RU63055U1

RU63055U1 - FLOW SENSOR

Info

Publication number: RU63055U1
Application number: RU2006143941/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Леонидович Баранов; Владимир Петрович Вашурин; Михаил Иванович Зимин; Генрих Саакович Абрамов; Дмитрий Валерьевич Артамонов; Евгений Анатольевич Панюков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА")
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2007-05-10

Abstract

Датчик расхода относится к расходоизмерительной технике, а именно: к первичным преобразователям (датчикам) расхода газообразных веществ, и может быть использован для учета потребления, например, сжатого воздуха, пара, углеводородных газов при их транспортировке по трубопроводам. Датчик содержит сквозной корпус с прямолинейным каналом, два датчика (как минимум) пульсаций давления с электровыводами и с охватывающими каждого из них (датчиков) втулкой и кожухом, тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы. Новизна датчика расхода характеризуется тем, что внутри сквозного корпуса коаксиально размещен полый цилиндрический отсекатель с встроенными в него телом обтекания и датчиками пульсаций давления. Датчик расхода обеспечивает более высокие потребительские свойства при их реализации по сравнению с уже известными техническими решениями. 1 н.п.ф., 2 ил.The flow sensor relates to a flow measuring technique, namely: to primary converters (sensors) for the flow of gaseous substances, and can be used to take into account the consumption, for example, of compressed air, steam, hydrocarbon gases during their transportation through pipelines. The sensor contains a through housing with a straight channel, two sensors (at least) of pressure pulsations with electrical outlets and with a sleeve and a cover covering each of them (sensors), a body of flow around it in the form of a trapezoidal isoside prism. The novelty of the flow sensor is characterized by the fact that a hollow cylindrical shut-off device with integrated flow body and pressure pulsation sensors is coaxially placed inside the through-case. The flow sensor provides higher consumer properties in their implementation in comparison with the already known technical solutions. 1 n.p.F., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к расходоизмерительной технике, а именно: к первичным преобразователям (датчикам) расхода газообразных веществ, и может быть использована для учета потребления, например, сжатого воздуха, пара, углеводородных газов и т.п. при их транспортировке по трубопроводам.The utility model relates to flow measuring equipment, namely: to primary converters (sensors) of the flow of gaseous substances, and can be used to take into account consumption, for example, compressed air, steam, hydrocarbon gases, etc. when transporting them through pipelines.

Общеизвестна конструкция датчика расхода по свидетельству на полезную модель [1], состоящая из встраиваемого в трубопровод проточного корпуса и тела обтекания в виде трапецеидальной призмы, жестко закрепленной в канале корпуса перпендикулярно его оси и двух датчиков пульсаций давления, которые диаметрально противоположно друг другу размещены в корпусе заподлицо с поверхностью канала за телом обтекания по разные стороны от последнего. Работа датчика основана на зависимости частоты пульсаций давления, возникающих в потоке за телом обтекания в процессе вихреобразования, от расхода измеряемой среды в трубопроводе.The well-known design of the flow sensor according to the utility model [1], consisting of a flow-through housing and a flow body embedded in the pipeline in the form of a trapezoidal prism, rigidly fixed in the channel of the housing perpendicular to its axis and two pressure pulsation sensors that are diametrically opposed to each other in the housing flush with the surface of the channel behind the flow body on opposite sides of the latter. The operation of the sensor is based on the dependence of the frequency of pressure pulsations that occur in the stream behind the flow body during vortex formation, on the flow rate of the measured medium in the pipeline.

