КОРПУС ВИХРЕВОГО РАСХОДОМЕРА С КАНАВКОЙ НА ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2012 года по МПК G01F1/32 

Уровень техники изобретения

Вихревые расходомеры используются в области управления технологическими процессами для измерения расхода текучей среды. Вихревые расходомеры обычно вставляют в проточную трубу или канал, который переносит текучую среду, подлежащую измерению. Промышленные применения включают в себя нефтяную, химическую, целлюлозно-бумажную промышленность, горнодобывающую промышленность и производство материалов, нефтяную и газовую промышленность. Принцип работы вихревого расходомера основан на явлении вихреобразования, известного как эффект Кармана. Когда текучая среда пересекает тело плохообтекаемой формы, она разделяется и образует небольшие вихри или завихрения, которые поочередно отделяются вдоль и позади каждой стороны плохо обтекаемого тела. Данные завихрения вызывают зоны пульсирующего потока и давления, которые регистрируются датчиком. Частота вихреобразования по существу пропорциональна скорости текучей среды.

Поток текучей среды после нарушений непрерывности, которые расположены ниже по потоку от датчика, может генерировать шумы потока, которые оказывают влияние на датчик. Шумы потока снижают точность измерения расхода и представляют собой проблему, которая ограничивает рабочие характеристики расходомера.

Сущность изобретения

Раскрыт корпус расходомера. Корпус расходомера содержит входное отверстие для потока и проточный канал, который соединен с входным отверстием для потока. Корпус расходомера содержит выходное отверстие проточного канала. Проточный канал проходит до выходного отверстия проточного канала.

Корпус расходомера содержит отбрасывающую преграду. Отбрасывающая преграда расположена в проточном канале. Корпус расходомера содержит датчик. Датчик соединен с проточным каналом. Датчик регистрирует завихрения потока, которые отделяются от отбрасывающей преграды.

Корпус расходомера содержит выходную поверхность расходомера. Выходная поверхность расходомера соединена с выходным отверстием проточного канала. Выходная поверхность расходомера проходит до наружного края выходной поверхности расходомера. Выходная поверхность расходомера включает кольцевую канавку. Кольцевая канавка расположена для взаимодействия с локальными завихрениями, отделяемыми от выходного отверстия проточного канала.

Другие признаки и преимущества станут очевидными после прочтения приведенного ниже описания и изучения прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает первый вид в разрезе корпуса расходомера.

Фиг.2 изображает второй вид в разрезе корпуса расходомера, показанного на фиг.1, который является поперечным по отношению к первому виду в разрезе, показанному на фиг.1.

Фиг.3 изображает корпус расходомера, соединенный с дополнительными элементами для формирования датчика расхода.

Фиг.4 изображает датчик расхода, установленный между фланцем впускной трубы и фланцем выпускной трубы с использованием болтов.

Фиг.5 изображает альтернативный вариант осуществления выходной поверхности расходомера, которая содержит кольцевую канавку с закругленным поперечным сечением.

Фиг.6 изображает альтернативный вариант осуществления выходной поверхности расходомера, которая содержит кольцевую канавку с V-образным поперечным сечением.

Фиг.7 изображает альтернативный вариант осуществления выходной поверхности расходомера, которая включает выходное отверстие проточного канала, которое выступает относительно наружного края выходной поверхности расходомера.

Подробное описание

В описанных ниже вариантах осуществления корпус расходомера включает в себя входное отверстие для потока, проточный канал и выходное отверстие проточного канала. Отбрасывающая преграда расположена в проточном канале и отделяет завихрения потока. Корпус расходомера содержит датчик, который регистрирует завихрения потока. Частота завихрений характеризует расход текучей среды через проточный канал. Когда корпус расходомера установлен в трубопроводе, внутренний диаметр которого значительно больше внутреннего диаметра проточного канала, появляется значительное нарушение непрерывности ниже по потоку от отбрасывающей преграды и вероятность возникновения значительных шумов потока.

