УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗАПЫЛЕННОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2001 года по МПК G01P5/16 

Предлагаемое изобретение предназначено для измерения параметров движения запыленного воздушного потока и может быть использовано в системах контроля пневмотранспорта сыпучих материалов в сельскохозяйственном производстве, в мукомольно-элеваторной и комбикормовой отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения параметров движения воздушного потока, содержащее Г-образную (изогнутую под прямым углом) внешнюю трубку, закрытую на одном конце и имеющую по его поверхности отверстия, и с открытым концом центральную трубку, расположенную концентрично внутри внешней. На другом конце внешняя и внутренняя трубки заканчиваются штуцерами для присоединения к регистрирующему прибору (микроманометру). Центральная трубка, имеющая открытый конец и обращенная навстречу потоку воздуха, воспринимает полное давление P_v.

Статическое давление P_sv воздействует через отверстия, находящиеся на цилиндрической поверхности внешней трубки. Оси этих отверстий перпендикулярны к оси трубки, а значит, и к направлению движения потока. Данный прибор, предназначенный для преобразования кинетической энергии воздушного потока в потенциальную, называется трубкой Пито-Прандтля, либо дифференциальной трубкой Пито. Микроманометр, соединенный с дифференциальной трубкой Пито, измеряет динамическое давление P_d, которое равно разности полного P_v и статического P_sv давлений [1].

Известное устройство предназначено для измерения параметров движения однофазной среды - воздушного потока. Однако при измерении давления в двухфазной среде - запыленном воздушном потоке (например, при очистке зерновых смесей воздушным потоком), отверстия внутренней трубки, воспринимающие полное давление, неизбежно засоряются пылевидными частицами. Это обстоятельство является причиной погрешности и снижения точности измерений давления. Известный приемник не позволяет вести непрерывные измерения давления, для восстановления его работоспособности необходимо продувать периодически чистым воздухом.

В итоге, данное устройство не позволяет длительно и точно контролировать полное давление в сильно запыленных воздушных потоках, например в области мукомольной, элеваторной и комбикормовой промышленности, соответственно не позволяет выбрать оптимальную скорость в транспортном трубопроводе и сократить расход энергии на транспортировку твердых частиц (примесей) в потоке воздуха.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится устройство для измерения скорости газового потока, содержащее Г-образную (изогнутую под прямым углом) трубку с отверстиями полного и статического давлений, подключенными к регистрирующему устройству, и снабженное установленным на трубке наконечником в виде конуса, сопряженного с полой цилиндрической частью, при этом на цилиндрической части наконечника в месте сопряжения с конусом выполнены сквозные отверстия, а внутренняя полость наконечника сообщена с отверстием полного давления трубки [2] - прототип.

Анализируя уравнение Бернулли [3], следует отметить, что при замере параметров движения воздушного потока в трубопроводе скорость течения воздуха из-за его торможения вдоль осевой линии конусной части наконечника данного устройства будет равна нулю. После обтекания конусной части вблизи поверхности цилиндрической части наконечника скорость вновь становится равной скорости потока воздуха в трубопроводе. Поэтому торможения потока воздуха во внутренней полости наконечника, сообщенной с отверстием трубки полного давления через сквозные отверстия, выполненные на цилиндрической части наконечника и оси которых перпендикулярны к оси трубки, не происходит. Соответственно на трубку с отверстием полного давления не будет передаваться полное давление потока воздуха, она будет воспринимать давление, кратное скорости движущегося потока воздуха, подобно внешней трубке статического давления с отверстиями, выполненными на его цилиндрической поверхности. В итоге, микроманометр, подсоединенный к пневмометрической трубке с данным наконечником и фиксирующий разность между давлением, снимаемым со штуцера трубки общего давления, и давлений, снимаемым со штуцера трубки статического давления, не будет регистрировать истинное значение динамического давления.

Кроме того, при обтекании воздушным потоком наконечника за ним из-за меняющегося профиля поверхности головной части пневмометрической трубки происходит турбулизация струи воздуха, что искажает истинные значения статического давления, воспринимаемые через отверстия трубки статического давления, которые расположены непосредственно за наконечником. Поэтому для правильного отбора значений статического давления воздушного потока отверстия трубки статического давления должны быть удалены от конца наконечника на значительном расстоянии (не менее 6...8 d, где d - наружный диаметр наконечника пневмометрической трубки), а это увеличивает длину головной части трубки и ухудшает удобство пользования при вводе данного прибора через специальные отверстия в рабочую зону пневмотрубопровода.

