Счётчик газа (варианты)
GAS METER (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для измерения объема газа, проходящего через трубопровод, и может быть использовано для учета потребления газа индивидуальными потребителями в непрерывном режиме в условиях эксплуатации.
Известны счетчики газа, измеряющие объем газа для учета его потребления:
- счетчик газа СГБМ-1,6 [1. Счетчик газа СГБМ-1,6: Паспорт ПДЕК. 407292.004 ПС. - Чистополь: ООО ПКФ «БЕТАР», [2011]. - 4 с.] состоит из датчика расхода, включающего в себя струйный блок и пневмоэлектропреобразователь, электронного блока сотсчетным устройством;
- счетчик газа бытовой «GSN-G1.6IS» [2. Счетчик газа бытовой «GSN-G1.6IS»: Паспорт. - [М.]: ООО «ГазСтройНефть», [2013]. - 4 с.] содержит генератор струйно-акустических колебаний, пьезопреобразователь, аналого-цифровой блок и сменный элемент питания.
Принцип действия счетчиков газа [1; 2] основан на преобразовании частоты колебаний струйного акустического генератора, вызванных проходящим через счетчик газом, в электрические импульсы. Частота колебаний прямо пропорциональна текущему расходу газа. Полученные от пьезоэлемента импульсы поступают в вычислительный блок, где они преобразуются в объем израсходованного газа, который регистрируется в памяти счетчика с нарастающим итогом.
Струйный акустический генератор в аналогах построен по многоконтурной системе замкнутых камер, соединенных каналами с низким пневматическим сопротивлением. Недостаток аналогов счетчиков газа заключается в том, что конфигурация камер и их количество не поддаются расчету, поэтому конструктивное исполнение струйного акустического генератора и последовательность расположения по конфигурации камер достигается экспериментальным путем. Это отрицательно сказывается на погрешности измерений объема газа. На точность показаний счетчиков в партии также влияет отклонение размеров элементов при изготовлении, особенно при их обилии в системе замкнутых камер, и сложность элементов камер, порядок их расположения.
6
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения расхода газа [3. Пат. 2476829 RU, МПК G01F 3/22. Устройство для измерения расхода газа / Амураль И.Б. - Заявл. 09.08.2011; опубл. 27.02.2013, Бюл. №6.], принцип действия которого схож с аналогами, а отличия, в основном, касаются электронной схемы.
Прототипу присущи те же недостатки: обилие элементов многоконтурной системы замкнутых камер, их сложность и, как следствие, отрицательное влияние на точность показаний счетчика.
Целью изобретения является создание счетчика газа с датчиком расхода газа, обеспечивающим точность и стабильность замеров расхода газа, отличающегося от аналогов и прототипа более простой конструкцией.
Предлагаемое техническое решение совпадает с известными устройствами по следующим существенным признакам и содержит:
- основание с входным и выходным патрубками и газораспределительным трактом;
- струйный акустический генератор датчика расхода;
- герметичный корпус, смонтированный на основании;
- пьезоэлемент, преобразующий колебания в электрические импульсы;
- электронный блок с питанием и счетным устройством.
Заявляется два варианта устройства счетчика газа.
Устройство по варианту 1 отличается от прототипа и аналогов тем, что струйный акустический генератор датчика расхода выполнен в виде тонкостенных цилиндров, собранных телескопически на основании счетчика, с зазорами между собой и основанием. Тонкостенные цилиндры содержат ламели, образованные фигурными отверстиями, равномерно расположенными по диаметру цилиндра. Тонкостенные цилиндры развернуты по оси между собой на величину смещения фигурных отверстий до несовпадения.
Газораспределительный тракт основания счетчика на выходе газа в зону струйного акустического генератора датчика расхода газа выполнен в виде конфузора, а выход газа из полости за струйным акустическим генератором выполнен в виде диффузора.
Струйный акустический генератор датчика расхода по варианту 2 отличается от варианта 1 тем, что содержит тонкостенный усеченный конус, расположенный за тонкостенными цилиндрами. Усеченный конус содержит лепестки, равномерно расположенные по его поверхности.
Цилиндры по вариантам 1, 2 и усеченный конус по варианту 2 выполнены из упругого материала.
Изобретение по вариантам 1, 2 поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен счетчик газа, содержащий основание 1, струйный акустический генератор датчика расхода 2, корпус 3, пьезоэлемент 4, электронный блок 5, закрытый прозрачным окном 6.
Газораспределительный тракт основания 1 характерен следующими параметрами: выход газа в зону струйного акустического генератора датчика расхода 2 выполнен в виде конфузора 7 с углом α. Выход газа из полости 8 выполнен в виде диффузора 9 с углом раскрытия β. Величина углов α и β устанавливается экспериментально.
Конфузор 7 и втулка 10 содержат на выходе острые кромки 11 и 12. Тонкостенные цилиндры 13 и 14 струйного акустического генератора датчика расхода 2 установлены в кольцевые канавки 15, обеспечивающие стабильным зазор между цилиндрами 13 и 14 и основанием 1 и цилиндрами.
