Расходомер (варианты)

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к области измерения расхода жидкостей и газов, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для измерения расхода с повышенной точностью.Известные расходомеры переменного перепада давления (диафрагмы, сопла и пр.) требуют наличия прямолинейных участков определенной длины перед и за ними для сохранения постоянства коэффициента расхода.В этом отношении наименее чувствительной оказывается труба Вентури,благодаря наличию входного конфузора, но и она требует в зависимости от вида местных сопротивлений прямолинейных участков длиной до 40 диаметров трубопровода. Труба Вентури представляет собой трубопровод переменного круглого сечения, состояний из 3 частей конфузора, цилиндра (горловина трубы) и диффузора (см. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества.- Л. Машиностроение, 1975.- с. 87).Известна также труба Вази, которая представляет собой удобообтекаемое тело,помещенное в цилиндрическом участке трубопровода (см. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества.- Л. Машиностроение, 1975.- с. 97).(Авторское свидетельство СССР Не 1530913,кл. 6 01 Р 1/44, Бюлл. Не 47, 1989) является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству расходомера. Она содержит обтекаемое тело, выполненное в виде цилиндра с коническими насадками на концах и помещенное соосно в трубуобтекаемого тела равна длине цилиндрической части трубы Вентури,конические насадки расположены в конфузорной и диффузорной частях трубы Вентури, при этом углы насадков равныконфузора и диффузора трубы Вентури. Канал для прохода среды имеет форму постепенно сужающегося на входе и расширяющегося на выходе кольца. По мере движения потока от входного сечения расходомера к мерному суженному сечению происходит выравнивание эпюры скоростей,благодаря чему параметры потока в суженной цилиндрической части расходомера мало зависят от влияния близрасположенных гидравлических сопротивлений.Недостатком кольцевой расходомерной трубы является использование для измерения расхода перепада давлений во входном и суженном сечениях расходомера. При этом только один отбор давления в суженном сечении осуществляется в равномерном и стабилизированном потоке, в то время как второй отбор давления во входном сечении подвержен влиянию близрасположенных сопротивлений.Технический результат - повышение точности измерений расхода неравномерных потоков с нарушенной симметрией профиля скоростей, вызванной наличием близлежащих местных сопротивлений, или имеющих заостренный профиль скоростей,являющийся следствием повышенной шероховатости трубопровода.Для достижения указанной цели в середине цилиндрического участка известного расходомера устанавливается пластинчатаяотносительно стенок канала кольцевым отверстием для прохода среды. Благодаря тому, что диафрагма устанавливается после входного участка расходомера, в пределах которого происходит постепенное кольцевое сужение потока, измерение расхода с помощью диафрагмы осуществляется в стабилизированном и выравненном потоке,что повышает точность измерения.Этим заявляемый расходомер отличается от прототипа - кольцевой расходомерной трубы.Известно, что диафрагмы применяются для измерения расхода жидкостей И газов. Они устанавливаются непосредственно в трубопроводах, в которых обеспечена стабилизация потока и нормализация эпюры скоростей за счет протяженных прямолинейных участков до И после диафрагмы. Диафрагма обычно имеет форму сегмента или кольца с круглым отверстием для прохода среды. В предлагаемом расходомере диафрагма имеет кольцевое отверстие для прохода среды.Вариантным решением задачи выравнивания эпюры скоростей является выполнение входного насадка обтекаемого тела не конусом, а телом вращения другой формы - с криволинейной образующей. В этом варианте диафрагма может отсутствовать. Измерение расхода стабилизированного и выравненного потока в цилиндрическом кольцевом канале,образованном цилиндрическими частями трубы Вентури и обтекаемого тела, может быть осуществлено при помощи диафрагмы,как в первом варианте, либо другими известными способами, например, электро МЗГНИТНЫМ ИЛИ ультразвуковым (СМ.На фиг. 1 изображен расходомер с коническим входным участком обтекаемого тела на фиг. 2 - расходомер с входным насадком в виде тела вращения с криволинейной образующей на фиг 3 формы и размеры входных насадков обтекаемого тела и конфузорной части трубы Вентури.Расходомер состоит из трубопровода переменного сечения, обтекаемого тела и диафрагмы. Входной участок выполнен в виде конфузора 1, переходящего в короткий цилиндр 2, далее следует расходящийся участок трубопровода - диффузор 3. Обтекаемое тело также состоит из трех осесимметричных элементов конуса (во втором варианте - тела вращения с криволинейной образующей) 4, цилиндра 5,диаметр которого определяется степенью сужения потока в кольцевом цилиндрическом канале, а длина равна длине цилиндрического участка трубопровода, и сходящейся части конуса 6. Пластинчатая диафрагма 7 имеет симметричное относительно стенок канала кольцевое отверстие для прохода среды и устанавливается в середине цилиндрического участка расходомера. Обтекаемое тело может крепиться к трубопроводу консольно с помощью двух горизонтальных или вертикальных заостренных пластинчатых опор 8, расположенных в выходном диффузоре.