RU2527134C2

RU2527134C2 - Electromagnetic large-diameter flow meter

Info

Publication number: RU2527134C2
Application number: RU2012142894/28A
Authority: RU
Inventors: Иван Дмитриевич Вельт; Сергей Иванович Кузнецов; Юлия Владимировна Михайлова; Надежда Викторовна Терехина
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-08-27
Also published as: RU2012142894A

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to measurement of liquid metal flow rate by process based on interaction of moving fluid with magnetic field. This interaction follows the law of electromagnetic induction which states that electric field is induced in fluid crossing the magnetic field to make the measure of volume flow rate. Proposed flow meter consists of the pipe with no insulating coating, electrodes connected to the pipe outer surface, magnetic duct composed by hollow cylinder at least 5 mm in depth and two carcass-free saddle-shape magnetic field excitation inductors. Every carcass-free coil is shaped to ellipse enveloping the pipe, its mid coil axis located along pipe generatrix makes 0.5-0.6 of channel diameter while axis of mid coil located along pipe perimeter makes 1.0-1.2 of the channel diameter.

EFFECT: higher precision of measurements.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным расходомерам, предназначенным для измерения расхода электропроводных жидкостей.The invention relates to instrumentation, in particular to electromagnetic flow meters designed to measure the flow rate of electrically conductive liquids.

Известны электромагнитные расходомеры большого диаметра для электропроводных жидкостей, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции. Например, широко известен электромагнитный расходомер большого диаметра (от 300 до 1000 мм) общепромышленного назначения [1]. Расходомер имеет трубу из нержавеющей стали с изоляционным покрытием внутренней поверхности, два электрода, герметично введенных внутрь трубы, и индуктора, создающего магнитное поле в рабочей зоне канала трубы. Индуктор состоит из двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек, расположенных на трубе диаметрально противоположно друг другу, огибая трубу, и магнитопровода, в виде полого цилиндра, который охватывает трубу с бескаркасными катушками. Расходомер может измерять любые электропроводные жидкости, даже жидкие металлы, если температура измеряемой среды не превышает допускаемую, т.е. порядка 150-180°C.Large-diameter electromagnetic flow meters are known for electrically conductive fluids, the principle of which is based on the law of electromagnetic induction. For example, a large-diameter electromagnetic flow meter (from 300 to 1000 mm) of general industrial use is widely known [1]. The flowmeter has a stainless steel pipe with an insulating coating on the inner surface, two electrodes sealed inside the pipe, and an inductor that creates a magnetic field in the working area of the pipe channel. The inductor consists of two frameless saddle-shaped induction coils located on the pipe diametrically opposite to each other, enveloping the pipe, and a magnetic circuit in the form of a hollow cylinder that covers the pipe with frameless coils. The flowmeter can measure any electrically conductive liquids, even liquid metals, if the temperature of the medium being measured does not exceed the permissible one, i.e. about 150-180 ° C.

Электромагнитный расходомер [1] широко применяется, в частности, для измерения жидких теплоносителей. Ограничение по температуре измеряемой среды является существенным недостатком расходомера, т.к. рабочая температура большинства жидких металлов, которые используются в атомной промышленности в качестве теплоносителей (натрий, свинец, висмут, литий), имеют температуру выше 150-180°C.An electromagnetic flow meter [1] is widely used, in particular, for measuring liquid coolants. The temperature limit of the medium being measured is a significant drawback of the flow meter, since the operating temperature of most liquid metals, which are used in the nuclear industry as heat carriers (sodium, lead, bismuth, lithium), have a temperature above 150-180 ° C.

Целью изобретения является расширение верхнего предела допускаемой температуры измеряемой среды до 500°C и повышение точности измерения расхода в трубах большого диаметра.The aim of the invention is to expand the upper limit of the permissible temperature of the medium to 500 ° C and increase the accuracy of flow measurement in pipes of large diameter.

Эта цель достигается с помощью предлагаемого изобретения. Предлагаемый электромагнитный расходомер большого диаметра состоит из трубы с электродами, магнитопровода, выполненного в виде полого цилиндра и двух бескаркасных катушек. Индукционные катушки возбуждения магнитного поля имеют седлообразную форму и расположены на трубе диаметрально противоположно друг другу. Расходомер отличается от известного [1] тем, что труба не имеет внутреннего электроизоляционного покрытия, а электроды присоединены к наружной поверхности трубы. Каждая бескаркасная катушка имеет вид огибающего трубу эллипса, ось среднего витка которого, расположенная вдоль образующей трубы, равна 0,5-0,6 диаметра канала, а ось среднего витка, расположенная вдоль периметра трубы, равна 1,0-1,2 диаметра канала. Цилиндрический магнитопровод имеет толщину не менее 5 мм.This goal is achieved using the invention. The proposed electromagnetic flowmeter of large diameter consists of a pipe with electrodes, a magnetic circuit made in the form of a hollow cylinder and two frameless coils. Induction magnetic field excitation coils are saddle-shaped and are located on the pipe diametrically opposite to each other. The flow meter differs from the known [1] in that the pipe does not have an internal electrical insulation coating, and the electrodes are attached to the outer surface of the pipe. Each frameless coil has the form of an ellipse enveloping the pipe, the axis of the middle turn of which, located along the generatrix of the pipe, is 0.5-0.6 of the diameter of the channel, and the axis of the middle coil, located along the perimeter of the pipe, is equal to 1.0-1.2 of the diameter of the channel . The cylindrical magnetic circuit has a thickness of at least 5 mm.