Корпус расходомера включает в себя выходную поверхность расходомера, которая обращена в направлении вниз по потоку и которая примыкает к выходному отверстию проточного канала. Выходная поверхность расходомера проходит до наружного края выходной поверхности расходомера. Нежелательные локальные завихрения отделяются, когда текучая среда перемещается из выходного отверстия проточного канала к расположенному ниже по потоку фланцу трубы, имеющему больший диаметр. Выходная поверхность расходомера содержит кольцевую канавку. Кольцевая канавка расположена для взаимодействия с нежелательными локальными завихрениями, которые образуются в результате нарушения непрерывности в выходном отверстии проточного канала. Благодаря кольцевой канавке уменьшается обратное перемещение нежелательных локальных завихрений к датчику. Уменьшается связь шумов потока с датчиком. Вследствие использования кольцевой канавки повышается точность измерений расхода. Различные аспекты корпуса расходомера описаны ниже более подробно со ссылкой на фиг.1-7.

На фиг.1-2 показан корпус 100 расходомера. На фиг.1 показан первый вид в разрезе, а на фиг.2 показан второй вид в разрезе, поперечный по отношению к первому виду в разрезе. Корпус 100 расходомера содержит входное отверстие 102 для потока. Корпус 100 расходомера содержит проточный канал 104, который соединен с входным отверстием 102 для потока. Проточный канал 104 имеет диаметр D1 и продолжается до выходного отверстия 106 проточного канала.

Корпус 100 расходомера содержит отбрасывающую преграду 108. Отбрасывающая преграда 108 расположена в проточном канале 104. Корпус расходомера содержит датчики 110, 112. Датчики 110, 112 соединяются с проточным каналом 104. Текучая среда перемещается через проточный канал 104 за отбрасывающую преграду 108. Когда текучая среда перемещается за отбрасывающую преграду 108, в текучей среде образуется ряд завихрений 148. Завихрения перемещаются вниз по течению за датчики 110, 112. Датчики 110, 112 воспринимают завихрения 148, отделенные от отбрасывающей преграды 108. Регистрируемая датчиками частота завихрений 148 характеризует скорость текучей среды через проточный канал.

В соответствии с одним аспектом датчики 110, 112 содержат датчики давления. В соответствии с другим аспектом датчики 110, 112 содержат ультразвуковые датчики. В соответствии с другим аспектом датчики 110, 112 включают изолирующие диафрагмы (изолирующие мембраны), которые отделяют электрические элементы датчиков 110, 112 от текучей среды, перемещающейся через проточный канал 104. В соответствии с другим альтернативным аспектом датчики 110, 112 расположены на отбрасывающей преграде 108.

Корпус 100 расходомера содержит выходную поверхность 114 расходомера, которая соединена с выходным отверстием 106 проточного канала и которая продолжается до наружного края 116 выходной поверхности 114 расходомера. У наружной выходной поверхности 114 расходомера происходит резкое изменение (нарушение непрерывности) в размере проточного канала от меньшего диаметра D1 до большего диаметра D3. Такое резкое изменение у выходной поверхности 114 расходомера создает нежелательные локальные завихрения 120, 122. Выходная поверхность 114 расходомера включает кольцевую канавку 118. Кольцевая канавка 118 расположена для взаимодействия с нежелательными локальными завихрениями 120, 122, которые отделяются от выходного отверстия 106 проточного канала. Кольцевая канавка 118 обращена в направлении потока. Кольцевая канавка 118 обеспечивает пространство для текучей среды, через которое локальные завихрения 120, 122 могут перемещаться без возмущения. Использование кольцевой канавки 118 устраняет возмущение перемещения локальных завихрений 120, 122. Использование кольцевой канавки 118 уменьшает шумы потока вследствие возмущенного потока, которые регистрируются в датчиках 110, 112. Благодаря уменьшению шумов от нежелательных локальных завихрений увеличивается точность датчиков 110, 112.

В соответствии с одним аспектом корпус 100 расходомера содержит часть 130 профилированной трубы, часть 132 отбрасывающей преграды и часть 134 удерживающей пластины отбрасывающей преграды. В соответствии с другим аспектом часть 130 профилированной трубы, часть 132 отбрасывающей преграды и удерживающая пластина 134 выполнены из металла.

Наружный край 116 выступает из корпуса 100 расходомера и соединяется с соответствующей канавкой 136 фланца 138 выпускной трубы. Фланец 138 выпускной трубы расположен ниже по потоку от корпуса 100 расходомера. Корпус 100 расходомера прижат к фланцу 138 выпускной трубы, образуя уплотнение для текучей среды в наружном крае 116. Внутренний край выпускной трубы немного выступает в кольцевую канавку 118. В соответствии с одним аспектом диаметр D1 проточного канала 104 меньше половины внутреннего диаметра D3 фланца 138 выпускной трубы и наружного края 116. Большое отношение D3/D1 обеспечивает увеличение скорости перемещения в проточном канале 104 и позволяет корпусу 100 расходомера быть достаточно малым, чтобы помещаться внутри окружности расположения крепежных болтов.

