МИШЕННЫЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к измерению объема жидкостей путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, и касается устройства для измерения расхода жидкости.
Предлагаемый расходомер относится к измерительной технике, в частности, к измерению расхода жидкости в трубопроводах и может найти применение в различных областях промышленности.
Известен мишенный волоконно-оптический расходомер (патент CN 101629836, 20.01.2010), устанавливаемый в трубопроводе таким образом, что текущая в нем жидкость оказывает силовое воздействие на поставленное поперек потока препятствие (мишень в виде диска). Смещение мишени регистрируется волоконно-оптическим датчиком перемещений, сигнал которого служит показателем величины расхода жидкости. Недостатком этого устройства является сложность юстировки волоконно-оптического датчика и малая надежность работы в типичных условиях эксплуатации, когда не исключены толчки и вибрации трубопровода.
Известен мишенный измеритель расхода жидкостей (патент US 6253625 B1), состоящий из, помещаемой поперек потока жидкости в трубопроводе, мишени в виде круглого диска, прикрепленного к упругому стержню, противоположный конец которого жестко соединен с крепежным узлом, которым измерительное устройство устанавливается на стенке трубопровода. Стержень имеет утонченную часть, на которой установлены датчики изгибных деформаций стержня. Жидкость обтекает мишень, оказывая силовое воздействие на нее. Стержень изгибается, и измеренные датчиками деформации служат мерой скорости, а, следовательно, и расхода жидкости.
Недостатком этого устройства является то, что датчики и отходящие от них электрические провода находятся в контакте с текущей в трубопроводе жидкостью. Часто это недопустимо. Например, при измерении расходов жидкостей, несущих взвесь твердых частиц, или при измерении расхода агрессивных жидкостей. Тяжелые условия работы расходомеров встречаются при перекачивании придонного ила земснарядами, при закачивании буровых растворов в нефтяные скважины и т.п.
Известен также мишенный расходомер, принятый в качестве прототипа (W.T. Clark, Design and operation of target flowmeters. "Encyclopedia of Fluid Mechanics", vol. I, ed. N.P. Cheremissinoff, 1986, p.p. 1417-1419.), в котором мишень, в качестве которой используется осесимметричное конусоподобное тело, ориентированное основанием конуса против потока жидкости, прикреплена с помощью длинного стержня к тонкостенной трубке, установленной на магистрали так, что она выступает за пределы наружного диаметра трубы. На наружной поверхности тонкостенной трубки установлены тензометрические датчики, которые оказываются таким образом вне потока жидкости. Под действием силы давления потока на мишень тонкостенная трубка изгибается, и деформация трубки, измеренная тензометрическими датчиками, служит мерой скорости потока.
7
Недостатком этого решения является малая прочность тонкостенной трубки на разрыв под действием избыточного давления в магистрали. Этот недостаток становится решающим при измерениях относительно небольших расходов вязких плотных жидкостей, например, при подаче буровых растворов на большие глубины. Требование обеспечения чувствительности датчика (т.е. необходимость использования тонкостенных упругих трубок) входит в противоречие с высоким давлением в магистралях. Поэтому расходомеры мишенного типа с упругими тонкостенными измерительными трубками не применяются для измерения в магистралях с давлением более 10 Па.
Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности мишенного расходомера при измерении расхода вязкой жидкости в трубопроводах высокого давления.
Технический результат достигается тем, что мишенный расходомер, содержит мишень в виде осесимметричного конусообразного тела, ориентированного основанием конуса против потока жидкости, стержень, упругую тонкостенную трубку и тензометрические датчики, при этом, упругая тонкостенная трубка помещена в силовой колпак, основание трубки с помощью сильфона крепится к стенке трубопровода с возможностью свободного перемещения вдоль колпака, а пространство между трубкой и колпаком заполнено вспомогательной жидкостью.
Таким способом тонкостенная трубка разгружается от давления в магистрали.
На Рис. 1 изображена схема мишенного расходомера. Рис. Имеет следующие обозначения: 1 - мишень, 2 - стержень, 3 - сильфон, 4 - основание измерительного узла, 5 - тонкостенная упругая трубка, 6 - силовой колпак, 7 - тензометрические датчики, 8 - вспомогательная жидкость (масло). Элементы 1-7 образуют измерительный узел мишенного расходомера. Отходящие от тензометрических датчиков провода на схеме не показаны.
Предложенный мишенный расходомер работает следующим образом. При подаче жидкости в трубопровод движущаяся жидкость обтекает мишень 1 и действует на нее с силой, направленной вправо. Эта сила передается от мишени 1 стержнем 2 тонкостенной трубке 5 таким образом, что к трубке 5 оказывается приложен изгибающий момент, направленный против часовой стрелки. Тензометрические датчики 7, расположенные на противоположных сторонах трубки 5, регистрируют деформации растяжения и сжатия ее стенки. Сигнал с тензометрических датчиков 7 (например, соединенных в мостовую схему) есть мера расхода жидкости.
Согласно предложенному техническому решению, давление жидкости в магистрали на тонкостенную упругую трубку 5, прикрепленную к основанию 4 измерительного узла, которое свободно скользит вдоль силового колпака 6, уравновешивается давлением вспомогательной жидкости 8 (например, минерального масла), заполняющей пространство между трубкой 5 и силовым колпаком 6. Гибкий сильфон 3 служит для обеспечения небольших осевых перемещений основания 4, которые приводят к выравниванию давления в магистрали и в пространстве под силовым колпаком 6.
7
Благодаря наличию свободно перемещающегося основания 4 и использованию вспомогательной жидкости 8, чувствительный элемент мишенного расходомера трубка 5 - способен работать при давлении в магистрали более 10 Па. Повышение чувствительности мишенного расходомера достигается за счет того, что давления на трубку 5 жидкости в трубопроводе и вспомогательной жидкости 8 уравновешены и трубку 5 можно изготавливать достаточно тонкой, чтобы изгибные деформации надежно регистрировались тензометрическими датчиками 7.