ДЕЛИТЕЛЬ ПОТОКА ДЛЯ МАССОВОГО РАСХОДОМЕРА
FLOW DIVIDER FOR MASS FLOW METER

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к делителю потока для массового расходомера.
Уровень техники
2237869
2617709
2012/016581
В настоящее время известны массовые расходомеры, работающие на эффекте Кориолиса. Например, такие массовые расходомеры известны из патента РФ №  (опубл. 10.10.2004), патента РФ №  (опубл. 26.04.2017) и из международной заявки № WO  (опубл. 09.02.2012). Каждый из этих массовых расходомеров содержит две измерительные U-образные трубки с установленными на них возбудителем колебаний и детекторами колебаний, и эти трубки присоединены своими концами к соответствующим делителям потока, которые могут соединяться между собой соединительным элементом, а измерительные трубки могут помещаться в кожух. Важно отметить, что в этих аналогах изгибающиеся каналы, подводящие потоки измеряемой жидкости к измерительным трубкам в одном делителе потока и отводящие эти потоки из измерительных трубок в другом делителе потока имеют практически постоянное сечение с резким изгибом, вызывающим большое сопротивление потоку, что, в свою очередь, приводит к потере давления, а, значит, к снижению чувствительности массового расходомера.
2662035
В качестве ближайшего аналога следует принять делитель потока для массового расходомера, представленный в патенте РФ №  (опубл. 23.07.2018). В этом документе каждый из двух делителей потока представляет собой цельнолитой тройник, в котором выходные концы двух патрубков меньшего диаметра параллельны друг другу и перпендикулярны выходному концу третьего патрубка большего диаметра. Как и в других вышеуказанных аналогах, данный делитель потока имеет тот же недостаток – снижение чувствительности массового расходомера вследствие потери давления из-за сопротивления потоку на крутом изгибе имеющихся в делителе каналов постоянного сечения.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в преодолении недостатка ближайшего аналога с достижением технического результата в виде снижения сопротивления потоку в каналах делителя.
Для решения указанной задачи и достижения отмеченного технического результата в настоящем изобретении предложен делитель потока для массового расходомера, представляющий собой тройник, в котором выходные концы двух патрубков меньшего диаметра параллельны друг другу и перпендикулярны выходному концу третьего патрубка большего диаметра, при этом поворотный участок канала между патрубком большего диаметра и каждым из патрубков меньшего диаметра выполнен с переменным сечением и переменным углом поворота так, чтобы снизить скорость течения протекающей среды на поворотном участке.
r
X
Y
Z
n
n
n
n
Особенность делителя потока по настоящему изобретению состоит в том, что переменный угол поворота может быть рассчитан путём аппроксимации кривой траектории, начинающейся в конце патрубка большего диаметра, в виде набора векторов   для n точек, каждая из которых в локальной системе координат кривой траектории имеет координаты (; ; ), при этом каждый из векторов задан уравнением:
,
а угол между соседними векторами, равный ,
определён уравнением:
,
при этом площадь сечения поворотного участка увеличена в тех точках, где угол  имеет большее значение.
Другая особенность делителя потока по настоящему изобретению состоит в том, что он может быть выполнен в виде отдельной детали, а на выходных концах патрубков меньшего диаметра может быть установлена пластина, контур которой повторяет внутреннее сечение кожуха, предназначенного для размещения в нём измерительных трубок, присоединяемых к выходным концам патрубков меньшего диаметра.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На Фиг. 1 приведён общий вид известного массового расходомера.
На Фиг. 2 показан в изометрии делитель потока для массового расходомера по настоящему изобретению.
На Фиг. 3 и 4 изображены траектории каналов для разных типоразмеров делителя по Фиг. 2 в проекциях на разные плоскости.
На Фиг. 5 показаны различные сечения в делителе по Фиг. 2.
На Фиг. 6 показаны графики изменения скорости потока в каналах для разных типоразмеров делителя по Фиг. 2 в проекции на вертикальную ось.
На Фиг. 7 показаны графики изменения угла поворота траектории в каналах для разных типоразмеров делителя по Фиг. 2 в проекции на вертикальную ось.
На Фиг. 8 представлены возможные выполнения делителя потока по настоящему изобретению.
На Фиг. 9 изображено возможное выполнение кожуха массового расходомера с делителями потока по Фиг. 8.
Подробное описание вариантов осуществления
Настоящее изобретение описано далее со ссылками на поясняющие чертежи. Однако приведённые варианты осуществления являются лишь иллюстративными, а не ограничивающими объём изобретения, определяемый лишь приложенной формулой изобретения с учётом возможных эквивалентов.