Кольцевая канавка 118 может иметь прямоугольное поперечное сечение, как показано на фиг.1-2. Как вариант кольцевая канавка 118 может иметь другие поперечные сечения, как показано на фиг.5-7. В соответствии с одним аспектом взаимодействие между кольцевой канавкой 114 и локальными завихрениями 120, 122 уменьшает обратное перемещение нежелательных локальных завихрений 120, 122 через проточный канал 104. В соответствии с другим аспектом уменьшение обратного перемещения уменьшает шумы, регистрируемые датчиками 110, 112.

Входное отверстие 102 для потока представляет собой сужающееся входное отверстие для потока. Сужающееся входное отверстие для потока продолжается от большего входного диаметра D2, расположенного выше по потоку фланца 140 впускной трубы, до меньшего входного диаметра D1 проточного канала 104. В соответствии с одним аспектом входное отверстие 102 для потока содержит множество отдельных конических сужающихся поверхностей 142, 144, 146, которые расположены уступами. В соответствии с одним аспектом сужающееся входное отверстие 102 для потока увеличивает устойчивость завихрений 148 потока, отделяемых отбрасывающей преградой 108. В соответствии с другим аспектом отношение (D2/D1) больше 1, что увеличивает скорость перемещения через проточный канал 104, увеличивает давление около отбрасывающей преграды 108, уменьшает вероятность кавитации в жидкостях вокруг отбрасывающей преграды 108 и повышает точность измерений расхода.

На фиг.3 показан корпус 100 расходомера, соединенного с дополнительными элементами для образования датчика 300 расхода. Корпус 302 электроники поддерживается на корпусе 100 расходомера посредством установочной трубы 304. Электрические выводы 310 312 из электронной схемы 314 проходят через установочную трубу 304 и проводные отсеки 306, 308, соединяясь с датчиками 110, 112. Электронная схема 314 преобразует частотные данные, получаемые от датчиков 110, 112, в полезный электрический выходной сигнал 316, который характеризует скорость потока через корпус 100 расходомера.

На фиг.4 показан датчик 300 расхода, установленный между фланцем 140 впускной трубы и фланцем 138 выпускной трубы. Множество болтов с резьбой, таких как болты 402, 404, затянуты и прикладывают сжимающую уплотняющую силу к корпусу 100 расходомера. Корпус 100 расходомера размещен внутри окружности, образованной множеством болтов с резьбой, и не выпадает, если болты с резьбой отвинчены и фланцы 138, 140 труб немного разнесены.

На фиг.5 показан альтернативный вариант осуществления выходной поверхности 514 расходомера, которая сопрягается с фланцем 138 выпускной трубы и которая включает в себя кольцевую канавку 518. Кольцевая канавка 518 имеет закругленное поперечное сечение, как показано.

На фиг.6 показан альтернативный вариант осуществления выходной поверхности 614 расходомера, которая сопрягается с фланцем 138 выпускной трубы и которая включает в себя кольцевую канавку 618. Кольцевая канавка 618 имеет V-образное поперечное сечение, как показано.

На фиг.7 показан альтернативный вариант осуществления выходной поверхности 714 расходомера, которая сопрягается с фланцем 138 выпускной трубы и которая включает в себя кольцевую канавку 718. Выходная поверхность 714 расходомера смыкается с выходным отверстием 706 проточного канала, которое выступает относительно наружного края 716. Выступ выходного отверстия 706 проточного канала образует по существу более глубокую канавку для уменьшения возмущения нежелательных локальных завихрений и для уменьшения обратного перемещения.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что изменения могут быть выполнены в форме и деталях без отхода от сущности и объема изобретения.

