RU222980U1 - Корпус проточной части вихревого расходомера с двумя электронными блоками - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам измерения расхода, в частности, к конструктивным элементам вихревых расходомеров, и может использоваться в измерительной технике для измерения расхода газа или жидкой среды. Корпус проточной части вихревого расходомера с двумя электронными блоками содержит корпус, в котором расположена измерительная труба с отверстиями, в которые установлено своими цилиндрическими концами тело обтекания, а также закреплены посредством индивидуальных узлов крепления датчиков соосно между собой два датчика изгибающего момента, соединенные с электронной системой расходомера, каждая из которых установлена в отдельном корпусе электронного блока, соединенного с внешней частью корпуса. Технический результат состоит в возможности размещения второго (дублирующего) датчика изгибающего момента и, соответственно, установить второй электронный блок соосно первому. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к средствам измерения расхода, в частности, к конструктивным элементам вихревых расходомеров и может использоваться в измерительной технике для измерения расхода газа или жидкой среды.

1. СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны вихревые расходомеры жидкости (RU 215793 U1), газа и пара, представляющие собой техническое устройство, состоящее из корпуса проточной части 1, на торцах которого в одном случае расположены фланцы 2 для закрепления на трубопроводе, в другом - только уплотнительные поверхности 3. В корпусе перпендикулярно потоку 4 устанавливается преграда 5 (тело обтекания), на боковых поверхностях которой при движении среды поочередно образуются завихрения 6. Частота образования завихрений пропорциональна скорости потока. Данный эффект носит название вихревой дорожки Кармана. За преградой установлен датчик изгибающего момента 7, который воспринимает силовое воздействие образующихся вихрей и индуцирует электрический сигнал определенной формы и амплитуды. Электрический сигнал от датчика изгибающего момента посредством кабелей 8 передается в электронику вихревого расходомера, установленную в корпусе электронного блока 9, который расположен в верхней части стойки 10, прикрепленной к корпусу с помощью фланцевой бобышки 11. Электроника вихревого расходомера обрабатывает сигнал, передающийся от датчика изгибающего момента, и преобразует его в значение объемного расхода, массового расхода или скорости потока. Расходомер показан на Фиг. 1. Расходомер устанавливается на трубопровод посредством фланцев 12 с крепежом 13, а также уплотнительных прокладок 14.

Краткое описание фигур:

Фиг. 1 - общий вид вихревого расходомера;

Фиг. 2 - общий вид системы из двух вихревых расходомеров, установленных с помощью конфузоров и диффузоров;

Фиг. 3 - проточная часть вихревого расходомера;

Фиг. 4 - проточная часть вихревого расходомера (вариант);

Фиг.5 - измерительная труба, тело обтекания и сечение тела обтекания;

Фиг. 6 - общий вид расходомера с двумя электронными блоками.

Описание элементов:

1 - корпус;

2 - фланцы прибора;

3 - уплотнительные поверхности;

4 - поток;

5 - тело обтекания;

6 - завихрения;

7 - датчик изгибающего момента;

8 - кабель;

9 - электронный блок;

10 - стойка;

11 - фланцевая бобышка

12 - ответные фланцы трубопровода;

13 - крепеж;

14 - прокладки;

15 - измерительная труба;

16 - крепления датчиков;

17 - сварной шов;

18 - средняя часть тела обтекания;

19 - цилиндрические концы;

20 - отверстия измерительной трубы;

21 - сварка;

22 - крепление по посадке с натягом.

Из физики процесса образования «дорожки Кармана» известно, что частота срыва вихрей в определенном диапазоне расходов среды связана со скоростью среды по формуле (1):

где:

ƒ - частота срыва вихрей (частота вихреобразования), Гц;

V- скорость потока среды, м/с;

Sh - безразмерная величина (число Струхаля; один из критериев подобия нестационарных течений жидкостей и газов, определяется экспериментально);

L - ширина преграды (тела обтекания), установленного перпендикулярно потоку, м.

Известно, что частота вихреобразований пропорциональна объемному расходу потока по линейной зависимости только в ограниченном диапазоне скоростей. Иначе можно сказать, что число Струхаля Sh=const при определенном диапазоне скоростей потока. При обтекании потоком измеряемой среды преграды с постоянной шириной, формула (1) преобразуется в:

где:

К - так называемый «К-фактор» расходомера, равный отношению постоянного числа Струхаля Sh к постоянной ширине преграды.

Соответственно значение К-фактора должно быть также постоянным в определенном диапазоне скоростей потока. Так, для большинства вихревых расходомеров, диапазон скоростей потока составляет от 0,25 м/с до 9 м/с для жидкостей и от 2 м/с до 68 м/с для газов. Таким образом, соблюдение диапазона скоростей потока измеряемой среды является одним из основных требований для обеспечения работоспособности вихревых расходомеров.

