RU2143666C1

RU2143666C1 - Gear measuring flow rate of medium

Info

Publication number: RU2143666C1
Application number: RU99113314A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Георгиевич Павлов; Евгений Анатольевич Павлов; Александр Федорович Артемов
Original assignee: Частная фирма "Арнат"
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 1999-12-27
Also published as: UA37302C2

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: gear includes straight by-pass tube anchored in wall of main pipe-line at angle with respect to horizontal axial plane. Upper end of tube is located outside of pipe-line and is fitted with plug. Tubular rod with hermetically sealed low end in which transmitter of heat flowmeter is positioned is installed inside by-pass tube along its axis. Upper end of rod is anchored in plug. By-pass tube has hole to supply medium from main pipe-line and plane of its lower edge is placed at angle of 90-180 deg with reference to horizontal axial plane. EFFECT: increased accuracy of measurement of flow rate thanks to averaging of characteristics of flow of medium through section of pipe-line. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа в магистральных трубопроводах. The present invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow of liquid or gas in pipelines.

Известно устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа (Патент России N 2066850, кл. G 01 F 1/68, БИ N 26, 1996), содержащее сужающее устройство, устанавливаемое в трубопроводе, первую и вторую байпасные трубки, подключаемые входными концами перед, а выходными концами после сужающего устройства, турбулентный дроссель, установленный в общем выходном конце байпасных трубок, ламинарный дроссель, установленный в выходном конце второй байпасной трубки, датчик теплового расходомера, размещенный на первой байпасной трубке. A device for measuring gas flow, which implements a method of measuring the mass flow of gas (Russian Patent N 2066850, CL G 01 F 1/68, BI N 26, 1996), containing a constriction device installed in the pipeline, the first and second bypass tubes that are connected inlet ends in front and outlet ends after the constriction device, a turbulent throttle installed in the common output end of the bypass tubes, a laminar throttle installed in the output end of the second bypass tube, a heat flow sensor placed on the first bypass second tube.

Данное устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку, выходной конец которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход всего потока определяется по расходу части потока среды, которая отводится от основного потока в одном месте, путем пересчета расхода отводимой части на весь поток, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки, внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отводимой части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды. This device for measuring gas flow, which implements a method of measuring the mass flow of gas, as well as the inventive device for measuring the flow of medium contains a bypass tube, the output end of which is located inside the main pipeline through which the medium is transported, the flow rate of which is measured, and the sensor of the heat flow meter, housed in the bypass tube. However, the execution of the bypass tube is curved, the placement of both the input and output ends of the bypass tube inside the main pipeline, and the tube itself outside the main pipeline and the absence of a plug and tubular rod, leads to the fact that the flow rate of the entire flow is determined by the flow rate of the part of the medium flow that is discharged from the main flow in one place, by recalculating the flow rate of the outlet part to the entire flow, which reduces the accuracy of determining the flow rate due to the influence of the bypass tube parameters, the external environment in which it is located, and from - due to the fact that the parameters of the outlet part of the flow depend on the place at which part of the medium flow is taken to measure the entire flow rate of the medium.

Известно устройство и способ байпасного измерения потока в линии (Патент США N 5333496, кл. G 01 F 5/00, ИСМ, вып. 82, N 20, 1995), устройство содержит сужающее устройство, входную трубку, первый участок которой размещен в основном трубопроводе, по которому транспортируется поток жидкости, до сужающего устройства, параллельно потоку жидкости, а второй участок выходит из основного трубопровода, расходомер, к которому подключен второй участок входной трубки, выходную трубку, вторая часть которой размещена вне основного трубопровода и соединена с расходомером, а первая расположена внутри основного трубопровода после сужающего устройства параллельно потоку жидкости, при этом сечение входной и выходной трубок между точками отбора и возврата жидкости уменьшается. A device and method for bypass measuring flow in a line are known (US Patent No. 5333496, class G 01 F 5/00, ISM, issue 82, No. 20, 1995), the device comprises a constricting device, an inlet tube, the first portion of which is located mainly the pipeline through which the fluid flow is transported to the constricting device, parallel to the fluid flow, and the second section exits the main pipeline, a flow meter, to which the second section of the inlet pipe is connected, an output pipe, the second part of which is located outside the main pipeline and connected to the flow meter ohm, and the first is located inside the main pipeline after the constricting device parallel to the fluid flow, while the cross section of the inlet and outlet tubes between the points of selection and return of the liquid decreases.