Жидкие металлы обладают высокой электропроводностью, благодаря чему можно отказаться от необходимости применения изоляционного покрытия канала трубы, которое существенно ограничивает верхний предел температуры измеряемой среды. Труба с электродами обмотана теплоизолирующей и термостойкой бакелитовой лентой, позволяющей удалить бескаркасные индукционные катушки возбуждения магнитного поля от трубы, которая является основным источником радиации тепла на катушку возбуждения.Liquid metals have high electrical conductivity, so you can eliminate the need to use an insulating coating on the pipe channel, which significantly limits the upper temperature limit of the measured medium. The pipe with electrodes is wrapped with a heat-insulating and heat-resistant bakelite tape, which allows you to remove frameless induction magnetic field excitation coils from the pipe, which is the main source of heat radiation to the excitation coil.

При этом сами катушки возбуждения намотаны проводом с теплостойкой изоляцией типа ПОЖ, повышающие их теплостойкость.In this case, the excitation coils themselves are wound with a wire with heat-resistant insulation such as POZH, increasing their heat resistance.

Эллиптическая форма и указанные геометрические размеры индукционных катушек позволяют обеспечить распределение магнитного поля в канале трубы большого диаметра (от 300 до 1000 мм), обеспечивающее наименьшую чувствительность прибора к нарушению осевой симметрии кинематической структуры потока измеряемой среды.The elliptical shape and the indicated geometric dimensions of the induction coils make it possible to ensure the distribution of the magnetic field in the channel of a large-diameter pipe (from 300 to 1000 mm), which ensures the least sensitivity of the device to the violation of axial symmetry of the kinematic structure of the measured medium flow.

Таким образом, в рассматриваемой конструкции прибора достигается поставленная цель, т.е. обеспечивается верхний предел допустимой температуры измеряемой среды до 500°C и повышение точности измерения расхода.Thus, in the considered design of the device, the goal is achieved, i.e. provides an upper limit of the permissible temperature of the medium to 500 ° C and increase the accuracy of flow measurement.

На рис.1 приведена схема конструкции предлагаемого электромагнитного расходомера.Figure 1 shows the design of the proposed electromagnetic flowmeter.

Электромагнитный расходомер состоит из трубы 1, выполненной из нержавеющей стали без электроизоляционного покрытия, индуктора, состоящего из магнитопровода 2, выполненного в виде полого цилиндра, толщина которого не менее 5 мм и двух бескаркасных седлообразной формы индукционных катушек 3. К внешней поверхности трубы по линии, перпендикулярной оси канала и линии, соединяющей центры индукционных катушек, приварены два электрода 4. Каждая бескаркасная катушка имеет вид эллипса, огибающего трубу, ось среднего витка которого, расположенная вдоль образующей трубы, равна 0,5-0,6 диаметра канала, а ось среднего витка, расположенная вдоль периметра трубы, равна 1,0-1,2 диаметра канала.An electromagnetic flowmeter consists of a pipe 1 made of stainless steel without an electrical insulation coating, an inductor consisting of a magnetic circuit 2 made in the form of a hollow cylinder, whose thickness is at least 5 mm and two frameless saddle-shaped induction coils 3. To the outer surface of the pipe in a line, two electrodes 4 are welded perpendicular to the channel axis and the line connecting the centers of the induction coils 4. Each frameless coil has the form of an ellipse enveloping a pipe, the axis of the middle turn of which is located in ol forming pipe, channel diameter is equal to 0.5-0.6, and the medium coil axis, located along the perimeter of the pipe channel diameter is equal to 1.0-1.2.

Электромагнитный расходомер жидкого металла работает следующим образом. An electromagnetic liquid metal flow meter operates as follows.

К индукционным катушкам, включенным последовательно, подводится переменный электрический ток низкой частоты, в результате которого в канале трубы создается переменное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, проходящей через линию, соединяющую электроды и ось трубы. При движении жидкого металла по каналу, в жидком металле, пересекающем магнитное поле, возбуждается электрическое поле, которое образует циркуляционные токи в жидком металле и контактирующей с ним стенке трубы. В результате протекания токов в стенку трубы между электродами возникает разность потенциалов, которая служит мерой объемного расхода жидкого металла.An alternating electric current of low frequency is supplied to the induction coils connected in series, as a result of which an alternating magnetic field is created in the pipe channel, directed perpendicularly to the plane passing through the line connecting the electrodes and the pipe axis. When a liquid metal moves along a channel, an electric field is excited in the liquid metal crossing the magnetic field, which forms circulating currents in the liquid metal and the pipe wall in contact with it. As a result of the flow of currents into the pipe wall between the electrodes, a potential difference arises, which serves as a measure of the volumetric flow rate of the liquid metal.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении верхнего предела температуры измеряемой среды до 500°C и повышении точности измерения расхода в трубах большого диаметра (от 300 до 1000 мм).The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists in increasing the upper limit of the temperature of the medium to be measured up to 500 ° C and increasing the accuracy of measuring the flow rate in large diameter pipes (from 300 to 1000 mm).

Источник информацииThe source of information

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, справочник. Л.: Машиностроение, 1989, 701 с.1. Kremlin P.P. Flowmeters and counters, reference. L .: Engineering, 1989, 701 p.

Claims

Large diameter electromagnetic flow meter (from 300 to 1000 mm), consisting of a pipe with electrodes, a magnetic circuit made in the form of a hollow cylinder and two frameless saddle-shaped induction magnetic field excitation coils located diametrically opposite on the pipe, characterized in that to the outer surface of the pipe electrodes are attached, each frameless saddle-shaped induction coil has the form of an ellipse enveloping the pipe, the axis of the middle turn of which is located along the generatrix of the pipe, equal to 0.5 -0.6 diameter of the channel, the axis of the middle turn located along the perimeter of the pipe is equal to 1.0-1.2 of the diameter of the channel, and the cylindrical magnetic core has a thickness of at least 5 mm.