Вихоровий витратомір

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения расхода жидких и газообразных сред, и может быть применено в нефтяной, газовой и энергетической промышленности. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе перпендикулярно его оси тело обтекания, содержащее внутри индуктивный узел съема сигнала и цилиндрическую камеру, сообщающуюся двумя каналами, выведенными на противоположные стороны тела обтекания с областью вихреобразования, при этом один из каналов в теле обтекания сообщен с цилиндрической камерой через кольцевую камеру, расположенную концентрично цилиндрической камере и отделенную от нее перегородкой с прорезями, выполненными симметрично относительно этого канала, а в цилиндрической камере свободно размещен чувствительный элемент, выполненный в виде тонкого диска. Прорези выполнены по всей высоте перегородки. Чувствительный элемент, выполненный в виде тонкого диска, имеет плоскую форму и плоской частью обращен в сторону индуктивного узла схема сигнала. Из цилиндрической камеры через прорези в перегородке в кольцевую камеру свободно проходит жидкость в момент нахождения диска в положении, соответствующем минимальному его расхождению от индуктивного узла съема сигнала [1]. Недостатками прототипа являются пониженные порог чувствительности и точность регистрации движения жидкости по трубопроводу, поскольку через прорези в перегородке жидкость свободно протекает в кольцевую камеру, отдавая лишь часть своей энергии движения чувствительному элементу, а большая часть энергии жидкости "уходит" вместе с протекающей жидкостью в кольцевую камеру. Кроме того, через цилиндрическую камеру осуществляется свободное движение жидкости, что способствует попаданию в нее различных примесей, содержащихся в жидкости, и засорению камеры. Последующее промывание камеры не исключает временных погрешностей в работе, снижающих точность расходомера. Кроме того, при увеличении вязкости измеряемой среды или наличии в ней клейких веществ диск в крайнем положении, соответствующем минимальному его расхождению с индуктивным узлом съема сигнала, "прилипает" к поверхности металла и из этого положения поток жидкости, направляющийся через прорези в перегородке в цилиндрическую камеру, не всегда перебрасывает его в противоположное положение, в результате возникают пропуски импульсов, вызывающие снижение точности измерений. Такое выполнение известного вихревого расходомера сужает область его применения. Своевременность необходимости совершенствования вихревого расходомера подтверждается широкой потребностью промышленности в точных и надежных измерительных приборах, например, для дозирования нефтепродуктов, теплоносителя при отоплении помещений и других жидкостей и газов. Повышение точности измерений и чувствительности расходомера позволит, по сравнению с существующими конструкциями, расширить их область применения. Известным вихревым расходомером невозможно решить задачу, поставленную в заявляемом изобретении, так как, благодаря выполнению прорезей в перегородке на всю ее высоту, а придание чувствительному элементу плоской формы, жидкость свободно проходит из цилиндрической камеры через прорези в перегородке в кольцевую камеру, отдавая лишь часть энергии чувствительному элементу. Кроме того, свободное движение жидкости способствует засорению цилиндрической камеры. Задачей изобретения является усовершенствование вихревого расходомера, в котором путем изменения формы узла, разделяющего цилиндрическую и кольцевую камеры, за счет увеличения доли энергии жидкости, движущейся по цилиндрической камере, передаваемой чувствительному элементу, из-за ограничения протекания ее через прорези в перегородке в кольцевую камеру, обеспечивается повышение порога чувствительности и точности регистрации движения жидкости по трубопроводу, что расширяет область его применения. Поставленная задача решается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное внутри полого цилиндра перпендикулярно его оси тело обтекания, содержащее внутри индуктивный узел и цилиндрическую камеру, сообщающуюся двумя каналами, выведенными на противоположные стороны тела обтекания с областью вихреобразования, при этом один из каналов в теле обтекания сообщен с цилиндрической камерой через кольцевую камеру, расположенную концентрично цилиндрической камере и отделенную от нее перегородкой с прорезями, выполненными симметрично относительно