ШАРИКОВЫЙ МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2024 года по МПК G01F1/06 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения массового расхода жидкости в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности, а также энергетике.

Известен массовый расходомер (Бошняк Л.Л., Бызов Л.Н. Тахометрические расходомеры – М.: Машиностроение, 1968. С. 197 – 198), включающий шариковый преобразователь расхода, плотномер, блок умножения и указатель массового расхода, причем выходы шарикового преобразователя расхода и плотномера соединены с блоком умножения, выход которого подключен к указателю массового расхода. При работе массового расходомера сигналы с выходов шарикового преобразователя расхода и плотномера, пропорциональные соответственно объемному расходу и плотности жидкости, подаются на вход блока умножения и с его выхода сигнал, пропорциональный массовому расходу, поступает в указатель массового расхода.

Применение в массовом расходомере отдельных измерительных преобразователей приводит к снижению точности измерения, вследствие того, что их инструментальные и методические погрешности суммируются. Использование блока умножения сигналов обуславливает дополнительную погрешность массового расходомера. Кроме того, наличие двух отдельных измерительных преобразователей, а именно первичного и промежуточного и блока умножения снижает показатель надежности массового расходомера.

Наиболее близким устройством к заявленному техническому решению является шариковый расходомер (Авторское свидетельство SU на изобретение № 1117448, МПК G01F 1/06, опубл. 07.10.1984, бюл. 37), содержащий корпус с вертикально расположенной продольной осью, в котором установлен струенаправляющий аппарат, шар, помещенный внутри камеры завихрения, размещенной за выходным торцом струенаправляющего аппарата, и установленный на внешней стороне корпуса индуктивный узел (индуктивный датчик выходного сигнала).

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус с вертикально расположенной продольной осью, в котором установлен струенаправляющий аппарат, шар, помещенный внутри камеры завихрения, размещенной за выходным торцом струенаправляющего аппарата, и установленный на внешней стороне корпуса индуктивный датчик выходного сигнала.

Недостаток шарикового расходомера заключается в низкой точности измерения и показателе надежности.

Изобретение направлено на повышение точности измерения шарикового массового расхода, а также увеличение ресурса его работы.

Это достигается тем, что шариковый массовый расходомер содержит корпус с вертикально расположенной продольной осью, в котором установлен струенаправляющий аппарат, шар, помещенный внутри камеры завихрения, размещенной за выходным торцом струенаправляющего аппарата, и установленный на внешней стороне корпуса индуктивный датчик выходного сигнала. Предложенное решение включает гибкую механическую связь, представляющую собой углеродную нить, соединяющую шар с центром выходного торца струенаправляющего аппарата. Дополнительно снабжен регистратором частоты вращения шара, измерителем радиального зазора между шаром и внутренней стороной корпуса в месте установки индуктивного датчика, и вычислителем массового расхода. При этом входы регистратора частоты вращения шара и измерителя радиального зазора соединены с первым и вторым выходами индуктивного датчика, а их выходы подключены к первому и второму входам вычислителя массового расхода.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид шарикового массового расходомера, на фиг. 2 – внешний вид шарикового массового расходомера в разрезе, фиг.3 – вид корпуса шарикового массового расходомера (сверху ¾), фиг. 4 – тоже сбоку, фиг. 5 – вид струенаправляющего аппарата сверху ¾, фиг. 6 – тоже снизу, фиг. 7 – тоже сбоку.

Шариковый массовый расходомер содержит с вертикально расположенной продольной осью О₁О₂ корпус (1), представляющий собой полый цилиндр с отверстиями для крепления к трубе (на фиг.не указано). В верхней части корпуса (1) установлен струенаправляющий аппарат (2), создающий вращение потока жидкости вокруг продольной оси корпуса (1). Струенаправляющего аппарата (2) представляет собой цилиндр, в котором под углом 45 градусов выполнены прорези, образующие винт. Данные прорези нужны для придания потоку вращения. Сверху у струенаправляющего аппарата расположен обтекаемый элемент (на фиг. не указано). В корпусе установлен шар (3), помещенный внутри камеры завихрения (4), размещенной за выходным торцом (5) струенаправляющего аппарата (2). На внешней стороне корпуса (1) установлен индуктивный датчик (6) выходного сигнала

Шариковый массовый расходомер включает гибкую механическую связь, представляющую собой углеродную нити (7). Гибкая механическая связь соединена с шаром (3) и центром выходного торца (5) струенаправляющего аппарата (2).