Массовый расходомер, общий вид которого приведён на Фиг. 1, содержит два одинаковых делителя 11 потока, скреплённых между собой соединительным элементом 12. К выходам двух патрубков меньшего диаметра присоединены заключённые в кожух 13 измерительные трубки 14. Выход патрубка большего диаметра каждого делителя 11 потока присоединён к соответствующему фланцу 15, предназначенному для встраивания массового расходомера в трубопровод.
r
Х
Y
Z
n
Делитель 11 потока по настоящему изобретению, показанный отдельно на Фиг. 2, имеет выходы 21, 22 первого и второго патрубков меньшего диаметра и выход 23 патрубка большего диаметра. Ссылочными позициями 24-26 обозначены сами патрубки, а ссылочная позиция 27 отмечает ту часть делителя 11 потока, с которой может быть скреплён соединительный элемент 12 (Фиг. 1). Линией 28 на Фиг. 2 обозначена кривая траектория поворотного участка канала, связывающего выход 21 первого патрубка 24 меньшего диаметра с выходом 23 патрубка 26 большего диаметра. Такая же траектория поворотного участка канала от выхода 23 к выходу 22 второго патрубка 25 меньшего диаметра показана штрихпунктирной линией 29 на Фиг. 2. Обе линии 28 и 29 аппроксимированы векторами  (о чём сказано далее), а в общей точке обеих линий 28, 29 условно показаны оси , ,  координат.
Отличие делителя 11 потока по настоящему изобретению от делителей потока в известных аналогах заключается в том, что поворотный участок канала между патрубком 26 большего диаметра и каждым из первого и второго патрубков 24, 25 меньшего диаметра выполнен с переменным сечением и переменным углом поворота так, чтобы снизить скорость течения протекающей среды на этом поворотном участке. Эта неравномерность в сечении канала при переменном угле его поворота может быть найдена, к примеру, опытным путём или моделированием.
r
X
Y
Z
n
n
n
n
В предпочтительном случае переменный угол поворота рассчитан путём аппроксимации кривой траектории 28 (и, соответственно, 29), начинающейся на выходе 23 патрубка 26 большего диаметра. Эта аппроксимация осуществляется представлением всей кривой траектории 28 набором векторов  для n точек, каждая из которых в локальной системе координат для данной кривой траектории имеет координаты (; ; ). Тогда каждый из указанных векторов может быть задан уравнением:
.     (1)
Угол между соседними векторами, который записывается в виде:
,       (2)
может быть определён подстановкой выражения (1) в уравнение (2):
.    (3)
Важно, что там, где угол  будет иметь наибольшие значения, площадь сечения поворотного участка должна быть увеличена. В этом случае скорость потока протекающей среды, определённая как дробь, в числителе которой стоит максимальный расход среды через это сечение, а в знаменателе – площадь этого сечения, будет меньше, чем на других участках. Тогда уменьшение скорости потока среды вызовет меньшее сопротивление стенок, а, следовательно, меньшее падение давления в протекающей среде. Поскольку точность измерений массового расходомера прямо зависит от давления в измерительных трубках 14 (Фиг. 1), присоединённых к выходам 21 и 22, уменьшение падения давления будет приводить к более точным измерениям.
На Фиг. 3 и 4 изображены кривые траектории каналов для разных типоразмеров делителя потока, показанного на Фиг. 2, в проекциях на разные плоскости (ХZ и YZ). Справа на Фиг. 3 и 4 указаны условные обозначения для делителей потока с разными диаметрами условного прохода. Как следует из этих графиков, наибольшие углы  поворота кривой траектории 28, 29 расположены вблизи выхода 23 патрубка 26 большего диаметра.
На Фиг. 5 пунктирными линиями показаны различные сечения 1-5 в делителе потока по настоящему изобретению и их формы. Площади сечений, как видно из этого чертежа, сначала увеличиваются, а затем уменьшаются. Для типоразмеров делителя потока, указанных на Фиг. 3 и 4, полученные моделированием скорости потока и углы поворота кривой траектории 28, 29 по оси Z показаны, соответственно, на Фиг. 6 и 7. Из этих графиков видно, что на участках канала с наибольшими углами поворота скорость потока протекающей среды минимальна.
Таким образом, выполнение делителя потока по настоящему изобретению обеспечивает снижение падения давления протекающей среды, так как снижение скорости потока ведёт к снижению сопротивления, что и даёт в результате уменьшение падения давления.
Кроме того, делитель потока по настоящему изобретению может обеспечить дополнительное преимущество по сравнению с известными устройствами того же назначения.
При выполнении делителя потока по настоящему изобретению в виде отдельной детали на выходных концах 21 и 22 патрубков 24, 25 меньшего диаметра можно устанавливать пластину, контур которой повторяет внутреннее сечение кожуха 13 (Фиг. 1), предназначенного для размещения в нём измерительных трубок 14, присоединяемых к выходным концам 21 и 22. Это позволяет унифицировать конструкцию делителя 11 потока для кожухов 13 разного сечения, когда делитель 11 потока для массовых расходомеров с разными кожухами может изготавливаться одинаковым, без литой части, к которой мог бы присоединяться кожух 13. На Фиг. 8 представлены возможные выполнения пластин на выходах делителя потока по настоящему изобретению для кожухов с различными сечениями, например, круглыми, квадратными, шести- или восьмигранными. Возможно и выполнение кожуха в виде прямоугольного короба, как показано на Фиг. 9, что характерно для малых типоразмеров массового расходомера.