фОрМЫ сужающего КОЛЬЦСВОГО канала ПОПСрВОМУ варианту ЯВЛЯТСЯ равенство УГЛОВ7 ч И 6 при вершинах конусов входного конфузора И обтекаемого тела. Такое условие диктуется получением максимального симметричного выравнивающего воздействия на поток со стороны ограничивающих его стенки элементов сужающего устройства с минимальными при этом потерями энергии.При выполнении входного участка обтекаемого тела по второму варианту необходимо выполнение следующих условий. Начальная точка образующей расположена на оси обтекаемого тела,конечная - совпадает с начальной точкой образующей Цилиндра 5. Длина входного насадка может быть равна длине конфузора 1, как в первом варианте, или меньше ее. Форма криволинейной образующей определяется требованиями к закону распределения давления по длине входного участка расходомера и условием минимальной величины гидравлических сопротивлений. По возможности она должна быть более простой с точки зрения изготовления обтекаемого тела.Наиболее простая форма образующей прямая линия в первом варианте - не обеспечивает плавное распределение давления по длине входного участка во всем диапазоне измерения расхода. На некоторых режимах создается зона высокого градиента давления, что приводит к нарушению стабильности характеристик потока и снижению точности измерения расхода. В то же время первый вариант исполнения расходомераТСХНОЛОГИЧВСКОС ПРСИМУЩССТВО ПрИ ИЗГОТОВЛСНИИ, ЧТО СНИЖЗСТ СГО СТОИМОСТЬ. ИСХОДЯ ИЗ вышеуказанных УСЛОВИЙпредлагаются следующие формы криво 8линейной образующей входного насадка обтекаемого тела и основные относительные размеры входных участков расходомеров.Первая форма образующей состоит из двух дуг окружностей с радиусами К и г (фиг 3, а). Центр окружности с радиусом К расположен в выходном сечении входного участка расходомера на оси, перпендикулярной образующей Цилиндра 5, что обеспечивает подвод потока к цилиндрической части обтекаемого тела по касательной. Центр окружности с радиусом г расположен на оси расходомера на расстоянии г от входного сечения. Угол наклона образующей конфузора трубы Вентури 30. Относительные диаметры выходного сечения конфузора (1 и обтекаемого тела с 1 определяются заданнойкоторой зависит чувствительность расходомера. Здесь Р - площадь входного сеченияСЧСНИЯ ЦИЛИНДрИЧССКОЙ ЧЗСТИ РЗСХОДОМСрЗ.Все размеры указаны по отношению к диаметру входного сечения расходомера Д,который принят равным 1. Диаметры (1 и (1 ,соответственно, равны 10,5(1 ш), (1 0,5(1 Ош). При этих условиях радиусы окружностей определяются однозначно К-1,281 ,гО,3381 . Вторая форма образующей состоит из прямой линии и дуги окружности (фиг 3,6). Прямая линия проходит через начальную точку образующей Цилиндра обтекаемого тела и наклонена под углом 30 к оси расходомера. Радиус окружности г 0,261 ,центр окружности расположен на осй расходомера на расстоянии 2 г от входногоЭта форма входного насадка обеспечивает симметрию сил, воздействующих на поток жидкости в конфузорной части расходомера, что способствует выравниванию эпюры скоростей в мерном створе расходомера. Форма и размеры конфузора трубы Вентури и цилиндра обтекаемого тела такие же, как в первом варианте входного участка расходомера.Устройство работает следующим образом.Поток контролируемой среды,поступающий на вход расходомера,испытывает сжатие со стороны конфузора и входного насадка обтекаемого тела. Этим обеспечивается стабилизация потока и выравнивание эпюр скоростей в кольцевом цилиндрическом канале. Измерение расхода стабилизированного и выравненного потока осуществляется при помощи кольцевой диафрагмы. При этом перепад давления АЬ на диафрагме связан с величиной расхода квадратичной зависимостью.Диффузор и конусный насадок на выходе расходомера позволяют потоку плавно и симметрично расширяться, что уменьшает потери энергии.Необходимая степень сужения потока диафрагмой расходомера значительно меньше, чем у диафрагмы, устанавливаемойв трубопроводе одинаковой кольцевого сужения потока в расходомере. Возможное некоторое увеличение потерь энергии в предлагаемом устройстве (в сравнении с кольцевой расходомерной трубой) из-за установки диафрагмы оправдывает себя повышением точностиИЗМСрСНИЯ, ЧТО ЯВЛЯСТСЯ ЦЛЬЮ ИЗОбРСТНИЯ.Эффективность предлагаемого расходомера заключается в высокой точности измерений расхода с неравномерной структурой, близлежащих МССТНЫХ СОПРОТИВЛСНИЙ, ПрИвызванной наличием минимальных расстояниях до них (или даже при непосредственной близости). Некоторые возможные случаи применения предлагаемого расходомера- при наличии весьма неравномерных потоков (например, в гидравлических машинах - насосах, турбинах)- в тех случаях, когда некоторое повышение потерь не имеет большого значения (например, в лабораторных установках или малообъемных производствах)- при наличии близлежащих местных сопротивлений, когда невозможно выполнить требования к длинам прямолинейныхучастков перед сужающим устройством для1. Расходомер, содержащий трубу Вентури и, помещенное в нее соосно,обтекаемое тело в виде цилиндра с насадками на концах, при этом длина цилиндрической части трубы Вентури равна длине цилиндрической части обтекаемого тела, а насадки обтекаемого тела расположены в конфузорной и диффузорной частях трубы Вентури, и канал для прохода среды,образованный цилиндрическими частями трубы Вентури и обтекаемого тела,отличающийся тем, что в середине каналапрохода среды установлена диафрагма с