Датчик контроля утечек
LEAK MONITORING SENSOR

Изобретение, датчик контроля утечек (расходомер роторный) относится к устройствам для измерения расхода жидкости путем пропуска ее через измерительные устройства с непрерывным или прерывистым (капельным) потоком жидкости, а конкретно к средствам измерения расхода жидкостей, преимущественно повышенной вязкости и малых расходов.
Известны и широко применяются роторные расходомеры, состоящие из корпуса и ротационного элемента, выполненного, как правило, в виде крыльчатки. Принцип работы расходомеров указанного типа заключается в том, что внутри расходомера организуется поток жидкости с некоторой скоростью, которая приводит во вращение ротационный элемент. Скорость вращения, в свою очередь, регистрируется соответствующим датчиком оборотов.
Известны аналоги – камерные устройства для контроля расхода жидкости, в частности, счетчики с овальными шестернями [П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 1. - 5-e изд. перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2002. - 409 с.: ил., стр. 364]. Данные счетчики также предназначены для малых расходов жидкостей, в том числе и вязких. Однако они обладают значительным сопротивлением (до 500 кПа), кроме того, ввиду сложной геометрии овальных шестерен и высокой точности деталей счетчиков для их изготовления требуется высокоточное специализированное оборудование.
По уровню техники известные расходомеры роторные, относятся к расходомерам с подвижными механическими частями, в частности к проточным устройствам.
Недостаток известных датчиков (расходомеров) заключается в том, что при крайне низких значениях расхода, скорость течения в расходомере приближается к нулю, при этом течение жидкости не способно привести в движение ротационный элемент из-за наличия сил трения - течения, часть утечек протекает мимо, через зазоры между ротационным элементом и корпусом расходомера. Увеличение скорости течения за счет уменьшения размеров расходомеров и уменьшения зазоров также неэффективно, поскольку в этом случае существенно возрастает опасность заклинивания ротационных элементов при попадании твердых частиц в зазоры. Кроме этого, в случае контроля утечек нефти уменьшение размеров расходомера приводит к быстрому запарафиниванию.
Назначение предложенного технического решения – контроль расхода утечек с крайне низкими значениями, например, утечек через торцовые уплотнения центробежных насосов, для которых типичные значения расхода составляют 0,25 л/час и менее. Контроль столь низких значений является существенной технической проблемой. Дополнительной проблемой является возможность наличия в утечке включений в виде твердых частиц.
Техническая задача решается за счет того, что датчик контроля утечек, согласно изобретению, состоит из цилиндрического корпуса, на горизонтальной оси которого в подшипниках установлена крыльчатка с лопастями, образующими каналы, сверху и снизу корпуса расположены соответственно входной и выходной патрубки, с торцов корпуса закреплены внешние боковые крышки, лопасти крыльчатки выполнены с наклоном под углом от 15 до 45 градусов относительно радиального направления, по торцам крыльчатки закреплены внутренние боковые крышки, при этом ось входного патрубка образует с вертикальной осью датчика угол в диапазоне от 5 до 45 градусов, а ось выходного патрубка совпадает с вертикальной осью датчика контроля утечек.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом(фигура).
Датчик контроля утечек (фигура) состоит из крыльчатки 1 с каналами 2, установленной на горизонтальной оси 8 цилиндрического корпуса датчика 3 с входным 4 и выходным 5 патрубками, внешних боковых крышек 6, 7, подшипников 9, 10. Лопасти крыльчатки 1 имеют наклон под углом от 15 до 45 градусов относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения крыльчатки, а каналы крыльчатки с торцов имеют внутренние боковые крышки 11, 12, препятствующие вытеканию утечек из каналов, при этом входной патрубок 4 расположен в верхней половине датчика контроля утечек, ось верхнего патрубка 4 образует с вертикальной осью датчика контроля утечек угол в диапазоне от 5 до 45 градусов, выходной патрубок 5 расположен в нижней части датчика контроля утечек, причем ось выходного патрубка 5 совпадает с вертикальной осью датчика контроля утечек.
