Тепломер Советский патент 1980 года по МПК G01K19/00 

(54) ТЕПЛОМЕР

1

Изобретение относится к области метрологии интегрального значения тепла, носимого жидкостью в городских тепловых сетях, а также для определения интегрального весового расхода жидкости при автоматизации городских тепловых сетей-и др.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является тепломер, содержащий размещенные в трубопроводе преобразователи темпера.туры и расхода теплоноС(Ителя, измерительный узел и регистратор Сll .

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в тепломере преобразователь расхода выполнен в виде дроссельной шайбы, установленной по .сечению потока и гияраяросселя, размещенного .в отверстии трубопровода перед дроссельной шайбой по направлению движения теплоносителя, а; измерительный узел содержит сообщающуюся с атмосферой дозирующую емкость , в вополржнь1х торцах которой находятся ра деле11нШ ШйЪранЬЙ и6лости Г ЁГойной из которых надмембранная полость

сообщена непосредственно каналом с трубопроводом за дроссельной шайбой, а подмембраиная полость сообщена через гидродроссель с 5 трубопроводом перед дроссельной шайбой и посредством сопла связана с доЭирующей емкостью, на дне которой выполнено седло, взаимодействующее с жестким центром

10 разделительной мембраны, с которым связан шток с размещенной на нем подпружиненной втулкой, соединенной С преобразователем температуры в виде биметаллической пластины, причем

15 надмембранная .полость сообщена со сливом, а подмембранная полость с атмосферой.

На чертеже схематично показан тепломер.

20 У места образования давления Р, до дроссельной шайбы 1 гидропривода 2 в одинаковых с ней температурных условиях установлено гидравлическое сопротивление 3, соединенное с под25 мембранной полостью 4 гидравлического следящего устройства с разделительной мембраной 5. Надп ембраниая полость б .дравлического сле;с(ящего устройства сообщается с полостью

30 гидропривода за дроссельной шайбой

Iс давлением Р. Сопло 7 гидравлического следящего устройства свя™ зыв.аёт его подмембраннуго полость 4 сёмкостью 8, сообщающейся с атмосферой через .сквозные отверстия 9,

На дне емкости 8 выполнено седло 10 клапаном котО:рого служит жесткий центр 11 мембраны, отделяющей надмембранную сливную полость 12 от подмембранной полости 13, связанной через сквозные отверсти я 14 с атмосферой. На жесткий центр 11 мембраны действует регулировочная пружина 15 связанная через узел настройки 16 с лапкой 17 биметаллической пластйнШ 18, помещенной в контролируемый поток с температурой Т . Жесткий центр

IIмембраны через шток 19 действует на храповичок 20 обыкновенногодискового механического десятичного счетчика 21,

Уровень жидкости в емкости 8 обозначен Ъ , поток жидкости в трубопроводе Q , Для случая измерения интегрального весового расхода жидкости необходимость в пластине 18 с лапкой 17 отпадает, так как настройка пружины 15 фиксируется и не зависит от температуры контролируемого потока. На шкалу счетчика 21 наносится размерность (кГ и ккал). Благодаря действию гидравлического следящего устройства ссоплом 7, мембраной 5, камерамз: 4 и б, перепад давления (Р -1, ) / образующийся на дроссельной шайбе 1 за счет движения жидкости, устанавливается также и на моделирующей дроссельной шайбе 3, поэтому уравнения расхода жидкости через дроссельные шайбы 1 и 3 можно записа гь з виде:

./

(1)

,.н.v2gs(p,-)

7 г-Нг а ШС г/

где Сч, и весовые расходы жидкости соответственно через

дроссельные шайбы 1 и 3

.Uju. коэффициенты расхода дроссельных шайб 1 и 3;

г И 2. - площади проходных сечений дроссельных шайб 1 и 3

, - ускорение силы тяжести

/Х удельный вес жидкости. Из сравнения уравнений расхода (1) можно- получить

,(2)

MiPi c- consl

- коэффициент

где

пропорциональности.

Из выра кения (2) следует, что весовой расход жидкости через предлагаемый прибор прямопропорционален весовому расходу жидкости в трубопроводе 2.

