РАСХОДОМЕР ПРОТОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к технике измерения объемного расхода жидкости, а точнее заявляемая полезная модель касается расходомера проточной жидкости и может найти применение при измерении расхода и количества жидкости, например, продукта нефтяной скважины, поступающей по трубопроводу.
Известен счетчик проточной жидкости, содержащий регистратор и корпус с входным патрубком и выходным патрубком, в котором установлен стакан с крыльчаткой, разделяющей внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости. В корпусе также имеются три перегородки, одна из которых отделяет в выходной полости корпуса первую полость, другая перегородка отделяет во входной полости корпуса вторую полость и третья перегородка расположена с зазором между дном корпуса и дном стакана. Входная полость сообщается с первой полостью посредством зазора, образованного между дном корпуса и третьей перегородкой. Вторая полость сообщена с выходной полостью через зазор, образованный между третьей перегородкой дном стакана. Стакан имеет два диаметрально расположенных входных отверстия, посредством которых сообщаются полость стакана с входной и первой полостями, и имеет два диаметрально расположенных выходных отверстия, посредством которых сообщаются полость стакана с второй и выходной полостями (патент РФ №1778530, МПК: G01F 1/06, опубл. 1993 г.). Указанный счетчик имеет сложное конструктивное решение и, при этом не исключает получение погрешностей в показателях при его эксплуатации, кроме того, известная конструкция проявляет нестабильность функционирования из-за периодического изменения площади зазоров в процессе эксплуатации вследствие их засорения.
В качестве прототипа выбран расходомер проточной жидкости, содержащий измерительную камеру, разделенную перегородкой в виде подвижной диафрагмы на две полости, имеющую штуцер для входа и штуцер для вывода измеряемого потока жидкости. Кроме того, камера содержит выполненный в виде золотника распределитель измеряемого потока от штуцеров к полостям, счетчик ходов подвижной диафрагмы и привода распределителя, пружинный механизм, снабженный постоянным магнитом и
состоящий из двух пружин, установленных над и под диафрагмой, обеспечивающий перемещение распределителя измеряемого потока к полостям измерительной камеры. Обе пружины названного механизма сопряжены с диафрагмой и со штоком, соединенным с золотником (патент США 4067239, опубл. 1978 г).
Известный расходомер также имеет весьма сложную конструкцию. При этом, принцип действия указанного расходомера связан с усилием притяжения, обеспечиваемым постоянным магнитом, что требует выполнения тарировки каждого экземпляра расходомера как при первоначальном использовании, так и периодически при его эксплуатации, что неприемлемо для серийного производства. Кроме того, названный расходомер не обеспечивает точность показаний, особенно при малых расходах, из-за наблюдаемых перетечек жидкости между полостями.
В основу заявляемой полезной модели положена задача создать более простой в конструктивном отношении расходомер, обеспечивающий стабильное, бесперебойное измерение объемного расхода проточной жидкости с возможно наименьшей погрешностью.
Эта задача решается при создании расходомера проточной жидкости, содержащего измерительную емкость с входным и выходным патрубками, разделенную перегородкой на первую и вторую полости, в котором, согласно заявляемой полезной модели, в нижней части каждой полости имеется выходной патрубок с запорным клапаном, над верхней частью полостей на перегородке горизонтально закреплен желоб, выполненный с возможностью качания и попеременного наклона соответствующего конца этого желоба в первую и вторую полости, в каждой полости вертикально установлен шток, нижний конец которого шарнирно соединен с соответствующим запорным клапаном, верхний конец которого шарнирно соединен с находящимся над полостью концом желоба, а в верхней части каждого штока закреплен поплавок, обеспечивающий вертикальное перемещение соответствующего штока, качание желоба и попеременный наклон соответствующего конца желоба в первую и вторую полости.
Технический результат, достигаемый благодаря заявляемой полезной модели, состоит в обеспечении возможности стабильно и бесперебойно с минимальной погрешностью осуществлять измерение объемного расхода проточной жидкости с помощью простого в конструктивном отношении расходомера.
Согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы поплавок был выполнен в виде стакана, перевернутого вниз.
Согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы поплавок имел площадь поперечного сечения, превышающую площадь клапана, с которым его соединяет шток.
Для получения более достоверного и качественного результата измерения, согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы нижняя часть каждой полости была выполнена с плавным сужением к выходному патрубку.
Другие цели и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из последующего подробного описания расходомера проточной жидкости и чертежа, на котором изображен расходомер проточной жидкости, согласно заявляемой полезной модели, продольный разрез.
Расходомер проточной жидкости, заявляемый в настоящей полезной модели, содержит измерительную емкость 1, разделенную перегородкой 2 на первую полость 3, и равноценную ей по объему вторую полость 4.
При определении расхода жидкости всегда опираются на конкретный объем измерительной емкости 1, который складывается из двух равнозначных объемов полости 1 и полости 2.
В нижней части каждой полости 3 и 4 имеются выходные патрубки 5 и 6, соответственно. Каждый патрубок 5 и 6 имеет запорный клапан 7 и 8, соответственно. Для получения более достоверного результата измерения, согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы нижняя часть каждой полости 3 и 4 была выполнена с плавным сужением к выходному патрубку 5 и 6.
В верхней части измерительной емкости 1 имеется входной патрубок 9.
Над верхней частью полостей 3 и 4 на перегородке 2 горизонтально шарнирно закреплен желоб 10, выполненный с возможностью качания и попеременного наклона соответствующего конца в первую полость 3 и вторую полость 4.