Как правило, шар (3) выполняют в виде ферромагнитной полой сферы, покрытой пластмассой (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1989. – 701с, С.298).

В качестве индуктивного датчика (6) могут быть использованы индуктивные датчики OMRON [https://omron-russia.com/sensors/inductive.htm] или индуктивные датчики Промэнерго автоматика [www.proenergo.ru]. При этом с первого и второго выходов индуктивного датчика (6) снимаются сигналы, пропорциональные соответственно частоте вращения шара (3) и радиальному зазору между ним и внутренней стороной корпуса (1) в месте установки индуктивного датчика (6).

Шариковый массовый расходомер снабжен регистратором (8) частоты вращения шара (3), измерителем (9) радиального зазора между шаром (3) и внутренней стороной корпуса (1) в месте установки и индуктивного датчика (6), и вычислителем (10) массового расхода. Причем входы регистратора (8) и измерителя радиального зазора (9) соединены соответственно с первым и вторым выходами индуктивного датчика (6), а их выходы соединены, соответственно к первому и второму входам вычислителя массового расхода (10).

Шариковый массовый расходомер изготавливают следующим образом:

Предварительно берут шар из плотного пластика. В нём сверлят отверстие до центра. Внутрь помещают ферромагнитная вставка.

Затем осуществляют сборку шарикового массового расходомера. Углеродную нить (7) тонким концом приклеивают в отверстие шара (3) поверх ферромагнитной вставки. Струенаправляющий аппарат (2) устанавливают сверху корпуса (1) (до выпуклости), обтекаемый элемент направлен вверх, а углубление – вниз. Свободный от шара (3) конец углеродную нить (7) вклеивают в углубление струенаправляющего аппарата (2). Шар (3) помещают внутрь камеры завихрения (4), размещая его за выходным торцом (5) струенаправляющего аппарата (2). Индуктивный датчик выходного сигнала (6) приклеивают на внешней стороне корпуса (1) на уровне шара (3). Соединяют входы регистратора (8) и измерителя радиального зазора (9) соответственно с первым и вторым выходами индуктивного датчика (6), а их выходы соединяют соответственно к первому и второму входам вычислителя массового расхода (10).

Шариковый массовый расходомер работает следующим образом.

Предварительно используя отверстия в уширении корпуса (1), шариковый массовый расходомер крепят к участку трубы (на фиг. не указан). Переходник (на фиг. не указан) на вычислителе шарикового массового расхода подключают к ноутбуку. Запускают приложение для обработки сигнала. Это приложение показывает скорость потока и расход воды.

При отсутствии потока шар (3), соединенный углеродной нитью (7) с центром выходного торца (5) струенаправляющего аппарата (2), располагается на продольной оси О_1,О₂ корпуса (1) за струенаправляющим аппаратом (2).

В результате движения потока жидкости через струенаправляющий аппарат (2), поток приобретает закрутку в камере завихрения (4) в вокруг продольной оси О₁, О₂ корпуса (1). Вращательное движение жидкости за счет сил вязкого трения и турбулентного перемешивания передается шару (3).

При вращении шара (3) относительно места установки индуктивного датчика (6), с его первого выхода снимается сигнал, пропорциональный частоте вращения шара (3) и объемному расходу Q, подающийся на вход регистратора (8). Одновременно со второго выхода индуктивного датчика (6) на вход измерителя (9) поступает сигнал, пропорциональный радиальному зазору Z между шаром (3) и внутренней стороной корпуса (1). Сигналы с выходов регистратора (8) и измерителя (9) подаются соответственно на входы (1) и (2) вычислителя (10) массового расхода. При вращении шара (3) на углеродной нити (7), соединенной с центром выходного торца (5), получается конус с вершиной расположенной в этом центре, и углом наклона образующей конуса к его оси, равным α, который определяется из векторного параллелограмма сил, построенного на векторах центробежной Fц и гидродинамической Fг сил, приложенных к центру шара (3).