Данное устройство байпасного измерения потока в линии, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды, содержит байпасную трубку, состоящую из двух участков входной трубки и двух участков выходной трубки, в которой размещен расходомер, при этом выходной конец байпасной трубки расположен в основном трубопроводе. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход среды измеряется по части потока среды, которая отводится от основного потока, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки и внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отведенной части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды. This device bypass flow measurement in the line, as well as the inventive device for measuring the flow rate of the medium, contains a bypass tube, consisting of two sections of the inlet tube and two sections of the output tube, in which the flow meter is located, while the output end of the bypass tube is located in the main pipeline . However, the execution of the bypass tube is curved, the placement of both the input and output ends of the bypass tube inside the main pipeline, and the tube itself outside the main pipeline and the absence of a plug and tubular rod, leads to the fact that the flow rate is measured by the part of the medium flow that is discharged from the main stream , which reduces the accuracy of determining the flow rate due to the influence of the bypass tube parameters and the external environment in which it is located, and because the parameters of the diverted part of the flow depend on the place in which it is taken portion of the fluid flow to measure the total flow of the medium.

Наиболее близким по технической сущности является расходомер воздуха (Патент Японии N 4-34686, кл. G 01 F 1/68, ИСМ, вып. 82, N 2, 1994), содержащий байпасный канал, расположенный вдоль оси трубопровода, по которому движется воздух, параллельно потоку воздуха, укрепленный с помощью стоек в стенке трубопровода, байпасный канал состоит из двух трубок, вторая из которых имеет диаметр меньший, чем первая, и расположена внутри первой, при этом входной конец байпасного канала (впускное отверстие) является первым концом первой трубки, в боковой поверхности которой выполнены выпускные отверстия, второй конец первой трубки герметично закрыт, вторая трубка имеет длину, меньшую длины первой, и укреплена на входе первой таким образом, что для измеряемой среды образуется проход от входного конца байпасного канала через вторую трубку до ее конца и далее через пространство между второй и первой трубкой и через выпускные отверстия в поток транспортируемой среды, первый и второй датчики теплового расходомера, размещенные в байпасном канале. The closest in technical essence is an air flow meter (Japanese Patent N 4-34686, CL G 01 F 1/68, ISM, issue 82, N 2, 1994), containing a bypass channel located along the axis of the pipeline through which the air moves parallel to the air flow, fixed with racks in the wall of the pipeline, the bypass channel consists of two tubes, the second of which has a diameter smaller than the first, and is located inside the first, while the inlet end of the bypass channel (inlet) is the first end of the first tube in the lateral surface of which th outlet holes are made, the second end of the first tube is hermetically closed, the second tube has a length shorter than the length of the first and is fixed at the inlet of the first so that for the medium to be measured, a passage is formed from the inlet end of the bypass channel through the second tube to its end and further through the space between the second and first tube and through the outlet openings in the flow of the transported medium, the first and second sensors of the heat flow meter, placed in the bypass channel.

