ДАТЧИК РАСХОДА

Полезная модель относится к расходоизмерительной технике, а именно: к первичным преобразователям (датчикам) расхода газообразных веществ, и может быть использована для учета потребления, например, сжатого воздуха, пара, углеводородных газов и т.п. при их транспортировке по трубопроводам.
Общеизвестна конструкция датчика расхода по свидетельству на полезную модель [1], состоящая из встраиваемого в трубопровод проточного корпуса и тела обтекания в виде трапецеидальной призмы, жестко закрепленной в канале корпуса перпендикулярно его оси и двух датчиков пульсаций давления, которые диаметрально противоположно друг другу размещены в корпусе заподлицо с поверхностью канала за телом обтекания по разные стороны от последнего. Работа датчика основана на зависимости частоты пульсаций давления, возникающих в потоке за телом обтекания в процессе вихреобразования, от расхода измеряемой среды в трубопроводе.
К одному из основных недостатков этого датчика расхода следует отнести то, что информационный сигнал о расходе существенно искажает конденсат, образующийся в пристеночном пространстве проточной части датчика расхода, который оказывает вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсаций давления.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому датчику расхода является датчик расхода газа вихревой по свидетельству на полезную модель [2]. Работа датчика расхода также основана на зависимости частоты пульсаций давления, возникающих в потоке за телом обтекания в процессе вихреобразования, от расхода измеряемой среды в трубопроводе. Датчик расхода состоит из сквозного корпуса с прямолинейным каналом и тела обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы с жестко закрепленными концами в корпусе и расположенным в диаметральной
плоскости перпендикулярно оси канала, а также, как минимум, двух датчиков пульсаций давления с электровыводами (за пределы корпуса) каждый. Датчики пульсаций давления встроены в корпус за телом обтекания (по направлению потока) и размещены противоположно один другому и симметрично диаметральной плоскости расположения тела обтекания с возможностью непосредственного контактирования с измеряемым потоком. Каждый из датчиков пульсаций давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки с кольцевой отбортовкой, контактирующей с корпусом и соединенной с ним посредством, например, сварного шва. Боковая поверхность конца втулки выполнена с кольцевым, коническим по форме, выступом с бóльшим диаметром на торце и частично выдвинута внутрь корпуса на конструктивно заданную величину.
Известная конструкция датчика расхода обеспечивает его нечувствительность к конденсату, который образуется в пристеночном пространстве проточной части датчика расхода, оказывающий вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсаций давления, но как показала практика, применение этих датчиков расхода на малых диаметрах проточной части датчика невозможна, ввиду помех, создаваемых самим датчиком пульсаций давления, выступающим в проточную часть.
Таким образом, цель создания заявляемой конструкции датчика расхода (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому решению более высоких потребительских свойств, а именно: в уменьшении степени влияния наличия влаги в газообразных веществах, при малых диаметрах проточной части датчика расхода, на показания датчика расхода.
Как показывают стендовые, промышленные испытания и опыт эксплуатации заявляемого датчика расхода - прототипа, требуемый технический результат достигается тем, что в известном датчике расхода, согласно прототипу, содержащем сквозной корпус с прямолинейным
каналом, как минимум, два датчика пульсаций давления, каждый из которых стороной с электровыводами встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки с кольцевой отбортовкой, а между корпусом и втулкой, коаксиально последней с зазором, определяемым размером (Δ) ее отбортовки, установлен дополнительный кожух (патрубок), жестко закрепленный в корпусе, сопряженный с втулкой по цилиндрической поверхности отбортовки и соединенный с ней сварным швом по их торцам, тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы, внутри сквозного корпуса коаксиально размещен по его длине полый цилиндрический отсекатель, механически скрепленный с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин, внутри отсекателя жестко закреплено тело обтекания, а оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) с охватывающими их втулками и соответственно кожухами встроены в соответствующие боковые отверстия стенки отсекателя, соосные с соответствующими боковыми отверстиями корпуса, размещены под углом, симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания, с одной из его сторон, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой.
Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемое устройство - датчик расхода) вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных решений с теми же свойствами при несомненной промышленной применимости предполагает соответствие заявляемого объекта критериям полезной модели.
На фигуре 1 приведен (схематично) общий вид датчика расхода; на фигуре 2 - сечение А-А фигуры 1.
