RU176077U1

RU176077U1 - Комбинированный расходомер газа

Info

Publication number: RU176077U1
Application number: RU2017129465U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Попов
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2017-12-27

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред. Комбинированный расходомер газа содержит проточную измерительную трубу, в которой расположены внутри основного канала в разделительной камере крыльчатка, управляемая приводом, и струйный генератор с камерой выхода, объединенные между собой обводным каналом через камеру выхода крыльчатки, и автоматику вычисления расхода газа. Технический результат - уменьшение погрешности измерения расхода. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред.

Известен турбинный преобразователь расхода (а.с. SU №1597560), содержащий корпус, внутри которого последовательно расположены входной струенаправляющий аппарат с компенсатором осевого усилия в виде каналов, аксиальная крыльчатка и выходной струенаправляющий аппарат, а также узел съема сигнала. Недостатком такого расходомера является необходимость осевого уравновешивания турбинки в широком диапазоне расходов с установкой струевыпрямителей и увеличение ресурса работы.

Известен турбинный расходомер (RU 2350909, 27.03.2009), принят за прототип, содержащий корпус с измерительным каналом и установленными в нем аксиальной турбинкой, имеющей возможность вращения и осевого перемещения, входным и выходным струевыпрямителями с обтекателями, устройством гидродинамического уравновешивания турбинки, а также узел съема сигнала.

Перечисленные расходомеры имеют существенный признак - осевое силовое уравновешивание турбинки, необходимое для свободного вращения, которое недостаточно надежно обеспечивается различными конструктивными приемами в широком диапазоне расходов, и вследствие этого возникающую погрешность измерения расхода газа.

Техническим результатом предложенного комбинированного расходомера газа является уменьшение погрешности измерения расхода.

Технический результат достигается тем, что предложенный комбинированный расходомер газа по модели характеризуется тем, что содержит проточную измерительную трубу, в которой расположены внутри основного канала в разделительной камере крыльчатка, управляемая приводом, и струйный генератор с камерой выхода, объединенные между собой обводным каналом через камеру выхода крыльчатки, и автоматику вычисления расхода газа.

На фиг. 1 представлена конструкция модели по потоку в продольном разрезе по АБ и в поперечном сечении по СС.

На фиг. 2 приведена статическая характеристика модели в координатах «частота - расход газа» ƒ=F(Q).

Измерение расхода ведется крыльчаткой, силовое уравновешивание которой достигается измерением и поддержанием условного нулевого перепада на крыльчатке, гидравлическое сопротивление которой выше сопротивления струйного генератора в диапазоне измерения.

«Нулевой» перепад на крыльчатке определяется струйным генератором, т.е. струйный генератор работает как нуль-орган (ƒ_СГ=ƒ_{min СГ}) и корректирует своей частотой частоту ƒ_К расхода Q_К, проходящего через крыльчатку.

Принцип действия комбинированного расходомера газа основан на корректировании частоты вращения крыльчатки по показаниям выходной частоты струйного генератора. Взаимодействие струйного течения потока газа обводного канала со стенками плоского струйного элемента (одного или нескольких), входящих в состав струйного генератора, определяет выходную частоту ƒ_СГ струйного генератора. Колебания струи газа, выраженные в частоте колебаний давления, мембранным пневмоэлектропреобразователем преобразуются в частоту электросигналов, пропорциональных объемному расходу газа Q_СГ.

Комбинированный расходомер газа содержит проточную измерительную трубу 1, в которой расположены внутри в основном канале 2 разделительная камера 3, струйный генератор 4 с камерой выхода 5, крыльчатка 6, управляемая приводом 7, камера выхода 8, соединенная обводным каналом 9 с камерой выхода 5 струйного генератора 4, и автоматику 10 вычисления расхода газа, закрепленную на измерительной трубе 1, сигналы которой поступают по точкам связи 11 от струйного генератора 4 к нуль - органу 12 и по точке 13 к приводу 7 крыльчатки 6 через управляющий блок-сумматор 14. Выходной сигнал сумматора 14, фиксирующего измеренный расход газа, передается на индикатор 15.

Для формирования потока и уменьшения гидравлического сопротивления потоку газа струйный генератор 4 и крыльчатка 6 заключены в аэродинамические обтекатели (не обозначены цифрами). Вместе обтекатели представляют собой сужающееся кольцевое сопло, в котором основной поток 2 увеличивает скорость, в камере 3 понижается местный уровень статического давления перед входом в струйный генератор 4 и расход Q_СГ. Сужающееся (конфузорное) кольцевое сопло 10 позволяет увеличить число Рейнольдса Re, характеризующее течение измеряемого потока, и расширяет зону линейной характеристики расходомера с крыльчаткой (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ. Спр. Книга первая \ Политехника. С-П. 2002 г. \ с. 302). Уменьшение Q_СГ улучшает динамику измерения.

Крыльчатка 6 включается потребителем газа по внешней команде кнопкой вкл/выкл на сумматоре 14. При появлении перепада давления в сети потребления газа поток Q из основного канала 2 проходит в разделительную камеру 3 к крыльчатке 6, как поток Q_К(Q_К=Q-Q_СГ) в камеру выхода 8, и одновременно к струйному генератору 4, как поток Q_СГ, в камеру выхода 5 через обводной канал 9 также в камеру выхода 8 и далее, как суммарный поток Q=Q_К+Q_СГ на выход в нагрузку к потребителю.

