RU68123U1

RU68123U1 - FLOW SENSOR

Info

Publication number: RU68123U1
Application number: RU2007124137/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Леонидович Баранов; Владимир Петрович Вашурин; Михаил Иванович Зимин; Генрих Саакович Абрамов; Евгений Анатольевич Панюков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ СибНА")
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Датчик расхода относится к измерительной 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) пульсации давления с электровыводами и тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы. Новизна датчика расхода характеризуется тем, что в боковое отверстие сквозного корпуса установлена цилиндрическая вставка с формированным в нем сквозным окном формы, близкой к прямоугольной. 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 measuring technique, namely: to primary converters (sensors) of the flow of gaseous substances, and can be used to account for the consumption of, for example, compressed air, steam, hydrocarbon gases during their transportation through pipelines. The sensor contains a through housing with a straight channel, two sensors (at least) pressure pulsations with electrical outlets and a flow body in the form of a trapezoidal equilateral prism. The novelty of the flow sensor is characterized by the fact that a cylindrical insert is installed in the side opening of the through case with a through window formed in it close to rectangular. 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 сквозного корпуса с прямолинейным каналом и тела обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы с жестко закрепленной в канале корпуса перпендикулярно его оси и двух датчиков пульсаций давления с электровыводами. 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. 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 through-body housing with a rectilinear channel and a flow body embedded in the pipeline in the form of a trapezoidal equilateral prism with a rigidly fixed channel in the housing channel perpendicular to its axis and two pressure pulsation sensors with electrical outputs. 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. 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 оказывают вредное влияние на выходной сигнал каждого из датчиков пульсации 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 have 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.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.

Датчик расхода состоит из сквозного корпуса с прямолинейным каналом, двух датчиков пульсаций давления и с электровыводами и соответственно, каждый из датчиков пульсаций давления встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жестко охватывающей его втулки. Каждая из втулок в верхней своей части снабжена кольцевой отбортовкой, по цилиндрической поверхности которой втулка сопряжена с кожухом и скреплена с ним сварным швом по их торцам, и тела обтекания, жестко закрепленного в полом цилиндрическом отсекателе, размещенном коаксиально и равновелико по длине корпуса и механически соединенного с внутренней поверхностью корпуса рядом металлических пластин. 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 возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой.The flow sensor consists of a through housing with a straight channel, two pressure pulsation sensors and with electrical outlets, and accordingly, each of the pressure pulsation sensors is built into the corresponding side opening of the housing by means of a sleeve rigidly enclosing it. Each of the bushings in its upper part is equipped with an annular flange, on the cylindrical surface of which the sleeve is mated with a casing and fastened with a weld seam at their ends, and a flow body rigidly fixed in a hollow cylindrical cutter placed coaxially and equally along the length of the body and mechanically connected with the inner surface of the body next to metal plates. Both pressure pulsation sensors (flow-sensitive side) with the sleeves covering them and, respectively, the 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 symmetrical to the central (along the length) axis of the flow body, with the possibility of direct contacting with the measured medium.

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 пульсации давления на малых диаметрах проточной части, но применение данной конструкции при диаметрах проточной части меньше 25 мм для измерения расходов в области малых значений (до 1 м³/ч и менее) невозможно из-за нарушения условий для стабильного вихреобразования при данных габаритах.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, which adversely affects the output signal of each of the pressure pulsation sensors at small diameters of the flow part, but the use of this design with diameters of the flow part less than 25 mm for measurement costs in the field of small values (up to 1 m ³ / h or less) is impossible due to violation of the conditions for stable vortex formation at given dimensions.

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 обеспечении надежного измерения расходов в области малых значений (путем создания условий для Thus, the goal of creating the claimed design of the flow sensor (otherwise, the required technical result) is to provide a well-known technical solution of higher consumer properties, namely: to ensure reliable measurement of costs in the field of small values (by creating conditions for

стабильного вихреобразования) при сохранении нечувствительности к конденсату.stable vortex formation) while maintaining insensitivity to condensate.