К одному из основных недостатков этого датчика расхода следует отнести то, что информационный сигнал о расходе существенно искажает конденсат, образующийся в пристеночном пространстве проточной части датчика расхода, который оказывает вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсаций давления.One of the main disadvantages of this flow sensor is that the information signal about the flow significantly distorts the condensate formed in the wall space of the flow part of the flow sensor, which has a harmful effect on the output signal of each of the pressure pulsation sensors.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому датчику расхода является датчик расхода газа вихревой по свидетельству на полезную модель [2]. Работа датчика расхода также основана на зависимости частоты пульсаций давления, возникающих в потоке за телом обтекания в процессе вихреобразования, от расхода измеряемой среды в трубопроводе. Датчик расхода состоит из сквозного корпуса с прямолинейным каналом и тела обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы с жестко закрепленными концами в корпусе и расположенным в диаметральной The closest technical solution (prototype) to the claimed flow sensor is a vortex gas flow sensor according to the certificate of a utility model [2]. The operation of the flow sensor is also based on the dependence of the frequency of pressure pulsations that occur in the stream behind the flow body during the vortex formation process, on the flow rate of the measured medium in the pipeline. The flow sensor consists of a through body with a straight channel and a flow body in the form of a trapezoidal equilateral prism with rigidly fixed ends in the body and located in the diametric

плоскости перпендикулярно оси канала, а также, как минимум, двух датчиков пульсаций давления с электровыводами (за пределы корпуса) каждый. Датчики пульсаций давления встроены в корпус за телом обтекания (по направлению потока) и размещены противоположно один другому и симметрично диаметральной плоскости расположения тела обтекания с возможностью непосредственного контактирования с измеряемым потоком. Каждый из датчиков пульсаций давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки с кольцевой отбортовкой, контактирующей с корпусом и соединенной с ним посредством, например, сварного шва. Боковая поверхность конца втулки выполнена с кольцевым, коническим по форме, выступом с бóльшим диаметром на торце и частично выдвинута внутрь корпуса на конструктивно заданную величину.planes perpendicular to the axis of the channel, as well as at least two pressure pulsation sensors with electrical outlets (outside the housing) each. Pressure pulsation sensors are built into the housing behind the flow body (in the direction of flow) and are placed opposite one another and symmetrically to the diametrical plane of the flow body location with the possibility of direct contact with the measured flow. Each of the pressure pulsation sensors is integrated into the corresponding side opening of the housing by means of a sleeve rigidly enclosing it with an annular flange contacting the housing and connected to it by, for example, a weld. The lateral surface of the end of the sleeve is made with an annular, conical in shape, protrusion with a larger diameter at the end and partially extended into the housing by a structurally predetermined amount.

Известная конструкция датчика расхода обеспечивает его нечувствительность к конденсату, который образуется в пристеночном пространстве проточной части датчика расхода, оказывающий вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсаций давления, но как показала практика, применение этих датчиков расхода на малых диаметрах проточной части датчика невозможна, ввиду помех, создаваемых самим датчиком пульсаций давления, выступающим в проточную часть.The known design of the flow sensor ensures its insensitivity to condensate, which is formed in the wall space of the flow part of the flow sensor, adversely affecting the output signal of each of the pressure pulsation sensors, but as practice has shown, the use of these flow sensors on small diameters of the flow part of the sensor is impossible, because interference created by the pressure pulsation sensor itself, protruding into the flow part.

Таким образом, цель создания заявляемой конструкции датчика расхода (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому решению более высоких потребительских свойств, а именно: в уменьшении степени влияния наличия влаги в газообразных веществах, при малых диаметрах проточной части датчика расхода, на показания датчика расхода.Thus, the goal of creating the claimed design of the flow sensor (otherwise, the required technical result) is to provide a known technical solution with higher consumer properties, namely: to reduce the degree of influence of moisture in gaseous substances, with small diameters of the flow part of the flow sensor, on the readings flow sensor.

Как показывают стендовые, промышленные испытания и опыт эксплуатации заявляемого датчика расхода - прототипа, требуемый технический результат достигается тем, что в известном датчике расхода, согласно прототипу, содержащем сквозной корпус с прямолинейным As shown by bench, industrial tests and operating experience of the inventive flow sensor - prototype, the required technical result is achieved by the fact that in the known flow sensor, according to the prototype, containing a through housing with a rectilinear

