RU2310169C2

RU2310169C2 - Vortex flow meter

Info

Publication number: RU2310169C2
Application number: RU2005120269/28A
Authority: RU
Inventors: Иль Борисович Коган (RU); Илья Борисович Коган
Original assignee: Илья Борисович Коган; Покалюхин Александр Викторович; Сайфулин Рашид Мухамедович
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-11-10
Also published as: RU2005120269A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: flow meter comprises member that is made of a rod and set into the flow, vortex pickup mounted in the vicinity of the member, or on the member, or on another member connected with the member, and converter for converting the signal from the vortex pickup into the output signal. A part of the member that projects into the flow has a length of 0.5 of the diameter of the measuring pipeline. According to the second version, the member and the vortex pickup are arranged inside the pipe section used for setting it in the measuring pipeline. The length and width of the member are chosen so that the range of flow velocities in which the vortex frequency is proportional to the fluid flow is a minimum.

EFFECT: expanded functional capabilities.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к средствам измерения расхода и может использоваться в расходометрии жидких и газообразных сред.The invention relates to means for measuring flow and can be used in flow measurement of liquid and gaseous media.

Известен вихревой расходомер, описанный в патенте США № 05369810.Known vortex flowmeter described in US patent No. 05369810.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении и имеющего гибкий участок, соединенный с пьезоэлектрическим датчиком вихрей, регистрирующим деформации гибкого участка под действием пульсаций давления при вихреобразовании на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом длина тела обтекания равна диаметру проточной части, ширина тела обтекания в направлении, перпендикулярном оси потока и оси тела обтекания, составляет 0,15...0,3 от диаметра проточной части.The known flow meter comprises a measuring pipe section — a flow part, a flow body having the form of a rod crossing a flow part in a diametrical direction and having a flexible section connected to a piezoelectric vortex sensor detecting deformations of the flexible section under the influence of pressure pulsations during vortex formation on the flow body, a secondary transducer designed to convert the signal from the vortex sensor into an output signal or into visual information on the indicator, corresponding to e volume and / or flow of the medium, wherein the flow body length equal to the diameter of the flow part, the width of the bluff body perpendicular to the flow axis and the axis of the flow body, is 0.15 ... 0.3 times the diameter of the flow portion.

Недостатками известного расходомера являются наличие высоких потерь давления, возникающих на теле обтекания, вследствие его значительных размеров, что приводит к ухудшению гидравлических параметров системы вплоть до невозможности эксплуатации при малом располагаемом напоре (давлении), ограниченный диапазон диаметров трубопроводов вследствие значительных габаритов и стоимости расходомера для труб диаметром более 300 мм; чувствительность к вибрации.The disadvantages of the known flow meter are the presence of high pressure losses that occur on the body of the flow around, due to its significant size, which leads to deterioration of the hydraulic parameters of the system up to the impossibility of operation with a small available head (pressure), a limited range of pipeline diameters due to the significant dimensions and cost of the flow meter for pipes diameter over 300 mm; sensitivity to vibration.

Известен вихревой расходомер, описанный в патенте США № 6298734.Known vortex flowmeter described in US patent No. 6298734.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода малого диаметра - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении, датчик вихрей, состоящий из крыла, установленного в проточной части позади тела обтекания, и чувствительного элемента, расположенного в основании крыла и воспринимающего деформации крыла под действием пульсаций давления при вихреобразовании на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом проточная часть расходомера на штанге погружается внутрь трубопровода, имеющего диаметр, больший, чем диаметр проточной части, для осуществления измерения скорости потока в одной точке сечения трубопровода и последующего вычисления расхода и/или объема среды.The known flow meter comprises a segment of a measuring pipe of small diameter — a flow part, a flow body having the form of a rod crossing a flow part in a diametrical direction, a vortex sensor consisting of a wing installed in the flow part behind the body of the flow, and a sensing element located at the base of the wing and perceiving deformation of the wing under the influence of pressure pulsations during vortex formation on the body of the flow around, a secondary transducer designed to convert the signal from the sensor and vortices into the output signal or into visual information on the indicator corresponding to the volume and / or flow rate of the medium being measured, while the flow part of the flow meter on the rod is immersed inside a pipeline having a diameter larger than the diameter of the flow part to measure the flow velocity at one point the cross-section of the pipeline and the subsequent calculation of the flow rate and / or volume of the medium.