Таким образом, данное устройство не обеспечивает точность измерений и истинных значений параметров движения воздушного потока, что не позволяет выбрать оптимальную скорость в трубопроводе, например при сепарировании зерновых смесей или транспортировании примесей в потоке воздуха, и сократить расход энергии на выполнение рабочего процесса.

Сущность предлагаемой разработки состоит в том, что у известного устройства для измерения скорости запыленного газового потока наружная цилиндрическая поверхность наконечника имеет отверстия, сопряженные с отверстиями трубки статического давления, и в плоскости сквозных отверстий, сообщающихся через внутреннюю полость наконечника с отверстием полного давления трубки, выполнена с выступом, а в конической части параллельно оси симметрии трубки выполнены сквозные отверстия, смещенные относительно отверстия трубки полного давления.

В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки и придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.

Наличие в цилиндрической части сквозных отверстий, сопряженных с отверстиями статического давления трубки, обусловливает обтекаемый профиль головной части данной комбинированной трубки. Поэтому при обтекании воздушным потоком данного наконечника исключается турбулизация струи воздуха, что дает возможность регистрировать истинные значения статического давления, воспринимаемые через отверстия трубки статического давления. Кроме того, при таком выполнении наконечника укорачивается длина головной части трубки, что улучшает удобство пользования при вводе данного прибора через специальные отверстия в рабочую зону трубопровода.

Выполнение наружной цилиндрической поверхности наконечника в плоскости сквозных отверстий, сообщающихся через внутреннюю полость наконечника с отверстием полного давления трубки, с выступом обусловливает торможение воздушного потока. За счет этого торможение потока воздуха происходит и во внутренней полости наконечника при прохождении в нее воздуха через сквозные отверстия, выполненные в конической части параллельно оси симметрии комбинированной трубки. Поэтому на всей поверхности цилиндрического выступа и носовой поверхности комбинированной трубки во внутренней полости наконечника давление потока воздуха будет равно полному, которое воспринимается отверстием трубки полного давления. Смещение сквозных отверстий, выполненных в конической части наконечника параллельно оси симметрии трубки, относительно отверстия трубки полного давления исключает попадание в нее частиц примесей и закупорку штуцера полного давления. В результате, такое выполнение наконечника обеспечивает возможность непрерывно и точно контролировать параметры движения потока воздуха, позволяет выбрать оптимальную скорость и сократить расход энергии на транспортировку примесей в потоке воздуха.

В итоге при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, значительно превышающий эффект прототипа, а новая совокупность признаков заявляемого устройства обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения скорости запыленного газового потока, а на фиг. 2 - вид А данного устройства.

Устройство содержит изогнутую под прямым углом внешнюю трубку 1, которая одним концом закрыта, а другим концом кончается штуцером 2. На цилиндрической поверхности трубки 1 со стороны ее закрытого конца просверлены отверстия 3 для приема статического давления. Внутри внешней трубки 1 концентрично ей расположена внутренняя трубка 4, которая заканчивается в носике комбинированной трубки отверстием 5 для приема общего давления воздушного потока. Внутренняя трубка в противоположном носику конце комбинированной трубки заканчивается штуцером 6. На носовую часть комбинированной трубки закрепляется наконечник 7, состоящий из цилиндрической 8 и конической 9 частей. Коническая часть 9 наконечника 7 может иметь также полусферическую или полуэллипсоидальную обтекаемую форму. На цилиндрической части 8 наконечника 7 в месте сопряжения с конусной частью 9 выполнены сквозные отверстия 10, которые связаны с внутренней полостью 11 наконечника 7, сообщенной с отверстием 5 для приема общего давления воздушного потока. Наружная цилиндрическая поверхность 8 наконечника 7 в плоскости сквозных отверстий 10 выполнена с выступом 12, а в конической части 9 параллельно оси симметрии комбинированной трубки просверлены сквозные отверстия 13, смещенные относительно отверстия 5 для приема общего давления воздушного потока. Цилиндрическая поверхность 8 наконечника 7 также имеет сквозные отверстия 14, сопряженные с отверстиями 3 комбинированной трубки для приема статического давления потока воздуха. Штуцера 2 и 6 статического и общего давлений данного устройства с помощью полых трубок присоединяются к регистрирующему устройству, например, батарейному микроманометру (на чертежах не показан), позволяющему одновременно измерять статическое, динамическое и полное давление потока воздуха.

Устройство для измерения параметров движения запыленного воздушного потока работает следующим образом.

