RU2063614C1

RU2063614C1 - Partial flowmeter

Info

Publication number: RU2063614C1
Application number: RU93054913A
Authority: RU
Inventors: А.И. Попов; А.Н. Климов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Датен"
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: partial flowmeter is meant for technological processes for measurement of flow rate in pipes of small and large diameters. Flowmeter has differential tube with receptacle 1 of pressure, suction nozzle 2 of ejector 3 with mixing chamber 4, valves 9, 10 of differential tube, measurement channel 11, supply channel 12, jet generator 13, discharge channel 14, outlet channels 15 and 16 of jet generator integrated by channel 17, converter 18. EFFECT: enhanced operational reliability. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам измерения расхода с обводным каналом. The invention relates to flow measurement devices with a bypass channel.

Изобретение можно использовать в технологических процессах, где требуется измерение расходов жидких и газовых сред, в частности в энергетике /ТЭЦ, АЭС/, химической, газовой промышленности, где используются трубы малого и большого диаметров. The invention can be used in technological processes where it is necessary to measure the flow rates of liquid and gaseous media, in particular in the power industry / thermal power plants, nuclear power plants /, chemical, gas industry, where pipes of small and large diameters are used.

Известны парциальные расходомеры, измеряющие поток с помощью обводной трубки, которая вводится в контролируемый трубопровод так, что ее переднее отверстие направлено навстречу потоку, а заднее в противоположную сторону. Парциальный поток в обводной трубке используется под влиянием разности динамических давлений у ее концов. Это есть дифференциальная напорная трубка с проточным элементом в нагрузке /1/. Partial flowmeters are known that measure flow using a bypass tube that is introduced into a controlled pipeline so that its front opening is directed toward the flow and the rear opening in the opposite direction. The partial flow in the bypass tube is used under the influence of the difference in dynamic pressures at its ends. This is a differential pressure pipe with a flow element in the load / 1 /.

Недостатком таких устройств является большая вероятность загрязнения обводного канала, изменение условий течения и нарушение пропорциональности расходов в обводном измерительном канале и трубе. The disadvantage of such devices is the high likelihood of contamination of the bypass channel, a change in flow conditions and a violation of the proportionality of the costs in the bypass measuring channel and pipe.

Ближайшим аналогом к изобретению является устройство, в обводном измерительном канале которого расположен струйный генератор с преобразователем колебаний давления в электрический сигнал /2/. The closest analogue to the invention is a device in the bypass measuring channel of which there is a jet generator with a converter of pressure fluctuations into an electrical signal / 2 /.

Недостатком этого известного устройства также является опасность загрязнения измерительного канала, при этом нарушении градуировочной кривой, пропорциональности расходов в контролируемой и обводной трубе и, как следствие, увеличение погрешности измерения расхода в контролируемой трубе, снижение ресурса работы расходомера. A disadvantage of this known device is also the danger of contamination of the measuring channel, with a violation of the calibration curve, the proportionality of the flow rate in the controlled and bypass pipe and, as a result, an increase in the error in measuring the flow rate in the controlled pipe, and a decrease in the life of the flowmeter.

В процессе работы через измерительный канал под действием перепада динамического давления прокачивается в течение всего времени работы расходомера необоротная рабочая среда, полностью заменяющаяся из потока контролируемой трубы, которая постепенно приводит к загрязнению измерительного канала. Кроме того, по мере роста загрязнения измерительного канала уменьшается энергия, отбираемая из контролируемой трубы, что также приводит к искажениям и увеличению погрешности при измерении расхода за счет перераспределения его между измерительным каналом и контролируемой трубой. During operation, a non-circulating working medium is pumped through the measuring channel under the influence of a dynamic pressure drop during the entire operation of the flowmeter, completely replaced from the flow of the controlled pipe, which gradually leads to contamination of the measuring channel. In addition, as the contamination of the measuring channel increases, the energy taken from the controlled pipe decreases, which also leads to distortions and an increase in the error in measuring the flow rate due to its redistribution between the measuring channel and the controlled pipe.

