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 сквозного корпуса с прямолинейным каналом и тела обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы с жестко закрепленной в канале корпуса перпендикулярно его оси и двух датчиков пульсаций давления с электровыводами. 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. 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 оказывают вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсации 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, двух датчиков пульсаций давления и с электровыводами и соответственно, каждый из датчиков пульсаций давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки. Каждая из втулок в верхней своей части снабжена кольцевой отбортовкой, по цилиндрической поверхности которой втулка сопряжена с кожухом и скреплена с ним сварным швом по их торцам, и тела обтекания, жестко закрепленного в полом цилиндрическом отсекателе, размещенном коаксиально и равновелико по длине корпуса и механически соединенного с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин. 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 возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой.
3
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 пульсации давления на малых диаметрах проточной части, но применение данной конструкции при диаметрах проточной части меньше 25 мм для измерения расходов в области малых значений (до 1 м/ч и менее) невозможно из-за нарушения условий для стабильного вихреобразования при данных габаритах.
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 обеспечении надежного измерения расходов в области малых значений (путем создания условий для
стабильного вихреобразования) при сохранении нечувствительности к конденсату.
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, тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы, установлена цилиндрическая вставка с кольцевой отбортовкой в боковое отверстие сквозного корпуса, цилиндрическая поверхность которой сопряжена с корпусом и скреплена с ним сварным швом, с гарантированным зазором (△), определяемым размером отбортовки и внутренним диаметром посадочного кольца, поверхность которого (внутренняя часть) сопряжена с нижней частью цилиндрической вставки, двумя кольцевыми канавками, между которыми в теле вставки сформировано сквозное окно, ограниченное с боковых сторон (относительно осевой линии вставки) внутренними стенками сквозного корпуса, сверху и снизу - поверхностью плоскостей, перпендикулярных осевой линии вставки, между которыми жестко закреплено тело обтекания, а оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) встроены в соответствующие сквозные отверстия цилиндрической вставки (со стороны отбортовки) и размещены симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания заподлицо с поверхностью плоскости цилиндрической вставки, ограничивающей сверху сквозное окно, 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 фигуры 1, 2) сквозного корпуса 1 с прямолинейным каналом 2, двух датчиков пульсаций давления 3 с электровыводами, тела обтекания 4, в виде трапецеидальной равнобокой призмы, жестко закрепленного в цилиндрической вставке 5, которая выполнена с кольцевой отбортовкой и установлена в боковом отверстии корпуса и скреплена с ним сварным швом, с гарантированным зазором △, определяемым размером отбортовки и внутренним диаметром посадочного кольца 6, сопряженного с ней по внутренней поверхности кольца. Между двух кольцевых канавок 7 цилиндрической вставки сформировано сквозное окно 8, ограниченное с боковых сторон (относительно осевой линии вставки) внутренними стенками 9 сквозного корпуса, сверху и снизу - поверхностью плоскостей 10, перпендикулярных осевой линии вставки. Датчики пульсаций давления установлены внутри цилиндрической вставки на уступах 11 и закреплены с помощью резьбовых элементов 12; уплотнительные кольца 13 из мягкого металла обеспечивают герметичность установки датчиков пульсаций давления внутри вставки. Электровыводы датчиков пульсаций давления 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 14 и необходимого количества шпилек 15, с уплотнениями 16.
Работает датчик по известному принципу: при обтекании потоком с обеих сторон тела обтекания 4, за последним возникают срывающиеся вихри (пульсации давления) с частотой, пропорциональной расходу измеряемой
среды. Пульсации давления воспринимаются датчиками пульсаций давления 3, 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.
Условия стабильного вихреобразования обеспечиваются следующими конструктивными решениями:
1. Сквозное окно 8 имеет форму, близкую к прямоугольной. Таким образом, боковые стенки сквозного окна удалены от боковых граней тела обтекания на расстояние 7...8 мм, достаточное для того, чтобы не мешать развитию очередного вихря в процессе вихреобразования.
2. Кольцевые канавки 7 препятствуют формированию паразитных вихрей на верхней и нижней кромке сквозного окна со стороны набегающего потока. Это дало возможность уменьшить высоту сквозного окна до 10 мм для смещения диапазона измеряемых расходов в область малых значений, при сохранении профиля скорости, необходимого для стабильного вихреобразования.
3. Кольцевые канавки служат также для отвода части конденсата (до определенного предела), образующегося на внутренних поверхностях подсоединяемого трубопровода, из области сквозного окна. Таким образом повышается однородность набегающего на тело обтекания потока и обеспечивается работоспособность датчика расхода при измерении влажного пара и газа, с большим содержанием конденсата.
Надежное детектирование сигнала при вихреобразовании (пульсаций давления) в области малых расходов обеспечивается следующими конструктивными решениями:
1. Гарантированный зазор и сварной шов обеспечивают минимальную чувствительность датчиков пульсаций давления к различного рода вибрациям и шумам, передаваемым по материалу подсоединяемого трубопровода.
2. Размещение датчиков пульсаций давления на одной стороне сквозного окна в области формирования наибольших пульсаций давления при вихреобразовании обеспечивает максимальную чувствительность датчика расхода.
3
Таким образом, комплексное применение указанных конструктивных решений позволило создать датчик расхода с нижним пределом измерения 1 м/ч при сохранении всех преимуществ вихревого принципа измерения расхода.
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 №31280, М. кл.G01F 1/32, приоритет 28.03.2003.
8
2. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №63055. М. кл.G01F 1/32, приоритет 11.12.2006, прототип.
3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. - 701 с.: ил.