RU2157974C2

RU2157974C2 - Pressure transducer for flowmeter

Info

Publication number: RU2157974C2
Application number: RU98116119A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Бычков
Original assignee: Бычков Юрий Максимович
Priority date: 1996-11-23
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2000-10-20
Also published as: DE19648599C1; WO1998023926A1; AU5500598A

Abstract

FIELD: measurement of flow rate in pipe-line with large cross-section. SUBSTANCE: pressure transducer is made of case joined to pipe-line with built-in member in which longitudinal slit-like groove of variable depth open inwards is formed. Groove communicates with pipe union to tap maximum pressure in point of its maximum depth. Second pipe union for pressure tap is located in groove downstream of first one. EFFECT: increased measurement accuracy as fluid medium flows in pipe-line undisturbed. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерению расхода текучих сред в закрытых трубопроводах, в частности к датчикам давления для расходомеров. The invention relates to measuring the flow rate of fluids in closed pipelines, in particular to pressure sensors for flow meters.

Предшествующий уровень техники
Обычно датчики давления представляют собой расходомерные диафрагмы, измерительные сопла и трубки Вентури, которые служат для регистрации давления с охватом всего поперечного сечения и для дросселирования с целью создания активного давления. В случае трубопроводов очень большого поперечного сечения такие устройства малопригодны; кроме того, они тяжелы, громоздки, а их изготовление требует больших материальных и трудовых затрат. При их использовании неизбежны ограничения по пропускной способности трубопровода или из-за потерь вследствие трения. Наконец, в названных случаях надежность и точность измерений неудовлетворительны.State of the art
Typically, pressure sensors are flow diaphragms, measuring nozzles and venturi tubes, which are used to record pressure covering the entire cross section and to throttle in order to create active pressure. In the case of pipelines of very large cross-section, such devices are of little use; in addition, they are heavy, bulky, and their manufacture requires large material and labor costs. When using them, restrictions on the throughput of the pipeline or due to losses due to friction are inevitable. Finally, in these cases, the reliability and accuracy of the measurements are unsatisfactory.

Из описания к патенту Германии N 653331 известен датчик давления для расходомеров, устанавливаемый на трубопроводах большого поперечного сечения, в котором, наряду с расходомерной диафрагмой, предусмотрена трубка Вентури, отцентрированная таким образом, что большая ее часть располагается перед расходомерной диафрагмой, а ее задний конец пропущен через отверстие в диафрагме и за диафрагмой, на небольшом расстоянии от нее, оканчивается. Более высокое давление, создающееся перед диафрагмой, воспринимается отверстием, высверленным в стенке, а низкое давление воспринимается у самого низкого места трубки Вентури, причем последнее давление существенно ниже, чем более низкое давление, которое создавалось бы одной диафрагмой. Такая конструкция дорога и не лишена перечисленных выше недостатков. Кроме того, в канале имеют место нарушения течения. From the description of German patent N 653331, a pressure sensor is known for flowmeters mounted on pipelines of large cross-section, in which, along with the flow diaphragm, a venturi is provided, centered so that most of it is located in front of the flow diaphragm and its rear end is missing through the hole in the diaphragm and behind the diaphragm, at a small distance from it, ends. The higher pressure created in front of the diaphragm is perceived by the hole drilled in the wall, and the lower pressure is perceived at the lowest point of the venturi, the latter pressure being significantly lower than the lower pressure that would be created by one diaphragm. This design is expensive and not without the drawbacks listed above. In addition, there are disturbances in the channel.

Из описания к патенту США N 3449954 известен расходомер для труб большого диаметра, в котором по периметру распределено несколько датчиков активного давления; каждый датчик представляет собой трапециевидный элемент, выступающий из стенки трубы на некоторую высоту, малую по сравнению с радиусом трубы, и с отверстием для отбора давления в мертвой зоне позади этого элемента. Измерения осуществляют только в отдельных точках вблизи стенок; о профиле потока в целом судить нельзя. И в этом случае сечение канала не свободно от выдающихся в него встроенных элементов. From the description of US patent N 3449954 known flowmeter for pipes of large diameter, in which several active pressure sensors are distributed around the perimeter; each sensor is a trapezoidal element protruding from the pipe wall to a certain height, small in comparison with the radius of the pipe, and with an opening for pressure selection in the dead zone behind this element. Measurements are carried out only at individual points near the walls; the flow profile as a whole cannot be judged. And in this case, the section of the channel is not free from prominent built-in elements.

Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание датчика давления для расходомера, который был бы пригоден для трубопроводов большого поперечного сечения и одновременно был бы лишен перечисленных выше недостатков.Disclosure of Invention
An object of the present invention is to provide a pressure sensor for a flow meter that is suitable for large cross-section pipelines and at the same time be free from the above disadvantages.