Техническим результатом от использования изобретения является уменьшения загрязнения измерительного канала и погрешности измерения расхода в контролируемой трубе, увеличении надежности измерения, ресурса работы расходомера, увеличение времени постоянного и пропорционального по величине отбора энергии в измерительный канал из контролируемой трубы. The technical result from the use of the invention is to reduce the contamination of the measuring channel and the measurement error of the flow rate in the controlled pipe, increasing the reliability of the measurement, the life of the flowmeter, increasing the time constant and proportional to the amount of energy taken into the measuring channel from the controlled pipe.

Эта задача решается с помощью того, что в парциальном расходомере, содержащем измерительный канал, струйный генератор, дифференциальную напорную трубку, располагаемую в контролируемой трубе, и преобразователь, дифференциальные каналы напорной трубки, своими концами соединенные с измерительным каналом, выполнены в виде эжектора с соплом отсоса, камера смещения которого соединена с приемником напора трубки и каналом питания генератора, сопло отсоса соединено с каналом слива генератора. В частном случае канал дифференциальной напорной трубки, связанной с соплом отсоса, имеет ответвление, выведенное в контролируемую трубу по потоку. В частном случае, сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вниз по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе. В частном случае, сопло отсоса выполнено концентрическим, его внутреннее сопло связано вверх по потоку с приемником напора, внешнее сопло расположено непосредственно в контролируемой трубе. Кроме того, выходы струйного генератора соединены между собой каналом, в котором помещено тело преобразователя. This problem is solved by using the fact that in a partial flow meter containing a measuring channel, a jet generator, a differential pressure pipe located in the controlled pipe, and a converter, differential channels of the pressure pipe connected at their ends to the measuring channel are made in the form of an ejector with a suction nozzle , the bias chamber of which is connected to the receiver of the pressure head of the tube and the power channel of the generator, the suction nozzle is connected to the drain channel of the generator. In a particular case, the channel of the differential pressure tube connected to the suction nozzle has a branch that is led out into the controlled pipe downstream. In the particular case, the suction nozzle is made concentric, its internal nozzle is connected downstream with the pressure receiver, the external nozzle is located directly in the controlled pipe. In the particular case, the suction nozzle is made concentric, its internal nozzle is connected upstream with the pressure receiver, the external nozzle is located directly in the controlled pipe. In addition, the outputs of the jet generator are interconnected by a channel in which the transducer body is placed.

Наличие дифференциальной напорной трубки, у которой канал полного давления выполнен в виде приемника напора, связанной далее до потоку с камерой смешения эжектора и каналом питания генератора позволяет создать перепад давления, под действием которого рабочая среда направляется из контролируемой трубы через приемник напора, камеру смешения эжектора и канал питания к соплу питания струйного генератора. Далее рабочая среда, пройдя измерительный канал, возвращается из слива генератора в контролируемую трубу. Другой канал дифференциальной напорной трубки канал статического давления связан со сливом измерительного канала и выполнен в виде сопла отсоса, расположенного по оси эжектора, что позволяет потоку в контролируемой трубе откачивать через сопло отсоса и связанного с ним измерительного канала рабочую среду, подаваемую далее в струйный генератор. С помощью таких элементов как сопло отсоса и камера смешения, являющихся составными частями эжектора, можно одну и ту же, уже очищенную, рабочую среду многократно прокачивать через измерительный канал. Такая среда становится как бы многократно оборотной, пройдя один раз через фильтр при засасывании ее из контролируемой трубы. Дальнейшая очистка при прохождении через фильтр идет для той части жидкости, которая частично подмешивается к потоку в измерительном канале из потока контролируемой трубы. The presence of a differential pressure tube in which the full pressure channel is made in the form of a pressure receiver connected further upstream with the ejector mixing chamber and the generator power channel allows creating a pressure drop, under which the working medium is directed from the controlled pipe through the pressure receiver, the ejector mixing chamber and power channel to the power nozzle of the jet generator. Further, the working medium, having passed the measuring channel, returns from the drain of the generator to the controlled pipe. Another channel of the differential pressure tube, the static pressure channel is connected to the discharge of the measuring channel and is made in the form of a suction nozzle located along the axis of the ejector, which allows the flow in the controlled pipe to pump through the nozzle of the suction and the measuring channel connected with it the working medium supplied further to the jet generator. Using such elements as a suction nozzle and a mixing chamber, which are components of the ejector, it is possible to pump the same, already cleaned, working medium repeatedly through the measuring channel. Such a medium becomes, as it were, repeatedly circulating, passing once through the filter when it is sucked from a controlled pipe. Further cleaning when passing through the filter is for the part of the liquid that is partially mixed with the flow in the measuring channel from the flow of the controlled pipe.

