RU2134867C1

RU2134867C1 - Jet-type flowmeter

Info

Publication number: RU2134867C1
Application number: RU97119883A
Authority: RU
Inventors: М.М. Беляев; В.В. Викторов
Original assignee: Институт проблем управления РАН
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: measurement and control of flowing media flows. SUBSTANCE: flowmeter has nozzle coupled to inlet channel, drain cavities coupled to outlet channel, wedge-type splitter positioned opposite to nozzle and provided with hollow facing the nozzle, and working chamber. Splitter hollow is made as channel closed at line end, and axis of this channel is shifted relative to nozzle axis. Value of shift does not exceed half the value of difference between width of channel open end and nozzle width, and width of channel open end exceeds nozzle width. Due to these peculiarities flowmeter has low sensitivity threshold and allows measurement of low flow rates of gas and liquid. EFFECT: enhanced accuracy.

Description

Область применения струйного расходомера охватывает теплоэнергетику, топливную и химическую промышленность, медицину и т.д. для коммерческого, метрологического и технологического контроля потоков жидкости, газа и пара. The scope of the jet flow meter covers the power industry, fuel and chemical industry, medicine, etc. for commercial, metrological and technological control of liquid, gas and steam flows.

Широко известны расходомеры, в которых создают условия либо для колебания струи, либо для образования чередующихся друг за другом вихрей и оценивают скорость контролируемого потока по частоте следования возникающих колебаний или вихрей. Flow meters are widely known in which they create conditions for either oscillation of the jet or for the formation of alternating vortices, and the speed of the controlled flow is estimated from the frequency of occurrence of the arising oscillations or vortices.

Вихревые расходомеры получили большее распространение. В них вихреобразование осуществляется помещением в поток плохообтекаемого тела (создающего за собой вихревую дорожку Кармана) или камерами с разделителем. Предлагаемый струйный расходомер относится к последней группе. К его аналогам относятся расходомеры, подробно описанные в сборнике Flucome'91, Asme 91, стр. 313-318. Vortex flow meters are more common. In them, vortex formation is carried out by placing in the stream a streamlined body (creating a Karman vortex path behind it) or by cameras with a separator. The proposed jet flow meter belongs to the latter group. Its counterparts include flow meters described in detail in Flucome'91, Asme 91, pp. 313-318.

За прототип нами принят струйный расходомер, разработанный ранее в Институте проблем управления (а.с. N 1295230, кл. C 01 F 1/20, БИ N9, 1987 г.). Особенностью прототипа является его высокая точность и широкий диапазон измерения при присущей всем вихревым расходомерам принципиально линейной зависимости выходной частоты от скорости контролируемого потока. Кроме того, прототип выгодно отличается от других вихревых аналогов тем, что вихреобразование в нем обеспечивается только стенками рабочей камеры без размещения внутри нее вспомогательных тел, затрудняющих уменьшение при необходимости размеров камеры. For the prototype, we took the jet flow meter developed earlier at the Institute of Control Problems (A.S. N 1295230, class C 01 F 1/20, BI N9, 1987). A feature of the prototype is its high accuracy and a wide measuring range with the inherent in all vortex flowmeters fundamentally linear dependence of the output frequency on the speed of the controlled flow. In addition, the prototype compares favorably with other vortex analogues in that the vortex formation in it is provided only by the walls of the working chamber without placing auxiliary bodies inside it, making it difficult to reduce the size of the chamber if necessary.

Однако даже при отсутствии таких тел уменьшение камеры и сопел небеспредельно. Это препятствует построению вихревых расходомеров, например, для измерения расхода топлива в автомобиле. However, even in the absence of such bodies, the decrease in the chamber and nozzles is not infinite. This prevents the construction of vortex flowmeters, for example, for measuring fuel consumption in a car.

Поэтому для решения подобных задач требуется, кроме указанных имеющихся в прототипе высоких характеристик, придать расходомеру более низкий порог чувствительности, т. е. вихреобразование должно начинаться при более низких скоростях. Therefore, to solve such problems, it is required, in addition to the high characteristics indicated in the prototype, to give the flowmeter a lower sensitivity threshold, i.e., vortex formation should begin at lower speeds.

