ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКА В СИСТЕМАХ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к устройствам формирования потока и генерации вихревых жгутов, образующие дорожку Кармана в системах измерения расхода жидких и газообразных сред в трубопроводе. Предлагаемое устройство может быть использовано при создании расходомера вихревого типа.
Известна конструкция вихревого расходомера (патент РФ на изобретение RU 2219501 C2, G01F 1/32, опубл. 20.12.2003), содержащего измерительный преобразователь, вихрегенератор, выполненный в виде корпуса с циркуляционным каналом для текучей среды, в котором размещено вихрегенерирующее тело, и принадлежащий ему датчик сигнала.
Недостатком данной конструкции является недостаточная стабильность генерации вихревых жгутов от отдельного вихрегенератора.
Наиболее близким техническим решением является конструкция устройства для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред в трубопроводе (патент на изобретение RU 2465556 C2, G01F 1/32, опубл. 27.10.2012), содержащее корпус с циркуляционным каналом прямоугольного сечения для текучей среды, снабженный вихрегенерирующим телом обтекания треугольного сечения, расположенного перпендикулярно каналу.
Недостатком данной схемы является невозможность подсоединения устройства к круглым трубам без надлежащих переходников; относительно большой продольный габарит прямоугольного канала, требующий излишнего материала при изготовлении; отсутствие радиусов скругления в прямоугольном канале, удорожающее технологию производство проточной части; относительно малое расстояние между передней кромкой и генерирующим телом, влияющее на стабильность образования вихрей;
Технической задачей предлагаемого технического решения является сохранение стабильности генерации вихревых жгутов при встройке корпуса проточной части с прямоугольным циркуляционным каналом, содержащим тело обтекания, генерирующее вихревые жгуты при его обтекании потоком, в трубопровод круглого сечения и расширение диапазона стабильной генерации вихрей в области как больших, так малых чисел Рейнольдса.
К
ВХ
ВЫХ
К
ВХ
К
ВЫХ
К
Технический результат достигается тем, что в корпусе проточной части, включающей входной и выходной участки, расположен прямоугольный циркуляционный канал с вихрегенерирущим телом обтекания, согласно полезной модели, входной и выходной участки выполненные в виде конфузора и диффузора соответственно, с круглым сечением проточной части на входе в диффузор с одной стороны и сечением в виде прямоугольника со скругленными углами с другой стороны в случае диффузора, и с сечением входа в конфузор в виде прямоугольника со скругленными углами с одной стороны и с круглым сечением проточной части на выходе с другой стороны в случае конфузора. Прямоугольный циркуляционный канал, находящийся между входной и выходной частями, представляет собой канал прямоугольного сечения со скругленными углами и содержит вихрегенерирующее тело обтекания. Параметры проточной части должны удовлетворять следующим соотношениям: длина прямоугольного циркуляционного канала - L=(8-9)b; ширина канала - W=(4-6)b; высота - H=(3-6)b; расстояние до передней кромки - x=(1,5-2)b; длина входного участка - L=(0,2-5)b; длина выходного участка - L=(0,2-5)b; наименьшая площадь сечения канала в районе тела обтекания - S; площадь круглого входного сечения - S=(0,9-1,2)S; площадь круглого выходного сечения - S=(0,9-1,2)S; радиус скругления канала - R=(0,1-0,5)b, где b - ширина вихрегенерирующего тела обтекания.
К
ВХ
ВЫХ
К
ВХ
К
ВЫХ
К
Предлагаемое техническое решение позволяет сохранить стабильность генерации вихревых жгутов в области как больших, так малых чисел Рейнольдса при встройке корпуса проточной части прямоугольного циркуляционного канала с вихрегенерирующим телом обтекания к трубам круглого сечения, за счет выполнения участка входа в циркуляционный канал с вихрегенерирующим телом обтекания в виде диффузора с круглым сечением входа и выхода в виде прямоугольного сечения со скругленными углами, а участка выхода из канала в виде конфузора с сечением входа в виде прямоугольного канала со скругленными углами и с круглым сечением выхода для дальнейшего подсоединения к круглым трубам; расширить диапазон стабильной генерации вихрей, за счет соответствующего расположения вихрегенерирующего тела обтекания в циркуляционном канале, а также за счет соответствующих продольных габаритов входного диффузора и выходного конфузора и остальных параметров проточной части, которые должны находится в следующих диапазонах: длина прямоугольного циркуляционного канала - L=(8-9)b; ширина канала - W=(4-6)b; высота - H=(3-6)b; расстояние до передней кромки - x=(1,5-2)b; длина входного участка - L=(0,2-5)b; длина выходного участка - L=(0,2-5)b; наименьшая площадь сечения канала в районе тела обтекания - S; площадь круглого входного сечения - S=(0,9-1,2)S; площадь круглого выходного сечения - S=(0,9-1,2)S; радиус округления канала - R=(0,1-0,5)b, где b - ширина вихрегенерирующего тела обтекания.
Техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема проточной части в разрезе, предназначенной для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред, а на фиг. 2, фиг. 3 представлены продольный и поперечный разрезы проточной части соответственно.
Проточная часть (фиг. 1), встраивающаяся в трубопровод круглого сечения и состоящая из входного диффузора 1, прямоугольного циркуляционного канала 2 и выходного конфузора 3, образует канал для генерации вихревых жгутов 4. Входной диффузор 1 имеет круглое сечение входа 5 в проточную часть, а выход 6 из диффузора имеет прямоугольное сечение со скругленными углами 7. Прямоугольный циркуляционный канал 2 содержит вихрегенерирующее тело обтекания 8, выполненное в виде треугольной призы, обращенное гранью 9 к набегающему потоку 10, расположенное перпендикулярно стенкам по центру прямоугольного канала относительно верхней 11 и нижней 12 стенок канала. Выходной конфузор 3 имеет прямоугольное со скругленными углами 7 сечение входа 13, а выход 14 из конфузора имеет круглое сечение для дальнейшего подсоединения к проточной части круглой трубы.
г
Поток жидкого или газообразного компонента из круглого трубопровода (не показано на фиг.) через круглое сечение входного диффузора поступает в циркуляционный канал прямоугольного сечения со скругленными углами и попадает на расположенное вихрегенерирующее тело обтекания треугольного сечения, расположенное перпендикулярно стенкам по центру канала, относительно верхней и нижней стенок, обращенное гранью к набегающему потоку. Поток компонента, прошедший вихрегенерирующее тело обтекания образует систему вихревых жгутов, называемой дорожкой Кармана. Стабильность генерации вихрей Кармана для данной конструкции проточной части является сложной функцией, зависящей от геометрических параметров проточной части, свойств среды и режима течения, характеризующегося критериальным числом Рейнольдса -  где v - скорость в канале, D - характерный диаметр, v - кинематическая вязкость.
К
ВХ
ВЫХ
К
ВХ
К
ВЫХ
К
Для обеспечения стабильной генерации вихревых жгутов в области как больших, так малых чисел Рейнольдса, геометрические параметры проточной части, должны находится в следующих диапазонах: длина прямоугольного циркуляционного канала - L=(8-9)b; ширина канала - W=(4-6)b; высота - H=(3-6)b; расстояние до передней кромки - x=(1,5-2)b; длина входного участка - L=(0,2-5)b; длина выходного участка - L=(0,2-5)b; наименьшая площадь сечения канала в районе тела обтекания - S; площадь круглого входного сечения - S=(0,9-1,2)S; площадь круглого выходного сечения - S=(0,9-1,2) S; радиус скругления канала - R=(0,1-0,5)b, где b - ширина вихрегенерирующего тела обтекания.
К
ВХ
ВЫХ
К
ВХ
ВЫХ
Однозначный подбор геометрических параметров таких, как b, L, W, H, x, L, L, S, S, S, R зависит от свойств текучей среды, режима течения компонента и обеспечивает стабильную генерацию вихревых жгутов и образование дорожки Кармана.
К
ВХ
ВЫХ
К
ВХ
К
ВЫХ
К
С помощью предлагаемой проточной части решена поставленная задача по сохранению стабильности генерации вихревых жгутов в области как больших, так малых чисел Рейнольдса при встройке прямоугольного циркуляционного канала с генерирующим телом обтекания в трубопровод круглого сечения при, за счет выполнения участка входа в циркуляционный канал с вихрегенерирующим телом обтекания в виде диффузора с круглым сечением входа и выхода в виде прямоугольного сечения со скругленными углами, а участка выхода из прямоугольного циркуляционного канала в виде конфузора с сечением входа в виде прямоугольного сечения со скругленными углами и с круглым сечением выхода; по расширению диапазона стабильной генерации вихрей, за счет соответствующего расположения вихрегенерирующего тела обтекания в прямоугольном циркуляционном канале, а также за счет соответствующих продольных габаритов входного диффузора и выходного конфузора и остальных параметров проточной части, которые должны находится в следующих диапазонах: длина прямоугольного циркуляционного канала - L=(8-9)b; ширина канала - W=(4-6)b; высота - H=(3-6)b; расстояние до передней кромки - x=(1,5-2)b; длина входного участка - L=(0>2-5)b; длина выходного участка - L=(0,2-5)b; наименьшая площадь сечения канала в районе тела обтекания - S; площадь круглого входного сечения - S=(0,9-1,2)S; площадь круглого выходного сечения - S=(0,9-1,2)S; радиус скругления канала - R=(0,1-0,5)b, где b - ширина вихрегенерирующего тела обтекания.