Преобразователь расхода Советский патент 1992 года по МПК G01F1/44 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению расхода, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, использующих приборы для измерения расхода.

Известен расходомер, содержащий корпус с трубой Вентури, внутри которого размещено тело переменного сечеуия, импульсные трубки. Обтекаемые тело переменного сечения выполнено из трех элементов: входного конуса, длина которого по оси трубопровода равна длине диффузора трубы Венгури, цилиндра, диаметр которого

определяется степенью требуемого сужения потока, а длина равйа длине горловины, выходного конуса, закрепленного консоль- но к диффузору с помощью двух горизонтальных или вертикальных заостренных пластинчатых опор 1

Недостатком этого расходомера является возможность работы на один диапазон измеряемых расходов, ввиду того что обтекаемое тело размещено в горловине трубы Вентури неподвижно и поэтому живое сечение для прохода среды в нем постоянно. Поэтому при использовании таких расходе & Ю XI

меров на значительный диапазон измеряемых расходов, требуется применять не- сКолько расходомеров такого типа. Особенно, при измерении расхода в условиях низких гидравлических сопротивлений у известного расходомера понижается точность измерения расхода, что приводит к понижению эффективности работы, даже в том диапазоне измерения расхода, на который он рассчитан. /

Известен Расходомер Вентури включающий корпус в трубой Вентури. размещенное внутри них тело переменного сечения, импульсные трубки и механизм net ремещения тела переменного сечения, вдоль оси. Тело переменного сечения через поршень соединено со стержнем, выведенным герметично из корпуса расходомера, Изменение величины измеряемого расхода достигается за счет штурвала в рукояткой, который преобразуют вращательное движе- ние штурвала в поступательное движение поршня, перемещающего иглу, в сторону уменьшения живого сечения канала трубы Вентурм 2.

Недостатком этого расходомера яв- ля ется то, что процесс регулирования проходного сечения трубы Вентури осуществляется путем изменения, точнее увеличения гидравлического сопротивления проходного сечения канала при понижении уровня измеряемых расходов. Последнее снижает точность измерения расхода в режиме пониженных гидравлических сопротивлений для проходя измеряемой среды, ввиду того, что запирание иглой живого сечения приводит к росту энергетических затрат, приводящем к гидравлически неустойчивому режиму истечения вследствие набегания потока среды на тело, пёре мещающееся в противополШЈно м направлении в процессе замера малых расходов в приборе. Кроме того, осуществленное в этом патенте регулирование расхода требует поворота потока, что создает завих- рение потока и пЪявление местного Сопротивления. В конечном итоге это еще более повышает энергозатраты на процесс прохода среды через расходомер, а следовательно, на процесс измерения расхода, что приводит вообще к невозможности замера малых расходов укорачивая диапазон изменяемых расходов снизу. Следует заметить, что левосторонность размещения регулировочного органа, размещение его со стброны выхода из диффузора трубы Вентури. создает дополнительные трудности при обслуживании этого расходомера, что приводит к соуиальному фактору снижения точности измерения расхода, ввиду того, что

левосторонность не позволяет обслуживающему персоналу полного достижения автоматизма реакции. Все это снижает границу возможного измерения расхода расходомером. Этот расходомер Вентури принят в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода при низких гидравлических сопротивлениях для прохода среды.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь расхода, включающий корпус с трубой Вентури. размещенное внутри них тело переменного профиля, импульсные трубки и механизм перемещения тела переменного сечения вдоль оси. Последний выполнен в виде размещенной внутри корпуса поворотной втулки, образующий с ним одним концом пару винт - гайка, при этом тело переменного сечения закреплено во втулке посредством рассекателей потока и выполнено в виде патрубка с насадкой на конце, обращенном к трубе Вентури, причем насадка установлена с зазором относительно трубы Вентури и патрубка.tf

Устройство позволяет правосторонне , по ходу движения потока среды уста навли- вать тело переменного сечения, обтекаемое потоком среды, то есть использовать для компановки привычное размещение узлов и деталей, что позволяет создавать условия для правильного рефлекторного и технического условия сопряжения в системе человек-машина. Кроме тою, тело переменного сечения является полым и поэтому в процессе измерения того или иного диапазона измеряемых расходов, при изменении живого сечения для прохода среды будет происходить лишь перераспределение потоков, Ороходящих по центру и периферии горловины. Это значит, что любое изменение потока с помощью обтекаемого тела переменного профиля не повышает гидраличе- ского сопротивления при измерении расхода. Такое перераспределение потоков центрального и периферийного, достигаемое за счет использования полого тела переменного сечения позволяет осуществлять эжекционный энергообмен между ними, что уменьшает диссипацию энергии. Таким путем восстановление энергии потока, отсутствие повышения гидравлического сопротивления при регулировании расхода приводят, с одной стороны к расширению диапазона измеряемых расходов в области малых расходов, а с другой - повышает точность замера малых расходов, входящих в диапазон измерения данного типоразмера расходомера. Отсутствие дополнительных

