РАСХОДОМЕР

Предлагаемая полезная модель относится к расходомерам для измерения расхода жидкости или гидросмеси и может быть использована в системах контроля и регулирования трубопроводного транспорта в любых отраслях промышленности.
Известны расходомеры: переменного перепада давления, электромагнитные, ультразвуковые (Спиваковский А.О. и др. Автоматизация трубопроводного транспорта в горной промышленности, М., 1972, стр.123-133). Перечисленные расходомеры имеют общие элементы: прямолинейный измерительный участок трубопровода с фланцами, при помощи которых расходомер крепится к транспортному трубопроводу, приемные преобразователи, вмонтированные в стенку измерительного участка трубопровода, и регистрирующую аппаратуру. Принцип действия указанных расходомеров заключается в том, что при течении жидкости или гидросмеси внутри прямолинейного измерительного участка трубопровода приемные преобразователи генерируют сигнал, воспринимаемый регистрирующей аппаратурой. Известно, что при течении жидкости или гидросмеси в трубопроводе наблюдается неравномерность распределения скорости по поперечному сечению трубопровода: нулевая скорость на стенке трубопровода и максимальная на оси трубы. Общим недостатком указанных расходомеров является то, что точность измерения расхода зависит от степени неравномерности распределения скорости, причем для каждого типа расходомера поправка на неравномерность распределения скоростей имеет свое значение. Стремление избежать поправочных коэффициентов приводит к необходимости предварительно тарировать расходомеры, что намного усложняет процесс измерений и часто оказывается неосуществимым.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемой полезной модели является расходомер переменного перепада давлений (Спиваковский А.О. и др. Автоматизация трубопроводного транспорта... М., 1972, рис.62), состоящий из прямолинейного измерительного участка трубопровода с фланцами для крепления к основному трубопроводу, разделителей (приемных преобразователей), вмонтированных в стенку измерительного участка трубопровода при помощи соединительных патрубков, и дифманометра (регистрирующего прибора). При определении расхода жидкости или гидросмеси вводится специальный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скорости по сечению потока (Угинчус А.А. Гидравлика, гидравлические машины..., М., 1957, стр.90-92). Так как точное значение этого коэффициента неизвестно (Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и гидродинамика, М., 1975, стр.75), то использование известного расходомера приводит к ошибке, которая снижает точность измерений. При уменьшении степени неравномерности распределения скорости в измерительном участке расходомера коэффициент стремится к 1 и точность измерений возрастает.
Целью предлагаемой полезной модели является выравнивание скорости потока по сечению трубопровода и повышение точности измерения расхода жидкости или гидросмеси.
Поставленная цель достигается тем, что перед приемными преобразователями внутри прямолинейного измерительного участка трубопровода соосно с ним размещены конические диффузоры, установленные один в другом с радиальным зазором 2-10 мм.
Конструкция предлагаемого расходомера представлен на фиг.1. Прямолинейный измерительный участок трубопровода 1 при помощи фланцев 2 крепится к транспортному трубопроводу (не оказан). В стенку измерительного участка 1 вмонтированы преобразователи 3
(показаны условно), соединенные с регистрирующей аппаратурой 4. Перед приемными преобразователями 3 внутри прямолинейного измерительного участка трубопровода 1 при помощи радиальных шты рей 5, расположенных крестообразно, установлены один в другом соосно с измерительным участком трубопровода 1 конические диффузоры 6 с радиальными зазорами между ними 2-10 мм. Штыри 5 и кромки диффузоров 6 выполнены обтекаемой формы.
Расходомер работает следующим образом. При помощи фланцев 2 расходомер закрепляется на транспортном трубопроводе (не показан). Поток жидкости или гидросмеси перемещается в конические диффузоры 6 и разделяется на несколько кольцеобразных потоков, причем диаметры последних выбраны таким образом, что скорость потока в пристенной зоне повышается, например, на стенке трубопровода 1 скорость увеличивается за счет уменьшения проходного сечения в этой зоне, а в приосевой зоне уменьшается за счет увеличения проходного сечения в этой зоне. Благодаря установке конических диффузоров 6 наблюдается снижение неравномерности распределения скорости непосредственно перед приемными преобразователями 3. По этой причине погрешность измерений, обусловленная неравномерностью распределения скорости по сечению потока и характеризуемая коэффициентом неравномерности, устраняется. Таким образом приемные преобразователи 3 будут подавать на регистрирующую аппаратуру 4 сигнал, который не нужно будет в дальнейшем корректировать коэффициентом, что повысит точность измерений. Для подтверждения работоспособности предлагаемого расходомера был изготовлен макет прибора, состоящий из открытого полукруглого лотка диаметром 50 мм, течение в котором имитирует движение жидкости или гидросмеси в трубопроводе. Распределение скорости фиксировали при помощи скоростной фотосъемки.
Были рассмотрены два случая. Лоток №1 без диффузоров (моделирует известный расходомер) и лоток №2 с 4-мя полукруглыми, т.е. разрезанными пополам, диффузорами. В качестве жидкости использовали технический глицерин. Результаты измерений приведены в таблице. Из таблицы следует, что в результате установки диффузоров степень выравнивания скорости характеризуется небольшими отклонениями от средней скорости потока, т.е. наблюдается выравнивание скорости по поперечному сечению измерительного участка трубопровода и как следствие этого погрешность измерения расхода снижается. Чем больше число диффузоров, тем выше степень выравнивания скорости по сечению потока, однако число диффузоров ограничивается их гидравлическим сопротивлением. Исходя из пропускной способности существующих расходомеров и характеристик напорного оборудования было установлено, что минимальный допустимый радиальный зазор между диффузорами колеблется в пределах 2-10 мм. При радиальном зазоре менее 2 мм резко возрастает гидравлическое сопротивление расходомера. При радиальном зазоре между диффузорами более 10 мм снижается степень выравнивания скорости потока и увеличивается погрешность измерения расхода.
Намечено внедрение предлагаемой полезной модели для измерения расхода черных щелоков на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. Разработано техническое задание на проектирование расходомера, которое передано для реализации на двух целлюлозно-бумажных комбинатах.
ТаблицаРаспределение скорости по сечению лотка диаметром 50 мм без диффузоров (лоток N1) и с диффузорами (лоток N2) при течении глицерина
Расход глицерина, см/сек
Средняя скорость по сечению лотка, см/сек
Переменный радиус, мм
Скорость глицерина на переменном радиусе, см/сек
без диффузоров лоток N1
после диффузоров лоток N2
0
8,12
4,10
3
7,50
4,00
40
4,06
13
6,25
4,03
18
3,75
4,11
23
1,87
4,07
0
15,3
7,65
3
14,1
7,60
75
7,65
13
11,7
7,61
18
7,05
7,70
23
3,05
7,63