Такая схема прохождения рабочей среды многократно через измерительный канал с небольшим подмесом среды из контролируемой трубы позволяет значительно повысить ресурс работы расходомера, уменьшить его загрязнения, погрешность измерения и повысить его надежность. Such a scheme for passing the working medium repeatedly through the measuring channel with a small mixture of the medium from the controlled pipe can significantly increase the life of the flowmeter, reduce its pollution, measurement error and increase its reliability.

Получению таких положительных свойств предлагаемого технического решения способствует и конструктивное соединение выходов генератора одним каналом, в котором размещено тело преобразователя, например пьезоэлемент или магнитное тело, которое под действием выходных импульсов давления, формируемых генератором, совершает микроперемещение и, например, наводит своим магнитным полем ЭДС в катушке или воздействует на магниторезистор, включенный в мостовую схему /при немагнитном теле может быть фото- или другой преобразователь/. The positive connection of the generator outputs with one channel, in which the transducer body is placed, for example, a piezoelectric element or a magnetic body, which under the influence of the pressure output pulses generated by the generator, performs micromotion and, for example, induces an EMF with its magnetic field, also provides such positive properties of the proposed technical solution. coil or acts on a magnetoresistor included in the bridge circuit / with a non-magnetic body there may be a photo or other converter /.

Таким образом, преобразование полезного сигнала в импульсы давления происходит практически через неподвижные сочленения элементов, что позволяет достичь эффекта большой надежности и ресурса расходомера. Кроме того, повышенная частота оборотной рабочей среды, проходящей через генератор и канал, который объединяет выходные каналы и в котором расположена тело преобразователя улучшает работу преобразователя. Thus, the conversion of the useful signal into pressure pulses occurs almost through fixed joints of the elements, which allows to achieve the effect of great reliability and resource of the flow meter. In addition, the increased frequency of the circulating working medium passing through the generator and the channel that combines the output channels and in which the converter body is located improves the operation of the converter.

Схема парциального расходомера представлена на фиг. 1. A partial flowmeter diagram is shown in FIG. 1.

Дифференциальная напорная трубка, состоящая из приемника 1 напора и сопла 2 отсоса эжектора 3 с камерой 4 смешения, введена в поток 5 рабочей среды, расход которой подлежит измерению в контролируемой среде 6. Концы 7 и 8 каналов 9 и 10 дифференциальной напорной трубки соединены с измерительным каналом 11, в который включен канал 12 питания, струйный генератор 13 и канал 14 слива генератора. Выходные каналы 15 и 16 генератора 13 объединены каналом 17, в котором помещено тело 18 преобразователя, например, электропреобразователя 19. A differential pressure tube, consisting of a pressure receiver 1 and a nozzle 2 of the ejector 3 suction with a mixing chamber 4, is introduced into the medium flow 5, the flow rate of which is to be measured in a controlled medium 6. The ends 7 and 8 of the channels 9 and 10 of the differential pressure tube are connected to the measuring channel 11, which includes the power channel 12, the jet generator 13 and the drain channel 14 of the generator. The output channels 15 and 16 of the generator 13 are connected by a channel 17, in which the body of the transducer 18, for example, of the electric transducer 19, is placed.