Выражения для определения численных значений сил Fц и Fг имеют вид:

(1)

где m – масса шара; – скорость вращения шара; – радиальное расстояние от центра шара до продольной оси О_1,О₂;

(2)

где Сх – коэффициент лобового сопротивления шара, ρ – плотность жидкости; V_oc –осевая скорость движения жидкости; s – площадь миделевого сечения шара.

Отношение скоростей =K определяется углом установки лопастей струенаправляющего аппарата (2) к продольной оси О_1,О_2.

Из выражений (1) и (2) с учетом условий

, (3)

где R – внутренний радиус корпуса; Z – радиальный зазор между шаром и внутренней стороной корпуса;

(4)

где l – длина углеродной нити;

. (5)

Получаем формулы для определения вычислителем 10 значений плотности жидкости ρ и массового расхода G:

; (6)

G=Q*ρ. (7)

Благодаря воздействию на шар (3) центробежной силы Fц направленной по радиусу от оси О_1,О_2,уравновешивающей воздействие на шар (3) гидродинамической силы потока Fг, при оптимальных параметрах расходомера шар (3) движется по круговой орбите в камере завихрения (4), не касаясь ее стенки.

Таким образом, шариковый массовый расходомер снабжен регистратором (8) частоты вращения шара (3), соединенного углеродной нитью (7), измерителем (9) радиального зазора между шаром и внутренней стороной корпуса (1) в месте установки индуктивного датчика (6), и вычислителем (10) массового расхода. При этом входы регистратора (8) частоты вращения шара и измерителя радиального зазора (9) между шаром и внутренней стороной корпуса в месте установки индуктивного датчика (6) соединены соответственно с первым и вторым выходами индуктивного датчика, а их выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя массового расхода.

Использование предложенного изобретения позволяет обеспечить возможность измерения массового расхода непосредственно шариковым массовым расходомером, что повышает точность измерения. При этом также повышается ресурс работы расходомера.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения массового расхода жидкости в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, а также энергетике. Шариковый массовый расходомер содержит корпус (1) с вертикально расположенной продольной осью, в котором установлен струенаправляющий аппарат (2), шар (3), помещенный внутри камеры завихрения (4), размещенной за выходным торцом (5) струенаправляющего аппарата, и установленный на внешней стороне корпуса индуктивный датчик выходного сигнала (6). Предложенное решение включает гибкую механическую связь, представляющую собой углеродную нить (7), соединяющую шар с центром выходного торца струенаправляющего аппарата. Шариковый массовый расходомер дополнительно снабжен регистратором (8) частоты вращения шара, измерителем (9) радиального зазора между шаром и внутренней стороной корпуса в месте установки индуктивного датчика, и вычислителем массового расхода (10). При этом входы регистратора частоты вращения шара и измерителя радиального зазора соединены с первым и вторым выходами индуктивного датчика, а их выходы подключены к первому и второму входам вычислителя массового расхода. Технический реузльтат - повышение точности измерения шарикового массового расхода, а также увеличение ресурса его работы. 7 ил.

Шариковый массовый расходомер, содержащий корпус с вертикально расположенной продольной осью, в котором установлен струенаправляющий аппарат, шар, помещенный внутри камеры завихрения, размещенной за выходным торцом струенаправляющего аппарата, и установленный на внешней стороне корпуса индуктивный датчик выходного сигнала, отличающийся тем, что включает гибкую механическую связь, представляющую собой углеродную нить, соединяющую шар с центром выходного торца струенаправляющего аппарата, и дополнительно снабжен регистратором частоты вращения шара, измерителем радиального зазора между шаром и внутренней стороной корпуса в месте установки индуктивного датчика, и вычислителем массового расхода, при этом входы регистратора частоты вращения шара и измерителя радиального зазора соединены с первым и вторым выходами индуктивного датчика, а их выходы подключены к первому и второму входам вычислителя массового расхода.