ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР С МАЛЫМ ТЕЛОМ ОБТЕКАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01F1/32 

Изобретение относится к средствам измерения расхода и может использоваться в расходометрии жидких и газообразных сред.

Известен вихревой расходомер, описанный в патенте США № 05369810.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении и имеющего гибкий участок, соединенный с пьезоэлектрическим датчиком вихрей, регистрирующим деформации гибкого участка под действием пульсаций давления при вихреобразовании на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом длина тела обтекания равна диаметру проточной части, ширина тела обтекания в направлении, перпендикулярном оси потока и оси тела обтекания, составляет 0,15...0,3 от диаметра проточной части.

Недостатками известного расходомера являются наличие высоких потерь давления, возникающих на теле обтекания, вследствие его значительных размеров, что приводит к ухудшению гидравлических параметров системы вплоть до невозможности эксплуатации при малом располагаемом напоре (давлении), ограниченный диапазон диаметров трубопроводов вследствие значительных габаритов и стоимости расходомера для труб диаметром более 300 мм; чувствительность к вибрации.

Известен вихревой расходомер, описанный в патенте США № 6298734.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода малого диаметра - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении, датчик вихрей, состоящий из крыла, установленного в проточной части позади тела обтекания, и чувствительного элемента, расположенного в основании крыла и воспринимающего деформации крыла под действием пульсаций давления при вихреобразовании на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом проточная часть расходомера на штанге погружается внутрь трубопровода, имеющего диаметр, больший, чем диаметр проточной части, для осуществления измерения скорости потока в одной точке сечения трубопровода и последующего вычисления расхода и/или объема среды.

Недостатками известного расходомера являются высокая чувствительность к неточностям монтажа, к загрязнениям среды, чувствительность к вибрации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является вихревой расходомер, описанный в руководстве по эксплуатации СПГК.407131.026 РЭ «Преобразователь расхода вихреакустический Метран-300ПР» и выбранный в качестве прототипа.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении, и предназначенное для генерации вихрей при набегании на него потока среды, датчик вихрей, включающий два или четыре ультразвуковых преобразователя, предназначенный для детектирования вихрей, возникающих на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом длина тела обтекания равна диаметру проточной части, ширина тела обтекания в направлении, перпендикулярном оси потока и оси тела обтекания, составляет 0,15...0,3 от диаметра проточной части.

Недостатками известного расходомера являются наличие высоких потерь давления, возникающих на теле обтекания, вследствие его значительных размеров, что приводит к ухудшению гидравлических параметров системы вплоть до невозможности эксплуатации при малом располагаемом напоре (давлении), ограниченный диапазон диаметров трубопроводов вследствие значительных габаритов и стоимости расходомера для труб диаметром более 300 мм; возможность измерения расхода только жидких сред.

Целью заявляемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей расходомера за счет снижения потерь давления на расходомере.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное в потоке среды тело обтекания в виде стержня произвольного поперечного сечения, датчик вихрей, расположенный в, на или вблизи тела обтекания или на каком-либо элементе, связанном с телом обтекания, преобразователь сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал, согласно изобретению тело обтекания выполнено малым, при этом выступающая в поток часть тела обтекания имеет длину от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода и ширину в направлении, перпендикулярном оси потока и оси стержня, от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода.

Расходомер может содержать проточную часть в виде специально изготовленного отрезка трубопровода с размещенным в ней телом обтекания и датчиком вихрей, предназначенную для установки в разрез измерительного трубопровода, либо тело обтекания и датчик вихрей могут монтироваться непосредственно на измерительный трубопровод (трубопровод, в котором производится измерение расхода).

Использование тела обтекания малого размера, пересекающего не все сечение трубопровода, а лишь его часть, позволяет существенно снизить потери давления на расходомере.

В сравнении с прототипом заявляемый расходомер обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение тела обтекания малым с выступающей в поток частью длиной от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода, шириной от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода, обеспечивающими достижение заданного результата - снижения потерь давления и, как следствие, расширения эксплуатационных возможностей расходомера.

