RU2066848C1

RU2066848C1 - Tachometric flowmeter

Info

Publication number: RU2066848C1
Application number: RU93057153A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Бригадин; М.Г. Гольдшмидт; Н.Н. Косенчук; Д.П. Крауиньш; А.В. Панов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Блик-1"
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention can be used to measure flow of liquids. Tachometric flowmeter has cylindrical case 1 which houses fairing 2 and primary converter 3. Fairing 2 is fabricated in the from of conical bushing having internal duct 4. Radial branch pipe 5 for installation of primary converter 3 is made in case 1. Fairing 2 is made fast to case 1 and is mounted coaxially to it. measurement passage 7 for overflow of part of main flow is formed between outer surface of fairing, inner wall of case 1 of flowmeter and case 6 of converter 3. Primary converter includes ring chamber 8 with sensitive element in the form of ball 9, jet swirler 10 and signal pickoff unit 11. EFFECT: improved operational reliability and efficiency. 4 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей. The proposed solution relates to measuring technique and can be used to measure the flow of liquids.

Известен расходомер, содержащий струенаправляющие аппараты, струевыпрямители и шарик, в котором внутри оси, на которой крепятся детали скоростного расходомера, выполнен канал со сменными соплами на входе и выходе для изменения соотношения между перепускаемым потоком и потоком, проходящим через измерительную полость [1]
Описанный расходомер позволяет расширить диапазон измерений, уменьшить количество типоразмеров приборов.A known flow meter containing flow directing devices, flow straighteners and a ball, in which inside the axis on which the parts of the high-speed flowmeter are mounted, a channel is made with replaceable nozzles at the input and output to change the ratio between the bypassed flow and the flow passing through the measuring cavity [1]
The described flow meter allows you to expand the measurement range, reduce the number of instrument sizes.

Однако указанное устройство обладает усложненной конструкцией, невысокой чувствительностью и большой металлоемкостью. Это связано с тем, что для использования расходомера в различных потоках, его габариты должны быть изначально рассчитаны на максимальный поток, проходящий по внутреннему каналу. However, this device has a complicated design, low sensitivity and high metal consumption. This is due to the fact that for using the flowmeter in various streams, its dimensions must be initially designed for the maximum flow passing through the internal channel.

Известен также тахометрический расходомер, в котором канал для перепуска части потока образован между корпусом первичного преобразователя и измерительным трубопроводом, а соосно перед первичным преобразователем и каналом для перепуска части потока установлено сужающее устройство [2]
В данном техническом решении возможно использование одного типоразмера шарикового расходомера для измерения расхода жидкости в широком диапазоне измерений и обеспечена взаимозаменяемость шариковых расходомеров.A tachometric flow meter is also known, in which a channel for bypassing a part of the flow is formed between the housing of the primary transducer and the measuring pipe, and a narrowing device is installed coaxially in front of the primary converter and the channel for bypassing a part of the flow [2]
In this technical solution, it is possible to use one standard size of a ball flow meter to measure fluid flow in a wide range of measurements and interchangeability of ball flow meters is ensured.

Однако этот расходомер имеет сложную конструкцию, усложненную настройку на разные диапазоны измерений в случае использования одного типоразмера первичного преобразователя. However, this flowmeter has a complex structure, complicated adjustment for different measurement ranges in the case of using one size of the primary transducer.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является тахометрический расходомер, содержащий корпус трубопровода с размещенными в нем обтекателем, первичный преобразователь, содержащий из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала. Для уменьшения взаимодействия шарика и опорной поверхности предусмотрена радиальная щель, образованная торцевыми поверхностями входного и выходного элементов обтекателя, в котором закрученный поток воздействует на шарик [3]
Однако, несмотря на расширение диапазона измерения данного расходомера и повышения ресурса его работы, данное решение обладает следующими недостатками.The closest in technical essence to the proposed solution is a tachometric flow meter containing a pipeline body with a fairing located in it, a primary transducer containing a jet swirler, a sensing element in the form of a ball, and a signal pickup unit. To reduce the interaction of the ball and the supporting surface, a radial gap is provided, formed by the end surfaces of the inlet and outlet fairing elements, in which the swirling flow acts on the ball [3]
However, despite the expansion of the measurement range of this flowmeter and increase the resource of its work, this solution has the following disadvantages.

Взаимозаменяемость датчиков или отдельных его элементов при выходе из строя, тарировке и настройке в предлагаемых конструкциях представляет сложную проблему, расходомер имеет сложную конструкцию. The interchangeability of sensors or its individual elements in the event of failure, calibration and adjustment in the proposed designs is a complex problem, the flow meter has a complex structure.