Корпус (100) расходомера содержит входное отверстие (102) для потока, проточный канал (104) и выходное отверстие (106) проточного канала. В проточном канале (104) расположена отбрасывающая преграда (108). Датчик (110) соединяется с проточным каналом. Датчик регистрирует завихрения (148) потока, отделяемые от отбрасывающей преграды. Выходная поверхность (114) расходомера соединяется с выходным отверстием (106) проточного канала и продолжается до наружного края (116). Выходная поверхность (114) расходомера включает в себя кольцевую канавку (118), выполненную с возможностью взаимодействия с локальными завихрениями (120, 122), отделяемыми от выходного отверстия проточного канала. Технический результат - уменьшение обратного перемещения нежелательных локальных завихрений к датчику, уменьшение связи шумов с датчиком, увеличение точности датчиков и, следовательно, повышение точности измерения расхода. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Корпус расходомера, содержащий:
входное отверстие для потока;
проточный канал, который соединен с входным отверстием для потока и который проходит до выходного отверстия проточного канала;
отбрасывающую преграду, расположенную в проточном канале;
датчик, соединенный с проточным каналом, который регистрирует завихрения потока, отделяемые от отбрасывающей преграды; и выходную поверхность расходомера, которая соединена с выходным отверстием проточного канала и которая проходит до наружного края выходной поверхности расходомера, причем выходная поверхность расходомера включает в себя кольцевую канавку, которая размещена для взаимодействия с локальными завихрениями, отделяемыми от выходного отверстия проточного канала.

2. Корпус расходомера по п.1, в котором кольцевая канавка обращена в направлении вниз по потоку.

3. Корпус расходомера по п.1, в котором наружный край выходной поверхности расходомера выполнен с возможностью соединения с выпускной трубой, и проточный канал имеет диаметр, который меньше половины диаметра наружного края.

4. Корпус расходомера по п.1, в котором кольцевая канавка имеет прямоугольное поперечное сечение.

5. Корпус расходомера по п.1, в котором кольцевая канавка включает закругленную поверхность.

6. Корпус расходомера по п.1, в котором кольцевая канавка включает V-образную поверхность.

7. Корпус расходомера по п.1, в котором выходное отверстие проточного канала выступает за пределы наружного края выходной поверхности расходомера.

8. Корпус расходомера по п.1, в котором входное отверстие для потока содержит множество отдельных конических сужающихся поверхностей, которые расположены уступами.

9. Датчик расхода, содержащий:
проточный канал, который продолжается до выходного отверстия проточного канала;
отбрасывающую преграду, расположенную в проточном канале;
датчик, соединенный с проточным каналом, который регистрирует завихрения потока, отделяемые от отбрасывающей преграды;
выходную поверхность расходомера, которая соединена с выходным отверстием проточного канала и которая продолжается до наружного края выходной поверхности расходомера, причем выходная поверхность расходомера включает в себя кольцевую канавку, которая размещена для взаимодействия с локальными завихрениями, отделяемыми от выходного отверстия проточного канала; и
электронную схему, соединенную с датчиком, причем электронная схема генерирует электрический выходной сигнал, характеризующий скорость потока через проточный канал.

10. Датчик расхода по п.9, в котором кольцевая канавка обращена в направлении потока.

11. Датчик расхода по п.9, в котором наружный край выходной поверхности расходомера выполнен с возможностью соединения с выпускной трубой, и проточный канал имеет диаметр, который меньше половины диаметра выпускной трубы.

12. Датчик расхода по п.9, в котором выходное отверстие проточного канала выступает за пределы наружного края выходной поверхности расходомера.

13. Датчик расхода по п.9, дополнительно содержащий:
входное отверстие для потока, которое содержит множество отдельных конических сужающихся поверхностей.

14. Способ измерения расхода, заключающийся в том, что:
обеспечивают проточный канал, который проходит от входного отверстия для потока до выходного отверстия проточного канала;
обеспечивают отбрасывающую преграду в проточном канале;
регистрируют завихрения потока, отделяемые от отбрасывающей преграды, при помощи датчика;
обеспечивают выходную поверхность расходомера, которая соединена с выходным отверстием проточного канала и которая проходит до наружного края выходной поверхности расходомера; и размещают кольцевую канавку в выходной поверхности расходомера для взаимодействия с локальными завихрениями, отделяемыми от выходного отверстия проточного канала.

15. Способ по п.14, дополнительно заключающийся в том, что:
формируют наружный край выходной поверхности расходомера для уплотнения к выпускной трубе, и
обеспечивают проточный канал с диаметром, который меньше половины диаметра наружного края.

16. Способ по п.14, дополнительно заключающийся в том, что:
удлиняют выходное отверстие проточного канала для обеспечения выступа за пределы наружного края выходной поверхности расходомера.

17. Способ по п.14, дополнительно заключающийся в том, что:
формируют входное отверстие для потока так, чтобы оно содержало множество отдельных конических сужающихся поверхностей, которые расположены уступами.