Регулятор витрати рідини

Реферат: Регулятор витрати рідини містить живлячу місткість, щілину, через яку рідина витікає з живлячої місткості, вимірювальний бункер, перетворювач витрати рідини, систему стабілізації витрати рідини і вимірювальний прилад. Висота вимірювального бункера Нб вибирається відповідно до умови Н б  1,0  1,2  Н е , витратний патрубок, закріплений в нижній зоні вимірювального бункера, розташований під кутом   20  25 до горизонту і має коефіцієнт витрати  , рівний коефіцієнту витрати щілини а , площа поперечного перерізу Sp розвантажувального патрубка вибрана так, щоб при максимальному (чи заданому) значенні рівня рідини в щілині - Hщ. max напірна висота рідини у вимірювальному бункері знаходилася на H с.m ax  10  12  H щ.m ax , для виміру витрати рідини через щілину по дальності струменя відносно горизонталі 0-0 використана вимірювальна система. відмітці польоту  UA 103199 U (54) РЕГУЛЯТОР ВИТРАТИ РІДИНИ UA 103199 U UA 103199 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Пропонована корисна модель належить до вимірювальної і регулюючої техніки і може використовуватися на підприємствах різних галузей промисловості (харчової, будівельної, хімічної та ін.), де вимагається вимірювати і регулювати витрату різних, у тому числі і дисперсних, рідин, витікаючих з приймальних місткостей через пристрої переливань - щілини, вирізані в стінках місткостей. Відомий витратомір змінного рівня рідини, що містить ємність з прямокутним поперечним перерізом, в одній із стінок якої в нижній частині врізаний живлячий патрубок, в протилежній стінці у верхній її частині вирізана щілина і встановлений пристрій переливання, засіб виміру, безперервно фіксуючий рівень рідини в щілині, за величиною якого визначається витрата рідини, витікаючої з щілини, і що направляється пристроєм переливання в технологічний об'єкт. Цей витратомір може також використовуватися як регулятор витрати, якщо в корпус засобу виміру вбудований регулюючий блок. [1]. Перевагою цього витратоміра - регулятора є можливість використання на будь-яких рідинах, у тому числі на дисперсних, наприклад пульпах і суспензіях. Недоліком цього витратоміра (з функціями регулятора) є значна погрішність виміру, залежна не лише від рівня рідини в щілині (і отже, в місткості), але від щільності рідини, а також неможливість виміру об'ємної витрати рідини. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є вибраний як прототип регулятор рівня рідини, що складається з двох сполучених опорними планками бункерів із стічними патрубками і прямокутними щілинами рівних площ, але різних висот, середини яких розташовані на одній горизонталі, з дотриманням герметичності закріплених на корпусі приймальної місткості, вагового пристрою, датчика вихідного сигналу, системи регулювання і показуючого приладу [2]. Перевагою прототипу є: можливість використання на дисперсних - багатофазних рідинах (пульпах і суспензіях); висока чутливість до зміни витрати (і рівня) рідини за рахунок використання принципу порівняння швидкостей її руху через щілини рівних площ, але різних висот, середини яких розташовані на одній горизонталі у момент рівності вказаних швидкостей; можливість виміру і регулювання витрати і (рівня) рідини за значенням рівнів (чи швидкостей рідини) в щілинах, коли через щілини, що мають різні ширину і висоту і середини яких розташовані на одній горизонталі, витікають рівні об'єми досліджуваної рідини. До недоліків прототипу належать: 1) необхідність використання двох щілин при виконанні умови, що при певному (чи заданому) рівні рідини в приймальній місткості через щілини витікають рівні об'єми рідини; 2) не унеможливлюється (особливо на багатофазних рідинах з дрібнодисперсною твердою фазою) неспівпадання фізичних властивостей об'ємів рідини, витікаючих з щілин; 3) значні габарити чутливого елемента і системи відведення рідини з щілин. Задачею корисної моделі є усунення недоліків прототипу при збереженні його переваг (використання принципу порівняння в процесі виміру і регулювання витрати, висока чутливість до зміни рівня в приймальній місткості). Вказана задача вирішується за рахунок того, що прототип містить два сполучені опорними планками бункери із стічними патрубками і прямокутними, розташованими на деякій відстані один від одного, щілинами рівних площ, але різних висот, середини яких знаходяться на одній горизонталі, закріплених з дотриманням герметичності на корпусі приймальної місткості, ваговий пристрій, датчик вихідного сигналу, систему регулювання і показуючий прилад, що приводить до складності конструкції, не виключає нерівності фізичної властивості рідини, витікаючої з щілини, до появи додаткової погрішності, а відповідно