Кроме того, данную конструкцию расходомера сложно использовать для различных типоразмеров приборов, т.к. в этом случае расстояние между узлами съема сигнала и чувствительным элементом шаром не является постоянным. Ремонтопригодность данного расходомера ограничена, особенно в труднодоступных местах. In addition, this flowmeter design is difficult to use for various sizes of devices, because in this case, the distance between the signal pickup nodes and the sensing element by the ball is not constant. The maintainability of this flowmeter is limited, especially in hard-to-reach places.

В основу изобретения положена техническая задача создания тахометрического расходомера, который имел бы простую, удобную в ремонте и эксплуатации конструкцию максимально унифицированную для различных типоразмеров приборов с постоянным в широком диапазоне измерений расхода коэффициентом пропорциональности. The basis of the invention is the technical task of creating a tachometric flowmeter that would have a simple, easy to repair and operate design that is as much as possible unified for various instrument sizes with a constant proportionality coefficient over a wide range of flow measurements.

Поставленная задача решается тем, что в тахометрическом расходомере, содержащем корпус расходомера с размещенными в нем обтекателем с внутренним каналом, первичным преобразователем, состоящим из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала, в корпусе расходомера выполнен радиальный патрубок для установки первичного преобразователя; последний выполнен в виде кольцевой камеры с тангенциальными входами, образующими струезавихритель, и расположенным в ней шаром, обте- катель выполнен в виде втулки с внутренним каналом, сужающимся по потоку и служащим для перепуска основного канала, причем втулка прикреплена жестко к корпусу расходомера и установлена коаксиально с ним, а между ее наружной поверхностью и внутренней стенкой корпуса образован измерительный канал. The problem is solved in that in a tachometric flowmeter containing a flowmeter housing with a fairing with an internal channel, a primary transducer consisting of a jet swirler, a sensing element in the form of a ball, a signal pick-up unit, a radial nozzle for installing the primary transducer is made in the flowmeter body; the latter is made in the form of an annular chamber with tangential inlets forming a jet swirler and a ball located in it, the cowling is made in the form of a sleeve with an internal channel, tapering downstream and serving to bypass the main channel, and the sleeve is rigidly attached to the flowmeter body and is installed coaxially with it, and between its outer surface and the inner wall of the housing formed by the measuring channel.

Целесообразно наружную поверхность обтекателя выполнить в виде входного и выходного усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направить соответственно в направлении входа и выхода расходомера. It is advisable to make the outer surface of the fairing in the form of input and output truncated cones fastened together in the region of large bases, and direct their smaller bases, respectively, in the direction of the input and output of the flowmeter.

Торцевые поверхности кольцевой камеры имеют форму тела вращения и совместно с коническим выступом корпуса преобразователя, расположенным в аксиальном выходном патрубке кольцевой камеры, образуют ограничительный элемент. The end surfaces of the annular chamber are in the form of a body of revolution and, together with the conical protrusion of the converter housing located in the axial outlet pipe of the annular chamber, form a restrictive element.

Целесообразно измерительный канал выполнить содержащим входную полость, образованную внутренней стенкой корпуса расходомера и наружной поверхностью входного усеченного конуса, буферную камеру, образованную внутренней стенкой радиального патрубка и наружной поверхностью корпуса первичного преобразователя, и выходную полость, образованную наружной поверхностью выходного конуса и внутренней поверхностью корпуса расходомера. It is advisable to carry out the measuring channel with an input cavity formed by the inner wall of the flowmeter body and the outer surface of the inlet truncated cone, a buffer chamber formed by the inner wall of the radial pipe and the outer surface of the primary transducer body, and the output cavity formed by the outer surface of the output cone and the inner surface of the flowmeter body.

Благодаря наличию вышеуказанных отличительных признаков предложенное техническое решение позволило создать простую, унифицированную и обладающую повышенной ремонтопригодностью Конструкцию, работающую в широком диапазоне измерения расхода. Due to the presence of the above distinctive features, the proposed technical solution made it possible to create a simple, unified and highly repairable Design operating in a wide range of flow measurement.