Цилиндры 13 и 14 прижаты вдоль оси упругим кольцом 16. Пьезоэлемент 4 установлен в корпусе 3 и прижат гайкой 17 по уплотнению 18.
На фиг. 2, 3, 4, 5, 6 показаны тонкостенные цилиндры 13 и 14 и варианты конфигураций отверстий, образующих ламели 19 и 20 в развертках тонкостенных цилиндров.
На фиг. 7 представлен счетчик газа по варианту 2 с дополнительным элементом акустического генератора датчика расхода в виде тонкостенного усеченного конуса 21 с лепестками 22. Устройство соответствует счетчику по фиг. 1, а дополнительный элемент - тонкостенный усеченный конус 21 с лепестками 22 - способствует повышению чувствительности счетчика при минимально допустимых давлениях и расходе газа, проходящего по трубопроводу.
На фиг. 8 представлен элемент акустического генератора датчика расхода 2 в виде тонкостенного усеченного конуса 21 с лепестками 22.
Принцип действия счетчика газа основан на преобразовании в электрические импульсы частоты колебаний струйного акустического генератора, вызванных проходящим через счетчик газом. В предлагаемом устройстве основными элементами колебаний струйного акустического генератора являются тонкостенные телескопически собранные цилиндры, расположенные на пути движения газа, с подобранным вариантом конфигураций отверстий и ламелей, создающих колебания, улавливаемые пьезоэлементом. Колебания преобразуются в вычислительном блоке в объем израсходованного газа, регистрируемый в памяти счетчика с нарастающим итогом.
Построение газораспределительного тракта в заявляемом счетчике газа способствует созданию низкого пневматического сопротивления и стабильности параметров поступающего и выходящего потока газа.
Работа счетчика газа по варианту 1 заключается в следующем: поступающий из сети газ в основание 1, проходя через конфузор 7, разгоняется со снижением давления на кромке 12. Далее газ поступает во втулку 10, разворачиваясь и образуя турбулентность на кромках 11 и 12, создает колебания определенной частоты в отверстиях и ламелях 19 и 20 тонкостенных цилиндров 13 и 14, которые регистрируются пьезоэлементом 4 в электрические импульсы, поступающие в вычислительный блок 5, где они преобразуются в объем израсходованного газа.
Выход газа из основания 1 выполнен в виде диффузора 9, где давление газа восстанавливается до сетевого.
Принцип действия счетчика газа по варианту 2 (фиг. 6) аналогичен изложенному по варианту 1 (фиг. 1).
Результаты работы экспериментального образца счетчика отражены в Приложении к Акту испытаний [4. Акт №20/55-18 от 28.11.2018 г. по продувке экспериментального счетчика газа. Приложение 1, 2, 3. - Оренбург: АО «ПО «Стрела», 2018. - 4 с.]. Параметры предлагаемого счетчика по сравнению со счетчиками [1; 2], принятыми к серийному изготовлению и сертифицированными для применения, при диапазоне давлений и расхода улучшены не менее чем в два раза. Характеристика - линейная. Заявленный счетчик не создает шума.
Техническим результатом является повышение точности и стабильности замеров расхода газа. Конструкция счетчика газа по варианту 2 (фиг. 6) способствует повышению чувствительности счетчика при минимальных давлениях и расходах газа, проходящего по трубопроводу.
Заявленный счетчик газа имеет упрощенную конструкцию устройства акустического генератора датчика расхода, что снижает трудоемкость его изготовления.
Предлагаемое устройство счетчика газа подтверждено работоспособностью действующего экспериментального экземпляра.
Счетчик газа может быть выполнен с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание.
1. Счетчик газа СГБМ-1,6: Паспорт ПДЕК. 407292.004 ПС. - Чистополь: ООО ПКФ «БЕТАР», [2011]. - 4 с.
2. Счетчик газа бытовой «GSN-G1.6IS»: Паспорт.- [М.]: ООО «ГазСтройНефть», [2013]. - 4 с.
6
3. Пат. 2476829 RU, МПК G01F 3/22. Устройство для измерения расхода газа / Амураль И.Б. - Заявл. 09.08.2011; опубл. 27.02.2013, Бюл. №6.
4. Акт №20/55-18 от 28.11.2018 г. по продувке экспериментального счетчика газа. Приложение 1, 2, 3. - Оренбург: АО «ПО «Стрела», 2018. - 4 с.
5. ГОСТ 15528-86. Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа: Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 43 с.
6. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1989. - 701 с.
7. Заявка на ИЗ №94039445 A1 RU, МПК(1995.01) G01F 3/22. Устройство для измерения расхода газа / Степаров В.К. - Заявл. 04.10.1994; опубл. 20.08.1996.
6
8. Пат. на ПМ 170 834RU, МПК G01F 3/22. Струйный счетчик газа/ Новиков О.В., Беляков А.И. - Заявл. 16.06.2016; опубл. 11.05.2017. Бюл. №14.
6
9. Пат. на ПМ №181382 RU, МПК G01F 3/22. Струйный счетчик газа / Новиков О.В., Беляков А.И. - Заявл. 12.09.2017; опубл. 11.07.2018. Бюл. №20.