Эта задача решается тем, что в струйном расходомере, содержащем размещенные между двумя параллельными пластинами сопло, соединенное с входным каналом, сливные полости, соединенные с выходным каналом, расположенный против сопла клинообразный разделитель с углублением, обращенным в сторону сопла, и рабочую камеру, ограниченную стенкой, примыкающей к соплу, стенкой, образованной поверхностью разделителя, и с боковых сторон - двумя сливными полостями, углубление в разделителе выполнено в виде закрытого с одного конца канала и ось этого канала смещена относительно оси сопла, при этом величина смещения не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла, а ширина открытого конца канала больше ширины сопла. This problem is solved in that in a jet flow meter containing a nozzle located between two parallel plates connected to the inlet channel, drain cavities connected to the outlet channel, a wedge-shaped separator opposite the nozzle with a recess facing the nozzle side, and a working chamber bounded by a wall adjacent to the nozzle by a wall formed by the surface of the separator, and on the sides by two drain cavities, the recess in the separator is made in the form of a channel closed at one end and the axis of this channel and offset relative to the nozzle axis, the offset value does not exceed half the value of the difference between the open end of the channel width and the width of the nozzle, and the width of the open end of the channel greater than the width of the nozzle.

Таким образом, сущность заявляемого решения, обеспечиваемая совокупностью перечисленных выше существенных признаков, состоит в том, что углубление в разделителе конструктивно выполнено и размещено относительно сопла так, что создаются изначальные условия для вихреобразования при повышенной скорости струи, сформированной из контролируемого потока. Thus, the essence of the proposed solution, provided by the combination of the above essential features, consists in the fact that the recess in the separator is structurally made and placed relative to the nozzle so that the initial conditions for vortex formation at an increased speed of the jet formed from the controlled flow are created.

На фиг.1 схематически изображен струйный расходомер (в двух проекциях), а на фиг.2 показан механизм образования вихря по стадиям. Figure 1 schematically shows a jet flow meter (in two projections), and figure 2 shows the mechanism of the formation of a vortex in stages.

Предлагаемый струйный расходомер выполнен следующим образом. Между двумя параллельными пластинами 1 (фиг.1,а) размещены соединенные соответственно с входными 2 и выходными 3 каналами сопло 4 (фиг.1,б) и сливные полости 5. Против сопла 4 размещен клинообразный разделитель 6 с углублением 7. Между соплом 4 и разделителем 6 расположена рабочая камера 8. Углубление 7 в разделителе 6 выполнено в виде закрытого с одного конца канала, открытый конец которого обращен в сторону сопла 4, и имеет ширину "в", большую ширины "а" сопла 4. Ось углубления 7 смещена относительно оси сопла 4 на величину "с", значение которой не превышает половины величины разности между шириной открытого конца канала и шириной сопла 4, причем ширина последнего меньше ширины открытого конца канала. The proposed jet flow meter is made as follows. Between two parallel plates 1 (Fig. 1, a), a nozzle 4 (Fig. 1, b) and drain cavities 5 are connected, respectively connected to the inlet 2 and outlet 3 channels. A wedge-shaped separator 6 with a recess 7 is placed against the nozzle 4. Between the nozzle 4 and a separator 6 is a working chamber 8. The recess 7 in the separator 6 is made in the form of a channel closed at one end, the open end of which faces the nozzle 4 and has a width "b" greater than the width "a" of the nozzle 4. The axis of the recess 7 is offset relative to the axis of the nozzle 4 by the value "c", the value of which does not exceed It is half the difference between the width of the open end of the channel and the width of the nozzle 4, the width of the latter being less than the width of the open end of the channel.

