Устройство для измерения расхода вещества в напорном трубопроводе

 

Изобретение может быть использовано для измерения расхода, объема, плотности жидкости, газа, пара и их смесей. Поток поступает во внутренний канал тела в виде ротора, где плавно изменяет направление на 90^o. Выходной участок канала представляет собой кольцевую щель, а площади входного и выходного отверстий канала одинаковы. Ротор установлен на подшипниках с возможностью вращения и осевого перемещения. Сила F динамического напора потока, воздействующего на ротор, воспринимается датчиком силы. Перед ротором установлено сопло для выравнивания поля скоростей. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения благодаря пропорциональности между осевой силой F и измеряемым расходом. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения массового и объемного расхода материальной среды в напорном трубопроводе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения расхода воздуха [1], содержащее датчик силы и подвижное обтекаемое тело, подвергаемое воздействию динамического напора потока. Однако его недостатком является то, что значение коэффициента преобразования скорости потока в выходной сигнал датчика является первоначально неизвестным и должно определяться с помощью эталона.

Технический результат, создаваемый настоящим изобретением, состоит в том, что осуществляется прямое измерение количества движения вещества, проходящего единицу времени через известное поперечное сечение трубопровода, в единицах силы, измеряемой датчиком, с последующим определением расхода благодаря выравненному полю скорости перед подвижным телом, а также вращению этого тела со скоростью, пропорциональной объемному расходу.

Указанный результат достигается тем, что подвижное тело, перед которым установлено сопло, выполнено в виде осесимметричного ротора, имеющего внутренний канал с равными площадями входа и выхода, с размещенными в нем лопатками, соосный своим входным участком с подводящим трубопроводом и образованный двумя криволинейными поверхностями для плавного изменения направления поступающего в канал потока вещества с первоначального на перпендикулярное к нему, при этом выходной участок канала представляет собой радиально-кольцевую щель, а датчик силы установлен в измерительной камере со стороны глухого торца ротора.

В основу работы устройства положен следующий физический принцип.

Набегающий поток материальной среды поступает во внутренний канал подвижного твердого тела, в котором он плавно изменяет свое направление с первоначального на перпендикулярное к нему. Осевая составляющая количества движения потока, набегающего в единицу времени, при равенстве нулю равнодействующей сил давления по внешней поверхности подвижного твердого тела равна осевой силе, приложенной к этому телу: где j - плотность; w - скорость на входе в канал; S - площадь входа в канал, черта-знак осреднения по поперечному сечению.

Для того чтобы, пользуясь формулой (1), получить значение средней скорости и расхода вещества, необходимо на входе иметь равномерную эпюру скорости. Выравнивание скорости по сечению достигается установкой сужающего устройства в виде сопла, например сопла Витошинского [2]. В этом случае и сила F может быть выражена формулами: где Q и G - соответственно объемный и массовый расход.

Объемный расход может быть определен по измеренному значению силы и известному значению плотности, массовый расход может быть определен по измеренным значениям силы и объемного расхода.

В качестве подвижного твердого тела используется ротор, помещенный в измерительную камеру, соединенную соосно с подводящим трубопроводом. Внутренний канал ротора образован двумя криволинейными поверхностями, благодаря которым происходит плавное преобразование осевого направления потока среды в веерно-радиальное. Части ротора, образующие внутренний канал, либо связаны между собой механически, например, с помощью бандажа с прорезями, расположенного на поверхности ротора, либо изготовлены как одно целое с использованием ребер-лопаток во внутреннем канале как связующих элементов. Ротор установлен в корпусе измерительной камеры на подшипниках с возможностью осевого перемещения. Веерно-радиальная струя выходит из ротора и через расположенную напротив кольцевую щель измерительной камеры выводится во внешний трубопровод.

Для выравнивания давления на внешней поверхности ротора соотношение площадей входного и выходного отверстий внутреннего канала таково, что статическое давление среды в них одинаково.

Осевое усилие, приложенное к ротору, воспринимается датчиком силы, расположенным со стороны глухого торца ротора.

Во внутреннем канале ротора установлены лопатки, вызывающие при наличии потока вращение ротора, что способствует уменьшению сил трения в подшипниках при осевом перемещении, а также получению информации о значении объемного расхода, которое является пропорциональным скорости вращения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, позиции на котором обозначают: 1-подводящий трубопровод, 2-сопло, 3-ротор, 4-корпус камеры, 5-бандаж, 6-подшипник, 7-линия связи датчика силы, 8-датчик силы, 9-лопатки.

Устройство работает следующим образом.

На выходе сопла формируется равномерное поле скорости, с которым поток вещества поступает в подвижное тело - ротор. Поворот потока внутри ротора вызывает возникновение силы, приложенной к подвижному телу в направлении первоначальной скорости. Подвижное тело воздействует на датчик силы, выходной сигнал которого является непосредственно измеряемым параметром. Благодаря лопаткам, расположенным во внутреннем канале, ротор приводится во вращение, что позволяет получить информацию о величине объемного расхода вещества.

Источники информации 1. Л. П. Алексеев, М.Б.Метелкин, В.И.Титов, Авт. свидетельство СССР N 1500832, Бюлл. N 30, 1989 г.

2. М.Е.Дейч. Техническая газодинамика. М. "Энергия" 1974 г., стр. 281.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода вещества в напорном трубопроводе, содержащее размещенные в измерительной камере датчик силы и подвижное тело, установленное с возможностью воздействия на датчик под действием динамического напора потока, отличающееся тем, что подвижное тело выполнено в виде осесимметричного ротора, во внутреннем канале которого, соосном своим входным участком с подводящим трубопроводом и образованном двумя криволинейными поверхностями для плавного изменения направления поступающего в канал потока вещества с первоначального на перпендикулярное к нему, размещены лопатки, при этом образующие канал части ротора соединены между собой механически, выходной участок внутреннего канала представляет собой радиально-кольцевую щель, площади входного и выходного отверстий канала одинаковы, а датчик силы установлен в измерительной камере со стороны глухого торца ротора, перед входом в который установлено сопло.

РИСУНКИ

Рисунок 1