Данный расходомер воздуха, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку (канал), выходной конец (выпускные отверстия) которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако, выполнение байпасной трубки (канала) описанным способом, расположение байпасной трубки параллельно потоку среды, расход которой измеряется, снижает точность измерения расхода из-за повышения сопротивления протекающей среде в байпасной трубке, что ухудшает теплотпередачу, а также из-за того, что при расположении байпасной трубки и, соответственно, датчика теплового расходомера по оси потока среды не учитывается характер распределения плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды по сечению трубопровода. This air flow meter, as well as the inventive device for measuring the flow rate of the medium contains a bypass tube (channel), the output end (exhaust holes) of which is located inside the main pipeline, which transported the medium, the flow rate of which is measured, and the sensor of the heat flow meter, located in the bypass the handset. However, the execution of the bypass tube (channel) in the described manner, the location of the bypass tube parallel to the flow of the medium, the flow rate of which is measured, reduces the accuracy of the flow measurement due to the increase in resistance to the flowing medium in the bypass tube, which impairs heat transfer, and also because the location of the bypass tube and, accordingly, the sensor of the heat flow meter along the axis of the flow of the medium does not take into account the nature of the distribution of densities, pressures, temperatures and flow rates of the medium over the cross section of the pipeline.

В основу предполагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для измерения расхода среды путем повышения точности измерения, достигаемого за счет выполнения байпасной трубки прямой и размещения ее в потоке среды, расход которой измеряется, что позволяет учесть распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, и вследствие этого, повысить точность определения расхода среды. The basis of the alleged invention is the task of improving the device for measuring the flow rate of the medium by increasing the accuracy of the measurement achieved by performing a direct bypass tube and placing it in the medium flow, the flow rate of which is measured, which allows you to take into account the distribution of densities, pressures, temperatures and flow rates of the medium, and as a result, improve the accuracy of determining the flow rate of the medium.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения расхода среды, содержащем байпасную трубку, установленную в основном трубопроводе, по которому транспортируется среда, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке, согласно изобретению байпасная трубка выполнена прямой и герметически закреплена в стенке основного трубопровода таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть байпасной трубки расположена внутри основного трубопровода, при этом байпасная трубка установлена под углом α, величина которого выбрана от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, а плоскость нижней кромки байпасной трубки расположена под углом β, величина которого выбрана от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, введены заглушка, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки, размещенной в основном трубопроводе равна L = R/sinα, где R - радиус байпасной трубки, и трубчатый шток с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока герметически укреплен в заглушке, а сам трубчатый шток расположен в байпасной трубке по ее оси, в байпасной трубке выполнено отверстие, верхняя кромка которого расположена на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода, площадь отверстия в байпасной трубке выбрана равной от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой выбран в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, датчик теплового расходомера размещен в трубчатом штоке.The problem is solved in that in the known device for measuring the flow rate of the medium, containing a bypass tube installed in the main pipe, through which the medium is transported, and the heat flow sensor placed in the bypass tube, according to the invention, the bypass tube is made straight and hermetically fixed in the wall of the main the pipeline so that the upper end of the bypass pipe is located outside the main pipe, and the rest of the bypass pipe is located inside the main pipe water, while the bypass tube is installed at an angle α, the value of which is selected from 10 ^o to 90 ^o , to the horizontal axial plane of the fluid flow in the main pipe, and the plane of the lower edge of the bypass tube is at an angle β, the value of which is selected from 90 ^o to 180 ^o, to the horizontal axial plane of flow in the main pipe, introduced cap which is hermetically fastened to the upper end of the bypass tube, the lower end of which is disposed in a flow, which flow is measured, is open, the length of the bypass portion tr the bar placed in the main pipeline is L = R / sinα, where R is the radius of the bypass tube, and the tubular rod with a hermetically sealed lower end, the upper end of the tubular rod is hermetically fixed in the plug, and the tubular rod itself is located in the bypass tube along its axis, a hole is made in the bypass tube, the upper edge of which is located at a distance of 2 - 5 mm from the inner surface of the main pipeline, the hole area in the bypass tube is chosen to be equal to one to four cross-sectional areas of the bypass tube, the diameter of which you wounds in the range of two to three times the diameter of the tubular rod, the thermal flow meter sensor is located in the tubular stock.