энергозатрат а также использование рассекателей в диффузорной части трубы Венту- ри стабилизируют течение среды через расходомер даже при малых расходах измеряемой среды Повышение точности изме- 5 рения расхода связано также и с тем обстоятельством, что они жестко закрепляют центральный и периферийный насадки между собой Взаимодействие между собой центрального и перифррийного потока в ре- 10 жиме эжекционно-инжекционного ускоре- ния струй повышает точность замера за счет уменьшения статического напора за счет трансформации его в динамический напор. Все это повышает точность замера рас- 15 хода, особенно при низких гидравлических сопротивлениях, а также увеличивает диапазон измеряемых расходов, особенно со стороны ранее остававшихся за пределами диапазона измерения малыми расходами. 20 Последнее повышает универсальность расходомера, так как малым количеством расходомеров можно охватить большой диапазон измеряемых расходов Наличие пары винт - гайка позволяет более точно 25 фиксировать положение тела переменного сечения, а следовательно фиксировать положение его проходное сечение что в конечном итоге повышает точность измерения, особенно малых расходов, ра- 30 нее находившихся за пределами диапазона .измерений Эти новые в сравнении с прототипом признаки не отмечены при анализе аналогов и других известных решений.

Преобразователь изображен на черте- 35 же

Он включает корпус 1 с трубой Вентури состоящей из к-онфузора 2 и диффузором 3 между которыми расположена горловина 4, внутри которой размещено тело перемен- 40 ного сечения 5. размещенное коаксиально с зазором внутри корпуса 1 и подключенную к трубе со средой 6 с помощью фланцев 7. На корпусе 1 расположена мерная шкала 8 с указателем 9, установленного значения 45 живого сечения достигаемого при фиксированном местонахождении относительно горловины 4 тела 5 переменного сечения. Внутри корпуса 1 размещена поворотная втулка 10, образующая с ним одним концом 50 пару винт - гайка 12 Тело 5 переменного сечения закреплено в поворотной втулке 10. посредством рассекателей потока 13 и выполнено в виде патрубка с насадкой 14 обращенном к конфузору 2 трубы Вентури. 55 Насадка 14 установлена с зазорами 15 и 16 относительно конфузора 2 трубы Вентури. Насадка 14 и рассекатели 13 выполнены заостренными с торцов что повышает качество стабилизации потока проходящего через расходомер Показание достигнутого значения расхода определяется по прибору подключенному к импульсным трубкам 17 расположенным до входа в поворотную втулку 10 и в горловине 4 Наличие пары винт - гайка 12 позволяет увеличивать глубину проникновения тела переменного сечения 5 в конфузор 2 и даже внутрь горловины 4 трубы Вентури. Это позоояяет работать на одном расходомере даже в режиме измерения малых расходов при низких гидравлических сопротивлениях Наличие винтовой пары 12, рассекателей 13 жесткЬ закрепленных к поворотной втулке 10 и телу переменного сечения 5 повышает качество поддержания соосности вставки в виде тела 5 переменного сечения относительно трубы Вентури Выполнение тела 5 переменного сечения полым и установленным на входе в горловину 4 трубы Вентури с одной стороны приводит к тому, что живое сечение для прохода среды прм изменении положения тела 5 в общем не меняется (происходит перераспределение сечений и его долевого участия между центральными и периферийными частями горловины 4), а с другой превращение его в струйный насос, работающий в режиме инжектора-эжектора трансформирующего часть статического напора в динамическую составляющую по- .тока совершая таким путем энергообмен между потоками среды в горловине.