каналом, как минимум, два датчика пульсаций давления, каждый из которых стороной с электровыводами встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки с кольцевой отбортовкой, а между корпусом и втулкой, коаксиально последней с зазором, определяемым размером (Δ) ее отбортовки, установлен дополнительный кожух (патрубок), жестко закрепленный в корпусе, сопряженный с втулкой по цилиндрической поверхности отбортовки и соединенный с ней сварным швом по их торцам, тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы, внутри сквозного корпуса коаксиально размещен по его длине полый цилиндрический отсекатель, механически скрепленный с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин, внутри отсекателя жестко закреплено тело обтекания, а оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) с охватывающими их втулками и соответственно кожухами встроены в соответствующие боковые отверстия стенки отсекателя, соосные с соответствующими боковыми отверстиями корпуса, размещены под углом, симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания, с одной из его сторон, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой.the channel, at least two pressure pulsation sensors, each of which is installed with the electrical outputs side into the corresponding side opening of the housing by means of a sleeve rigidly enclosing it with an annular flange, and between the body and the sleeve coaxially last with a gap determined by the size (Δ) of its flanging, an additional casing (pipe) is installed, rigidly fixed in the housing, mated to the sleeve along the cylindrical flanging surface and connected to it by a weld seam at their ends, the flow body in the form of a trapezoid of an equilateral prism, a hollow cylindrical cutter coaxially placed along the length of the prism inside the through case is mechanically fastened to the inner surface of the case by a number of metal plates, a flow body is rigidly fixed inside the cutter, and both pressure pulsation sensors (flow sensitive side) with bushings covering them and, respectively casings are built into the corresponding side holes of the cutter wall, coaxial with the corresponding side holes of the housing, placed at an angle, symmetrically relates exactly the central (along the length) axis of the flow body, on one of its sides, with the possibility of direct contact with the measured medium.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемое устройство - датчик расхода) вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных решений с теми же свойствами при несомненной промышленной применимости предполагает соответствие заявляемого объекта критериям полезной модели.The required technical result is ensured by the combination of the essential features (characterizing the proposed device - flow sensor) of the above distinctive features, and the failure to find equivalent solutions with the same properties in public sources of patent and technical information with undoubted industrial applicability implies that the claimed object meets the criteria of a utility model.

На фигуре 1 приведен (схематично) общий вид датчика расхода; на фигуре 2 - сечение А-А фигуры 1.The figure 1 shows (schematically) a General view of the flow sensor; figure 2 is a section aa of figure 1.

Датчик расхода состоит из (смотри фигуру 1) сквозного корпуса 1 с прямолинейным каналом 2, двух датчиков пульсаций давления 3 и 4 с электровыводами 5 и 6 соответственно, каждый из датчиков пульсаций The flow sensor consists of (see figure 1) a through case 1 with a straight channel 2, two pressure pulsation sensors 3 and 4 with electrical outputs 5 and 6, respectively, each of the pulsation sensors

давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки (позиции 7 и 8 соответственно). Каждая из втулок в верхней своей части снабжена кольцевой отбортовкой, по цилиндрической поверхности которой втулка сопряжена с кожухом (позиции 9 и 10 соответственно) и скреплена с ним сварным швом по их торцам, и тела обтекания 11, жестко закрепленного в полом цилиндрическом отсекателе 12, размещенном коаксиально и равновелико по длине корпуса и механически соединенного с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин 13 (смотри фигуру 2). Оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) с охватывающими их втулками и соответственно кожухами встроены в соответствующие боковые отверстия стенки отсекателя, соосные с соответствующими боковыми отверстиями корпуса, размещены под углом α, симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой. Датчик пульсаций давления (каждый в отдельности) установлен внутри втулки на уступе 14 и закреплен с помощью резьбового элемента 15; уплотнительное кольцо 16 из мягкого металла обеспечивает герметичность установки датчика пульсации давления внутри втулки. Электровыводы 5 и 6 пропущены внутри полой стойки в электронный измерительный блок, жестко закрепленный на конце полой стойки (на фигуре 1 дополнительно изображены тонкой линией и отдельными позициями не показаны).pressure is integrated into the corresponding side opening of the housing by means of a sleeve rigidly enclosing it (positions 7 and 8, respectively). Each of the bushings in its upper part is equipped with an annular flange, on the cylindrical surface of which the sleeve is mated to the casing (positions 9 and 10, respectively) and fastened with a weld seam at their ends, and the body of the flow around 11, rigidly fixed in the hollow cylindrical cutter 12, placed coaxially and equally along the length of the housing and mechanically connected to the inner surface of the housing by a series of metal plates 13 (see figure 2). Both pressure pulsation sensors (flow-sensitive side) with sleeves covering them and, respectively, housings are integrated in the corresponding side openings of the shutoff wall, coaxial with the corresponding side openings of the housing, placed at an angle α, symmetrically with respect to the central (along the length) axis of the flow body, with the possibility direct contact with the measured medium. A pressure pulsation sensor (each separately) is installed inside the sleeve on the ledge 14 and secured with a threaded element 15; an o-ring 16 of soft metal ensures the tightness of the installation of the pressure pulsation sensor inside the sleeve. Electrical leads 5 and 6 are passed inside the hollow rack to the electronic measuring unit, rigidly fixed to the end of the hollow rack (figure 1 is additionally shown with a thin line and individual positions are not shown).

