ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДОМЕРА ТЕКУЧИХ СРЕД

Решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода текучих сред (газа, пара, воды и других жидкостей) в закрытых трубопроводах, преимущественно большого диаметра.
Известен расходомер с кольцевой вставкой, для усреднения давления по кольцевой площади (см. Кремлевский П.П.Расходомеры и счетчики количества: справочник. Л., «Машиностроение», 1989, с.10-13, рис.1э).
Однако установка кольцевой вставки в трубопроводе трудоемка, она мешает очистке трубопровода, снижается площадь его проходного сечения, что приводит к потере давления.
Известен первичный преобразователь расходомера переменного перепада давления (см. патент РФ №2224984, G 01 F 1/36, опуб. 2004.02.27). Преобразователь выполнен в виде встроенного в трубопровод трубчатого тела с измерительным каналом, содержащим входной и выходной цилиндрические участки с полными поперечными сечениями и расположенные между этими участками по прямому потоку текучей среды входной участок переменного сечения, переходный участок, разделенный по длине поровну характерным поперечным сечением; и выходной участок переменного сечения, при этом для отбора давления в поперечных сечениях выполнены отверстия со штуцерами для присоединения вторичных преобразователей. Измерительный канал выполнен с возможностью измерения перепада давления для прямого и обратного потока текучей среды и образован прямым и обратным равнозначными каналами, развернутыми в противоположные стороны симметрично относительно характерного поперечного сечения. Для отбора давления в поперечных сечениях равномерно по периметру выполнены отверстия, окруженные усредняющими коллекторами со штуцерами для присоединения вторичных преобразователей.
Основным недостатком известного устройства является высокая трудоемкость встраивания преобразователя в трубопровод, его значительные линейные размеры при больших гидравлических потерях в диффузорно-конфузорной проточной части.
В качестве прототипа принят первичный преобразователь расходомера текучих сред, содержащий кольцевую камеру, устанавливаемую на трубопроводе, с полостью для отбора давления, средством усреднения давления, напорными отверстиями и штуцерами
для подсоединения вторичных преобразователей (см. Кремлевский П.П.Расходомеры и счетчики количества. Л., «Машиностроение», 1989, с.34.). В трубопроводе установлена диафрагма. Кольцевая камера состоит из двух камер, которые соединяются с внутренним пространством трубопровода с помощью группы равномерно распределенных по окружности отверстий или кольцевых щелей, находящихся непосредственно у плоскостей диафрагмы. Для эффективного усреднения отбираемых давлений надо, чтобы площадь камеры была не менее половины площади кольцевой щели или площади отверстий.
Основным недостатком известного преобразователя является то, что диафрагма деформирует поток перекачиваемой среды, создавая потери энергии потока и тем самым увеличивает затраты на перекачку среды. По разным оценкам потери энергии потока при замерах составляют от 2 до 85%. Кроме того, диафрагма - довольно сложный в изготовлении узел. При этом она мешает технологической очистке трубопровода.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование конструкции первичного преобразователя расходомера текучих сред.
Технический результат - снижение потерь энергии потока и снижение затрат на транспортировку среды.
Этот технический результат достигается тем, что в первичном преобразователе расходомера текучих сред, содержащем кольцевую камеру, устанавливаемую на трубопроводе, с полостью для отбора давления, средством усреднения давления, напорными отверстиями и штуцерами для подсоединения вторичных преобразователей, полость для отбора давления выполнена в виде тора, сообщающегося с внутренним пространством трубопровода через участок образующей тора, заходящий в полость трубопровода, напорные отверстия расположены по касательной к образующей тора, а средства усреднения давления выполнены в виде кольцевых коллекторов, пересекающих напорные отверстия; кольцевая камера выполнена из двух герметично соединенных фланцев, контактирующих по плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, с симметричным расположением относительно этой плоскости в них рабочих полостей преобразователя.
Выполнение полости отбора давления в виде тора позволяет согласовать окружные скорости движения среды по трубопроводу и в преобразователе.
Сообщение горообразной полости с внутренним пространством трубопровода через участок образующей тора, заходящий в полость трубопровода, позволяет вынести все узлы преобразователя из внутреннего пространства трубопровода, максимально снизить
гидравлические потери и создать условия для закручивания потока в полости для отбора давления.
Тому же способствует и расположение напорных отверстий по касательной к образующей тора и пересечение их с усредняющими коллекторами и облегчает подсоединение вторичных преобразователей - дифманометров.
Выполнение кольцевой камеры из двух фланцев с симметричным расположением в них рабочих полостей упрощает изготовление и сборку преобразователя.
Предлагаемый первичный преобразователь текучих сред приведен на чертеже - общий вид в разрезе.
Преобразователь содержит кольцевую камеру 1, состоящую из двух фланцев 2, герметично соединенных через прокладку, контактирующих по плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, с симметричным расположением относительно этой плоскости в них рабочих полостей преобразователя. В камере 1 выполнена полость 3 для отбора давления - в виде тора. Напорные отверстия 4 расположены по касательной к образующей тора и ведут в усредняющие кольцевые коллекторы 5, пересекающие напорные отверстия, с преимущественно перпендикулярным расположением их осей. Резьбовые отверстия 6 предназначены для введения штуцеров вторичных преобразователей (дифманометров). Эти отверстия могут быть использованы и для введения зондов при очистке и промывке трубопровода и полости 3. Полость 3 сообщена с внутренним пространством 7 трубопровода через нижний участок образующей тора, заходящий в полость трубопровода (на чертеже показано пунктиром). Это необходимо для лучшего «закручивания» потока в полости 3 камеры 1. Рабочие полости преобразователя это полость 3 для отбора давления, напорные отверстия 4, усредняющие коллекторы 5 и резьбовые отверстия 6 для введения штуцеров вторичных преобразователей. Преобразователь может иметь два монтажных исполнения для соединения с трубопроводом - фланцевое и под сварку.
Первичный преобразователь расходомера текучих сред работает следующим образом.
При течении среды по трубопроводу она попадает в полость 3 для отбора давления через участок, где тор сообщается с внутренним пространством 7 трубопровода. Поток среды осуществляет вращательное движение в камере 1 вокруг оси тора, омывая его внутреннюю поверхность. Между объемом среды, перекачиваемой по трубопроводу, и объемом среды, находящейся в полости 3 камеры 1 (т.е. выведенной за основной поток), действует напряжение сдвига, которое будет действовать до тех пор, пока скорость движения среды по трубопроводу и окружная скорость вращения среды в полости 3
камеры 1 не выровняются. Реальное время выравнивания скоростей для большинства перекачиваемых сред незначительно. Т.о. скорость движения среды по трубопроводу и окружная скорость в полости 3 всегда согласованы. При направлении потока среды справа налево, напорные отверстия 4 левого фланца 2 воспринимают полное давление потока среды, а отверстия 4 правого фланца 2 - статическое. И наоборот. Давление, воспринятое одним отверстием, усредняется в усредняющем коллекторе 5. Усредненное полное и статическое давление (разница между полным и статическим давлением) передается на дифференциальный манометр. По перепаду давлений определяют расход среды.
Предлагаемый первичный преобразователь расходомера для текучих сред легко монтируется на трубопроводе. Благодаря освобождению внутреннего пространства трубопровода исключаются потери давления.