Недостатками известного расходомера являются высокая чувствительность к неточностям монтажа, к загрязнениям среды, чувствительность к вибрации.The disadvantages of the known flow meter are high sensitivity to installation inaccuracies, to environmental pollution, sensitivity to vibration.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является вихревой расходомер, описанный в руководстве по эксплуатации СПГК.407131.026 РЭ «Преобразователь расхода вихреакустический Метран-300ПР» и выбранный в качестве прототипа.The closest in technical essence to the claimed one is a vortex flowmeter described in the operating manual SPGK.407131.026 RE "Vortex-acoustic flow meter Metran-300PR" and selected as a prototype.

Известный расходомер содержит отрезок измерительного трубопровода - проточную часть, тело обтекания, имеющее вид стержня, пересекающего проточную часть в диаметральном направлении, и предназначенное для генерации вихрей при набегании на него потока среды, датчик вихрей, включающий два или четыре ультразвуковых преобразователя, предназначенный для детектирования вихрей, возникающих на теле обтекания, вторичный преобразователь, предназначенный для преобразования сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал или в визуальную информацию на индикаторе, соответствующие объему и/или расходу измеряемой среды, при этом длина тела обтекания равна диаметру проточной части, ширина тела обтекания в направлении, перпендикулярном оси потока и оси тела обтекания, составляет 0,15...0,3 от диаметра проточной части.A known flow meter comprises a measuring pipe section — a flow part, a flow body having the form of a rod crossing a flow part in a diametrical direction, and intended to generate vortices when a medium flow is incident on it, a vortex sensor including two or four ultrasonic transducers designed to detect vortices occurring on the body of the flow around, a secondary transducer designed to convert the signal from the vortex sensor into an output signal or into visual information on the indicator, corresponding to the volume and / or flow rate of the medium being measured, while the length of the flow body is equal to the diameter of the flow part, the width of the flow body in the direction perpendicular to the axis of the flow and the axis of the flow body is 0.15 ... 0.3 of the diameter of the flow part .

Недостатками известного расходомера являются наличие высоких потерь давления, возникающих на теле обтекания, вследствие его значительных размеров, что приводит к ухудшению гидравлических параметров системы вплоть до невозможности эксплуатации при малом располагаемом напоре (давлении), ограниченный диапазон диаметров трубопроводов вследствие значительных габаритов и стоимости расходомера для труб диаметром более 300 мм; возможность измерения расхода только жидких сред.The disadvantages of the known flow meter are the presence of high pressure losses that occur on the body of the flow around, due to its significant size, which leads to deterioration of the hydraulic parameters of the system up to the impossibility of operation with a small available head (pressure), a limited range of pipeline diameters due to the significant dimensions and cost of the flow meter for pipes diameter over 300 mm; the ability to measure the flow rate of only liquid media.

Целью заявляемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей расходомера за счет снижения потерь давления на расходомере.The aim of the invention is to expand the operational capabilities of the flow meter by reducing pressure losses on the flow meter.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное в потоке среды тело обтекания в виде стержня произвольного поперечного сечения, датчик вихрей, расположенный в, на или вблизи тела обтекания или на каком-либо элементе, связанном с телом обтекания, преобразователь сигнала от датчика вихрей в выходной сигнал, согласно изобретению тело обтекания выполнено малым, при этом выступающая в поток часть тела обтекания имеет длину от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода и ширину в направлении, перпендикулярном оси потока и оси стержня, от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода.This goal is achieved by the fact that in a vortex flowmeter containing a streamlined body around it in the form of a rod of arbitrary cross section, a vortex sensor located at, on or near the streamlined body or on any element associated with the streamlined body, the signal converter from sensor vortices into the output signal, according to the invention, the body of the flow around is made small, while the protruding part of the body of the flow around the stream has a length from 0.05 to 0.5 of the diameter of the measuring pipe and a width in the direction of ndicular to the flow axis and the axis of the rod, from 0.01 to 0.2 of the diameter of the measuring pipeline.

