ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР ГАЗА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред.
Известно устройство измерения струйным расходомером (RU 1295230 А1, 07.03.1987) с недостаточной зоной чувствительности, которая ограничивает зону работоспособности и диапазон измерения. Недостатком известного устройства является существование противоречивых требований и невозможность их преодоления при реализации только одной физикой течения среды при использовании одного струйного генератора. Эти требования сведены к двум параметрам: минимальный измеряемый расход и максимальный допустимый перепад давления на расходомере в максимальной точке диапазона.
Известно устройство измерения расхода текучей среды (RU 2157967 С2, 21.05.1998). Часть потока среды после магистрального расходомера возвращают через вспомогательный расходомер и ограничительный дроссель в магистраль перед насосом и расход на рабочую нагрузку определяют как разность расходов через магистральный и вспомогательный расходомеры. Этот прием позволяет сместить зону измерения магистрального расходомера в необходимый пониженный предел диапазон. Однако, диапазон измерения смещается при наличии линии обратного потока, которая понижает порог чувствительности и вместе с ним снижает верхнюю границу измерения.
Известен измеритель потока среды (RU 2572461 С2, 10.01.2016), принятый за прототип, в котором часть потока возвращают через вспомогательный расходомер в основной канал для понижения порога чувствительности. Недостатком устройства является наличие в схеме измерения дополнительного расходомера. который усложняет процедуру измерения. Дополнительный прибор всегда удорожает эксплуатацию, связанную с его аттестацией, увеличивает комплект оборудования, уменьшает общий ресурс измерителя.
Техническим результатом является расширение диапазона измерения расхода, его разделения на две части с понижением предела измерения в первой части диапазона, не снижая верхнего предела второй части диапазона, упрощения функционального состава.
Технический результат достигается тем, что предложенный турбинный расходомер газа, характеризуется тем, что содержит измерительную трубу с размещенными внутри по потоку в основном канале камерой входа с вентилятором и турбиной, камерой выхода, соединенной каналом реверса с вентилятором и через камеру входа с турбиной, и автоматику вычисления расхода газа, установленную на наружной поверхности измерительной трубы.
На фиг. 1 представлена конструкция модели в продольном разрезе по потоку.
На фиг. 2 приведены статические характеристики модели в координатах частота от расхода среды ƒ=F(Q) на двух участках измерения расхода газа.
Принцип действия турбинного расходомера газа основан на взаимодействии крыльчатки турбинного колеса измерительного преобразователя, установленного в измерительной трубе, с движущимся по нему потоком газа. С помощью крыльчатки осевая скорость потока газа преобразуется в угловую скорость вращения. Скорость вращения крыльчатки пропорциональна объемному расходу газа, а число оборотов крыльчатки - объему газа, прошедшему через измерительный преобразователь.
var
Турбинный расходомер газа (фиг. 1), содержит измерительную трубу 1 с размещенными внутри по потоку в основном канале 2 камерой 3 с вентилятором 4 и байпасом 5, турбиной 6, камерой 7 выхода, соединенной каналом 8 реверса через камеру 3 с входом 9 вентилятора 4, и автоматику вычисления расхода газа 12, состоящей из сумматора 13 - это устройства сравнения сигналов по частоте ƒvar, получаемой от турбины 6, и собственного 13 электрогенератора ƒconst, индикатора 15 расхода Q, 10 - клеммы передачи сигнала Δƒ вентилятору, 11 - клеммы получения сигнала от датчика скорости вращения крыльчатки турбины ƒ.
Для уменьшения гидравлического сопротивления потоку газа вентилятор 4 и турбина 6 заключены в аэродинамические обводы. В модели используются два однотипных воздуходувных устройства 4 и 6 для упрощения эксплуатации.
2
2
2
Весь диапазон измерения (фиг. 2) разделяют на две части - в первой части работает вентилятор 4 с потоком реверса (линия Q), во второй части - вентилятор не работает (выключен), поток реверса отсутствует. При этом в первой части: - увеличивают Q при уменьшении потока Q до согласованного выбранного значения нижнего предела и - уменьшают величину Q до нуля по мере увеличения потока Q до согласованного выбранного значения верхнего предела первой части диапазона.