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 каналом, как минимум, два датчика пульсаций давления, тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы, установлена цилиндрическая вставка с кольцевой отбортовкой в боковое отверстие сквозного корпуса, цилиндрическая поверхность которой сопряжена с корпусом и скреплена с ним сварным швом, с гарантированным зазором (△), определяемым размером отбортовки и внутренним диаметром посадочного кольца, поверхность которого (внутренняя часть) сопряжена с нижней частью цилиндрической вставки, двумя кольцевыми канавками, между которыми в теле вставки сформировано сквозное окно, ограниченное с боковых сторон (относительно осевой линии вставки) внутренними стенками сквозного корпуса, сверху и снизу - поверхностью плоскостей, перпендикулярных осевой линии вставки, между которыми жестко закреплено тело обтекания, а оба датчика пульсаций давления (чувствительной к потоку стороной) встроены в соответствующие сквозные отверстия цилиндрической вставки (со стороны отбортовки) и размещены симметрично относительно центральной (по длине) оси тела обтекания заподлицо с поверхностью плоскости цилиндрической вставки, ограничивающей сверху сквозное окно, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой.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 straight channel, at least two pressure pulsation sensors, the flow body in the form of a trapezoid an equilateral prism, a cylindrical insert with annular flanging is installed in the lateral hole of the through case, the cylindrical surface of which is interfaced with the case and fastened to it a weld, with a guaranteed gap (△), determined by the flanging size and the inner diameter of the seat ring, the surface of which (the inner part) is mated to the lower part of the cylindrical insert, two annular grooves between which a through window is formed in the insert body, bounded on the sides ( relative to the center line of the insert) by the inner walls of the through case, above and below the surface of the planes perpendicular to the center line of the insert, between which the flow body is rigidly fixed, and both sensors of pressure pulsations (flow-sensitive side) are built into the corresponding through holes of the cylindrical insert (on the flanging side) and placed symmetrically relative to the central (along the length) axis of the flow body flush with the surface of the plane of the cylindrical insert, limiting the through window from above, with the possibility of direct contact with 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 The required technical result is ensured by the presence of the essential features (characterizing the proposed flow sensor device) of the above distinctive features, and the non-detection in public sources of patent and technical information of equivalent solutions with the same properties with undoubted

промышленной применимости предполагает соответствие заявляемого объекта критериям полезной модели.industrial applicability involves the compliance of the proposed object with 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 фигуры 1, 2) сквозного корпуса 1 с прямолинейным каналом 2, двух датчиков пульсаций давления 3 с электровыводами, тела обтекания 4, в виде трапецеидальной равнобокой призмы, жестко закрепленного в цилиндрической вставке 5, которая выполнена с кольцевой отбортовкой и установлена в боковом отверстии корпуса и скреплена с ним сварным швом, с гарантированным зазором △, определяемым размером отбортовки и внутренним диаметром посадочного кольца 6, сопряженного с ней по внутренней поверхности кольца. Между двух кольцевых канавок 7 цилиндрической вставки сформировано сквозное окно 8, ограниченное с боковых сторон (относительно осевой линии вставки) внутренними стенками 9 сквозного корпуса, сверху и снизу - поверхностью плоскостей 10, перпендикулярных осевой линии вставки. Датчики пульсаций давления установлены внутри цилиндрической вставки на уступах 11 и закреплены с помощью резьбовых элементов 12; уплотнительные кольца 13 из мягкого металла обеспечивают герметичность установки датчиков пульсаций давления внутри вставки. Электровыводы датчиков пульсаций давления 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).The flow sensor consists of (see figures 1, 2) a through housing 1 with a straight channel 2, two pressure pulsation sensors 3 with electrical outlets, a flow body 4, in the form of a trapezoidal equilateral prism, rigidly fixed in a cylindrical insert 5, which is made with an annular flange and installed in the side opening of the housing and fastened with a weld seam with a guaranteed gap △, determined by the size of the flanging and the inner diameter of the seat ring 6, mating with it on the inner surface of the ring. Between the two annular grooves 7 of the cylindrical insert, a through window 8 is formed, bounded on the sides (relative to the center line of the insert) by the inner walls 9 of the through body, above and below the surface of the planes 10 perpendicular to the center line of the insert. Pressure pulsation sensors are installed inside the cylindrical insert on the ledges 11 and secured with threaded elements 12; mild metal O-rings 13 provide for tight installation of pressure pulsation sensors inside the insert. The electrical outputs of the pressure pulsation sensors are passed inside the hollow rack into an electronic measuring unit, rigidly fixed to the end of the hollow rack (in figure 1, they are additionally shown by a thin line and are not shown in separate positions).

Датчик расхода устанавливают (смотри фигуру 1) в виде вставки в трубопровод (межфланцевое соединение) с помощью двух фланцев 14 и необходимого количества шпилек 15, с уплотнениями 16.The flow sensor is installed (see figure 1) in the form of an insert in the pipeline (wafer connection) using two flanges 14 and the required number of pins 15, with seals 16.

Работает датчик по известному принципу: при обтекании потоком с обеих сторон тела обтекания 4, за последним возникают срывающиеся вихри (пульсации давления) с частотой, пропорциональной расходу измеряемой The sensor works according to the well-known principle: when a stream flows around both sides of a streamline body 4, tearing down vortices (pressure pulsations) occur at the latter with a frequency proportional to the flow rate

среды. Пульсации давления воспринимаются датчиками пульсаций давления 3, преобразуются каждым из них в электрический 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.Wednesday. Pressure pulsations are sensed by pressure pulsation sensors 3, converted by each of them into an electrical signal, and then they are processed and calculated by an electronic measuring unit and presented to the user in the form of a corresponding reading in standard units of flow rate measurement.