Расходомер может содержать проточную часть в виде специально изготовленного отрезка трубопровода с размещенным в ней телом обтекания и датчиком вихрей, предназначенную для установки в разрез измерительного трубопровода, либо тело обтекания и датчик вихрей могут монтироваться непосредственно на измерительный трубопровод (трубопровод, в котором производится измерение расхода).The flowmeter may contain a flowing part in the form of a specially made segment of a pipeline with a flow around body and a vortex sensor designed for installation in the section of the measuring pipeline, or the flow body and the vortex sensor can be mounted directly on the measuring pipeline (the pipeline in which the flow is measured) .

Использование тела обтекания малого размера, пересекающего не все сечение трубопровода, а лишь его часть, позволяет существенно снизить потери давления на расходомере.The use of a small flow body that does not cross the entire section of the pipeline, but only a part of it, can significantly reduce pressure losses on the flow meter.

В сравнении с прототипом заявляемый расходомер обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение тела обтекания малым с выступающей в поток частью длиной от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода, шириной от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода, обеспечивающими достижение заданного результата - снижения потерь давления и, как следствие, расширения эксплуатационных возможностей расходомера.In comparison with the prototype, the inventive flow meter has novelty, differing from it by such significant features as the execution of the body flow around a small part with a protruding part of the length from 0.05 to 0.5 from the diameter of the measuring pipeline, width from 0.01 to 0.2 from the diameter of the measuring pipeline, ensuring the achievement of a given result - reducing pressure losses and, as a result, expanding the operational capabilities of the flow meter.

Автору неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».The author is not aware of technical solutions that have the indicated distinguishing features that ensure the achievement of a given result, so he believes that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Заявляемый расходомер может найти широкое применение в расходометрии жидких и газообразных сред, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».The inventive flow meter can be widely used in flow metering of liquid and gaseous media, and therefore meets the criterion of "industrial applicability".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:The invention is illustrated by drawings, where shown in:

- фиг.1 (а, б) - блок-схема вихревого расходомера с проточной частью, устанавливаемой в разрез измерительного трубопровода;- figure 1 (a, b) is a block diagram of a vortex flowmeter with a flow part installed in the section of the measuring pipeline;

- фиг.2 (а, б) - блок-схема вихревого расходомера, монтируемого непосредственно в измерительный трубопровод.- figure 2 (a, b) is a block diagram of a vortex flowmeter mounted directly in the measuring pipeline.