В основном вихревые расходомеры разделяются по такому параметру как номинальный диаметр DN (устар. - диаметр условного прохода, Ду), который применяется для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей трубопроводов, фланцев и другого оборудования. Однако, в большинстве случаев при использовании расходомера с номинальным диаметром равным номинальному диаметру трубопровода, на котором установлен расходомер, скорость потока (или объемный расход) может быть ниже (что чаще) или выше (что реже), чем рекомендуемый диапазон скоростей (объемного расхода) вихревого расходомера. Для обеспечения условия работоспособности расходомера применяют конфузоры (сужения трубопроводов) или диффузоры (расширения) для соответствующего увеличения или снижения скорости потока в трубопроводе. При этом существуют особые требования по расположению конфузоров и диффузоров до и после расходомеров с целью придания потоку определенного (устоявшегося) течения, в котором отсутствуют вредные завихрения в потоке, способные исказить картину корректного вихреобразования. В технической литературе, равно как и в нормативно документации, например ГОСТ 8.586.1, конфузоры и диффузоры относят к одной группе элементов трубопровода - местным сопротивлениям (МС). Также к МС относят любую трубопроводную арматуру или другие элементы трубопровода (задвижки, краны, колена, смешивающие и разделяющие тройники и т.д.), изменяющие кинематическую структуру потока. Так, например, для простого сужения трубопровода, минимальное расстояние от вихревого расходомера до МС (конфузора) должно быть равным 10 номинальным диаметрам расходомера. При установке расходомера после двух колен, расположенных в одной плоскости (т.е. поворот трубопровода на 180°), минимальное расстояние от вихревого расходомера до МС (два колена) должно быть равным 20 номинальным диаметрам расходомера.

Существуют задачи измерения расхода на трубопроводах опасных производственных объектов, объектах теплоэнергетики, химических производствах, при которых отказ в работе прибора, или недостоверные показания последних, могут привести к аварийным ситуациям или остановке процессов производства. С этой целью могут применять на одном трубопроводе не один, а несколько расходомеров, данные с которых обрабатываются системой верхнего уровня. Так, например, в ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических и нефтеперерабатывающих производств», приводится требование к надежности контроля параметров, определяющих взрывоопасность процесса, выражающееся в дублировании систем контроля параметров, к чему можно отнести и расход измеряемого продукта. Применение двух вихревых расходомеров подряд при таких процессах может быть затруднительно, т.к. один расходомер, расположенный выше по потоку, будет являться местным сопротивлением для второго, расположенного ниже, соответственно необходимо. Для компенсации влияния одного расходомера на другой необходимо использовать прямой участок между двумя расходомерами с минимальной длиной, равной 10 номинальным диаметрам расходомера. Таким образом, строительная длина узла учета расхода измеряемого продукта, состоящего из двух независимых вихревых расходомеров, установленных на трубопроводе без конфузоров и диффузоров, может составлять минимум 10 номинальных диаметров; при использовании конфузоров и диффузоров 25 номинальных диаметров DN (10 DN от конфузора до первого расходомера, 10 DN между расходомерами, 5 DN между вторым расходомером и диффузором); при установке после двух колен в одной плоскости - 35 номинальных диаметров (20 DN от колена до первого расходомера, 10 DN между расходомерами, 5 DN от второго расходомера до следующего местного сопротивления). Как видно из примера (Фиг. 2), дублирование вихревых расходомеров приводит к увеличению длины трубопроводов, что может быть затруднительно при недостатке свободного пространства. Также в таком случае появляются фланцевые соединения, уплотняемые различными материалами, которые усложняют конструкцию узла учета, а также повышают вероятность разгерметизации трубопровода во внешнюю атмосферу.

Задачи измерения расхода продукта с дублированием основных функций, а также сокращения строительной длины трубопроводов и снижения количества фланцевых соединений решают с помощью вихревых расходомеров, в которых существуют 2 независимых электронных блока, установленные на одном корпусе проточной части.

Известно устройство вихревого расходомера (патент US 6,053,053), в котором два вихревых расходомера объединены в один путем непосредственного соединения двух корпусов с преградами и сенсорами последовательно друг за другом, либо с помощью промежуточного участка (№133, Fig.6). Основным недостатком данной конструкции является относительно большая строительная длина самого корпуса расходомера.