Датчик расхода устанавливают (смотри фигуру 1) в виде вставки в трубопровод (межфланцевое соединение) с помощью двух фланцев 17 и необходимого количества шпилек 18, с уплотнениями 19.The flow sensor is installed (see figure 1) in the form of an insert in the pipeline (wafer connection) using two flanges 17 and the required number of pins 18, with seals 19.

Работает датчик по известному принципу: при обтекании потоком с обеих сторон тела обтекания 11, за последним возникают срывающиеся вихри (пульсации давления) с частотой, пропорциональной расходу измеряемой среды. Пульсации давления воспринимаются датчиками пульсаций давления 3 и 4, преобразуются каждым из них в электрический The sensor works according to the well-known principle: when a stream flows around both sides of a body around a stream 11, tearing vortices (pressure pulsations) occur at the latter with a frequency proportional to the flow rate of the medium being measured. Pressure pulsations are perceived by pressure pulsation sensors 3 and 4, each of them is converted into electrical

сигнал и далее поступают на обработку и вычисление расхода в электронный измерительный блок и представляются пользователю в виде соответствующего показания в стандартных единицах измерения расхода.the signal is then sent to the processing and calculation of the flow rate in an electronic measuring unit and presented to the user in the form of a corresponding indication in standard units of flow measurement.

Эффект действия полого цилиндрического отсекателя 12 состоит в следующем. Газ перемещается по трубопроводу, при этом в зоне действия датчика расхода происходит своего рода частичная сепарация влажного газа, причиной которой являются, на наш взгляд, следующие факторы [3]. Скорости движения частиц жидкости (газа), ограниченных стенками трубопровода (датчика) и распределенных по сечению потока, отличаются друг от друга: у стенки труб они равны нулю и максимальны на ее геометрической оси. Такое распределение скоростей вызвано тормозящим действием стенок и внутренним трением слоев потока, которое зависит от динамической вязкости рабочей среды. Исходя из этого, можно предположить, что капельки влаги (воды), более тяжелые, чем сухой газ, и имеющие большую динамическую вязкость (на два порядка), чем сухой газ, будут растекаться по внутренним стенкам сквозного корпуса датчика 1, а сухой газ, в силу меньшего внутреннего (вязкостного) трения, будет формировать поток в центре датчика (вдоль геометрической оси), то есть, в центре отсекателя, где (как говорилось выше) скорость потока максимальна.The effect of the hollow cylindrical cutter 12 is as follows. Gas moves through the pipeline, while in the area of the flow sensor there is a kind of partial separation of wet gas, which, in our opinion, is caused by the following factors [3]. The velocities of the movement of fluid (gas) particles bounded by the walls of the pipeline (sensor) and distributed over the flow cross-section differ from each other: at the pipe wall they are zero and maximum on its geometric axis. Such a velocity distribution is caused by the inhibitory effect of the walls and internal friction of the flow layers, which depends on the dynamic viscosity of the working medium. Based on this, it can be assumed that droplets of moisture (water), heavier than dry gas, and having a higher dynamic viscosity (two orders of magnitude) than dry gas, will spread along the inner walls of the through-case of sensor 1, and dry gas, due to less internal (viscous) friction, it will form a flow in the center of the sensor (along the geometric axis), that is, in the center of the cutter, where (as mentioned above) the flow velocity is maximum.