Как показала экспериментальная проверка, предложенная конструкция обеспечивает достаточно высокую степень постоянства коэффициента пропорциональности (куб. м/импульс) в широком диапазоне измерения расхода, например, для прибора с диаметром условного прохода Ду= 50 мм от 1,0 до 30 куб.м/час (большем, чем у других подобных приборов) коэффициент пропорциональности изменился не более, чем ±1,5%
В предложенном техническом решении существенно повышена ремонтопригодность прибора, вследствие всевозможной замены первичного преобразователя.As shown by experimental verification, the proposed design provides a sufficiently high degree of constancy of the coefficient of proportionality (cubic meters / pulse) in a wide range of flow measurements, for example, for a device with a nominal diameter of DN = 50 mm from 1.0 to 30 cubic meters / hour (larger than other similar devices) the proportionality coefficient has changed no more than ± 1.5%
The proposed technical solution significantly increased the maintainability of the device, due to all kinds of replacement of the primary converter.

В описанной конструкции значительно упрощена обязательная для подобных приборов процедура периодической проверки, которая может быть осуществлена путем замены первичного преобразователя. Известная процедура проверки подобных приборов предполагает снятие их с магистрали и проведение испытаний на специальной поверочной аппаратуре. In the described construction, the procedure for periodic inspection, which can be carried out by replacing the primary converter, is mandatory for such devices. The well-known procedure for checking such instruments involves removing them from the line and conducting tests on special calibration equipment.

Кроме того, данная конструкция является унифицированной для приборов с различными диаметрами условного прохода из-за использования одного или небольшого числа типоразмеров первичного преобразователя. Введение вышеуказанных отличительных признаков позволило создать технологичный и относительно дешевый расходомер. In addition, this design is unified for devices with different diameters due to the use of one or a small number of sizes of the primary converter. The introduction of the above distinguishing features allowed us to create a technologically advanced and relatively cheap flow meter.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый расходомер в продольном разрезе. In FIG. 1 schematically shows the proposed flow meter in longitudinal section.

На фиг. 2 показана конструктивная схема первичного преобразователя в разрезе с расположением элементов в его корпусе. In FIG. 2 shows a structural diagram of the primary Converter in the context with the location of the elements in its housing.

На фиг. 3 схематически изображена кольцевая камера в разрезе. In FIG. 3 is a schematic sectional view of an annular chamber.

Тахометрический расходомер содержит цилиндрический корпус 1 расходомера, внутри которого размещен обтекатель 2, первичный преобразователь 3. Обтекатель 2 выполнен в виде втулки, имеющей внутренний канал 4, сужающийся по потоку и служащий для перепуска основного потока. The tachometric flow meter comprises a cylindrical body 1 of the flow meter, within which a cowl 2 is placed, a primary transducer 3. The cowl 2 is made in the form of a sleeve having an internal channel 4, tapering downstream and serving to bypass the main stream.

В корпусе 1 расходомера выполнен радиальный патрубок 5 для установки первичного преобразователя 3, обтекатель 2 прикреплен жестко к корпусу 1 расходомера и установлен коаксиально с ним, между его наружной поверхностью, внутренней стенкой корпуса 1 расходомера и корпусом 6 первичного преобразователя 3 образован измерительный канал 7 для перепуска части основного потока. In the body 1 of the flow meter, a radial pipe 5 is made for installing the primary transducer 3, the cowl 2 is fixedly attached to the body 1 of the flow meter and is installed coaxially with it, between the outer surface, the inner wall of the body 1 of the flow meter and the body 6 of the primary transducer 3, a measuring channel 7 for bypass is formed parts of the main stream.

Первичный преобразователь содержит кольцевую камеру 8 с расположенным в ней чувствительным элементом в виде шара 9, струезавихритель 10 и узел съема сигнала 11. The primary transducer comprises an annular chamber 8 with a sensing element located in it in the form of a ball 9, a jet swirler 10, and a signal pick-up unit 11.

Наружная поверхность обтекателя 2 может быть выполнена в виде входного 12 и выходного 13 усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направлены соответственно в направлении входа и выхода корпуса 1 расходомера. The outer surface of the fairing 2 can be made in the form of input 12 and output 13 truncated cones fastened together in the region of large bases, and their smaller bases are directed respectively in the direction of entry and exit of the housing 1 of the flow meter.

Целесообразно во входном конусе обтекателя выполнить скругленную входную кромку, а внутренний канал 4 обтекателя 2 коноидальным с углом конусности α 15-30^o для увеличения коэффициента расхода, уменьшения потерь давления и экономии мощности.It is advisable in the inlet cone of the fairing to make a rounded inlet edge, and the inner channel 4 of the fairing 2 conoidal with a taper angle of α 15-30 ^o to increase the flow rate, reduce pressure loss and save power.

Наиболее оптимальной является установка первичного преобразователя вертикально так, чтобы плоскость вращения шара в кольцевой камере располагалась горизонтально, поскольку требования к технологии изготовления шара в этом случае будут менее жесткими. The most optimal is to install the primary transducer vertically so that the plane of rotation of the ball in the annular chamber is horizontal, since the requirements for the technology of manufacturing the ball in this case will be less stringent.