этого канала, а в цилиндрической камере свободно размещен чувствительный элемент, согласно изобретению прорези в перегородке выполнены на половину ее высоты, а чувствительный элемент имеет тарельчатую форму и выпуклой частью обращен в сторону индуктивного узла съема сигнала, при этом края чувствительного элемента загнуты. Существенными признаками в данном изобретении являются: - тело обтекания; - размещение тела обтекания в трубопроводе перпендикулярно его оси; - индуктивный узел, - цилиндрическая камера; - размещение индуктивного узла съема сигнала и цилиндрической камеры внутри тела обтекания; - сообщение цилиндрической камеры двумя каналами, выведенными на противоположные стороны тела обтекания с областью вихреобразования; - один из каналов в теле обтекания сообщен с цилиндрической камерой через кольцевую камеру; - кольцевая камера расположена концентрично цилиндрической камере; - перегородка с прорезями; - прорези выполнены симметрично относительно канала; - прорези выполнены на половину высоты перегородки; - кольцевая камера отделена от цилиндрической камеры перегородкой с прорезями; - чувствительный элемент; - чувствительный элемент выполнен в виде тонкого диска; - чувствительный элемент свободно размещен в цилиндрической камере; - чувствительный элемент, выполненный в виде тонкого диска, имеет тарельчатую форму; - чувствительный элемент выпуклой частью обращен в сторону индуктивного узла съема сигнала; - края чувствительного элемента, выполненного в виде диска, загнуты с возможностью обеспечения перекрытия прохода из прорезей в перегородке в кольцевую камеру в момент нахождения диска в положении, соответствующем минимальному его расхождению от индуктивного узла съема сигнала. Новыми существенными признаками являются: - выполнение прорезей в перегородке на половину ее высоты; - чувствительный элемент, выполненный в виде тонкого диска, имеет тарельчатую форму; - чувствительный элемент выпуклой частью обращен в сторону индуктивного узла съема сигнала; - края чувствительного элемента, выполненного в виде диска, загнуты с возможностью обеспечения перекрытия прохода из прорезей в перегородке в кольцевую камеру в момент нахождения диска в положении, соответствующем минимальному его расхождению от индуктивного узла съема сигнала. Все новые существенные признаки являются необходимыми и достаточными во всех случаях выполнения вихревого расходомера для решения представленной задачи. Благодаря выполнению прорезей на половину высоты перегородки и приданию тонкому диску тарельчатой формы/и расположению его выпуклой частью в сторону индуктивного узла, а также степени загиба его краев таким образом, что в момент нахождения диска в положении, соответствующем минимальному его расхождению от узла съема сигнала, края диска перекрывают проход из прорезей в перегородке в кольцевую камеру, - проявляются два новых существенных явления: во-первых, свободное движение жидкости через цилиндрическую камеру настолько ограничивается, что можно говорить о его отсутствии. Возвратно поступательное движение осуществляет маленькая порция жидкости, окружающая диск, что, в свою очередь, позволяет получить два положительных эффекта - исключается засорение цилиндрической камеры (через нее нет сквозного движения, а потому туда не заносятся твердые частицы), кроме того, даже при слабом вихреобразовании вся энергия жидкости, окружающей диск, затрачивается на то, чтобы попеременно прижимать его то в одно, то в другое крайнее положение, тогда как при свободном протекании через цилиндрическую камеру большая часть энергии жидкости "уходит" вместе с протекающей жидкостью; во-вторых, в случае "прилипания" диска в положении, соответствующем минимальному его расхождению от узла съема сигнала, жидкость, движущаяся через прорези в цилиндрическую камеру, отмывает загнутые края диска, отрывает его, перебрасывая в противоположное положение. Исключение свободного протекания жидкости через цилиндрическую камеру позволяет повысить чувствительность и точность работы прибора. Благодаря совокупности перечисленных выше известных и новых существенных признаков стало возможным увеличить долю энергии жидкости, попадающей в цилиндрическую камеру, передаваемой чувствительному элементу за счет ограничения протекания ее через прорези в перегородке в кольцевую камеру, что позволяет повысить порог чувствительности и точность регистрации движения жидкости по трубопроводу. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид расходомера в поперечном сечении измерительного участка трубопровода; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. Вихревой расходомер, размещенный на участке трубопровода 1. содержит реле 2 обтекания, установленное перпендикулярно оси трубопровода. Тело 2 обтекания выполнено в виде треугольной, прямоугольной призмы или цилиндра. Внутри тела 2 обтекания выполнены каналы 3, сообщающие область вихреобразования трубопровода с цилиндрической камерой 4, с одной стороны, через кольцевую камеру 5 и прорези 6 в перегородке 7, а с другой стороны через сменный вкладыш 8. Прорези 6 выполнены на половину высоты перегородки 7 симметрично оси одного из каналов 3 и перпендикулярны этой оси. Перегородки 7 выполнены в сменном вкладыше 8. В цилиндрической камере 4 расположен чувствительный элемент, выполненный в виде свободно расположенного тонкого диска 9 тарельчатой формы. Диск 9 тарельчатой формы выпуклой частью обращен в сторону индуктивного узла 10 съема сигнала, выполненного в виде катушки индуктивности, расположенной в теле 2 обтекания. Вихревой расходомер работает следующим образом. При движении измеряемой среды в участке трубопровода 1 происходит периодический вихревой срыв потока с тела 2 обтекания и возникает, так называемая, дорожка Кармана. Чередование вихрей с одной стороны и с другой стороны обтекателя вызывает знакопеременное давление измеряемой среды на его боковых гранях. Частота пульсирующего давления пропорциональна величине протекающего объемного расхода. Пульсирующее давление вызывает пульсирующее движение измеряемой среды в каналах 3 тела 2 обтекания. Предположим, что на фиг.1 мы видим в разрезе лобовую часть тела 2 обтекания, встречающую поток измеряемой среды, и в рассматриваемый момент времени срыв вихря происходит справа от тела 2 обтекания. Это вызывает местное повышение давления и проникновение измеряемой среды справа в канал 3, выполненный в теле 2 обтекания и сменном вкладыше 8 и по нему в кольцевую камеру 5. Измеряемая среда увлекает в движение тонкий диск 9 тарельчатой формы, прижимая его к торцовой стенке (ударяя о стенку) цилиндрической камеры 4 в положение, соответствующее минимальному расхождению тонкого диска 9 тарельчатой формы с индуктивным узлом съема сигнала 10, который и регистрирует этот момент как сигнал о прохождении вихря измеряемой среды справа. Тарельчатая форма тонкого диска, его ориентация выпуклой частью в сторону индуктивного узла 10 съема сигнала, выполнение прорезей 6 на половину высоты перегородки 7, отделяющую цилиндрическую камеру 4 от кольцевой камеры 5, перекрытие загнутыми краями тонкого диска 9 тарельчатой формы прорезей в перегородке 7 в момент нахождения его в положении минимального расхождения от индуктивного угла 10 съема сигнала ограничивают прохождение измеряемой среды из цилиндрической камеры 4 в кольцевую камеру 5 и по этой причине измеряемая среда почти всю свою энергию отдает на прижатие (удар)тонкого диска 9 тарельчатой формы к торцовой стенке цилиндрической камеры, в результате даже при малой скорости движения измеряемой среды, слабом вихреобразовании и малом перепаде давления тонкий диск 9 к торцовой стенке прижимается (ударяет по ней), что фиксируется индуктивным углом 10 съема сигнала. В следующий момент, после прохождения очередной порции измеряемой среды происходит срыв вихря слева от тела 2 обтекания, местное повышение давления и проникновение измеряемой среды через канал 3, кольцевую камеру 5 и прорези 6 в перегородке 7 в цилиндрическую камеру 4, При этом измеряемая среда, захватывая загнутые края тонкого диска 9 тарельчатой формы, перемещает его и прижимает к противоположной торцовой стенке цилиндрической камеры 4 и, поскольку тонкий диск 9 перекрывает собой канал 3 во временном вкладыше 8, вся энергия движения измеряемой среды расходуется на это фиксированное прижатие. При последующем протекании порции измеряемой среды мимо тела 2 обтекания происходит очередной срыв вихря справа, повторяется движение измеряемой среды по каналу 3 во временном вкладыше 8, заканчивающееся четкой фиксацией индуктивным узлом 10 объема сигнала удара тонкого диска 9 тарельчатой формы о торцовую стенку цилиндрической камеры 4. Вероятность засорения цилиндрической камеры 4 и, таким образом, снижения точности уменьшается ввиду ограничения движения сквозь нее измеряемой