Таким образом, на датчики пульсаций давления 3 и 4, расположенные за телом обтекания 11 внутри стенки отсекателя 12, будет воздействовать поток сухого газа, в результате чего сигнал с датчиков 3 и 4 будет очищен от влияния влаги (капелек воды), а измерения расхода газа будут соответственно более точными и стабильными.Thus, the pressure pulsation sensors 3 and 4 located behind the flow body 11 inside the wall of the cutter 12 will be affected by the flow of dry gas, as a result of which the signal from the sensors 3 and 4 will be cleaned of moisture (water droplets), and the gas flow measurement will be more accurate and stable accordingly.

Имеется и дополнительный эффект такого конструктивного исполнения датчика расхода, который (эффект) состоит в следующем. В случае разных температур (а это практически бывает всегда) стенок сквозного корпуса и измеряемой среды (в данном случае, газа) на внутренних стенках сквозного корпуса 1, температура которых ниже температуры измеряемой среды (особенно в холодное время года: осень, зима, весна) There is an additional effect of such a design of the flow sensor, which (effect) is as follows. In the case of different temperatures (and this almost always happens) of the walls of the through case and the measured medium (in this case, gas) on the inner walls of the through case 1, whose temperature is lower than the temperature of the measured medium (especially in the cold season: autumn, winter, spring)

осаждается конденсат в виде капелек влаги (воды), который (конденсат) также не будет влиять на результат измерения.condensate precipitates in the form of droplets of moisture (water), which (condensate) will also not affect the measurement result.

Как выяснилось в ходе сравнительных и экспериментальных работ, совокупность существенных признаков датчика расхода (в том числе и отличительных), обеспечивает достижение требуемого технического результата при использовании, соответствует критериям «полезной модели» и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.As it turned out during the comparative and experimental work, the combination of essential features of the flow sensor (including distinctive ones) ensures the achievement of the required technical result when used, meets the criteria of the “utility model” and is subject to protection by the RF title document (patent) in accordance with the applicant’s request .

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:SOURCES OF INFORMATION USED WHEN DRAWING UP A DESCRIPTION OF A USEFUL MODEL:

1. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №27953, М. кл.⁷ G01F 1/32, приоритет 08.07.2002.1. RF, Description of the utility model according to certificate No. 27953, M. cl. ⁷ G01F 1/32, priority 08.07.2002.

2. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №31280, M. кл.⁷G01F 1/32, приоритет 28.03.2003, прототип.2. RF, Description of the utility model according to certificate No. 31180, M. class. ⁷ G01F 1/32, priority 03/28/2003, prototype.

3. Абрамов Г.С., Барычев А.В., Зимин М.И. Практическая расходометрия в промышленности - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2000. - 472 с. (стр.15).3. Abramov G.S., Barychev A.V., Zimin M.I. Practical flow measurement in industry - M.: VNIIOENG OJSC, 2000. - 472 p. (p. 15).

Claims

A flow sensor comprising a through housing with a straight channel, at least two pressure pulsation sensors, each of which is mounted on the side with electrical outlets in the corresponding side opening of the housing by means of a sleeve rigidly enclosing it with an annular flange, and between the housing and the sleeve coaxially last with a gap, determined by the size (Δ) of its flanging, an additional casing (pipe) is installed, rigidly fixed in the housing, paired with a sleeve along the cylindrical flanging surface and connected to it a seam along their ends, the body of the flow around is in the form of a trapezoidal equilateral prism, characterized in that a hollow cylindrical shutter coaxially placed equally along its length coaxially located along the housing body is mechanically fastened to the inner surface of the body by a number of metal plates, the body of the flow around is rigidly fixed, and both a pressure pulsation sensor (flow-sensitive side) with sleeves covering them and, accordingly, casings are integrated into the corresponding side openings of the shut-off wall, coax s with the respective side openings body placed at an angle symmetrically with respect to the center (lengthwise) axis of the flow body, with one of its sides, with the possibility of direct contact with the measured medium.