Условия стабильного вихреобразования обеспечиваются следующими конструктивными решениями:The conditions for stable vortex formation are provided by the following structural solutions:

1. Сквозное окно 8 имеет форму, близкую к прямоугольной. Таким образом, боковые стенки сквозного окна удалены от боковых граней тела обтекания на расстояние 7...8 мм, достаточное для того, чтобы не мешать развитию очередного вихря в процессе вихреобразования.1. The through window 8 has a shape close to rectangular. Thus, the side walls of the through window are removed from the side faces of the flow body to a distance of 7 ... 8 mm, sufficient to not interfere with the development of another vortex during vortex formation.

2. Кольцевые канавки 7 препятствуют формированию паразитных вихрей на верхней и нижней кромке сквозного окна со стороны набегающего потока. Это дало возможность уменьшить высоту сквозного окна до 10 мм для смещения диапазона измеряемых расходов в область малых значений, при сохранении профиля скорости, необходимого для стабильного вихреобразования.2. The annular grooves 7 prevent the formation of spurious vortices on the upper and lower edges of the through window from the side of the incoming flow. This made it possible to reduce the height of the through window to 10 mm in order to shift the range of measured flows to the region of small values, while maintaining the velocity profile necessary for stable vortex formation.

3. Кольцевые канавки служат также для отвода части конденсата (до определенного предела), образующегося на внутренних поверхностях подсоединяемого трубопровода, из области сквозного окна. Таким образом повышается однородность набегающего на тело обтекания потока и обеспечивается работоспособность датчика расхода при измерении влажного пара и газа, с большим содержанием конденсата.3. The annular grooves are also used to drain part of the condensate (up to a certain limit) formed on the inner surfaces of the connected pipeline from the through window area. This increases the uniformity of the flow flowing around the body and ensures the operability of the flow sensor when measuring wet steam and gas with a high condensate content.

Надежное детектирование сигнала при вихреобразовании (пульсаций давления) в области малых расходов обеспечивается следующими конструктивными решениями:Reliable signal detection during vortex formation (pressure pulsations) in the low-flow area is provided by the following design solutions:

1. Гарантированный зазор и сварной шов обеспечивают минимальную чувствительность датчиков пульсаций давления к различного рода вибрациям и шумам, передаваемым по материалу подсоединяемого трубопровода.1. Guaranteed clearance and weld ensure minimum sensitivity of pressure pulsation sensors to various vibrations and noises transmitted through the material of the connected pipeline.

2. Размещение датчиков пульсаций давления на одной стороне сквозного окна в области формирования наибольших пульсаций давления при вихреобразовании обеспечивает максимальную чувствительность датчика расхода.2. Placement of pressure pulsation sensors on one side of the through window in the region of formation of the largest pressure pulsations during vortex formation provides the maximum sensitivity of the flow sensor.

Таким образом, комплексное применение указанных конструктивных решений позволило создать датчик расхода с нижним пределом измерения 1 м³/ч при сохранении всех преимуществ вихревого принципа измерения расхода.Thus, the integrated application of these design solutions allowed us to create a flow sensor with a lower measurement limit of 1 m ³ / h while maintaining all the advantages of the vortex principle of flow measurement.

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 security 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 №31280, М. кл.⁷G01F 1/32, приоритет 28.03.2003.1. RF, Description of the utility model according to certificate No. 31280, M. cl. ⁷ G01F 1/32, priority 03/28/2003.

2. РФ, Описание полезной модели по свидетельству №63055. М. кл.⁸G01F 1/32, приоритет 11.12.2006, прототип.2. RF, Description of the utility model according to certificate No. 63055. M. cl. ⁸ G01F 1/32, priority 11/12/2006, prototype.

3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. - 701 с.: ил.3. Kremlin P.P. Flowmeters and Counters: Reference. - 4th ed., Revised. and add. - L .: Mechanical engineering. Leningra. Department, 1989 .-- 701 p.: ill.

Claims

A flow sensor comprising a through body with a straight channel, at least two pressure pulsation sensors, a flow body in the form of a trapezoidal isoside prism, characterized in that a cylindrical insert with an annular flange is installed in the side opening of the through body, the cylindrical surface of which is paired with the body and fastened with it a weld, with a guaranteed clearance (Δ), determined by the size of the flanging and the inner diameter of the seat ring, the surface of which (inner part) is mated to part of a cylindrical insert, two annular grooves between which a through window is formed in the insert body, bounded on the sides (relative to the center line of the insert) by the inner walls of the through body, above and below the surface of planes perpendicular to the center line of the insert, between which the body is rigidly fixed flow around, and both pressure pulsation sensors (flow-sensitive side) are built into the corresponding through holes of the cylindrical insert (flanging side) and symmetrical but with respect to the center (lengthwise) axis of the bluff body is flush with the surface of the cylindrical insertion plane bounding the top through the window, with the possibility of direct contact with the measured medium.