Кольцевая камера 8 выполнена с тангенциальными входами 14, образующими струезавихритель 10, и аксиальным выходным патрубком 15. The annular chamber 8 is made with tangential inlets 14 forming a jet swirler 10, and an axial outlet pipe 15.

Торцевые поверхности кольцевой камеры 8, имеющие форму тела вращения и конический выступ 16 корпуса 6 преобразователя 3, установленный в аксиальном выходном патрубке 15 преобразователя 3, образуют ограничительный элемент 17 кольцевой камеры 8. The end surfaces of the annular chamber 8, having the shape of a body of revolution and a conical protrusion 16 of the housing 6 of the transducer 3, mounted in the axial output pipe 15 of the transducer 3, form a restrictive element 17 of the annular chamber 8.

Измерительный канал 7 содержит входную полость 18, образованную внутренней стенкой корпуса 1 расходомера и наружной поверхностью входного 12 усеченного конуса. The measuring channel 7 contains an input cavity 18 formed by the inner wall of the housing 1 of the flow meter and the outer surface of the input 12 of the truncated cone.

Для обеспечения равномерного входа измерительного потока в кольцевую камеру 8 по тангенциальным каналам 14 между наружной поверхностью корпуса 6 первичного преобразователя 3 и внутренней цилиндрической стенкой радиального патрубка 5 образована буферная камера 19. To ensure uniform entry of the measuring flow into the annular chamber 8 along the tangential channels 14 between the outer surface of the housing 6 of the primary transducer 3 and the inner cylindrical wall of the radial pipe 5, a buffer chamber 19 is formed.

Измерительный канал содержит также выходную полость 20, образованную наружной поверхностью выходного конуса 13 и внутренней поверхностью корпуса 1 расходомера. The measuring channel also contains an outlet cavity 20 formed by the outer surface of the outlet cone 13 and the inner surface of the housing 1 of the flow meter.

На выходе расходомера основной и измерительный потоки соединяются в камере смешения 21. At the output of the flow meter, the main and measuring flows are connected in the mixing chamber 21.

Исходя из соображений обеспечения минимального сопротивления входу жидкости в измерительный канал 7, целесообразно угол наклона образующей входного конуса 12 к оси корпуса 1 расходомера выбрать в пределах 20^o-45^o.Based on considerations of ensuring minimal resistance to liquid inlet to the measuring channel 7, it is advisable to select the angle of inclination of the generatrix of the inlet cone 12 to the axis of the housing 1 of the flowmeter within 20 ^o -45 ^o .

Угол образующей выходного конуса 13 к оси корпуса 1 выбирается с учетом минимальной материалоемкости обтекателя 2. Его по своему значению целесообразно выбрать близким углу наклона образующей внутреннего конуса обтекателя. The angle of the generatrix of the output cone 13 to the axis of the housing 1 is selected taking into account the minimum material consumption of the fairing 2. It is advisable to choose its value close to the angle of inclination of the generatrix of the inner cone of the fairing.

Меньшее основание выходного усеченного конуса 13 располагают между плоскостью, перпендикулярной оси корпуса 1 расходомера, проходящей через ближнюю к выходу корпуса 1 расходомера кромку аксиального выходного патрубка 15 и параллельной ей плоскостью, проходящей через начало камеры смешения 21. The smaller base of the output truncated cone 13 is located between a plane perpendicular to the axis of the flowmeter housing 1 passing through the edge of the axial output pipe 15 closest to the output of the flowmeter housing 1 and parallel to it by a plane passing through the beginning of the mixing chamber 21.