Заявляемый расходомер содержит тело 1 обтекания, датчик 2 вихрей, электронный (вторичный) преобразователь 3. Тело 1 обтекания имеет форму стержня и крепится на стенке измерительного трубопровода 4 или на стенке специально изготовленной проточной части 5 таким образом, чтобы оно оказалось в потоке среды. Тело 1 обтекания имеет длину L от 0,05 до 0,5 от диаметра измерительного трубопровода 4 и ширину Н в направлении, перпендикулярном направлению потока, от 0,01 до 0,2 от диаметра измерительного трубопровода 4. Длина L и ширина Н тела 1 обтекания выбираются таким образом, чтобы максимизировать диапазон скоростей среды, в котором частота вихрей пропорциональна расходу среды. Непосредственно в или на теле 1 обтекания или на каком-либо элементе, соединенном с телом 1 обтекания, или в области 6, расположенной вблизи тела 1 обтекания, на стенке трубопровода или в потоке располагается датчик 2 вихрей, генерирующий сигнал, содержащий информацию о частоте вихрей. При этом в качестве датчика 2 вихрей могут использоваться ультразвуковые преобразователи или пьезоэлектрические датчики пульсаций давления либо термоанемометры и т.п. Сигнал от датчика 2 вихрей передается в электронный преобразователь 3, осуществляющий преобразование сигнала от датчика 2 вихрей в выходной сигнал, удобный для непосредственного восприятия или последующей обработки, соответствующий объему и/или расходу измеряемой среды.The inventive flow meter contains a body around 1, a vortex sensor 2, an electronic (secondary) transducer 3. The body around 1 has a rod shape and is mounted on the wall of the measuring pipe 4 or on the wall of a specially made flow part 5 so that it is in the flow of the medium. The flow body 1 has a length L from 0.05 to 0.5 of the diameter of the measuring pipe 4 and a width H in the direction perpendicular to the direction of flow, from 0.01 to 0.2 of the diameter of the measuring pipe 4. The length L and the width H of body 1 the flow around is chosen in such a way as to maximize the velocity range of the medium, in which the vortex frequency is proportional to the flow rate of the medium. Directly in or on the body of the flow around 1 or on any element connected to the body of the flow 1, or in the region 6 located near the body of the flow 1, on the wall of the pipeline or in the stream there is a vortex sensor 2, generating a signal containing information about the vortex frequency . In this case, ultrasonic transducers or piezoelectric pressure pulsation sensors or hot-wire anemometers, etc. can be used as a sensor of 2 vortices. The signal from the vortex sensor 2 is transmitted to an electronic transducer 3, which converts the signal from the vortex sensor 2 into an output signal convenient for direct perception or subsequent processing, corresponding to the volume and / or flow rate of the medium being measured.

Расходомер работает следующим образом.The flow meter operates as follows.

При набегании потока среды на тело 1 обтекания на теле образуются вихри, переносимые вниз по потоку от тела 1 обтекания. Вследствие соответствующего выбора длины и ширины тела 1 обтекания частота вихрей оказывается пропорциональной объемному расходу среды. Сигнал датчика 2 вихрей, содержащий информацию о частоте вихрей, поступает на электронный преобразователь 3, где преобразуется в выходной сигнал, соответствующий объему и/или расходу среды.When the flow of the medium onto the body 1 flows around the body, vortices are formed on the body, which are transferred downstream from the body 1 around the flow. Due to the appropriate choice of the length and width of the body 1 flow around the vortex frequency is proportional to the volumetric flow rate of the medium. The signal of the vortex sensor 2, containing information on the vortex frequency, is fed to an electronic transducer 3, where it is converted into an output signal corresponding to the volume and / or flow rate of the medium.

Вследствие малых размеров тела обтекания заявляемый расходомер имеет меньшие потери давления в сравнении с прототипом, что расширяет сферу его применения.Due to the small size of the body flow around the inventive flow meter has less pressure loss in comparison with the prototype, which expands the scope of its application.

Claims

1. A vortex flowmeter containing a streamline body in the form of a rod of arbitrary cross-section located in a medium flowing through a measuring pipeline, a vortex sensor located at, on or near a streamline body or on any element associated with a streamline body, a signal converter from the vortex sensor to the output signal, characterized in that the flow body is made small, while the part of the flow body protruding into the stream has a length from 0.05 to 0.5 of the diameter of the measuring pipe and a width in the direction, p perpendicular to the direction of flow and the axis of the body flow, from 0.01 to 0.2 of the diameter of the measuring pipeline.

2. The vortex flowmeter according to claim 1, characterized in that the flow body and the vortex sensor are installed directly in the measuring pipeline.

3. The vortex flowmeter according to claim 1, characterized in that the flow body and the vortex sensor are located in a section of the pipeline, designed to be installed in the section of the measuring pipeline.