Парциальный расходомер

 

Использование: в технологических процессах для измерения расхода в трубах малого и большого диаметра. Сущность изобретения: устройство содержит дифференциальную трубку с приемником напора 1, сопло отсоса 2 эжектора 3 с камерой 4 смешения, клапаны 9,10 дифференциальной трубки, измерительный канал 11, канал 12 питания, струйный генератор 13, канал 14 слива, выходные каналы 15 и 16 струйного генератора объединены каналом 17, преобразователь 18. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам измерения расхода с обводным каналом.

Изобретение можно использовать в технологических процессах, где требуется измерение расходов жидких и газовых сред, в частности в энергетике /ТЭЦ, АЭС/, химической, газовой промышленности, где используются трубы малого и большого диаметров.

Известны парциальные расходомеры, измеряющие поток с помощью обводной трубки, которая вводится в контролируемый трубопровод так, что ее переднее отверстие направлено навстречу потоку, а заднее в противоположную сторону. Парциальный поток в обводной трубке используется под влиянием разности динамических давлений у ее концов. Это есть дифференциальная напорная трубка с проточным элементом в нагрузке /1/.

Недостатком таких устройств является большая вероятность загрязнения обводного канала, изменение условий течения и нарушение пропорциональности расходов в обводном измерительном канале и трубе.

Ближайшим аналогом к изобретению является устройство, в обводном измерительном канале которого расположен струйный генератор с преобразователем колебаний давления в электрический сигнал /2/.

Недостатком этого известного устройства также является опасность загрязнения измерительного канала, при этом нарушении градуировочной кривой, пропорциональности расходов в контролируемой и обводной трубе и, как следствие, увеличение погрешности измерения расхода в контролируемой трубе, снижение ресурса работы расходомера.

В процессе работы через измерительный канал под действием перепада динамического давления прокачивается в течение всего времени работы расходомера необоротная рабочая среда, полностью заменяющаяся из потока контролируемой трубы, которая постепенно приводит к загрязнению измерительного канала. Кроме того, по мере роста загрязнения измерительного канала уменьшается энергия, отбираемая из контролируемой трубы, что также приводит к искажениям и увеличению погрешности при измерении расхода за счет перераспределения его между измерительным каналом и контролируемой трубой.

Техническим результатом от использования изобретения является уменьшения загрязнения измерительного канала и погрешности измерения расхода в контролируемой трубе, увеличении надежности измерения, ресурса работы расходомера, увеличение времени постоянного и пропорционального по величине отбора энергии в измерительный канал из контролируемой трубы.

Эта задача решается с помощью того, что в парциальном расходомере, содержащем измерительный канал, струйный генератор, дифференциальную напорную трубку, располагаемую в контролируемой трубе, и преобразователь, дифференциальные каналы напорной трубки, своими концами соединенные с измерительным каналом, выполнены в виде эжектора с соплом отсоса, камера смещения которого соединена с приемником напора трубки и каналом питания генератора, сопло отсоса соединено с каналом слива генератора. В частном случае канал дифференциальной напорной трубки, связанной с соплом отсоса, имеет ответвление, выведенное в контролируемую трубу по потоку. В частном случае, сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вниз по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе. В частном случае, сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вверх по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе. Кроме того, выходы струйного генератора соединены между собой каналом, в котором помещено тело преобразователя.

Наличие дифференциальной напорной трубки, у которой канал полного давления выполнен в виде приемника напора, связанной далее до потоку с камерой смешения эжектора и каналом питания генератора позволяет создать перепад давления, под действием которого рабочая среда направляется из контролируемой трубы через приемник напора, камеру смешения эжектора и канал питания к соплу питания струйного генератора. Далее рабочая среда, пройдя измерительный канал, возвращается из слива генератора в контролируемую трубу. Другой канал дифференциальной напорной трубки канал статического давления связан со сливом измерительного канала и выполнен в виде сопла отсоса, расположенного по оси эжектора, что позволяет потоку в контролируемой трубе откачивать через сопло отсоса и связанного с ним измерительного канала рабочую среду, подаваемую далее в струйный генератор. С помощью таких элементов как сопло отсоса и камера смешения, являющихся составными частями эжектора, можно одну и ту же, уже очищенную, рабочую среду многократно прокачивать через измерительный канал. Такая среда становится как бы многократно оборотной, пройдя один раз через фильтр при засасывании ее из контролируемой трубы. Дальнейшая очистка при прохождении через фильтр идет для той части жидкости, которая частично подмешивается к потоку в измерительном канале из потока контролируемой трубы.

Такая схема прохождения рабочей среды многократно через измерительный канал с небольшим подмесом среды из контролируемой трубы позволяет значительно повысить ресурс работы расходомера, уменьшить его загрязнения, погрешность измерения и повысить его надежность.

Получению таких положительных свойств предлагаемого технического решения способствует и конструктивное соединение выходов генератора одним каналом, в котором размещено тело преобразователя, например пьезоэлемент или магнитное тело, которое под действием выходных импульсов давления, формируемых генератором, совершает микроперемещение и, например, наводит своим магнитным полем ЭДС в катушке или воздействует на магниторезистор, включенный в мостовую схему /при немагнитном теле может быть фото- или другой преобразователь/.