среды, которая совершает лишь возвратно-поступательное движение. По этой же причине увеличивается чувствительность прибора, поскольку вся энергия возвратно-поступательного движения затрачивается на перемещение диска из одного положения в другое. Таким образом, достигается поставленная в изобретении задача усовершенствования вихревого расходомера, расширения области его применения, повышения порога его чувствительности и точности регистрации движения измеряемой среды по трубопроводу, путем увеличения доли энергии измеряемой среды движущейся по цилиндрической камере, передаваемой чувствительному элементу, за счет ограничения протекания ее через прорези б в перегородке 7 в кольцевую камеру 5, что обеспечивается новыми конструктивными признаками - приданием тонкому диску 9 тарельчатой формы, расположением его выпуклой частью в сторону индуктивного узла 10 съема сигнала и выполнением прорезей, в перегородке 7 на половину ее высоты. Следовательно, предложенный вихревой расходомер возможно использовать для учета расхода жидкостей и газов, при этом повышается его чувствительность и точность в работе. Проверку работоспособности предложенного расходомера и прототипа осуществляли на предприятии КМАвзрывпром. Он был смонтирован на выходном трубопроводе из емкости накопителя жидкого растворарасплава аммиачной селитры, с целью учета его расхода при отгрузке в автоцистерны, направляющиеся в карьер для изготовления на взрывном блоке растворонаполненных ВВ. Измеряемая среда (раствор-расплав аммиачной селитры) содержит 0.5-1,0: % загустителя (например, полиакриламида), предотвращающего растворение аммиачной селитры в обводненных взрывных скважинах. Все загустители обладают клеящими свойствами. Расходомер-прототип постоянно показывал занижение отгруженных из мерной емкости объемов раствора-расплава аммиачной селитры. Кроме того, наблюдалась некоторая нестабильная цикличность занижения его показаний. Например, первоначально погрешность была значительной, затем она резко возрастала, достигая 10%, затем опять становилась незначительной, но все время в меньшую сторону. В одном из случаев возрастания погрешности измерения прибор был демонтирован и разобран. В цилиндрической камере был обнаружен сгусток лолиакриламида, ограничивающий движение диска. Следует понимать, что при последующем вымывании его из цилиндрической камеры точность прибора возрастает. Вызывается это отрицательное явление тем обстоятельством, что расходомер-прототип конструктивно изготовлен таким образом, что жидкость помимо возвратно-поступательного движения совершает сквозное движение, через цилиндрическую, кольцевую камеры и прорези, но лишь в одном направлении, именно из цилиндрической камеры к прорезям в перегородках, поскольку при возвратном движении жидкости диск перекрывает канал 3 во вкладыше. Такое одностороннее движение жидкости "засасывает" через каналы 3 в цилиндрическую камеру различные частицы, содержащиеся в измеряемой среде, засоряющие на время цилиндрическую камеру и снижающие точность измерений. В таблице представлены усредненные результаты испытаний предлагаемого расходомера и прототипа, свидетельствующие, что с увеличением процентного содержания примесей в измеряемой жидкости точность измерений расходомером-прототипом снижается. Особенно сильно это сказывается при уменьшенных скоростях ее движения, тогда как заявляемый расходомер в этих условиях работал без сбоев. Преимущества предложенного вихревого расходомера заключаются в том, что при использовании изобретения повышается его порог чувствительности и точность регистрации движения жидкости по трубопроводу за счет ограничения протекания жидкости через прорези в перегородке в кольцевую камеру путем увеличения доли энергии жидкости, движущейся по цилиндрической камере, передаваемой чувствительному элементу. Указанные преимущества расширяют его область применения на больший диапазон скоростей движения жидкости. Предлагаемый вихревой расходомер надежен в работе и долговечен, поскольку не содержит вращающихся частей, кроме того, в нем упрощена проверка его точности, которая осуществляется без его полного демонтажа измерением степени износа тела обтекания потоком жидкости после длительного срока эксплуатации, а также он имеет большую чувствительность и точность измерения. Для его изготовления используют обычную и частично нержавеющую сталь, а также новое металлообрабатывающее оборудование.