Расходомер работает следующим образом. Поток измеряемой жидкости поступает в расходомер и попадает на обтекатель 2, жестко установленный в корпусе расходомера 1. При этом данный поток разделяется на измерительный и основной. Основной поток проходит по сужающемуся по потоку внутреннему каналу 4 обтекателя 2. Измерительный поток поступает во входную полость 18 измерительного канала 7, наличие которой обеспечивает ему минимальное сопротивление. Далее измерительный поток поступает в буферную камеру 19, с помощью которой обеспечивается равномерность входа измерительного потока в кольцевую камеру 8. Здесь он закручивается струезавихрителем 10, образованном тангенциальными входами 14 кольцевой камеры 8. Закрученный измерительный поток воздействует на установленный в кольцевой камере 8 шарик 9 в тангенциальном направлении (для придания ему вращательного движения) и радиальном (для уравновешивания центростремительной силы) и выходит через аксиальный выходной патрубок 15 первичного преобразователя 3 к выходной полости 20 измерительного канала 7. Выходная полость 20, образованная наружной поверхностью выходного конуса 13 и внутренней поверхностью корпуса 1 расходомера, обеспечивает рациональное истечение из первичного преобразователя 3, способствуя более интенсивному проходу жидкости по измерительному каналу за счет эжектирующего эффекта, что в конечном итоге обеспечивает постоянство зависимости между количеством прошедшей через прибор жидкости и числом оборотов шара. В камере смешения 21 измерительный поток соединяется с основным потоком и выходит из расходомера. Вращающийся в кольцевой камере шарик 9, проходя мимо узла съема сигнала 11, возбуждает в нем электрический импульс, который регистрируется и обрабатывается вторичным прибором, например, частотомером, преобразующим его в ток или напряжение, пропорциональное измеряемому расходу. The flow meter operates as follows. The flow of the measured liquid enters the flowmeter and enters the fairing 2, rigidly mounted in the body of the flowmeter 1. In this case, this flow is divided into the measuring and the main one. The main stream passes through the inner channel 4 of the fairing tapering along the stream 2. The measuring stream enters the inlet cavity 18 of the measuring channel 7, the presence of which provides it with minimal resistance. Next, the measuring stream enters the buffer chamber 19, with the help of which the input of the measuring stream into the annular chamber 8 is uniform. Here it is twisted by a jet swirler 10 formed by the tangential inputs 14 of the annular chamber 8. The swirling measuring stream acts on the ball 9 installed in the annular chamber 8 in the tangential direction (to give it rotational motion) and radial (to balance the centripetal force) and exits through the axial outlet pipe 15 of the primary the former 3 to the outlet cavity 20 of the measuring channel 7. The outlet cavity 20, formed by the outer surface of the outlet cone 13 and the inner surface of the housing 1 of the flowmeter, provides a rational outflow from the primary transducer 3, contributing to a more intensive passage of fluid through the measuring channel due to the ejection effect, which ultimately provides a constant relationship between the amount of fluid passed through the device and the number of revolutions of the ball. In the mixing chamber 21, the measuring stream is connected to the main stream and exits the flow meter. A ball 9 rotating in an annular chamber, passing by the signal pickup unit 11, excites an electric pulse in it, which is recorded and processed by a secondary device, for example, a frequency meter, which converts it into a current or voltage proportional to the measured flow rate.

Предлагаемое изобретение найдет широкое применение при изготовлении расходомеров, счетчиков жидкости с различными диаметрами условного прохода. Для его воспроизведения нет необходимости в сложной технологической оснастке. Предлагаемая конструкция расходомера может найти применение в широком диапазоне измерения расхода в тех случаях, когда необходимо иметь для этих целей надежный, унифицированный и обладающий повышенной ремонтопригодностью прибор. The present invention will find wide application in the manufacture of flowmeters, liquid meters with different diameters of nominal bore. For its reproduction there is no need for complex technological equipment. The proposed design of the flow meter can find application in a wide range of flow measurement in cases where it is necessary to have a reliable, unified and highly maintainable instrument for these purposes.

Claims

1. A tachometric flowmeter, comprising a flowmeter housing, within which a fairing with an internal channel is installed, a primary transducer consisting of a jet swirler, a sensing element in the form of a ball, a signal pickup unit, characterized in that a radial pipe for installing the primary transducer is made in the flowmeter body, the primary the transducer is made in the form of an annular chamber with tangential inputs forming a jet swirler and a ball located in it, the cowling is made in the form of a sleeve with an early channel tapering downstream and serving to bypass the main stream, the sleeve being fixedly attached to the body of the flowmeter and mounted coaxially with it, and a measuring channel is formed between its outer surface and the inner wall of the body.

2. The flow meter according to claim 1, characterized in that the outer surface of the fairing is made in the form of inlet and outlet truncated cones fastened together in the region of large bases, and their smaller bases are directed, respectively, in the direction of entry and exit of the flowmeter.

3. The flow meter according to claim 1, characterized in that the end surfaces of the annular chamber are in the form of a body of revolution and, together with the conical protrusion of the converter housing located in the axial outlet pipe of the annular chamber, form a limited element.

4. The flow meter according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the measuring channel comprises an inlet cavity formed by the inner wall of the flowmeter body and the outer surface of the inlet truncated cone, a buffer chamber formed by the inner wall of the radial pipe and the outer surface of the primary transducer body, and the outlet cavity formed by the outer surface of the outlet cone and the inner surface of the flowmeter housing.