Известно устройство вихревого расходомера (патент US 5,583,300), в котором два электронных блока, каждый из которых связан со своим датчиком вихрей, установлены на проточной части расходомера, содержащей только одну преграду для образования вихрей. Основным недостатком данной конструкции является наличие каналов, связывающих измерительную полость расходомера с двумя полостями, в которых устанавливаются датчики вихрей. Данные каналы могут со временем засоряться, что приводит к необходимости обслуживать расходомер. Также данная конструкция содержит большое количество деталей.

Известно устройство вихревого расходомера (патент CN 212030640 U), в котором два электронных блока, каждый из которых связан со своим датчиком вихрей, установлены на проточной части расходомера, содержащей только одну преграду для образования вихрей. При этом датчики вихрей и электронные блоки, по одному из вариантов, расположены симметрично. Также, в этом случае, датчики вихрей установлены непосредственно за преградой. Такое расположение датчиков предпочтительнее, чем установка датчиков вихрей непосредственно в преграде, т.к. силовое воздействие вихря на датчик максимально области, расположенной на некотором расстоянии от преграды. Однако такое решение накладывает ограничения по минимальному внутреннему диаметру корпуса проточной части, размерам и способу фиксации преграды и датчика, что и приведено в п. 6 формулы: «описанный вихревой расходомер имеет диапазон диаметров расходомера от 50 до 600 мм».

Также известен способ фиксации (патент RU 113 352 U1) тела обтекания (преграды) в корпусе проточной части вихревого расходомера, при котором тело обтекания выполнено в виде единой конструкции, имеющей цилиндрические части по краям, имеющей в средней части трапециевидное сечение. Цилиндрические части тела обтекания жестко закреплены в отверстиях стенки корпуса с помощью сварки. Основным недостатком данной конструкции является герметизация трубопровода, в частности - корпуса, с помощью сварки. Сварные швы в данном случае подвергаются нагрузкам от статического давления рабочей среды и динамического давления рабочей среды из-за возможных гидроударов при эксплуатации.

Известна конструкция корпуса проточной части вихреакустического расходомера (патент RU 184 555 U1), в которой корпус выполнен в виде трубы с выполненным за одно целое с ним и размещенным внутри него с углублением конфузором, в котором расположено тело обтекания. Способ фиксации тела обтекания в данном патенте не описан, однако из графики можно сделать вывод, что тело обтекания закреплено с помощью сварки к корпусу. Такая конструкция распространена среди изготовителей вихревых расходомеров, однако она имеет один общий недостаток - приварка к корпусу осуществляется вдоль линии, являющейся основанием для трапеции, в основном, со стороны входного патрубка прибора. Однако, как показывает практика, такого сварного шва недостаточно для надежной фиксации тела обтекания от воздействия потока измеряемой среды - со временем его отрывает от корпуса ввиду гидроударов. Также данный способ фиксации возможен только для расходомеров с внутренним диаметром больше 50 мм ввиду значительного удаления тела обтекания от входного патрубка прибора и отсутствия оборудования, способного сформировать качественный сварной шов на таком расстоянии.

Задачей предложенной полезной модели является создание устройства, в котором два электронных блока, каждый из которых связан со своим датчиком вихрей, установлены на проточной части расходомера, содержащей только одну преграду для образования вихрей. При этом датчики вихрей и электронные блоки расположены соосно.

Технический результат полезной модели заключается в следующем: предложенная конструкция позволяет разместить второй (дублирующий) датчик изгибающего момента и, соответственно, установить второй электронный блок соосно первому. При этом, ограничения по минимальному внутреннему диаметру корпуса проточной части, размерам и способу фиксации преграды и датчика, минимальны, а именно: заявленный вихревой расходомер имеет диапазон диаметров расходомера от 15 до 300 мм.

Также, в этом случае, датчики вихрей установлены непосредственно за преградой. Такое расположение датчиков предпочтительнее, чем установка датчиков вихрей непосредственно в преграде, т.к. силовое воздействие вихря на датчик максимально области, расположенной на некотором расстоянии от преграды.

Технический результат достигается тем, что предложен корпус проточной части вихревого расходомера с двумя электронными блоками (Фиг. 3), который содержит корпус 1, на торцах которого расположены фланцы 2 для закрепления на трубопроводе или уплотнительные поверхности 3, в корпусе расположена измерительная труба 15, в которой зафиксировано тело обтекания 5, а также закреплены соосно между собой два датчика изгибающего момента 7 посредством индивидуальных узлов крепления датчиков 16; при этом тело обтекания, установлено своими цилиндрическими концами 19 в отверстия 20 измерительной трубы и зафиксировано с помощью сварки 21 или по посадке с натягом 22; датчики изгибающего момента, соединенные с электронной системой расходомера, каждая из которых установлена в отдельном корпусе электронного блока, а также корпус электронного блока, соединенный с внешней частью корпуса с помощью стойки и фланцевой бобышки 11, приваренной к внешней части корпуса или только с помощью стойки, прикрепленной непосредственно к корпусу.

