Дроссельный расходомер

 

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к способам и средствам автоматического контроля расхода жидких продуктов обогащения, и может быть использовано для автоматического контроля расхода минеральных пульп и суспензий флотоагентов, оборотных шахтных вод, флотационных пульп и других продуктов на углеобогатительных, железорудных, полиметаллических и других обогатительных фабриках, на гидрошахтах и т. п. Сущность изобретения: устройство содержит трубу Вентури с соплом 1, два отбора давления, два сильфона 10, 11, два омметра 12, 13, измеритель 14 разности. Упругие элементы сильфонов 10, 11 выполнены в виде эластичных шнуров с жилами 15, 16 из электропроводной резины, оболочек 17, 18 из резины или латекса, имеются нижние 19, 20 и верхние 23, 24 основания сильфонов, шайбы 21, 22, 27, 28, упругие гофры 29, 30. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к способам и средствам автоматического контроля расхода жидких продуктов обогащения, и может быть использовано для автоматического контроля расхода минеральных пульп и суспензий, флотореагентов, оборотных шахтных вод, флотационных пульп и других продуктов на углеобогатительных, железорудных, полиметаллических и других обогатительных фабриках, на гидрошахтах и т.п.

Известен расходомер с ящиком и профилированной щелью, в котором одновременно измеряется уровень твердого вещества в пульпе с помощью датчика, выполненного в виде квадранта, связанного через гибкую тягу с системой рычагов, причем один рычаг снабжен грузом и соединен пружиной с датчиком уровня, а другой с расходомерным ящиком, при отсутствии пульпы ящик уравновешивается перемещением груза по рычагу, а стрелка устанавливается на нулевую отметку шкалы, причем по мере наполнения расходомерного ящика пульпой он отклоняется от горизонтального положения, при этом поворачивается и рычаг, посредством гибкой ленты изменяя положение квадранта [1] Недостатками известного расходомера являются его высокая сложность и низкая надежность работы по внезапным отказам.

Наиболее близким к предлагаемому является дроссельный расходомер, содержащий сужающее устройство, две трубки отбора давления, связанные с дифференциальным манометром, соединенным с интегратором расхода и прибором для отсчета количества вещества [2] Недостатками известного дроссельного расходомера являются низкая точность из-за невысокой чувствительности к расходу и низкая надежность из-за высокой сложности дифференциального манометра и необходимости применения специальных средств для обработки информации от дифференциального манометра.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения расхода за счет увеличения чувствительности при одновременном повышении надежности за счет упрощения.

Это достигается тем, что в дроссельном расходомере, содержащем сужающее устройство, две трубки отбора давления, связанные с входами дифференциального манометра, дифференциальный манометр выполнен в виде двух сильфонов с работающими на растяжение упругими элементами, двух омметров и измерителя разности, причем полости сильфонов соединены с входами дифманометра, упругие элементы выполнены в виде эластичных упругих шнуров с жилой из электропроводной резины и оболочки из изоляционного эластичного упругого материала, например из резины или латекса, одни концы шнуров прикреплены к нижним основаниям сильфонов с возможностью электрического контакта жил с корпусами сильфонов, а другие концы шнуров прикреплены к верхним основаниям сильфонов с изоляцией свободных концов жил от корпусов сильфонов, при этом свободные концы жил соединены с первыми входами омметров, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов, а выходы соединены с входами измерителей разности, входы сильфонов соединены с выходами сужающего устройства.

На чертеже показан расходомер, продольный разрез (поперечные сечения шнуров даны в увеличенном размере).

Дроссельный расходомер содержит сужающее устройство и дифференциальный манометр. Сужающее устройство выполнено, например, в виде трубы Вентури, состоящей из сопла 1, соединенного с напорным трубопроводом 2, и диффузора, состоящего из узкой 3 и расширяющейся 4 труб, выход которых соединен с отводящим трубопроводом 5. Труба Вентури соединена с трубопроводами фланцами 6 и 7. Выходы 8 и 9 отборов давления трубы Вентури соединены с дифференциальным манометром.

Дифференциальный манометр выполнен в виде двух сильфонов 10 и 11, полости которых соединены с выходами 8 и 9 отборов давления, с работающими на растяжение упругими элементами, двух омметров 12 и 13 и измерителя 14 разности. Упругие элементы выполнены в виде эластичных упругих шнуров с жилами 15 и 16 из электропроводной резины и оболочек 17 и 18 из изоляционного упругого эластичного материала, например из резины или латекса. Одни концы шнуров прикреплены к жестким нижним основаниям 19 и 20 сильфонов 10 и 11 с возможностью электрического контакта жил 15 и 16 с основаниями 19 и 20 сильфонов, например, с помощью шайб 21 и 22. Другие концы шнуров прикреплены к верхним основаниям 23 и 24 сильфонов 10 и 11 с изоляцией концов 25 и 26 жил 15 и 16 от корпусов сильфонов, например, с помощью шайб 27 и 28. Свободные концы 25 и 26 жил 15 и 16 соединены с первыми входами омметров 12 и 13, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов 10 и 11, а выходы соединены с входами измерителя 14 разности. Входы сильфонов 10 и 11 соединены с выходами 8 и 9 давления в сужающем устройстве. Тонкостенные цилиндрические оболочки сильфонов 10 и 11 выполнены с поперечными упругими гофрами 29 и 30.