Решение поставленной задачи достигнуто благодаря тому, что в датчике давления, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, создается практически невозмущенный главный поток и, наряду с ним, в особых щелевидных канавках создаются боковые потоки, имеющие достаточное число общих характеристик с главным потоком; в боковых потоках, под воздействием выполненного в форме диффузора расширения в канавках, достигающего своей максимальной глубины, а также под воздействием следующего за расширением конфузора и сил трения между боковыми стенками канавок создается градиент давления, который дает возможность судить о явлениях, развивающихся в главном потоке. Если главный поток достаточно центрально симметричен, можно обойтись лишь одной канавкой в любом месте по периметру трубы; если же приходится считаться с неоднородностью профиля скоростей потока при движении от центра к периферии, на внутренней поверхности корпуса необходимо разместить две или более канавок, равномерно разнесенных по периметру. The solution to this problem has been achieved due to the fact that in the pressure sensor made in accordance with the present invention, an almost undisturbed main stream is created and, along with it, side streams are created in special slit-like grooves having a sufficient number of common characteristics with the main stream; in the lateral flows, under the influence of expansion in the form of a diffuser in the grooves, reaching its maximum depth, and also under the influence of the expansion following the expansion of the confuser and friction forces, a pressure gradient is created between the side walls of the grooves, which makes it possible to judge the phenomena developing in the main flow. If the main flow is sufficiently centrally symmetrical, you can do with only one groove anywhere on the perimeter of the pipe; if you have to reckon with the heterogeneity of the flow velocity profile when moving from the center to the periphery, two or more grooves uniformly spaced around the perimeter must be placed on the inner surface of the housing.

Краткое описание фигур чертежей
Более подробно изобретение поясняется на основании прилагаемых чертежей, на которых представлены:
фиг. 1 - продольный разрез датчика давления согласно первому варианту исполнения;
фиг. 2 - поперечный разрез по линии 1-1 на фиг. 1;
фиг. 3 - продольный разрез датчика давления согласно второму варианту исполнения;
фиг. 4 - поперечный разрез по линии 1-1 на фиг.3.Brief Description of the Drawings
In more detail, the invention is illustrated on the basis of the accompanying drawings, on which:
FIG. 1 is a longitudinal section through a pressure sensor according to a first embodiment;
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 1-1 of FIG. 1;
FIG. 3 is a longitudinal section through a pressure sensor according to a second embodiment;
FIG. 4 is a transverse section taken along line 1-1 of FIG. 3.

Варианты осуществления изобретения
Предлагаемый датчик давления выполнен в форме корпуса (1), который при помощи одного или нескольких фланцев (2), имеющих уплотнительную прокладку (3), присоединен к фланцу (4) трубопровода (5), подводящего текучую среду, расход которой измеряют. Конфигурация поперечного сечения трубопровода (5) и корпуса (1) является, чаще всего, круглой, а ось (14) корпуса совпадает с осью трубопровода (15). Радиусы (г) несущих потоков каналов одинаковы; иными словами, трубопровод плавно переходит в корпус.Embodiments of the invention
The proposed pressure sensor is made in the form of a housing (1), which, using one or more flanges (2) having a gasket (3), is attached to the flange (4) of the pipeline (5) supplying a fluid whose flow rate is measured. The configuration of the cross section of the pipeline (5) and the housing (1) is most often circular, and the axis (14) of the housing coincides with the axis of the pipeline (15). The radii (g) of the carrier flows of the channels are the same; in other words, the pipeline smoothly passes into the body.

В корпусе (1) вдоль одной (фиг. 3,4) или двух (в этом случае - противолежащих) образующих цилиндрической поверхности приварен создающий давление элемент (8), который образует щелевидную канавку (9) переменной глубины (b), расположенную между двумя боковыми стенками (10) и профилированным дном (13). Глубина (b) канавки (9) постепенно увеличивается, начиная с точки, лежащей вблизи переднего края корпуса, таким образом, что образуемый канавкой (9) боковой канал расширяется наподобие диффузора. В самой глубокой точке канавки, имеющей глубину (b_max), предусмотрен штуцер датчика давления (7) для регистрации создаваемого в этом месте максимального давления. После прохождения этой точки глубина канавки снова уменьшается так, что образуется второй, сужающийся наподобие сопла участок, откуда боковой поток снова воссоединяется с главным. В конце второго участка, где поток целиком течет по главному каналу, размещен второй штуцер датчика давления (6).In the housing (1) along one (Fig. 3.4) or two (opposite) generatrices of the cylindrical surface, a pressure-generating element (8) is welded, which forms a slot-like groove (9) of variable depth (b), located between two side walls (10) and profiled bottom (13). The depth (b) of the groove (9) gradually increases, starting from a point lying near the front edge of the housing, so that the side channel formed by the groove (9) expands like a diffuser. At the deepest point of the groove, having a depth of (b _max ), a pressure gauge fitting (7) is provided for detecting the maximum pressure created in this place. After passing through this point, the depth of the groove decreases again so that a second section is formed, tapering like a nozzle, from where the side stream reconnects with the main one. At the end of the second section, where the stream flows entirely through the main channel, the second fitting of the pressure sensor (6) is placed.