1
1
2
2
1
2
Линия Q на фиг. 2 характеризует расход Q≅const, измеренный турбиной 6 при работе вентилятора 4, линия Q - изменение расхода Q при подаче в камеру 3 и турбину 6. В этом диапазоне индикатор 15 фиксирует расход газа по формуле Q=Q-Q.
1
2
1
2
1
var
1
2
2
При наличии перепада давления в сети потребления поток основного канала 2 величиной Q в первой части измерения проходит в камеру 3 турбины 6, общую для потока основного канала 2 и потока канала реверса 8, далее через вентилятор 4, турбину 6, байпас 5 и камеру выхода 7 к потребителю. В камере 3 образуется суммарный поток Q за счет присоединения потока реверса Q (Q=Q+Q), величина Q измеряется частотой вращения ƒ турбины 6, которая передается в сумматор 13 электронной автоматики 12 с последующим выводом на индикатор 15. Далее в камере 7 выхода из суммарного потока Q выделяется поток реверса Q и на выход расходомера попадает поток величиной Q к потребителю. Выделение потока реверса Q происходит за счет частичного разрежения в камере 7, образованного тягой газа при вращении вентилятора 4 в той мере, которая определяется величиной разницы частоты ƒvar крыльчатки турбины 6 и заданной электрогенератором 14 частоты ƒconst.
При отсутствии перепада давления в газовой сети турбина 6 измеряет расход только вентилятора 4, который включается в работу приводом по сигналу сумматора 13. Поток вентилятора 4 протекает по кольцу каналов, образованного следующими конструктивными элементами (фиг. 1): камерой 7, каналом 8 реверса потока, вентилятором 4, камерой 3, с распложенным в ней турбиной 6 и вновь камерой 7. При этом частота ƒvar через датчик вращения турбины 6 и клеммы 11 турбины 6 сравнивается по величине с заданной частотой ƒconst электрогенератора 14 автоматики 12 и полученная максимальная разница этих частот Δƒ фиксируется как соответствующая, например нулевому расходу газа (Q=0).
2
1
2
2
2
При возрастании перепада давления и измеряемого расхода Q в сети частота вращения турбины 6 возрастает и по величине ее превышения над заданной частотой электрогенератора Δƒ=ƒvar-ƒconst, сумматор 13 выдает команду на привод вентилятора 4 для снижения расхода Q и поддержания постоянства расхода Q. Изменение величины частоты Δƒ, которая обратно пропорциональна ΔQ, фиксируется в виде суммы индикатором 15, как замеренный расходомером расход газа. При этом полагается, что после процедуры вычитания, тот поток газа на выходе 7, который поступил в нагрузку, соответствует равным по величине потоку, поступившем в основной канал 2 и измерен с некоторой погрешностью ζ, зависимой от стабильности статической характеристики вентилятора «частота-расход» и отрицательной обратной связи в сумматоре 13. При изменении величины потока Q, например, при увеличении, пропорционально уменьшается величина потока реверса Q. Расход Q, развиваемый вентилятором 4, управляется сумматором 11, сравнивающий сигналы.
2
По мере увеличения расхода сети уменьшается до нуля расход Q, развиваемый вентилятором 4, и работа вентилятора прекращается по достижению Δƒ=0, одновременно выключается из работы электрогенератор 14.
2
Во второй части диапазона вентилятор не работает, измерения расхода Q потока основного канала 2 при нулевой величине потока реверса Q измеряют частотой вращения крыльчатки турбины 6, сигнал которой непосредственно проходит через устройство 13 на индикатор 15, фиксируя измеряемый расход во втором диапазоне.
2
2
20
1
1
1
1
Измерительная работа вентилятора 4 и потока реверса Q (фиг. 2, линия Q) начинается с условного нуля, например, назначено Q=20 л/ч (условно ƒ=10 Гц). Величина расхода Q поддерживается постоянной (линия Q) по основному каналу 2 через турбину 6, и равной, например с байпасом 5, примерно 300 л/ч. Поддержание расхода Q=const на выбранном уровне необходимо для отсчета показаний приращения расхода Q, подаваемых на индикатор 13. Таким образом, измерение начинается с произвольно заданной начальной величины Q=20 л/ч, которую можно выбрать и менее, но это определяется порогом чувствительности вентилятора 4. При выбранных начальных условиях расход Q<20 л/ч не измеряется.
Предложенная модель позволяет снизить порог чувствительности расходомера и тем самым расширить диапазон измерения расхода.