Частные случаи выполнения эжектора, расположенного в трубе представлены на фиг. 2, 3, 4. Special cases of an ejector located in the pipe are shown in FIG. 2, 3, 4.

На фиг. 2 канал 9 дифференциальной трубки имеет ответвление 20, выведенное в поток контролируемой трубы 6 так, что поток 5 у конца 21 ответвления увеличивает разрежение внутри канала 9. Часть потока измерительного канала 11 сливается в контролируемую трубу 6 через ответвление 20. In FIG. 2, the channel 9 of the differential tube has a branch 20, which is led out into the flow of the controlled pipe 6 so that the stream 5 at the end of the branch 21 increases the vacuum inside the channel 9. A part of the flow of the measuring channel 11 merges into the controlled pipe 6 through the branch 20.

На фиг. 3 сопло 2 выполнено концентрическим. Внутреннее сопло 22 и внешнее 2 имеют зазор, через который часть среды из измерительного канала 11 сливается в контролируемую среду 6 под воздействием пониженного давления, создаваемого потоком в трубе 6. Через сопло 22 большая часть оборотной среды возвращается в камеру смешения 4, пройдя приемник 1 динамического напора потока в трубе 6. In FIG. 3 nozzle 2 is made concentric. The inner nozzle 22 and the outer 2 have a gap through which part of the medium from the measuring channel 11 is discharged into the controlled medium 6 under the influence of the reduced pressure created by the flow in the pipe 6. Through the nozzle 22, most of the circulating medium returns to the mixing chamber 4, passing dynamic receiver 1 the pressure of the flow in the pipe 6.

На фиг. 4 приемник 1 напора выведен вперед по потоку и связан с соплом 23 в едином корпусе. Кольцевое сопло 2, помещенное в поток 5 трубы 6 обеспечивает пониженное давление в канале 9 за счет динамического напора потока 5, обтекающего сопло 2. Сопло 23 и кольцевой зазор сопла 2 обеспечивают то количество рабочей среды, которое подмешивается к оборотной среде в измерительном канале 11. In FIG. 4, the pressure receiver 1 is brought upstream and connected to the nozzle 23 in a single housing. An annular nozzle 2 placed in the flow 5 of the pipe 6 provides a reduced pressure in the channel 9 due to the dynamic pressure of the flow 5 flowing around the nozzle 2. The nozzle 23 and the annular gap of the nozzle 2 provide the amount of working medium that is mixed with the circulating medium in the measuring channel 11.

Работа парциального расходомера заключается в следующем. The operation of a partial flow meter is as follows.

При возникновении потока 5 рабочей среды Q в контролируемой трубе 6 в приемнике 1 напора возникает динамическое давление, пропорциональное квадрату скорости потока 5. В это время внутри сопла 2 существует только статическое давление, присутствующее на данном участке трубы 6. Возникающий перепад давления, равный динамическому давлению между приемником 1 и соплом 2, приводит в движение весь объем рабочей среды, заполняющий измерительный канал 11 и выраженный потоком Q. Поток Q проходит через камеру 4 смешения и создает внутри сопла 2 пониженное давление относительно статического давления в трубе 6. В камере смешения давление при смешивании потоков Q и потока Δq, подмешивающегося из потока Q основной трубы, всегда меньше давления,создаваемого за счет динамического напора потоком Q. Однако это падение по величине динамического напора компенсируется пониженным давлением внутри сопла 2, поддерживающим общий перепад давления, необходимый для прокачивания потока Q через измерительный канал 11. Величина потока Δq зависит от эжектирующих свойств эжектора 3 и ее минимизация обеспечивает лучшие условия для работы расходомера. When flow 5 of the working medium Q occurs in the controlled pipe 6 in the pressure receiver 1, a dynamic pressure occurs proportional to the square of the flow velocity 5. At this time, there is only static pressure inside the nozzle 2 present in this section of the pipe 6. The resulting differential pressure equal to the dynamic pressure between the receiver 1 and the nozzle 2, it drives the entire volume of the working medium filling the measuring channel 11 and expressed by the flow Q. The flow Q passes through the mixing chamber 4 and creates a reduced yes inside the nozzle 2 the phenomenon with respect to the static pressure in the pipe 6. In the mixing chamber, the pressure when mixing the flows Q and the flow Δq mixed from the flow Q of the main pipe is always less than the pressure created due to the dynamic pressure by the flow Q. However, this drop in the value of the dynamic pressure is compensated by the reduced pressure inside nozzle 2, supporting the total pressure drop necessary for pumping the flow Q through the measuring channel 11. The magnitude of the flow Δq depends on the ejection properties of the ejector 3 and its minimization provides a beam s conditions for the meter.