В силу неразрывности потока сумма порЦий жидкости, сливаемых за единицу времени, равна расходу жидкости через прибор

, (3)

где m - вес порции жидкости, сливае. мой за один такт работы;

11 - максимальная высота столба жидкости, набирающейся в дозирующей емкости 8 за рабочий цикл;

п площадь поперечного сечения дозирующей емкости 8; частота слива порций жидкости из емкости 8, Расход измеряемого тепла, транспортируемого потоком жидкости в трубопроводе 2, определяется выражением.

.

(4)

где количество тепла, транспортируемого потоком жидкости за промежуток времени ut ;

Т С температура жидкости; теплоемкость жидкости. Учитывая принципиальную необходимость заделки биметаллической пластины 18 с верхним расположением активного слоя (со стороны пружины) для достижения обратной пропорциональности веса столба жидкости в емкости 8 развиваемой биметаллом силе, из условия равновесия мембраны 11, можно записать

(5)

где 5 площадь проходного сечения

седла 10; - коэффициент пропорциональности

биметаллической пластины. Из выражений (2), (3), (4) и (5) легко вывести

i Ч,--Г(,У. -2-:consi. (6)

t

Q.,

(7)

где п - показание счетчика 21. .

Из выражений. (6) и (7) следует, что расход измеряемого количества, тепла, транспортируемого жидкостью, прямга пропорционален частоте слива порций 5КИДКОСТИ из прибора. Следовательно показание счетчика 21 такж прямо пропорционально интегральному расходу тепла за определенный промежуток времени At , что и требовалось доказать,

- Предлагаемый тепломер работает сл.едующим образ ом, в гидропроводе 2 на дроссельной шайбе 1 при наличии потока G устан ливается перепад давления (Р 2 Давление Рт устанавливается также и на моделирующем дросселе (гидравлическом сопротивлении 3), так как он находится непосредственно у места образования давления 7 ,. За этим дросселем 3 благодаря гидравли ческому следящему устройству поддер живается давление 7 , образованное за дроссельной шайбой 1, так как мембрана 5 занимает такое положение относительно сопла 7, что давление в полости 4 оказывается равным давлению в полости б, непосредственно связанной с местом образования давления 7 за дроссельной шайбой 1 благодаря компенсации сил на этой мембране. В связи с установкой дросселя 3 непосредственной близости от дроссельной шайбы 1 температуры р новно го и смоделированного потоков могут быть приняты одинаковыми. Таким образом, все параметры потоков через дроссельную шайбу 1 и ее модель - дроссель 3 оказываются одинаковыми. Поэтому согласно класс ческому уравнению расхода жидкости можно утверждать, что весовые расходы жидкости через дроссельную шайбу 1 и дроссель 3 прямо пропорци ональны и, зная весовой расход жидкости через дроссель 3, можно с достаточно высокой точностью определить весовой расход жидкости.-втрубопроводе 2. Расходы жидкости через дроссель и сопло 7 равны в силу неразрывности потока, поэтому вес жидкости., накапливаемой в емкости 8, связанйой через отверстия 9 с атмосферой, равен интегральному весовому расход жидкости за определенный отрезок времени ЬЛ- . с достижением уровня Vt определенного настройкой-пружины15 (площадью проходного сечения седла 10 и усилием сжатия пружины 15), мембрана 11 под действием статического давления столба жидкости на площади проходнбго сечения седла 10 отрываясь от этого седла, фиксирует ся в нижнем положении, та1 как жидг кость, наполнив полость 12, вызы- вает усилие она мембране 11, во мнбго раз больше ее усилия отрыва от седла 10. Жидкость из полости, 8 через седло 10 и полость -12 вытекает на слив и с достижением уровня жидкости в емкости 8 минимального значения, определенного усилием.затяжки пружин 15 и эффективной площадью мембраны 11, мембрана с жестким. центром, перемещаясь вверх,прикрывае седло 10, В емкости 8 процесс накопления жидкости повторяется и уровень жидкости снова возрастает.. Сливаемые весовые порции жидкости от параметров потоков (в том числе и от температуры-жидко сти) не зависят и определены усилием затяжки пружины 15, площадью проходного сечения седла 10 и эффективной площадью мембраны 11,которые постоянны. Следовательно сливаемые весовые порции жидкости строго одинаковы и по числу этих порций во времени можно определить весовой интегральный расход жидкости в килограммах через дроссель 3, а значит и через дроссельную шай бу 1. Если обеспечить постоянство количества епла, уносимого сливаемой порцией жидкости, топо числу этих порций во времени можно определить также и интегральный расход тепла, Это реализуется с помощью биметаллической пластины 18, помещенной в измеряемый поток и воздействующей на пружину 15, изменяя ее настройку в зависимости от колебаний температуры жидкости. Изменение температуры Т потока жидкости вы- , зывает пропорциональное изменение усилия биметаллической пластины 18, уравновешивающегося с усилием сжатия пружины 15. Пропорционально изменению усилия пружины 15 меняется величина статического давления жидкости, при которой открывается седло 10 на слив. Таким образом, сливаемая весовая порция жидкости меняется пропорционально изменению ее температуры и уносимо весовой порцией жидкости количество тепла оказывается постоянным. Повышение температуры Т потока, например, приводат к изгибу биметаллической пластины 18 вниз по закону Гука, усилия сжатия пружины 15 соответственно уменьшается (обратно Пропорционально изменению температуры), поэтому мембрана 11 начинает отходить от седла 10 при меньшем статическом давлении столба жидкости, и слИваемая весовая порция жидкости с повышением температуры уменьшается, В силу пропорциональной зависимости между всеми перечисленными переменными параметрами (температурой потока Т , величиной изгиба пластины, деформацией и усилием пружины, силой статического давления и весом жидкости в ограниченной емкости), изменение температуры потока жидкости приводит к такому изменению сливаемой весовой порции жидкости, что количество уносимого сливаемой порцией жидкости тепла остается постоянным, т.е. обеспечивается обратная пропорциональмость между массой ГГт изменением температуры &Т в выражении для количества тепла