При прохождении потока текучей среды через описанный выше датчик давления в точке расположения штуцера (7) регистрируется величина максимального давления, а разность между этой величиной и регистрируемым у штуцера (6) значением давления (уже в отсутствие бокового канала) служит основой для расчета величины расхода текучей среды в единицу времени, при этом в каждом конкретном случае значение поправочных коэффициентов может быть определено эмпирическим путем. When the fluid flow passes through the pressure sensor described above, the maximum pressure value is recorded at the location of the nozzle (7), and the difference between this value and the pressure value recorded at the nozzle (6) (already in the absence of a side channel) serves as the basis for calculating the flow rate of the fluid medium per unit time, and in each case, the value of the correction coefficients can be determined empirically.

Если проходящий по трубке поток достаточно однороден в смысле сохранения центральной симметрии, вполне точный его расход можно определить при наличие уже одного элемента (8), создающего давление и находящегося в произвольно выбранной точке на периферии, при необходимости, могут быть равномерно распределены несколько элементов (8), создающих давление; иллюстрацией этого случая служат (фиг. 1,2), где представлены два противолежащих элемента (8). If the flow passing through the tube is sufficiently homogeneous in the sense of maintaining central symmetry, its quite accurate flow rate can be determined if there is already one element (8) that creates pressure and is located at an arbitrarily selected point on the periphery, if necessary, several elements can be evenly distributed (8 ) creating pressure; this case is illustrated (Fig. 1,2), where two opposite elements (8) are presented.

Промышленная применимость
Предлагаемый датчик может найти применение в напорных газогидравлических системах различного назначения с каналами любого поперечного сечения с характерными размерами от 10 до 2500 мм для измерения расхода одно- и многофазных текучих сред с включениями различного физико-механического и химического состава. Наиболее оправдано применение на трубопроводах с характерным поперечным размером 800-2500 мм, где известные первичные преобразователи расхода, как правило, не обеспечивают требуемую точность измерений. Среди областей применения можно назвать:
- водоснабжение, водоотведение, теплогазоснабжение и вентиляция населенных мест и промышленных предприятий;
- газовая и нефтяная промышленность;
- химическая и нефтехимическая промышленность;
- разработка месторождения полезных ископаемых гидравлическим способом;
- гидротранспорт хвостов обогатительных фабрик;
- системы транспортировки жидкого и газообразного топлива в энергетике;
- системы гидротранспорта строительных растворов и смесей;
- оросительные системы в сельском хозяйстве;
- технологические газогидравлические системы в пищевой промышленности.Industrial applicability
The proposed sensor can be used in pressure gas-hydraulic systems for various purposes with channels of any cross section with characteristic sizes from 10 to 2500 mm for measuring the flow rate of single and multiphase fluids with inclusions of different physical, mechanical and chemical composition. It is most justified to use it on pipelines with a characteristic transverse size of 800–2500 mm, where known primary flow transducers, as a rule, do not provide the required measurement accuracy. Among the applications are:
- water supply, drainage, heat and gas supply and ventilation of populated areas and industrial enterprises;
- gas and oil industry;
- chemical and petrochemical industry;
- development of a mineral deposit hydraulically;
- hydrotransport of tailings of concentration plants;
- systems for transporting liquid and gaseous fuels in the energy sector;
- Hydrotransport systems of mortars and mixtures;
- irrigation systems in agriculture;
- technological gas-hydraulic systems in the food industry.

Claims

1. A pressure sensor for a flow meter designed to change the flow of fluids in closed pipelines, made in the form of a housing (1) with a flange (2) for connection through the flange (4) to the pipeline (5) and containing at least one pressure-generating element (8) with fittings (6, 7) for pressure selection, characterized in that the element (8) is made in the form of a part welded into the wall of the housing (1), forming a longitudinal slot-like groove (9) open inside the housing of variable depth (b) gradually increasing, and then decreasing, limited arallelnymi side walls (10) and a shaped bottom (13), wherein one of the nozzles (7) for pressure tapping communicates with the groove at the point of maximum depth for the registration of the maximum pressure.

2. The pressure sensor according to claim 1, characterized in that downstream of the flow in the groove (9) there is a second fitting (6) for pressure selection.

3. The pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that it contains two opposing elements (8) that create pressure.