Преобразователь работает следующим образом Поток среды, поступающий на вход трубы Вентури из трубы 6 через корпус 1 испытывает сжатие со стороны конфузора 1 и обтекаемого тела 5 переменного сечения При этом часть его потенциальной энергии переходит в кинетическую, в результате - между входным и суженным сечениями образуется перепад давления Ah, воспроизводимый измерительным прибором, в частности, манометром (прибор на чертеже не показан) Этот перепад давлений Ah связан с величиной расхода квадратичной зависимостью

О - К /АЬ

где К - коэффициент, определяемый конкретными относительными размерами элементов суженного устройства, уровнем измеряемого расхода Величина К может .определена на основе расчета и уточнена при тарировке расходомера Процесс регулирования диапазона измеряемого расхода осуществляется с помощью диапазона расходов, задаваемого положения указателя 9 относительно мерной шкалы 8. путем

вращения поворотной втулки 10 вокруг своей оси При этом положение полого обтекаемого тела переменного сечения 5 будет приближаться или удаляться относительно горловины 4, что в конечном итоге изменяет соотношение между потоками активными и пассивным в горловине 4 трубы Вентури. При установке на мерной шкале 8 требуемого диапазона расхода (уменьшение живого сечения происходит при ввинчивании, а увеличение при отвинчивании поворотной втулки 10) Геометрические размеры вставки - тела 5 и размеры трубы Вентури в целом учитываются при тарировке устройства коэффициентом К Фиксация позиции требуемого диапазона расхода осуществляется с помощью контргайки пары винт - гайка 12 Рассекатели 13 насадка 14 с торцов выполнены заостренными что способствует стерилизации потока проходящего через трубу Вентури так как они создают плавное безотрывное течение потока внутри корпуса 1 с трубой Вентури Поток среды, проходящий через насадку 14 за счет наличия кольцевых зазоров 15 и 16 раздваивается на два потока - центральный и периферийный, которые находятся между собой во взаимодействии в режиме эжекци- онно-инжекционного энергообмена Перепад давлений A h фиксируется с помощью импульсных трубок 17 к которым подключен прибор (прибор на чертеже не показан)

Преимущества преобразователя расхода в сравнении с прототипом аналогами состоят в следующемВ повышении точности измерения при пониженных гидравлических сопротивлениях, за счет того, что тело переменного сечения 5 практически не уменьшает сечение горловины для прохода среды Идет лишь перераспределение потока центрального и периферийного. Это повышает чувствительность расходомера к точному замеру малых расходов Выполнениетела переменного сечения 5 полым приводит к тому что центральный поток ввиду неизменности его живого сечения не меняет режим истечения тогда как периферийный хотя и меняет живое сечение, однако за счет эжекционно-ин- жекционного захвата центральным потоком восстанавливает свой энергетический потенциал, то есть имеет малые потери

Осуществление процесса регулирований с малыми энергозатратами ввиду того что тело 5 с трубой Вентури в целом образует струйный насос с эжекционно-инжекци- онным режимом работы с рассекателями 13, насадкой 14 повышающий стабильность течения потока через расходомер Это позволяет с минимальными усилиями проталкивать среду через расходомер Это ведет к повышению точности измерения расхода

В осуществлении регулирования потока среды по ходу движения потока (правосторонняя реакция персонала а не как в прототипе левосторонняя) что способству0 ет быстрой и правильной реакции обслуживающего персонала на показание расходомера В прототипе регулирование осуществлялоь встречное, то есть регулирующий орган перемещался навстречу потоку

5 Последнее ухудшало гидродинамику течения увеличивало гидравлическое сопротивление и расходомере Это повышало точность измерения расхода и достоверность показаний

0 В исключении поворота потока в процессе регулирования (в прототипе был поворот и связанное с ним повышение гидравлического сопротивления Последнее в сравнении с прототипом повышает точ5 ностьизмерения расхода надежность работы расходомера

В осуществлении точного регулирования расхода в широком диапазоне измеряемых расходов ввиду простоты кон0 струкции, жесткости соблюдения соосности за счет точной фиксации соосности с помощью рассекателей 13, а также строго дозированном ходе вдоль оси, за счет использования пары БИНТ гайка исполь5 зование тела 5 с полостью

Все это повышает эффективность регулирования измерения расходов проявляющейся в повышении точности измерения при малых гидравлических сопротивлениях

0 одним типоразмером расходомера При этом одновременно повышается универсальность, надежность работы

Формула изобретения Преобразователь расхода включающий

5 корпус с трубой Вентури размещенное в них тело переменного сечения импульсные трубки и механизм перемещения тела переменного сечения вдоль оси, о тличающе- е с я тем, что с целью повышения точности

0 измерения при низки гидравлических сопротивлениях механизм перемещения выполнен в виде размещенной внутри корпуса поворотной втулки обоазующей с ним одним концом винтовую пару при этом тело

5 переменного сечения закреплено во втулке посредством рассекателей потока и выполнено в виде патрубка с насадкой на конце, обращенном к трубе Вентури причем насадка установлена с зазорами относительно трубы Вентури и патрубка

пЧВп 7 /J

3 8

е

ft 17