Автору неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый расходомер может найти широкое применение в расходометрии жидких и газообразных сред, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:

- фиг.1 (а, б) - блок-схема вихревого расходомера с проточной частью, устанавливаемой в разрез измерительного трубопровода;

- фиг.2 (а, б) - блок-схема вихревого расходомера, монтируемого непосредственно в измерительный трубопровод.

Заявляемый расходомер содержит тело 1 обтекания, датчик 2 вихрей, электронный (вторичный) преобразователь 3. Тело 1 обтекания имеет форму стержня и крепится на стенке измерительного трубопровода 4 или на стенке специально изготовленной проточной части 5 таким образом, чтобы оно оказалось в потоке среды. Тело 1 обтекания имеет длину L от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода 4 и ширину Н в направлении, перпендикулярном направлению потока, от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода 4. Длина L и ширина Н тела 1 обтекания выбираются таким образом, чтобы максимизировать диапазон скоростей среды, в котором частота вихрей пропорциональна расходу среды. Непосредственно в или на теле 1 обтекания или на каком-либо элементе, соединенном с телом 1 обтекания, или в области 6, расположенной вблизи тела 1 обтекания, на стенке трубопровода или в потоке располагается датчик 2 вихрей, генерирующий сигнал, содержащий информацию о частоте вихрей. При этом в качестве датчика 2 вихрей могут использоваться ультразвуковые преобразователи или пьезоэлектрические датчики пульсаций давления либо термоанемометры и т.п. Сигнал от датчика 2 вихрей передается в электронный преобразователь 3, осуществляющий преобразование сигнала от датчика 2 вихрей в выходной сигнал, удобный для непосредственного восприятия или последующей обработки, соответствующий объему и/или расходу измеряемой среды.

Расходомер работает следующим образом.

При набегании потока среды на тело 1 обтекания на теле образуются вихри, переносимые вниз по потоку от тела 1 обтекания. Вследствие соответствующего выбора длины и ширины тела 1 обтекания частота вихрей оказывается пропорциональной объемному расходу среды. Сигнал датчика 2 вихрей, содержащий информацию о частоте вихрей, поступает на электронный преобразователь 3, где преобразуется в выходной сигнал, соответствующий объему и/или расходу среды.

Вследствие малых размеров тела обтекания заявляемый расходомер имеет меньшие потери давления в сравнении с прототипом, что расширяет сферу его применения.

Изобретение предназначено как для жидких, так и для газообразных сред. Расходомер содержит тело обтекания в виде стержня, датчик вихрей, расположенный в, на или вблизи тела обтекания или на каком-либо связанном с ним элементе, преобразователь сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал. Часть тела обтекания, выступающая в поток, имеет длину до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода. В варианте выполнения тело обтекания и датчик вихрей размещены в отрезке трубопровода, предназначенном для установки в разрез измерительного трубопровода. Длина и ширина тела обтекания выбраны таким образом, чтобы максимизировать диапазон скоростей среды, в котором частота вихрей пропорциональна расходу среды. Использование тела обтекания малого размера, пересекающего лишь часть сечения трубопровода, позволяет существенно снизить потери давления на расходомере и тем самым расширить его эксплуатационные возможности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вихревой расходомер, содержащий размещенное в потоке среды, протекающем через измерительный трубопровод, тело обтекания в виде стержня произвольного поперечного сечения, датчик вихрей, расположенный в, на или вблизи тела обтекания или на каком-либо элементе, связанном с телом обтекания, преобразователь сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал, отличающийся тем, что тело обтекания выполнено малым, при этом выступающая в поток часть тела обтекания имеет длину от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода и ширину в направлении, перпендикулярном направлению потока и оси тела обтекания, от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода.2. Вихревой расходомер по п.1, отличающийся тем, что тело обтекания и датчик вихрей установлены непосредственно в измерительном трубопроводе.3. Вихревой расходомер по п.1, отличающийся тем, что тело обтекания и датчик вихрей размещены в отрезке трубопровода, предназначенном для установки в разрез измерительного трубопровода.