Сформированная соплом 4 (фиг.2,а) из измеряемого потока струя 9 при натекании на торец углубления 7 создает, вытекая из последнего, обратные струи 10. Обратные струи 10 со струей 9 при начальном взаимодействии оказываются в неустойчивом равновесии, которое при соосно расположенных сопле 4 и углублении (т. е. при C=0) не нарушается, пока скорость струи 9 недостаточна для обеспечения числа Re выше некоторого порогового значения, обеспечивающего вихреобразование. Это определяет порог чувствительности расходомера. При скорости, превысившей этот порог, динамические силы обратных струй 10 выведут струю 9 из равновесного положения и отклонят ее в одну из сторон (фиг.2, б). Обратные струи 10 при этом окончательно сформировываются с одной стороны и натекают на эжектирующуюся вдоль примыкающей к соплу 4 стенки струю подсоса 11, увлекаются ею и замыкаются со струей 9, образуя вихрь с вакуумной зоной "В" внутри (фиг.2,в). Вакуумная зона притягивает к себе струю 9 и перемещает ее через углубление 7 в свою сторону (фиг.2,г), создав условия для образования нового вихря, но уже с другой стороны. Процесс непрерывно повторяется. Частота переключения струи 9 зависит от времени передачи сигнала по этой струе и обратным струям 10, т.е. от скоростей этих струй. Formed by the nozzle 4 (Fig. 2, a) from the measured stream, the jet 9, when flowing onto the end of the recess 7, creates, returning from the last, reverse jets 10. The return jets 10 with the jet 9 in the initial interaction are in unstable equilibrium, which, when the nozzle is coaxially located, 4 and the recess (i.e., at C = 0) is not violated as long as the speed of the jet 9 is insufficient to ensure the number Re is above a certain threshold value that ensures vortex formation. This determines the sensitivity threshold of the flowmeter. At a speed exceeding this threshold, the dynamic forces of the reverse jets 10 will remove the jet 9 from the equilibrium position and deflect it to one side (Fig.2, b). In this case, the return jets 10 are finally formed on one side and flow onto the suction jet 11, which is ejected along the wall adjacent to the nozzle 4, are carried away by it and are closed with the jet 9, forming a vortex with a vacuum zone "B" inside (Fig. 2, c). The vacuum zone attracts the jet 9 to itself and moves it through the recess 7 in its direction (Fig.2, g), creating the conditions for the formation of a new vortex, but on the other hand. The process is continuously repeated. The switching frequency of the jet 9 depends on the transmission time of the signal along this jet and the reverse jets 10, i.e. from the speeds of these jets.

В соответствии с предлагаемым техническим решением, чтобы помочь зарождению первого вихря при скоростях ниже упомянутого ранее предела, создано смещение оси углубления 7 разделителя 6 относительно оси сопла 4 на некоторую величину "с". При и с ≠ 0 сосредоточение в начальной фазе обратных струй 10 с одной стороны предопределено изначально. Струя 9 при этом должна попадать в углубление 7 разделителя 6, т.е. с<1/2(в-а). Порог чувствительности расходомера снижается (вихреобразование начинается при пониженных числах Re) и становится возможным построение низкорасходных струйных расходомеров с большими проходными сечениями. In accordance with the proposed technical solution, to help the nucleation of the first vortex at speeds below the previously mentioned limit, an offset of the axis of the recess 7 of the separator 6 relative to the axis of the nozzle 4 is created by a certain amount of "c". For and with ≠ 0, the concentration in the initial phase of the reverse jets 10 on one side is predetermined initially. The jet 9 should then fall into the recess 7 of the separator 6, i.e. c <1/2 (w-a). The sensitivity threshold of the flow meter decreases (vortex formation begins at lower Re numbers) and it becomes possible to build low-flow jet flow meters with large flow areas.

Считывание частоты срывающихся в сливные полости 5 (фиг.1) и уходящих через выход 3 вихрей осуществляется в любой из полостей 5 с помощью либо датчика давления, либо термоанемометра или терморезистора, либо с помощью другого известного датчика, реагирующего на изменения в потоке. The reading of the frequency of vortices breaking into the drain cavities 5 (Fig. 1) and leaving the outlet 3 is carried out in any of the cavities 5 using either a pressure sensor, a hot-wire anemometer or a thermistor, or using another known sensor that responds to changes in the flow.

Claims

A jet flow meter comprising a nozzle located between two parallel plates connected to an inlet channel, drain cavities connected to an outlet channel, a wedge-shaped separator located opposite the nozzle with a recess facing the nozzle side, and a working chamber bounded by a wall adjacent to the nozzle, a wall, formed by the surface of the separator, and on the sides - two drain cavities, characterized in that the recess in the separator is made in the form of a channel closed at one end and the axis of this channel is offset relative to the nozzle axis, the offset value does not exceed half the value of the difference between the open end of the channel width and the width of the nozzle and the open end of the channel width greater than the width of the nozzle.