Введение заглушки и трубчатого штока в байпасную трубку, выполнение ее прямой и размещение байпасной трубки таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть расположена внутри основного трубопровода, установка байпасной трубки под углом α, величиной от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, расположение плоскости нижней кромки байпасной трубки под углом β, величиной от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, выполнение в байпасной трубке на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода отверстия для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, позволяет усреднить физически параметры потока транспортируемой среды, омывающей трубчатый шток, в котором расположен датчик теплового расходомера, и, таким образом, учесть реальное распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока транспортируемой среды, что ведет к повышению точности определения расхода транспортируемой среды.The introduction of the plug and the tubular rod into the bypass tube, making it straight and placing the bypass tube in such a way that the upper end of the bypass tube is located outside the main pipeline, and the rest is located inside the main pipeline, installing the bypass tube at an angle α, from 10 ^o to 90 ^o , to the horizontal axial plane of the medium flow in the main pipeline, the location of the plane of the lower edge of the bypass tube at an angle β, from 90 ^o to 180 ^o , to the horizontal axial plane of the medium flow in the main in the main pipeline, the execution in the bypass tube at a distance of 2 - 5 mm from the inner surface of the main pipeline of the hole for the selection of the medium, the area of which is from one to four cross-sectional areas of the bypass tube, the diameter of which is in the range from two to three diameters of the tubular rod, allows you to average physically the flow parameters of the transported medium washing the tubular rod in which the sensor of the heat flow meter is located, and thus take into account the actual distribution of densities, pressures, and temperatures and flow rates of the transported medium, which leads to increased accuracy in determining the flow rate of the transported medium.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для измерения расхода среды. The drawing shows a diagram of the proposed device for measuring the flow rate of the medium.

Устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку 1, которая герметически закреплена в стенке основного трубопровода 2, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, таким образом, что верхний конец байпасной трубки 1 находится снаружи основного трубопровода 2, а остальная часть распложена внутри основного трубопровода 2, при этом байпасная трубка 1 установлена под углом α, равным 10 - 90^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, а плоскость нижней кромки байпасной трубки 1 расположена под углом β, равным 90 - 180^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, заглушку 3, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки 1, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки 1, размещенной в основном трубопроводе 2, равна L = R/sinα, трубчатый шток 4 с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока 4 герметически укреплен в заглушке 3, а сам трубчатый шток 4 расположен в байпасной трубке 1 по ее оси, в байпасной трубке 1 на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода 2 выполнено отверстие 5 для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасно трубки 1, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока 4, датчик теплового расходомера 6, который размещен в трубчатом штоке 4.The device for measuring the flow rate of the medium contains a bypass tube 1, which is hermetically fixed in the wall of the main pipeline 2, through which the medium is transported, the flow rate of which is measured, so that the upper end of the bypass tube 1 is located outside the main pipeline 2, and the rest is located inside the main pipeline 2, the bypass tube 1 is mounted at an angle α, equal to 10 - 90 ^o to the horizontal axial plane of flow in the main conduit 2, and a plane bottom edge of the bypass tube 1 disintegrations lozhena angle β, equal to 90 - 180 ^o to the horizontal axial fluid flow plane in the main pipe 2, the cap 3 which is hermetically fastened to the upper end of the bypass tube 1, the lower end of which is disposed in a flow, the flow rate of which is measured, is open, the length part of the bypass tube 1, located in the main pipe 2, is L = R / sinα, the tubular rod 4 with a hermetically sealed lower end, the upper end of the tubular rod 4 is hermetically fixed in the plug 3, and the tubular rod 4 is located in the bypass tube 1 along its axis in b an aperture tube 1 at a distance of 2 - 5 mm from the inner surface of the main pipeline 2 has a hole 5 for selecting a medium, the area of which is from one to four cross-sectional areas of the bypass tube 1, the diameter of which is in the range from two to three diameters of the tubular rod 4, the sensor heat flow meter 6, which is placed in the tubular rod 4.