до корисної моделі регулятор містить один вимірювальний бункер, висота вимірювального бункера Нб вибирається відповідно 50 до умови Нб  10  12Не , , , витратний патрубок, закріплений в нижній зоні вимірювального бункера, розташований під кутом   20  25 до горизонту і має коефіцієнт  витрати  , рівний коефіцієнту витрати щілини а , площа поперечного перерізу Sp розвантажувального патрубку вибрана так, щоб при максимальному (чи заданому) значенні рівня рідини в щілині - Hщ.max напірна висота рідини у вимірювальному бункері знаходилася на 55 відмітці Hс.max  10  12Hщ.max , для виміру витрати рідини через щілину по дальності  польоту струменя відносно горизонталі 0-0 використана вимірювальна система, що складається з диференціального фотоелектричного перетворювача, центр якого розташований на відстані  по горизонталі і на відстані h по вертикалі від центру розвантажувального патрубка, при цьому 1 UA 103199 U 5 10 15 20 25 30 35 40 вихід диференціального фотоелектричного перетворювача сполучений з входом мікропроцесорного блока з функціями регулювання, реєстрації і виміру витрати, шкала якого проградуйована в одиницях витрати. Схема пропонованого витратоміру приведена на фіг. 1, на фіг. 2 показаний вигляд по АА. Витратомір містить приймальну місткість 1, живлячий патрубок 2, щілину, що калібрується, 3 шириною B , вимірювальний бункер 5, з витратним патрубком 6, диференціальний фотоелектричний перетворювач 8, джерело спрямованого світла 9, мікропроцесорний блок 10 (з функціями контроль, реєстрація, регулювання), виконавчий механізм 11 і регулюючий орган 12. При цьому живлячий патрубок 2 закріплений в нижній зоні приймальної місткості 1, щілина, що калібрується, вирізана у верхній зоні протилежної (по відношенню до живлячого патрубка) стінки приймальної місткості, витратний патрубок 6 закріплений в донній зоні вимірювального бункера 5, диференціальний фотоелектричний перетворювач (ДФЕП) 8 і джерело його світла розташовані з протилежних сторін струменя 7 рідин, витікаючих з витратного патрубка 6, вихід диференціального фотоелектричного перетворювача сполучений з входом мікропроцесорного блока 10, а вихід мікропроцесорного блока сполучений з виконавчим механізмом 11 регулюючого органа 12. Робота регулятора витрати здійснюється таким чином. Контрольована (досліджувана) рідина подається в приймальну ємність через живлячий патрубок 2 і заповнюється до рівня, при якому висота Hщ рідини в щілині забезпечує задану її витрату, яка повинна підтримувати і вимірювати мікропроцесорний блок 10. На основі розрахунку або експерименту конструктивні параметри щілини 3 (ширина В і висота Н ) вибираються так, щоб при висоті рідини в щілині Hщ забезпечувалася задана її витрата на виході з щілини. Далі вибирають значення h і (з урахуванням забезпечення заданого порогу чутливості регулятора до зміни витрати) на їх перетині встановлюють центр диференціального фотоелектричного перетворювача 8 відносно струменя 7 рідин, що забезпечує рівність нулю його вихідного сигналу, що надходить на вхід мікропроцесорного блока 10. Якщо витрата рідини на виході з щілини 3 не змінюється, то система регулювання знаходиться в рівноважному стан (вихідний сигнал ДФЕП дорівнює 0). При відхиленні рівня Hщ рідини в щілині 3 від заданого значення на H (у велику або меншу сторону) обов'язково змінюється дальність її польоту  , що призводить до виникнення ДФЕП, що відрізняється від 0 вихідного сигналу. При цьому залежно від зменшення або збільшення H фаза сигналу матиме протилежний до зміни H знак. В результаті, якщо H зменшується, то фаза сигналу формуватиме в мікропроцесорному блоці сигнал, що управляє, забезпечує включення виконавчого механізму для додаткового відкриття регулюючого органу і навпаки. Процес регулювання здійснюється до моменту, коли струмінь 7 рідин, витікаючих з витратного патрубка 6, встановиться в положення, при якому вихідний сигнал ДФЕП стане рівним 0. У мікропроцесорному блоці вбудований вимірювальний прилад, який після запуску системи регулювання може здійснювати автоматичний контроль витрати рідини через щілину. Для мінімізації порогу чутливості регулятора використаний принцип "посилення" чутливості до зміни регульованого параметра, технічна реалізація якого полягає в тому, що рідина, витікаюча з щілини приймальної місткості, спрямовуєтьсяу вимірювальний бункер, в днищі якого встановлений витратний патрубок. При цьому висота вимірювального бункера , , вибирається відповідно до умови Нб 10  11Не , в нижній зоні зливного бункера закріплений під кутом до горизонту витратний патрубок, коефіцієнт витрати якого  дорівнює коефіцієнту 45 витрати щілини а , площа поперечного перерізу Sp розвантажувального патрубка