до максимального значения и затем уменьшается до минимального значения, а напоследок, у выходного отверстия, снова возрастает; иными словами, измерительный канал составлен из следующих друг за другом участка-диффузора, участка-конфузора и снова участка-диффузора, причем любое поперечное сечение корпуса датчика представляет собой круг, а кромки входного и выходного отверстий выполнены острыми для уменьшения потерь давления.

Краткое описание фигур чертежей
Изобретение детально поясняется на основании прилагаемых чертежей, на которых изображены:
фиг. 1 - переносное устройство для измерения давления, свободно перемещаемое вдоль измеряемого потока, вид сбоку, с частичным разрезом;
фиг. 2 - разрез по линии 1-1 на фиг. 1;
фиг. 3 - устройство для измерения давления по второму варианту исполнения, вид сбоку, с половинным разрезом;
фиг. 4 - разрез по линии 1-1 на фиг. 3.

Варианты осуществления изобретения
Согласно (фиг. 1, 2) переносное устройство для измерения давления, в своих основных частях, состоит из корпуса (1) в виде обладающего вращательной симметрией полого тела, в котором образован канал (2), принимающий измеряемый поток; площадь поперечного сечения канала в свету при движении вдоль оси (13), начиная со входа (3), сначала возрастает до максимального значения в сечении (5), затем уменьшается до минимальной величины в сечении (6) и вновь увеличивается до входного сечения (4). Иными словами, канал (2) составлен из следующих друг за другом участков в виде диффузора, конфузора и снова диффузора. Любое поперечное сечение корпуса (1) имеет форму круга. Кромки (14, 15) отверстий на входе и выходе выполнены заостренными для снижения потерь давления.

В плоскостях (5, 6) соответственно максимального и минимального сечения выполнены отверстия для отбора давления, от которых отходят мерные трубки (7, 8); их концы имеют форму, обеспечивающую надлежащее крепление к шлангам, которые, в свою очередь, служат для присоединения к измерительному прибору (на чертеже не показан), например, дифференциальному манометру. Мерные трубки окружены несущей колонкой (11), поперечное сечение которой имеет форму тела обтекания и на которую нанесена установочная шкала (12), ее деления дают понятие об уровне, на котором располагается ось (13) измерительного канала.

Устройство для измерения давления, представленное на (фиг. 3, 4), отличается от только что обсуждавшегося варианта формой поперечного сечения корпуса: корпус (1') имеет прямоугольное сечение, при этом канал (2') для измеряемого потока ограничен плоскими параллельными боковыми стенками, отстоящими друг от друга на расстоянии (b), и, кроме того, поверхностями с прямоугольной ориентацией, имеющими профилированную конфигурацию и образующими участки с характером диффузора, конфузора и снова диффузора. Названные поверхности зеркально симметричны друг другу относительно оси (13) измерительного канала.

В процессе эксплуатации устройство для измерения давления устанавливают на трубопроводе, расход в котором измеряют при помощи установочной шкалы (12) таким образом, что ось (13) измерительного канала совпадает с осью трубопровода. Благодаря острой кромке (14) входного отверстия из поступающего потока вырезается частичный поток, который протекает по каналу (2) в виде измеряемого потока, то замедляемого, то ускоряемого в соответствии с размером поперечного сечения.

На первом, диффузорном участке, вплоть до плоскости (5) максимального сечения, скорость потока уменьшается, вследствие чего давление возрастает и в отверстии (9) и, тем самым, в измерительной трубке (7) создается максимальное давление (P_max). На следующем за первым участке-конфузоре, вплоть до плоскости (6) с минимальным сечением, измеряемый поток вновь ускоряется и скорость его достигает в плоскости (6) своего максимального значения, что обусловливает возникновение здесь минимального давления (P_min), через отверстие (10) передаваемого в трубку (8). На примыкающем ко второму участке-диффузоре, до выходного сечения (4), снова происходит замедление потока до скорости, характерной для трубопровода в целом, и, таким образом, давление снова падает и измеряемый поток, беспрепятственно и лишь с минимальными потерями, воссоединяется с главным потоком.

Возникающая разность давлений (ΔP) между (P_max и P_min) очень велика ввиду характера изменения сечения канала (2), и, таким образом, расход (q) потока в измерительном канале (2) может быть рассчитан с достаточной точностью по уравнению:

где α - коэффициент расхода;
c - некоторая постоянная, зависящая от геометрии устройства для измерения расхода и определяемая опытным путем из калибровочной кривой;
f - площадь поперечного сечения устройства на входе и выходе;
ΔP - разность давлений (P_max-P_min);
γ - удельный вес текучей среды.

Суммарный расход текучей среды через трубопровод, при достаточно постоянном распределении скоростей по сечению, рассчитывается по уравнению:

где F - площадь поперечного сечения трубопровода.

Даже выполнение устройства для измерения давления с каналом для измеряемого потока, имеющим прямоугольное сечение, позволяет определять расход с хорошей точностью, при этом особенно привлекательной представляется большая компактность и простота изготовления, а за счет уменьшения ширины появляются новые возможности применения при одновременном снижении гидродинамических нагрузок.

Промышленная применимость
Устройство может использоваться как в напорных, так и в безнапорных газогидравлических системах в широком диапазоне изменения геометрических параметров для измерения расходов текучих сред различного физико-механического и химического состава. Наиболее перспективно портативное исполнение для целей экспресс-расходометрии в системах, не оборудованных стационарными расходомерными устройствами.

Среди возможных областей применения:
- водоснабжение, теплогазоснабжение и вентиляция населенных мест и промышленных предприятий;
- газовая и нефтяная промышленность;
- химическая и нефтехимическая промышленность;
- гидротранспорт хвостов обогатительных фабрик;
- системы транспортировки и распределения жидкого и газообразного топлива в энергетике;
- оросительные системы в сельском хозяйстве;
- технологические газогидравлические системы в пищевой промышленности.

Изобретение предназначено для экспресс-расходометрии текучих сред в напорных и безнапорных трубопроводах большого сечения. Устройство содержит корпус с каналом для измеряемого потока, выполненным в виде двух диффузоров и конфузора между ними. В местах максимального и минимального сечений канала корпуса размещены отверстия для отбора давления, к которым присоединены измерительные трубки, окруженные несущей колонкой с размещенной на ней установочной шкалой. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения расхода, обладает компактностью и простотой изготовления. 4 ил.

Переносное устройство для измерения давления при локальных измерениях расхода, имеющее корпус (1) с каналом (2) для измеряемого потока и отверстиями (9, 10) для отбора давления, к которым присоединены измерительные трубки (7, 8), окруженные несущей колонкой (11) с размещенной на ней установочной шкалой (12), причем площади поперечных сечений канала (2) на входе (3) и выходе (4) одинаковы, отличающееся тем, что канал (2) для измеряемого потока состоит из участка-диффузора, расширяющегося до максимального сечения (5), которое превышает сечение на входе (3), примыкающего к первому участка-конфузора, сужающегося до минимального сечения (6), наименьшего, чем сечение на входе (3), и завершающего участка-диффузора, оканчивающегося выходным сечением (4), причем отверстия (9, 10) для отбора давления размещены в сечениях (5, 6) соответственно максимального и минимального размера, а корпус (1) на входе и выходе снабжен острыми кромками (14, 15).