Таким образом, преобразование полезного сигнала в импульсы давления происходит практически через неподвижные сочленения элементов, что позволяет достичь эффекта большой надежности и ресурса расходомера. Кроме того, повышенная частота оборотной рабочей среды, проходящей через генератор и канал, который объединяет выходные каналы и в котором расположена тело преобразователя улучшает работу преобразователя.

Схема парциального расходомера представлена на фиг. 1.

Дифференциальная напорная трубка, состоящая из приемника 1 напора и сопла 2 отсоса эжектора 3 с камерой 4 смешения, введена в поток 5 рабочей среды, расход которой подлежит измерению в контролируемой среде 6. Концы 7 и 8 каналов 9 и 10 дифференциальной напорной трубки соединены с измерительным каналом 11, в который включен канал 12 питания, струйный генератор 13 и канал 14 слива генератора. Выходные каналы 15 и 16 генератора 13 объединены каналом 17, в котором помещено тело 18 преобразователя, например, электропреобразователя 19.

Частные случаи выполнения эжектора, расположенного в трубе представлены на фиг. 2, 3, 4.

На фиг. 2 канал 9 дифференциальной трубки имеет ответвление 20, выведенное в поток контролируемой трубы 6 так, что поток 5 у конца 21 ответвления увеличивает разрежение внутри канала 9. Часть потока измерительного канала 11 сливается в контролируемую трубу 6 через ответвление 20.

На фиг. 3 сопло 2 выполнено концентрическим. Внутреннее сопло 22 и внешнее 2 имеют зазор, через который часть среды из измерительного канала 11 сливается в контролируемую среду 6 под воздействием пониженного давления, создаваемого потоком в трубе 6. Через сопло 22 большая часть оборотной среды возвращается в камеру смешения 4, пройдя приемник 1 динамического напора потока в трубе 6.

На фиг. 4 приемник 1 напора выведен вперед по потоку и связан с соплом 23 в едином корпусе. Кольцевое сопло 2, помещенное в поток 5 трубы 6 обеспечивает пониженное давление в канале 9 за счет динамического напора потока 5, обтекающего сопло 2. Сопло 23 и кольцевой зазор сопла 2 обеспечивают то количество рабочей среды, которое подмешивается к оборотной среде в измерительном канале 11.

Работа парциального расходомера заключается в следующем.

При возникновении потока 5 рабочей среды Q в контролируемой трубе 6 в приемнике 1 напора возникает динамическое давление, пропорциональное квадрату скорости потока 5. В это время внутри сопла 2 существует только статическое давление, присутствующее на данном участке трубы 6. Возникающий перепад давления, равный динамическому давлению между приемником 1 и соплом 2, приводит в движение весь объем рабочей среды, заполняющий измерительный канал 11 и выраженный потоком Q. Поток Q проходит через камеру 4 смешения и создает внутри сопла 2 пониженное давление относительно статического давления в трубе 6. В камере смешения давление при смешивании потоков Q и потока Δq, подмешивающегося из потока Q основной трубы, всегда меньше давления,создаваемого за счет динамического напора потоком Q. Однако это падение по величине динамического напора компенсируется пониженным давлением внутри сопла 2, поддерживающим общий перепад давления, необходимый для прокачивания потока Q через измерительный канал 11. Величина потока Δq зависит от эжектирующих свойств эжектора 3 и ее минимизация обеспечивает лучшие условия для работы расходомера.

Измерение расхода Q в трубе 6 производится по расходу в измерительном канале 11 на основании соотношения где Vср и Uср средние скорости в контролируемой трубе и измерительном канале; F и f площади сечений трубы 6 и измерительного канала 11.

От стабильности коэффициента m или соотношения скоростей зависит погрешность измерения расхода в Q в трубе 6. Наличие эжектора 3, включенного в измерительный канал 11 через каналы 9 и 10 дифференциальной трубки, позволяет рабочую среду, прокачиваемую через струйный генератор 13, сделать многооборотной с меньшими загрязнениями, чем достигается выполнение поставленной задачи. В струйном генераторе 13 формируется струя, которая в режиме автоколебаний перебрасывается между двумя выходными каналами 15 и 16 и вырабатывает импульсы давлений, передаваемые в канал 17. Генератор может быть выполнен также по двух-, трехкаскадной схеме. Частота вырабатываемых импульсов пропорциональна объемному расходу Q в трубе 6. В канале 17 расположено тело 18, например магнитное, которое под воздействием импульсов давления, действующих под его торцами, совершает микроперемещения, наводящие ЭДС в катушке электропреобразователя 19. Частота полученных электроимпульсов пропорциональна измеряемому расходу.

Формула изобретения

1. Парциальный расходомер, содержащий измерительный канал, струйный генератор, дифференциальную напорную трубку, располагаемую в контролируемой трубе, и преобразователь, отличающийся тем, что дифференциальные каналы напорной трубки, своими концами соединенные с измерительным каналом, выполнены в виде эжектора с соплом отсоса, камера смешения которого связана с приемником напора трубки и каналом питания генератора, сопло отсоса соединено с каналом слива генератора.

2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что канал дифференциальной напорной трубки, связанный с соплом отсоса, имеет ответвление, выведенное в контролируемою трубу по потоку.

3. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вниз по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе.

4. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вверх по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе.

5. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что выходы генератора соединены между собой каналом, в котором помещено тело преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4