вибрана так, щоб при максимальному значенні рівня рідини над щілиною Hщ.max напірна висота рідини в 50 Hс.max  10  12Hщ.max . зливному бункері знаходилася на відмітці Ефективність (і справедливість) вказаного принципу підтверджується наслідком, витікаючим з рівняння, що характеризує рівність об'ємів рідини в приймальній місткості, що надходить з щілини і витікаючої з розвантажувального патрубка вимірювального бункера. Qщ  щSщ , Qp  pSp , де Qщ - витрата рідини через щілину, Qp - витрата рідини через витратний патрубок Qщ  щBHщ   Qp  pSp  (1) 2 UA 103199 U 3 2  aB 2gHщ 2 Qp   d2 2gH1/ 2 c 4 3 (2) 2  2 aB 2g  d 2g У формулах (1, 2) 3 и 4 величини є постійними, значення a і  рівні по умові, тому витрати рідини через щілину - Qщ і через витратний патрубок - Qp визначаються Qщ  5 відповідно шириною щілини B і діаметром витратного патрубка d . При цьому очевидно, що значення B і d можуть варіюватися в широких межах і вибрані такими, щоб при зміні рівня рідини в щілині - Hщ , наприклад, на 1 см рівень рідини у вимірювальному бункері змінювався на 10 см і більше і, отже, змінювалася пропорційно Hc дальність польоту струменя, за значенням якою визначається витрата рідини Qщ через щілину. Очевидно, що чим ширше щілина при заданому Hщ , і заданій дальності польоту струменя  , тим вище чутливість витратоміру до 10 15 зміни Qщ , визначуваною за значенням  . Але    2h / g  2Hc g  2h / g  4Hch , (3) де h - відстань від центру витратного патрубка 6 до горизонталі 0-0, що обмежує дальність польоту струменя рідини, витікаючої з витратного патрубка 6. У (3) h - величина постійна і вибирається з урахуванням достатньої чутливості витратоміра до зміни дальності польоту струменя 7 рідини, витікаючої з витратного патрубка 6 вимірювального бункера і мінімізації параметрів конструкції витратоміра. Hc - величина змінна і вибирається з метою мінімізації порогу чутливості витратоміра на 20 основі (при вибраній Hc ) відношення B / d , де B - ширина щілини, d - діаметр витратного патрубка 6 вимірювального бункера 5. Очевидно, що чим більше вказане відношення, тим менше поріг чутливості витратоміра до зміни витрати. З формули (3) виходить, що   4Hc  Hc h 25 30 при Hc  f B / d . (4) Значення параметрів B , d , h , і Hc вибираються так, щоб забезпечувався заданий поріг чутливості витратоміра до зміни витрати рідини через щілину (через витратний патрубок зливного бункера) і мінімізувати погрішність регулювання витрати. Таким чином, пропонований щілинний регулятор витрати рідини в порівнянні з прототипом має наступні переваги: 1) має істотно менший поріг чутливості до зміни витрати; 2) забезпечує можливість (відповідно до формули 4) вибору конструктивних параметрів щілини і витратного патрубка, при яких мінімізуються і поріг чутливості, і погрішність виміру регулювання; 3) виключає (внаслідок використання диференціального фотоелектричного перетворювача) залежність результатів виміру і регулювання від супутніх властивостей рідини: прозорості, в'язкості, щільності. 35 40 Джерела інформації: 1. Кулаков Μ.В. Технологічні виміри і прилади для хімічних виробництв: Підручник для внз. 3-е видавництва - М.: Машинобудування, 1983. – с. 182. 2. А.с. СРСР № 220548, G01F 23/00 "Регулятор рівня рідкого середовища". Опуб. 28.6.1968. Бюл. № 20. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Регулятор витрати рідини, що містить живлячу місткість, щілину, через яку рідина витікає з живлячої місткості, вимірювальний бункер, перетворювач витрати рідини, систему стабілізації витрати рідини і вимірювальний прилад, який відрізняється тим, що висота вимірювального бункера Нб вибирається відповідно до умови Н б  1,0  1,2  Н е , витратний патрубок, закріплений в нижній зоні вимірювального бункера, розташований під кутом   20  25 до горизонту і має коефіцієнт витрати  , рівний коефіцієнту витрати щілини а , площа поперечного 3 UA 103199 U перерізу Sp розвантажувального патрубка вибрана так, щоб при максимальному (чи заданому) значенні рівня рідини в щілині - Hщ. max напірна висота рідини у вимірювальному бункері знаходилася на відмітці H с.m ax  10  12  H щ.m ax , для виміру витрати рідини через щілину по 5 дальності  польоту струменя відносно горизонталі 0-0 використана вимірювальна система, що складається з диференціального фотоелектричного перетворювача, центр якого розташований на відстані  по горизонталі і на відстані h по вертикалі від центру розвантажувального патрубка, при цьому вихід диференціального фотоелектричного перетворювача сполучений з входом мікропроцесорного блока з функціями регулювання, реєстрації і виміру витрати, шкала якого проградуйована в одиницях витрати. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4