Измерение расхода Q в трубе 6 производится по расходу в измерительном канале 11 на основании соотношения

где Vср и Uср средние скорости в контролируемой трубе и измерительном канале;
F и f площади сечений трубы 6 и измерительного канала 11.The flow rate Q in the pipe 6 is measured by the flow rate in the measuring channel 11 based on the ratio

where Vav and Usav are average speeds in the controlled pipe and measuring channel;
F and f of the cross-sectional area of the pipe 6 and the measuring channel 11.

От стабильности коэффициента m или соотношения скоростей зависит погрешность измерения расхода в Q в трубе 6. Наличие эжектора 3, включенного в измерительный канал 11 через каналы 9 и 10 дифференциальной трубки, позволяет рабочую среду, прокачиваемую через струйный генератор 13, сделать многооборотной с меньшими загрязнениями, чем достигается выполнение поставленной задачи. В струйном генераторе 13 формируется струя, которая в режиме автоколебаний перебрасывается между двумя выходными каналами 15 и 16 и вырабатывает импульсы давлений, передаваемые в канал 17. Генератор может быть выполнен также по двух-, трехкаскадной схеме. Частота вырабатываемых импульсов пропорциональна объемному расходу Q в трубе 6. В канале 17 расположено тело 18, например магнитное, которое под воздействием импульсов давления, действующих под его торцами, совершает микроперемещения, наводящие ЭДС в катушке электропреобразователя 19. Частота полученных электроимпульсов пропорциональна измеряемому расходу. ЫЫЫ2 The stability of the coefficient m or the ratio of speeds depends on the error in measuring the flow rate in Q in the pipe 6. The presence of an ejector 3 included in the measuring channel 11 through channels 9 and 10 of the differential tube allows the working medium pumped through the jet generator 13 to be multi-turn with less pollution, what is the achievement of the task. A jet is formed in the jet generator 13, which, in the self-oscillation mode, is transferred between two output channels 15 and 16 and generates pressure pulses transmitted to channel 17. The generator can also be made in a two-, three-stage scheme. The frequency of the generated pulses is proportional to the volumetric flow Q in the pipe 6. In the channel 17 there is a body 18, for example a magnetic one, which, under the influence of pressure pulses acting under its ends, makes micromovements leading to the EMF in the coil of the electric converter 19. The frequency of the received electric pulses is proportional to the measured flow. YYY2

Claims

1. A partial flow meter containing a measuring channel, a jet generator, a differential pressure tube located in a controlled pipe, and a converter, characterized in that the differential channels of the pressure tube connected at their ends to the measuring channel are made in the form of an ejector with a suction nozzle, a mixing chamber which is connected with the receiver of the pressure head of the tube and the power channel of the generator, the suction nozzle is connected to the drain channel of the generator.

2. The flow meter according to claim 1, characterized in that the channel of the differential pressure pipe connected to the suction nozzle has a branch that is led out into the controlled pipe in a flow.

3. The flow meter according to claim 1, characterized in that the suction nozzle is made concentric, its internal nozzle is connected downstream with the pressure receiver, the external nozzle is located directly in the controlled pipe.

4. The flow meter according to claim 1, characterized in that the suction nozzle is made concentric, its internal nozzle is connected upstream with the pressure receiver, the external nozzle is located directly in the controlled pipe.

5. The flow meter according to claim 1, characterized in that the outputs of the generator are interconnected by a channel in which the body of the converter is placed.