Принцип работы предлагаемой конструкции датчика заключается в следующем: измеряемая утечка жидкостипоступает в датчик по входному патрубку 4 и из патрубка 4 в виде капельного или непрерывного (струйного) течения под действием силы тяжести падает в каналы 2 крыльчатки 1. Поскольку каналы 2 закрыты с торцов боковыми крышками 6, 7, а лопасти крыльчатки 1 загнуты в направлении, противоположном вращению, утечка не может самостоятельно вытечь из канала, когда он находится в верхней половины крыльчатки. Таким образом утечка будет накапливаться в канале 2 до тех пор, пока её количество не станет достаточным для проворота крыльчатки. В результате проворота канал 2 с утечкой перемещается в нижнюю половину крыльчатки 1, после чего утечка под действием силы тяжести сливается на дно корпуса 3 датчика, и далее - в выходной патрубок 5. Кроме этого, в результате проворота крыльчатки к входному патрубку 4 перемещается не заполненный канал крыльчатки. Далее процесс повторяется. Таким образом вращение крыльчатки в случае малых расходов утечки осуществляется не непрерывно, а носит периодический характер. Непрерывное вращение крыльчатки может иметь место при повышенном расходе утечки. Вращение крыльчатки фиксируется соединенным с ней датчиком оборотов (на фигуре не показан), который генерирует импульсный сигнал при перемещении лопасти крыльчатки 1 вблизи его чувствительного элемента, а вторичный преобразователь, подсоединенный к датчику оборотов, (на фигуре не показан), производит подсчет количества импульсов в единицу времени (например, в минуту) и формирует соответствующий сигнал.
Существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: входной патрубок 4, расположенный в верхней половине датчика контроля утечек, ось верхнего патрубка 4 образует с вертикальной осью датчика контроля утечек угол в диапазоне от 5 до 45градусов, выходной патрубок 5 расположен в нижней части датчика контроля утечек, а ось выходного патрубка 5 совпадает с вертикальной осью датчика контроля утечек, лопасти крыльчатки 1 имеют наклон в сторону, противоположную направлению вращения крыльчатки под углом от 15 до 45 градусов относительно радиального направления, что улучшает отзывчивость датчика за счет увеличения объема жидкости утечки, помещающейся в отдельно взятом канале крыльчатки, а каналы крыльчатки с торцов имеют внутренние боковые крышки 11, 12, препятствующие вытеканию утечек из каналов 2.
При расположении оси верхнего патрубка 4 под углом меньше 5 градусов к вертикальной оси датчика, утечка при движении в патрубке 4 не образует единую струю и попадает как в каналы правой, так и в каналы левой половины крыльчатки, в результате чего крутящий момент от веса утечек в каналах оказывается недостаточным для приведения крыльчатки во вращение.
При расположении оси верхнего патрубка 4 под углом более 45 градусов, утечки жидкости не попадают в каналы крыльчатки или попадают не в полном объеме, что приводит к некорректной работе датчика.
В связи с тем, что выходной патрубок 5 расположен в нижней части датчика контроля утечек, а ось выходного патрубка 5 совпадает с вертикальной осью датчика контроля утечек, все накопившиеся утечки беспрепятственно удаляются из датчика.
В связи с тем, чтолопасти крыльчатки 1 имеют наклон в сторону, противоположную направлению вращения крыльчатки, а каналы крыльчатки с торцов имеют внутренние боковые крышки, это обеспечивает перенос всех накапливаемых на лопастях крыльчатки утечек к выходному патрубку.
В рассматриваемой конструкции зазоры между крыльчаткой 1 и корпусом 3 не оказывают влияния на процесс работы датчика и могут быть выполнены достаточно большими, чтобы полностью исключить возможность заклинивания.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - обеспечение возможности надежного измерения расхода утечек с крайне низкими значениями, в том числе при наличии в утечке включений в виде твердых частиц.