КОРПУС ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Заявляемая полезная модель корпуса электромагнитного преобразователя скорости потока относится к средствам измерения методом площадь - скорость расхода жидких сред в трубопроводах больших диаметров (от 150 до 4000 мм).
Отличительной особенностью этих преобразователей является наличие пустотелого корпуса из материала с высокими изоляционными свойствами, герметически соединенного с трубой-штангой, и имеющего герметичные электроды для съема сигнала с движущейся в электромагнитном поле потоке жидкости. Электромагнитное поле создает индуктор, помещенный внутрь пустотелого герметичного корпуса преобразователя.
Известны корпуса электромагнитных преобразователей скоростей потоков жидких сред ЭРИС-1 и ЭРИС-3, разработки НИИтеплоприбор, а также расходомер ИР-56 разработки ПО Промприбор, являющиеся аналогами заявляемого решения 1.
Корпус в расходомерах ЭРИС-1 и ЭРИС-3 выполнен в виде цилиндрического обтекателя диаметром 28-30 мм со сферической головкой. В цилиндрической поверхности на противоположных концах диаметра имеются уплотненные прямоугольные отверстия, через которые проходят концы электродов.
Данные устройства не могут быть эффективно применены при измерении расхода жидкости с высокими параметрами по температуре и давлению из-за низкой надежности узлов уплотнения электродов и
штанги, например, для измерения расхода теплоносителя в магистральных трубопроводах больших диаметров, где температура достигает плюс 180 °С и давление до 4,0 МПа.
Известна конструкция корпуса выпускаемого в настоящее время ИПФ Сибнефтеавтоматика преобразователя скорости потока ЭРИС.В 2, взятого авторами за прототип заявляемого решения.
На фиг.1 приведена конструкция корпуса этого преобразователя .
Герметичный корпус преобразователя выполнен в виде цилиндрического обтекателя со сферической головкой 1 из изоляционного материала Фторопласт-4 с внутренней полостью для установки электромагнитного индуктора. На определенном расстоянии от сферического торца обтекателя герметически и диаметрально противоположно установлены электроды 2 с развитой поверхностью, выполненные из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, электрические выводы от которых 5 размещены в трубе-штанге 4, выполненной также из стали 12Х18Н10Т. Герметизация корпуса преобразователя со штангой осуществляется с помощью 2-х резиновых уплотнительных колец 3.
К недостаткам конструкции корпуса преобразователя ЭРИС.В следует отнести :
1. Электроды с развитой уплотнительной поверхностью посажены методом запрессовки в тело корпуса из материала Фторопласт-4, причем они выступают внутрь полости с индуктором для осуществления электрического монтажа.
Поскольку Фторопласт-4 обладает холодной текучестью,которая сильно увеличивается с повышением температуры и давления контролируемой среды, то со временем жидкость под давлением через уплотнительную поверхность электродов проникает внутрь корпуса, вызывая выход преобразователя из строя.
2. Резиновые уплотнительные кольца при длительной непрерывной работе подвержены старению и растрескиванию, в результате чего контролируемая жидкость также попадает внутрь корпуса с индуктором, выводя из строя преобразователь.
Задачей заявляемого технического решения является создание высоконадежного и долговечного преобразователя, обеспечивающего достоверное измерение расхода жидких сред при высоких параметрах рабочих температур и давлений.
Эта задача решается заявляемым корпусом электромагнитного преобразователя скорости потока (Фиг.2), содержащим пустотелый цилиндрический обтекатель 1 из изоляционного материала со сферической головкой, металлическую трубу-штангу из немагнитной нержавеющей стали и электроды, выполненные в виде сборки, заключенной внутри изоляционного материала корпуса, состоящей из контактирующего с потоком жидкости электрода 2 имеющего развитую боковую поверхность, соединенной с ним напряженной пружиной 3 с контактом 4, а труба-штанга 5 снабжена тонкостенным перфорированным участком б с проточками в виде  ласточкиного хвоста  7, также заключенным внутри изоляционного материала корпуса преобразователя. Корпус с закладными деталями - электродными сборками и тонкостенным перфорированным участком трубы-штанги изготавливается методом горячего прессования.
Высокая надежность и долговечность заявляемого корпуса по сравнению с прототипом достигнута благодаря следующим факторам :
-напряженная пружина является дополнительным узлом герметизации электродной сборки, поскольку происходящая в течение времени усадка изоляционного материала корпуса компенсируется ее упругой деформацией, причем пружина имеет достаточно большую длину, исключая возможность капилярных протечек ;
-тонкостенный перфорированный участок трубы-штанги с проточками в виде ласточкиного хвоста обеспечивает надежную герметизацию сочленения корпуса из изоляционного материала с металлической трубой-штангой, при этом по отношению к тонкостенному металлическому стакану наружный и внутренний слои изоляционного материала как бы скреплены заклепками из этого же материала через перфоррацию.
Стабильность показаний преобразователя обеспечивается дополнительным электростатическим экраном, роль которого выполняет тонкостенный перфорированный участок трубы-штанги.
На фиг.2 показана конструкция заявляемого корпуса электромагнитного преобразователя скорости потока, где :
1- пустотелый цилиндрический обтекатель со сферической головкой из изоляционного материала ;
2- электрод ;
3- пружина напряженная ;
4- контакт ;
5- металлическая труба-штанга ;
6- тонкостенный перфорированный участок трубы-штанги ;
7- проточки в виде ласточкиного хвоста.
Контакты 4 служат для подключения электродов к измерительной схеме.
Для изготовления корпуса была разработана и изготовлена прессформа, а также ряд устройств для сборки и разборки этой прессформы.Процесс изготовления корпуса заключается в установке в прессформу закладных деталей - двух электродных сборок с предварительными натяжением пружин и перфорированного тонкостенного участка трубы-штанги.
После данной операции производится заполнение прессформы сополимером, например, фторопластом, разогрев ее и последующее горячее прессование. После охлаждения и разборки прессформы получается готовый корпус электромагнитного преобразователя скорости потока, приведенный на фиг.2.
Предложенная конструкция корпуса, изготовленного методом горячего прессования, улучшает метрологические характеристики преобразователей за счет их идентичности по геометрическим размерам и более высокой механической прочности.
Были изготовлены опытные образцы корпусов преобразователей в количестве десяти штук и проведены их всесторонние испытания. Испытания включали проверку герметичности, сопротивления и электрической прочности изоляции электродов, опрессовывание повышенным давлением воды, циклическое воздействие повышенной температуры с последующей проверкой герметичности и электрических параметров, а также визуальный осмотр корпусов после испытаний.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Пояснения к таблице 1. сопротивление изоляции электродов, ГОм. Проверка электрической прочности изоляции осуществлялась мегаомметром напряжением 500 В. Проверка герметичности производилась наружным давлением воды величиной 4,0 МПа. При испытаниях на воздействие повышенной температуры корпуса преобразователей помещались в сушильный шкаф при температуре плюс 180 °С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 2 часов. Охлаждение корпусов проводилось при комнатной температуре. Всего было выполнено сто циклов термокачков.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1п.п. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Ленинград, Машиностроение, Ленинградское отделение 1989 г.
2Инженерно-производственная фирма СИБНА. Расходомеры электромагнитные ЭРИС.В Техническое описание и инструкция по эксплуатации 230.00.00.000 ТО, 1991 г.