Датчик расхода состоит из (смотри фигуру 1) сквозного корпуса 1 с прямолинейным каналом 2, двух датчиков пульсаций давления 3 и 4 с электровыводами 5 и 6 соответственно, каждый из датчиков пульсаций
давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки (позиции 7 и 8 соответственно). Каждая из втулок в верхней своей части снабжена кольцевой отбортовкой, по цилиндрической поверхности которой втулка сопряжена с кожухом (позиции 9 и 10 соответственно) и скреплена с ним сварным швом по их торцам, и тела обтекания 11, жестко закрепленного в полом цилиндрическом отсекателе 12, размещенном коаксиально и равновелико по длине корпуса и механически соединенного с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин 13 (смотри фигуру 2). Оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) с охватывающими их втулками и соответственно кожухами встроены в соответствующие боковые отверстия стенки отсекателя, соосные с соответствующими боковыми отверстиями корпуса, размещены под углом α, симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой. Датчик пульсаций давления (каждый в отдельности) установлен внутри втулки на уступе 14 и закреплен с помощью резьбового элемента 15; уплотнительное кольцо 16 из мягкого металла обеспечивает герметичность установки датчика пульсации давления внутри втулки. Электровыводы 5 и 6 пропущены внутри полой стойки в электронный измерительный блок, жестко закрепленный на конце полой стойки (на фигуре 1 дополнительно изображены тонкой линией и отдельными позициями не показаны).
Датчик расхода устанавливают (смотри фигуру 1) в виде вставки в трубопровод (межфланцевое соединение) с помощью двух фланцев 17 и необходимого количества шпилек 18, с уплотнениями 19.
Работает датчик по известному принципу: при обтекании потоком с обеих сторон тела обтекания 11, за последним возникают срывающиеся вихри (пульсации давления) с частотой, пропорциональной расходу измеряемой среды. Пульсации давления воспринимаются датчиками пульсаций давления 3 и 4, преобразуются каждым из них в электрический
сигнал и далее поступают на обработку и вычисление расхода в электронный измерительный блок и представляются пользователю в виде соответствующего показания в стандартных единицах измерения расхода.
Эффект действия полого цилиндрического отсекателя 12 состоит в следующем. Газ перемещается по трубопроводу, при этом в зоне действия датчика расхода происходит своего рода частичная сепарация влажного газа, причиной которой являются, на наш взгляд, следующие факторы [3]. Скорости движения частиц жидкости (газа), ограниченных стенками трубопровода (датчика) и распределенных по сечению потока, отличаются друг от друга: у стенки труб они равны нулю и максимальны на ее геометрической оси. Такое распределение скоростей вызвано тормозящим действием стенок и внутренним трением слоев потока, которое зависит от динамической вязкости рабочей среды. Исходя из этого, можно предположить, что капельки влаги (воды), более тяжелые, чем сухой газ, и имеющие большую динамическую вязкость (на два порядка), чем сухой газ, будут растекаться по внутренним стенкам сквозного корпуса датчика 1, а сухой газ, в силу меньшего внутреннего (вязкостного) трения, будет формировать поток в центре датчика (вдоль геометрической оси), то есть, в центре отсекателя, где (как говорилось выше) скорость потока максимальна.
Таким образом, на датчики пульсаций давления 3 и 4, расположенные за телом обтекания 11 внутри стенки отсекателя 12, будет воздействовать поток сухого газа, в результате чего сигнал с датчиков 3 и 4 будет очищен от влияния влаги (капелек воды), а измерения расхода газа будут соответственно более точными и стабильными.
Имеется и дополнительный эффект такого конструктивного исполнения датчика расхода, который (эффект) состоит в следующем. В случае разных температур (а это практически бывает всегда) стенок сквозного корпуса и измеряемой среды (в данном случае, газа) на внутренних стенках сквозного корпуса 1, температура которых ниже температуры измеряемой среды (особенно в холодное время года: осень, зима, весна)
осаждается конденсат в виде капелек влаги (воды), который (конденсат) также не будет влиять на результат измерения.
Как выяснилось в ходе сравнительных и экспериментальных работ, совокупность существенных признаков датчика расхода (в том числе и отличительных), обеспечивает достижение требуемого технического результата при использовании, соответствует критериям «полезной модели» и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:
7
1. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №27953, М. кл. G01F 1/32, приоритет 08.07.2002.
7
2. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №31280, M. кл.G01F 1/32, приоритет 28.03.2003, прототип.
3. Абрамов Г.С., Барычев А.В., Зимин М.И. Практическая расходометрия в промышленности - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2000. - 472 с. (стр.15).