RU82320U1 - PROBE VORTEX FLOW SENSOR - Google Patents

PROBE VORTEX FLOW SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU82320U1
RU82320U1 RU2008148577/22U RU2008148577U RU82320U1 RU 82320 U1 RU82320 U1 RU 82320U1 RU 2008148577/22 U RU2008148577/22 U RU 2008148577/22U RU 2008148577 U RU2008148577 U RU 2008148577U RU 82320 U1 RU82320 U1 RU 82320U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
transducer
housing
flow transducer
window
Prior art date
Application number
RU2008148577/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Леонидович Баранов
Владимир Петрович Вашурин
Дмитрий Валерьевич Артамонов
Михаил Иванович Зимин
Генрих Саакович Абрамов
Алексей Васильевич Барычев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА") filed Critical Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА")
Priority to RU2008148577/22U priority Critical patent/RU82320U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU82320U1 publication Critical patent/RU82320U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

1. Зондовый вихревой датчик расхода, содержащий преобразователь расхода и вычислительный блок, размещенные соответственно на концах полой штанги, снабженной узлом герметизации ее относительно трубопровода и возвратно-поступательного осевого перемещения преобразователя расхода в перпендикулярном потоку измеряемой среды направлении, причем корпус преобразователя расхода выполнен с прямоугольным (в плане) измерительным окном-каналом, в котором размещено трапецеидальное тело обтекания, нижний конец которого жестко закреплен в нижней части корпуса преобразователя расхода, два пьезочувствительных элемента, электрически соединенных проводниками с вычислительным блоком, отличающийся тем, что в верхнюю часть корпуса преобразователя расхода встроена цилиндрическая вставка с двумя сквозными отверстиями для размещения в них заподлицо с нижней поверхностью цилиндрической вставки (верхней поверхностью измерительного окна-канала) соответственно двух пьезочувствительных элементов с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой и расположенных симметрично относительно продольной осевой линии тела обтекания за верхним его концом по ходу потока, причем сверху цилиндрическая вставка выполнена с кольцевой отбортовкой, поверхность которой сопряжена с корпусом преобразователя расхода, скреплена с последним сварным швом, с гарантированным зазором (Δ), определяемым размером отбортовки. ! 2. Зондовый вихревой датчик расхода по п.1, отличающийся тем, что двугранные углы (γ) на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала при входе и выходе потока выполнены острыми, а на обеих бок�1. A probe vortex flow sensor, comprising a flow transducer and a computing unit, respectively located at the ends of a hollow rod equipped with a sealing unit relative to the pipeline and reciprocating axial movement of the flow transducer in a direction perpendicular to the flow of the measured medium, the flow transducer housing being made in a rectangular ( in plan) with a measuring window-channel in which a trapezoidal flow body is placed, the lower end of which is rigidly fixed in the lower part of the housing of the flow transducer, two piezosensitive elements electrically connected by conductors to the computing unit, characterized in that a cylindrical insert with two through holes is installed in the upper part of the housing of the flow transducer to be flush with the lower surface of the cylindrical insert (upper surface of the measuring channel window ), respectively, of two piezosensitive elements with the possibility of direct contact with the measured medium and located sim metrically relative to the longitudinal axial line of the flow body past its upper end in the flow direction, with the cylindrical insert on top made with an annular flange, the surface of which is mated to the flow transducer body, fastened to the last weld, with a guaranteed gap (Δ) determined by the flanging size. ! 2. The probe vortex flow sensor according to claim 1, characterized in that the dihedral angles (γ) on the lower and upper surfaces of the measuring channel window at the inlet and outlet of the flow are sharp, and on both sides

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно: к расходомерам 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 measuring equipment, namely: to flowmeters of gaseous substances, and can be used to account for consumption, for example, compressed air, steam, hydrocarbon gases, etc. when transporting them through pipelines.