Дроссельный расходомер работает следующим образом.

При протекании исследуемой жидкости (газа, суспензии, флотореагента или другого жидкого материала) через сужающее устройство увеличивается скорость потока по сравнению с его скоростью до сужения. Благодаря этому давлению потока на выходе сужающего устройства уменьшается и на сужающем устройстве создается перепад давления, измеряемый дифманометром, который зависит от расхода флюида.

На выходе 8 давления формируется повышенное давление Р₁, а на выходе 9 пониженное давление Р₂, по разности которых однозначно определяется расход жидкости через трубопровод G kd² (1) где G объемный расход несжимаемой жидкости; d диаметр узкой трубы 3; k коэффициент расхода, определяемый экспериментально и зависящий от коэффициента гидравлических потерь, коэффициента сужения струи, относительной площади сужающего устройства (его модуля); ρ плотность жидкости.

Повышенное давление Р₁ жидкости передается через выход 8 внутрь сильфона 10, а пониженное давление Р₂ через выход 9 подается внутрь сильфона 11. Под действием давлений Р₁ и Р₂ сильфоны 10 и 11 растягиваются так, что их подвижные основания 23 и 24 перемещаются вверх на расстояния, пропорциональные давлениям Р₁ и Р₂ соответственно. Перемещение оснований 23 и 24 продолжается до тех пор, пока силы давления жидкости на основания 23 и 24 не будут уравновешены упругими силами шнуров из жил 15 и 16 и оболочек 17 и 18 и упругими свойствами гофр 29 и 30 сильфона 10 и 11. Таким образом, в любой момент времени длины жил 15 и 16 прямо пропорциональны давлениям Р₁ и Р₂ соответственно.

Жесткости гофр 29 и 30 сильфонов 10 и 11 и жесткости шнуров из жил 15 и 16 и оболочек 17 и 18 выбраны таким образом, чтобы при изменениях в пределах измеряемых расходов давлений Р₁ и Р₂ удлинения и сокращения шнуров и сильфонов происходили в пределах их упругих деформаций, т.е. чтобы после самых максимальных значений давлений сильфоны возвращались в исходные состояния при минимальных давлениях.

Так как шнуры работают в пределах их упругих деформаций, то при удлинениях шнуров в 2 раза ровно в 2 раза уменьшаются и поперечные сечения жил 15 и 16. При увеличении длины жил в n раз их поперечные сечения также уменьшаются ровно в n раз. Сопротивление любой жилы определяется по формуле R r ˙ l/S, (2) где l длина жилы; S сечение жилы;
r удельное сопротивление электропроводной резины жилы.

Поэтому с увеличением длины жилы в 2 раза сопротивление увеличивается в 4 раза, а с ростом длины в n раз сопротивление жилы увеличивается в n² раз. Таким образом, в расходомере реализовано n-кратное увеличение чувствительности к давлениям Р₁ и Р₂. Это позволяет при прочих равных условиях в n раз уменьшить погрешность измерения давлений и, следовательно, в n раз уменьшить погрешность измерения расхода.

В любой момент времени омметры 12 и 13 измеряют сопротивления жил 15 и 16, а значит, и значения давлений Р₁ и Р₂. Омметры 12 и 13 градуируются в единицах давлений Р₁ и Р₂. Значения сигналов с омметров подаются на входы измерителя разности, который формирует на выходе сигнал, соответствующий объемному (или массовому) расходу жидкости в соответствии с формулой (1).

Техническими преимуществами расходомера являются увеличение в n раз точности измерения расхода и увеличение надежности расходомера по внезапным отказам.

Формула изобретения

1. ДРОССЕЛЬНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий сужающее устройство, две трубки отбора давления, размещенные до и после сужающего устройства и связанные с входами дифманометра, отличающийся тем, что дифманометр выполнен в виде двух сильфонов с упругими элементами, двух омметров и измерителя разности, причем полости сильфонов соединены с входами дифманометра, упругие элементы выполнены в виде эластичных шнуров с жилой из электропроводной резины и оболочкой из изоляционного эластичного материала, одни концы шнуров присоединены к нижним основаниям сильфонов с обеспечением электрического контакта жил с корпусами сильфонов, а другие концы шнуров присоединены к верхним основаниям сильфонов с обеспечением изоляции свободных концов жил от корпусов сильфонов, при этом свободные концы жил соединены с первыми входами омметров, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов, а выходы омметров соединены с входами измерителя разности.

2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изоляционного эластичного материала использована резина.

3. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изоляционного эластичного материала использован латекс.

РИСУНКИ

Рисунок 1