consi,,

где С - удельная теплоемкость жидкости ,

Число сливаемых порций жидкоЬтй (тепла) фиксируется механическим , ечёт йкбм 21, -Ha xpanOBbe колесо 20 которого воздействует шток 19, жестко свйзанный с Мембраной 11. Поворотом втулки в гайке узла настройки 16 легко настроить устройство на работу с требуемой частотой/ т.е. Стребуемой расчетной величиной вестовой порции жидкости.

В случае работы устройства в качестве интегрального весового расходомера. Ж11дкости втулка узла настройки 16 должна бьсть освобождена бт лапки 17 (воздействия) пластины 18 и зафиксирована, так как сливаемая весовая порция жидкости от темЛературы потока не зависит.

Таким образом, предлагаемый тепломер одновременно выполняет функци интегральных весового расхода жид- кости и тепломера (поэтому на шкале счетчика могут быть указаны ккал.и кГ),

Из-за пренебреж11мой малости сливаемым потоком жидкости можно пренебречь, а в случае ценных потоков сливаемую; жидкость, можно собрать и вновь возвратить в гидропровод.

Предлагаемый тепломер удо.бен для автоматизации н телемеханизации гидрдприводов, так как шток 19 ;м6жет воздействовать также на пару электрических и пневматических контакгоз, что весьма важно. Тепломер просит н универсален,

Формула изобретения

Тепломер, содержащий размещенны в трубопроводе преобразователи тем пературы и расхода теплоносителя, измерительный узел и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерен при одновременном упрощении конструкции в нем, преобразователь рахода выполнен в виде дроссельной шайбы, установленной по сечению пока и гидродросселя, размещенного в отверстии трубопровода перед дроссельной шайбой :по направлению движений теплоносителя, а измерительный узел содерх ит сообщающуюся с атмосферой дозирующую емкость, в противоположных торцах которой находятся разделенные мембраной полости, в одной из которых надмембранная пбйость сообщена непосредственно каналом с трубопроводом за дроссельной шайбой, а подмембранная полость сообщена через гйдродроссель с трубопроводом перед дроссельной шайбой и посредством сопла связана с дозирующей емкостью на дне которой выполнено седло, взаимодействующее с жестким центром разделительной мембраны, с которым связан шток с размещенной на нем подпружиненной втулкой, соединенной с преобразователем температуры в виде биметаллической пластины, причем надмембранная полость сообщена сЬ сливом, а подмембранная полость - с атмосферой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Преображенский В.П, Теплотехнические измерения и приборы. М-Л, 1946, с, 253-255 (прототип).