Отверстие 5 может быть выполнено в виде нескольких отверстий, суммарная площадь которых равна от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки 1. The hole 5 can be made in the form of several holes, the total area of which is equal to one to four cross-sectional areas of the bypass tube 1.

Диаметр трубчатого штока 4 определяется диаметром датчика теплового расходомера 6. The diameter of the tubular rod 4 is determined by the diameter of the sensor of the heat flow meter 6.

Устройство для измерения расхода среды работает следующим образом. A device for measuring the flow rate of the medium operates as follows.

Транспортируемая среда при перемещении по основному трубопроводу 2 через отверстие 5 поступает внутрь байпасной трубки 1 и через пространство между внутренней стенкой байпасной трубки 1 и внешней поверхностью трубчатого штока 4 проходит на выход байпасной трубки 1 в поток транспортируемой среды в основном трубопроводе 2. Поток в байпасной трубке 1, омывающий трубчатый шток 4, в котором размещен датчик теплового расходомера 6, создается в основном за счет:
- разности давления в месте нахождения отверстия 5 и давления в области нахождения нижней кромки байпасной трубки 1;
- динамического напора потока в зоне отверстия 5.The transported medium when moving through the main pipeline 2 through the hole 5 enters the bypass tube 1 and passes through the space between the inner wall of the bypass tube 1 and the outer surface of the tubular rod 4 to the outlet of the bypass tube 1 into the flow of the transported medium in the main pipeline 2. The flow in the bypass tube 1, the washing tubular rod 4, in which the sensor of the heat flow meter 6 is placed, is created mainly due to:
- the pressure difference at the location of the hole 5 and the pressure in the region of the lower edge of the bypass tube 1;
- dynamic flow pressure in the area of the hole 5.

Так как основная часть байпасной трубки 1, в которой в трубчатом штоке 4 расположен датчик теплового расходомера 6, находится в основном потоке среды под указанным углом, то она и поток среды, омывающий трубчатый шток 4, нагреваются соответственно распределению температур потока по сечению основного трубопровода 2. Кроме того, расположение отверстия 5 для отбора среды и нижней кромки байпасной трубки 1, через которую отобранная среда возвращается в основной поток, на разных по вертикали уровнях приводит к усреднению плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, омывающего трубчатый шток 4. Таким образом, поток среды, омывающий трубчатый шток 4, имеет усредненные физические характеристики, вследствие чего повышается точность измерения расхода. Since the main part of the bypass tube 1, in which the sensor of the heat flow meter 6 is located in the tubular rod 4, is in the main fluid flow at the specified angle, it and the fluid flow washing the tubular rod 4 are heated according to the distribution of flow temperatures over the cross section of the main pipeline 2 In addition, the location of the hole 5 for the selection of the medium and the lower edge of the bypass tube 1, through which the selected medium returns to the main stream, at different vertical levels leads to an averaging of densities, pressures, eratur and fluid flow velocity, washing the tubular shaft 4. Thus, the flow of the medium, washing the tubular rod 4 has averaged physical characteristics, thereby increasing the accuracy of flow measurement.

Claims

A device for measuring the flow rate of the medium, comprising a straight bypass tube installed in the main pipeline through which the medium is transported, and a heat meter sensor located in the bypass tube, characterized in that the bypass tube is hermetically fixed to the wall of the main pipeline so that its upper end , in which the plug is hermetically fixed, is located outside the pipeline, and is installed to the horizontal axial plane at an angle α, the value of which is selected in the range of 10 - 90 ^o , and the plane is lower the edges of the bypass tube is located to the horizontal plane at an angle β, the value of which is selected in the range of 90 - 180 ^o , the heat flow meter sensor is placed in the tubular rod with a hermetically sealed lower end located in the bypass tube along its axis, the upper end of the rod is hermetically fixed in the plug and a hole was made in the bypass tube for the medium to flow from the main pipeline, the hole area being chosen equal to 1 to 4 cross-sectional areas of the tube, and the diameter of the latter equal to 2 to 3 rod diameters.