В каждой полости 3 и 4 имеется вертикально установленный шток 11 и 12, соответственно. Нижний конец штока 11 шарнирно соединен с запорным клапаном 7, а нижний конец штока 12 шарнирно соединен с запорным клапаном 8. Верхний конец каждого штока 11 и 12 шарнирно соединен с находящимся над полостью концом желоба 10.
В верхней части штока 11 закреплен поплавок 13, а в верхней части штока 12 закреплен поплавок 14. Согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы поплавки 13 и 14 были выполнены в виде стакана, перевернутого вниз. При этом согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы поплавок 13 имел площадь поперечного сечения, превышающую площадь клапана 7, с которым его соединяет шток 11, а поплавок 14 имел площадь поперечного сечения, превышающую площадь клапана 8, с которым его соединяет шток 12.
Поплавки 13 и 14 обеспечивают вертикальное перемещение соответствующего штока 11 или 12, качание желоба 10 и попеременный наклон соответствующего конца желоба 10 в первую полость 3 и вторую полость 4.
Благодаря заявленной полезной модели создан простой в конструктивном отношении расходомер, позволяющий стабильно и бесперебойно осуществлять измерение объемного расхода проточной жидкости с минимальной погрешностью.
Заявляемый расходомер работает следующим образом. До момента поступления жидкости в расходомер желоб 10 находится в состоянии равновесия по отношению к перегородке 2, на которой он расположен. Соответственно, клапаны 7 и 8 приподняты над выходными патрубками 5 и 6. Как только начинается поступление жидкости в заявляемый расходомер, жидкость через входной патрубок 9 попадает на желоб 10, который при этом теряет состояние равновесия, происходит качание желоба 10 и его наклон либо в первую полость 3, либо во вторую полость 4.
Слой жидкости, текущей по наклоненному концу желоба, своим весом удерживает некоторое время наклон желоба 10 в определенную полость емкости 1.
При наклоне желоба 10 влево над полостью 3, как показано на чертеже, шток 11 совершает движение вниз, при этом запорный клапан 7 плотно перекрывает выходной патрубок 5. Происходит наполнение жидкостью той полости, в сторону которой наклонился желоб 10. По мере наполнения полости 3 столб жидкости давит на клапан 7 и сильнее прижимает его к выходному патрубку 5.
При наклоне желоба 10 влево над полостью 3, как показано на чертеже, шток 12 совершает движение вверх и удерживает запорный клапан 8 в верхнем положении.
Когда уровень непрерывно поступающей жидкости дойдет до поплавка 13, появляется архимедова сила, направленная вверх. С этого момента архимедова сила растет быстрее, чем направленная вниз сила давления столба жидкости, так как площадь поперечного сечения поплавка 13, согласно полезной модели, превышает
площадь клапана 7. Поплавок 13 прикреплен к штоку 11 в таком месте, что при достижении уровня жидкости узкой части полости 3, указанные две противоположно направленные силы сравняются, после чего наблюдают превосходство архимедовой силы, которая и вызывает движение вверх поплавка 13 вместе со штоком 11 и, значит, запорным клапаном 7. Происходит резкое уменьшение (практически до нуля) силы давления на клапан 7, в результате поплавок 13 упирается в желоб 10, возвращая его практически в горизонтальное положение. При этом под напором непрерывно поступающей по патрубку 9 жидкости желоб 10 совершает наклон вправо над полостью 4. При этом шток 12 совершает движение вниз и запорный клапан 8 плотно перекрывает выходной патрубок 6. Происходит наполнение жидкостью той полости, в сторону которой теперь наклонился желоб 10. По мере наполнения полости 4 столб жидкости давит на клапан 8 и сильнее прижимает его к выходному патрубку 6.
При этом, совершившие движение вверх шток 11 и запорный клапан 7 обеспечивают отток жидкости из полости 3 по патрубку 5. Благодаря тому, что нижняя часть полости 3 выполнена с плавным сужением к выходному патрубку 5 обеспечивается полное опорожение полости 3 при открытом клапане 7.
Когда уровень жидкости, непрерывно поступающей в полость 4, дойдет до поплавка 14, появляется архимедова сила, направленная вверх. С этого момента архимедова сила растет быстрее, чем направленная вниз сила давления столба жидкости, так как площадь поперечного сечения поплавка 14, согласно полезной модели, превышает площадь клапана 8. Как только уровень жидкости в полости 4 достигнет верхней части поплавка 14, указанные две противоположно направленные силы сравняются, после чего наблюдают превосходство архимедовой силы, которая и вызывает движение вверх поплавка 14 вместе со штоком 12 и, значит, запорным клапаном 8. Происходит резкое уменьшение (практически до нуля) силы давления на клапан 8, в результате поплавок 14 упирается в желоб 10, возвращая его практически в горизонтальное положение. При этом под напором жидкости, непрерывно поступающей по патрубку 9, желоб 10 совершает наклон влево над полостью 3. Далее цикл повторяется.
Зная объем жидкости к моменту переключения клапанов /этот объем подвергать калибровке/ и время наполнения каждой полости измерительной емкости 1, вычисляют расход непрерывного потока жидкости.
Заявляемый расходомер позволяет контролировать с незначительной погрешностью объем проточной жидкости без каких-либо энергетических затрат, конструкция расходомера проста и надежна.