2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Проточная часть вихревого расходомера (Фиг. 3), которая содержит непосредственно корпус 1, на торцах которого в одном случае расположены фланцы 2 для закрепления на трубопроводе, в другом - только уплотнительные поверхности 3 (Фиг. 4). В корпусе расположена измерительная труба 15, в которой зафиксировано тело обтекания 5, а также закреплены соосно между собой два датчика изгибающего момента 7 посредством индивидуальных узлов крепления датчиков 16. Внешний диаметр измерительной трубы внутренний диаметр корпуса являются соразмерными. Измерительная труба может быть закреплена в корпусе по посадке с натягом, либо с помощью сварных швов 17. Тело обтекания (Фиг. 5) представляет собой цилиндр, средняя часть которого выполнена в виде трапеции 18. Тело обтекания своими цилиндрическими 19 концами устанавливается в отверстия 20 измерительной трубы и фиксируется с помощью сварки 21 или по посадке с натягом 22. Датчики изгибающего момента соединены с электроникой расходомера, каждая из которых установлена в отдельном корпусе электронного блока. Корпус электронного блока соединен с внешней частью корпуса с помощью стойки и фланцевой бобышки 11, приваренной к внешней части корпуса, или только стойки, прикрепленной непосредственно к корпусу расходомера (фиг. 4). Общий вид расходомера, установленный на трубопровод с использованием конфузоров и диффузоров представлен на Фиг. 5.

В предложенном варианте указана модель вихревого расходомера именно с датчиком изгибающего момента типа «Крыло», остальные приборы имеют отличный от нашего способ съема сигнала. Датчик изгибающего момента типа «крыло» представляет собой техническое устройство, преобразующее силовое воздействие на крыло в электрический сигнал посредством установленного внутри датчика пьезоэлектрического узла.

Принцип работы устройства.

Поток измеряемой среды поступает в измерительную трубу вихревого расходомера. При обтекании потоком измеряемой среды тела обтекания за последним образуются завихрения, силовое воздействие которых воспринимают датчики изгибающего момента, установленные ниже по потоку. Каждый датчик изгибающего момента преобразует силовое воздействие вихрей в независимый электрический сигнал, частота которых пропорциональна скорости потока измеряемой среды. Электронные блоки вихревого расходомера, соединенные с датчиками изгибающего момента, воспринимают электрические сигналы, обрабатывают их по встроенным в электронику алгоритмам и преобразуют в значения скорости потока, объемного расхода. Полученные данные могут отражаться на дисплее расходомера, а также передаваться по различным выходным сигналам во вторичное оборудование (системы верхнего уровня) с учетом требования дублирования показаний.

СПИСОК ПАТЕНТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ АНАЛОГОВ.

1. US 5,583,300 Вихревой расходомер с двумя сенсорами;

2. US 6,053,053 Множественная вихревая расходомерная система;

3. RU 113352 U1 Несъемное тело обтекания с узлом крепления его в корпусе проточной части вихревого расходомера;

4. RU 109557 U1 Конструкция корпуса проточной части вихреакустического расходомера;

5. CN 212030640 U Вихревой расходомер с двойным датчиком и двойным сигнальным процессором (наиболее близок по уровню техники).

Claims (7)

1. Корпус проточной части вихревого расходомера с двумя электронными блоками, содержащий корпус, в котором расположена измерительная труба с отверстиями, в которые установлено своими цилиндрическими концами тело обтекания, а также закреплены посредством индивидуальных узлов крепления датчиков соосно между собой два датчика изгибающего момента, соединенные с электронной системой расходомера, каждая из которых установлена в отдельном корпусе электронного блока, соединенного с внешней частью корпуса.

2. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что на торцах корпуса расположены либо фланцы для закрепления на трубопроводе, либо уплотнительные поверхности.

3. Корпус по пп. 1, 2, отличающийся тем, что корпус электронного блока соединен с внешней частью корпуса либо с помощью стойки и фланцевой бобышки, приваренной к внешней части корпуса, либо только с помощью стойки, прикрепленной непосредственно к корпусу.

4. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что внешний диаметр измерительной трубы и внутренний диаметр корпуса являются соразмерными.

5. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что измерительная труба закреплена в корпусе либо по посадке с натягом, либо с помощью сварных швов.

6. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что тело обтекания зафиксировано в отверстиях измерительной трубы либо с помощью сварки, либо по посадке с натягом.

7. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что тело обтекания представляет собой цилиндр, средняя часть которого выполнена в виде трапеции.