Данная комбинированная пневмометрическая трубка с надетым на носовую часть наконечником и присоединенная к батарейному микроманометру вводится в трубопровод через специальные отверстия, сделанные в нем для замера параметров движения запыленного воздушного потока. Трубка с наконечником устанавливается навстречу потоку воздуха так, чтобы продольная ось наконечника была параллельна оси трубопровода. При движении потока воздуха с частицами в трубопроводе давление снаружи наконечника 7 в зоне его боковых отверстий 10 равно полному из-за торможения потока цилиндрическим выступом 12. Такое же давление возникает внутри внутренней полости 11 наконечника 7 за счет торможения потока воздуха, проходящего через сквозные отверстия 13, расположенные в конической части 9 параллельно оси симметрии комбинированной трубки и смещенные относительно отверстия 6 для приема общего давления потока воздуха. Поэтому на всей поверхности цилиндрического выступа 12 и носовой поверхности комбинированной трубки в полости 11 наконечника 7 давление потока воздуха равно полному, которое воспринимается отверстием 5 и далее передается на регистрирующий прибор. При обтекании наконечника запыленным воздушным потоком частицы пыли тормозятся при ударе об цилиндрический выступ 12 и поверхность закрытого конца внешней трубки 1 при прохождении их через отверстия 13, а затем через сквозные отверстия 10 из полости 11 выводятся, не попадая в отверстие 5 внутренней трубки. Таким образом исключается забивание штуцера общего давления частицами пыли. При обтекании наконечника 7 потоком запыленного воздуха статическое давление на регистрирующий прибор будет передаваться через отверстия 14, сопряженные с отверстиями 3 комбинированной трубки. Регистрирующий прибор, фиксирующий разность между давлением, снимаемым со штуцера 6 общего давления, и давлением, снимаемым со штуцера 2 статического давления, будет показывать динамическое давление потока воздуха в трубопроводе. Тогда величина местной скорости воздуха в точке замера, приведя полученный замер разности давлений к стандартной атмосфере, будет определяться по формуле:

где v - скорость воздуха в точке замера, м/с;
1,29 - постоянная величина;
P_d - динамическое давление потока воздуха в точке замера, Па.

Следовательно, при помощи данного устройства можно определять параметры движения запыленного воздушного потока: статическое, динамическое и полное давление, а также скорость воздуха.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является точность измерений параметров движения воздушного потока, что позволяет выбрать оптимальную скорость в трубопроводе, например, при сепарировании зерновых смесей или транспортировании примесей в потоке воздуха, и сократить расход энергии на выполнение технологического процесса.

Литература
1. Дзидзио А.М. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий. -М.: Колос, 1974. -С. 60-61.

2. Авторское свидетельство N 1203436 СССР, МКИ 4 G 01 P 5/16. Устройство для измерения скорости запыленного газового потока //К.Р. N 3556833/24-10; Заявлено 22.02.83 //Открытия. Изобретения. -1986. -N 1.

3. Гидравлика и аэродинамика/А.Д.Альтшуль, Л.С.Животовский, Л.П.Иванов. -М.: Стройиздат, 1987. -С. 105-106.

Устройство предназначено для использования в системах контроля пневмотранспорта сыпучих материалов в сельскохозяйственном производстве, в мукомольно-элеваторной и комбикормовой отраслях промышленности. Г-образная трубка с отверстиями полного и статического давлений, подключенными к регистрирующему устройству, снабжена установленным на трубке наконечником в виде конуса, сопряженного с полой цилиндрической частью. На цилиндрической части в месте сопряжения с конусом выполнены сквозные отверстия. Внутренняя полость сообщена с отверстием полного давления трубки. Цилиндрическая часть имеет отверстия, сопряженные с отверстиями трубки статического давления, и в плоскости сквозных отверстий, сообщающихся через внутреннюю полость с отверстием полного давления трубки, выполнена с выступом. В конической части параллельно оси симметрии трубки выполнены сквозные отверстия, смещенные относительно отверстия трубки полного давления. Обеспечивается повышение точности измерения и сокращение расхода энергии на транспортировку примесей в потоке воздуха. 2 ил.

Устройство для измерения скорости запыленного газового потока, содержащее Г-образную (изогнутую под прямым углом) трубку с отверстиями полного и статического давлений, подключенными к регистрирующему устройству, и снабженное установленным на трубке наконечником в виде конуса, сопряженного с полой цилиндрической частью, при этом на цилиндрической части наконечника в месте сопряжения с конусом выполнены сквозные отверстия, а внутренняя полость наконечника сообщена с отверстием полного давления трубки, отличающееся тем, что наружная цилиндрическая поверхность наконечника имеет отверстия, сопряженные с отверстиями трубки статического давления, и в плоскости сквозных отверстий, сообщающихся через внутреннюю полость наконечника с отверстием полного давления трубки, выполнена с выступом, а в конической части параллельно оси симметрии трубки выполнены сквозные отверстия, смещенные относительно отверстия трубки полного давления.