При увеличении перепада давления на расходомере и расхода Q в сети от набегающего потока возрастает частота вращения крыльчатки 6 (поток Q_К) и перепад давления на ней. Давление в камере 3 всегда больше по величине, чем в камере 8, увеличивается поток Q_СГ, что отражается в увеличенной частоте ƒ_СГ струйного генератора 4.

Величина Q_СГ=Q_minСГ=const измеряется струйным генератором 4, частота колебаний ƒ_СГ которого поддерживается на уровне ƒ_minСГ=const изменением частоты ƒ_К вращения крыльчатки 6. При изменении величины потока Q происходит изменение частоты ƒ_СГ±Δƒ струйного генератора, которая передается в сумматор 14 через нуль-индикатор 12. Сумматор 14 определяет величину отклонения частоты ƒ_СГ струйного генератора в сравнении с назначенной ƒ_{min СГ} в момент измерения частоты ƒ_СГ и расхода Q_К с частотой ƒ_К.

Частота ƒ_minСГ струйного генератора не зависит от частоты изменения расхода Q в диапазоне измерения, получена при тарировании струйного генератора, и ее величина содержится в блоке сумматора 14. Поэтому при определении частоты расхода Q в каждой точке ƒ_i кривой расхода ƒ=F(Q) имеется одна на все точки величина частоты ƒ_minСГ струйного генератора.

При измерении используется компенсационный метод с нулевым перепадом давления. Это позволяет вычислить расход Q в проточной трубе 1 по основному каналу 2 по измеренному расходу Q_К крыльчаткой 6. Применяя компенсационный метод с нулевым перепадом давления, уменьшается погрешность измерения расхода, которая при измерении расхода крыльчаткой, вращающейся только под напором потока Q, всегда выше за счет протечек сквозь турбину и динамических скоростных ошибок при изменении режима течения. В предложенной модели комбинированного расходомера применено устройство нуль-индикатор 12 в виде струйного генератора 4, который показывает расход Q_СГ=Q_minСГ при перепаде давления равным

между камерами 3 и 8.

При изменении величины потока Q, например при увеличении, пропорционально увеличивается величина потока Q_СГ. Чтобы это увеличение Q_СГ привести к Q_minСГ, необходимо подать сигнал на крыльчатку 6 на увеличение ее скорости вращения (частоты ƒ_К), тогда перепад давления между камерами 3 и 8 будет соответствовать нулевому перепаду

в настоящей схеме со струйным генератором и общий расход по трубе 1 вычисляется как Q_i=Q_К+Q_minСГ, по частотному сигналу это будет ƒ_i=ƒ_К+ƒ_minСГ, в т. А (фиг. 2).

Далее по вычисленной частоте ƒ_i для данной точки А индикатором 15 фиксируется как фактически замеренный расходомером расход Q газа. При этом полагается, что после процедуры «сложение» тот поток Q газа на выходе из камеры 8, который поступил в нагрузку, считается равным по величине потоку, поступившему в основной канал 2, и измерен с некоторой погрешностью ζ, зависимой от стабильности статической характеристики крыльчатки «частота - расход» и отрицательной обратной связи в сумматоре 14.

Измерение расхода по основному каналу 2 ведется частотой ƒ_К крыльчатки 6 по показателям ƒ_minСГ струйным генератором 4 в качестве нуль-органа, выполняющего роль обратной связи в контуре «крыльчатка - струйный генератор».

Управление этим контуром можно характеризовать как компенсационный метод измерения расхода с нулевым перепадом давления на элементе измерения 6 (крыльчатке), крыльчатка 4 находится в состоянии управляемого приводом под перепадом давления между камерами 3 и 8, при этом уменьшается погрешность измерения расхода.

Газ, проходящий через крыльчатку, практически не подвержен сжатию. При измерении и вычислении расхода Q перепад давления между камерами 3 и 8 составляет, по нашим оценкам, 0,1 Па, на измерения почти не влияет вязкость, изменение плотности и др.

При уменьшении расхода Q от потребителя в выходной камере увеличивается статическое давление и в силу инерции движения газа по каналу 2 перед крыльчаткой 6. Изменяется расход Q_К, расход Q_СГ, и по сигналу ƒ_СГ от струйного генератора через нуль - индикатор 12 и сумматор 14 подается сигнал на привод 7 крыльчатки 6 на суммирование уже уменьшенных частот, которая приводит к уменьшению ƒ_i=ƒ_К+ƒ_minСГ суммарного расхода Q при измерении. После процедуры вычисления измеренный расход передается на индикатор 15.

Предложенная модель позволяет уменьшить погрешность измерения расхода за счет отсутствия силовой компенсации уравновешивания измерительного элемента.

Claims

Комбинированный расходомер газа характеризуется тем, что содержит проточную измерительную трубу, в которой расположены внутри основного канала в разделительной камере крыльчатка, управляемая приводом, и струйный генератор с камерой выхода, объединенные между собой обводным каналом через камеру выхода крыльчатки, и автоматику вычисления расхода газа.