Общеизвестна конструкция датчика [1], состоящая из встраиваемого в трубопровод проточного корпуса, в канал которого консольно выступает тело обтекания, преимущественно в виде размещенной перпендикулярно оси канала (и потока) призмы, которая вибрирует в направлении перпендикулярном к потоку под влиянием пульсации давлений на ее боковых сторонах. Сигналом датчика о величине расхода является частота вибраций тела обтекания в потоке, которая регистрируется и передается на измерительный прибор путем трансформации изгибных напряжений в соответствующий электрический сигнал, например с помощью тензо- или пьезоэлементов, встроенных в тело обтекания.The well-known design of the sensor [1], consisting of a flow-through housing integrated in the pipeline, into the channel of which the body flows around is cantilevered, mainly in the form of a prism placed perpendicular to the channel axis (and flow), which vibrates in the direction perpendicular to the flow under the influence of pressure pulsations on its lateral sides. The sensor signal about the flow rate is the vibration frequency of the flow around the body in the stream, which is recorded and transmitted to the measuring device by transforming the bending stresses into the corresponding electrical signal, for example, using strain gauges or piezoelectric elements built into the flow body.

Существенным недостатком таких датчиков является тот факт, что при переходе на измерения расхода измеряемой среды в трубах большого диаметра (до 1000 мм и более) собственная частота вибрации тела обтекания близка к частоте полезного сигнала, что практически исключает возможность использования данной конструкции датчика. Известная конструкция расходомеров для больших диаметров трубопроводов весьма материалоемка. Применение таких расходомеров на подобных трубопроводах из-за повышенной погрешности измерения при больших размерах корпусов и каналов ограничено. К тому же велика трудоемкость монтажа, наладки, поверки, замены.A significant drawback of such sensors is the fact that when switching to measuring the flow rate of a measured medium in pipes of large diameter (up to 1000 mm and more), the natural vibration frequency of the flow body is close to the frequency of the useful signal, which virtually eliminates the possibility of using this sensor design. The known design of flowmeters for large diameters of pipelines is very material intensive. The use of such flowmeters in such pipelines is limited due to the increased measurement error with large sizes of casings and channels. In addition, the complexity of installation, commissioning, verification, replacement is great.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому решению является расходомер-счетчик газа вихревой [2], предназначенный для измерения расхода газа и пара в трубопроводах. Работа датчика-расходомера 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 solution is a vortex gas flow meter [2], designed to measure the flow of gas and steam in pipelines. The operation of the sensor-flowmeter is 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.

Известный расходомер газа состоит из проточного корпуса, встраиваемого в трубопровод и датчика расхода, содержащего тело обтекания в виде трапецеидальной призмы, жестко закрепленной концами в канале корпуса перпендикулярно его оси и два пьезочувствительных элемента, которые размещены в корпусе заподлицо с поверхностью канала корпуса за телом обтекания по разные стороны от последнего. Электронный вычислительный блок расположен или непосредственно на корпусе, или вынесен на некоторое расстояние от него и соединен с датчиком расхода посредством полой штанги и кабеля.A known gas flow meter consists of a flow housing integrated in the pipeline and a flow sensor containing a flow body in the form of a trapezoidal prism rigidly fixed with ends in the channel of the housing perpendicular to its axis and two piezosensitive elements that are placed in the housing flush with the surface of the channel of the housing behind the flow around the body different sides of the latter. The electronic computing unit is located either directly on the housing, or taken out some distance from it and connected to the flow sensor via a hollow rod and cable.

Практика длительной эксплуатации этих расходомеров показала, что причиной, если не основной, повышенной погрешности измерения являются вибрации присоединенных к датчику масс (трубопроводы, стояки и т.п.), в том числе внешние кратковременные воздействия в виде ударов [3].The practice of long-term operation of these flowmeters has shown that the cause, if not the main, increased measurement error is due to vibrations of masses connected to the sensor (pipelines, risers, etc.), including external short-term impacts in the form of shocks [3].

Таким образом, цель создания заявляемой конструкции зондового вихревого датчика расхода (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому решению более высоких потребительских свойств, а именно: в обеспечении получения достоверного информационного сигнала при минимизации конструктивных размеров и материалоемкости датчика для трубопроводов с диаметрами от 100 мм и до максимально существующих 2500 мм.Thus, the goal of creating the inventive design of a probe vortex flow sensor (otherwise, the required technical result) is to provide a well-known technical solution of higher consumer properties, namely: to ensure reliable information signal while minimizing the design dimensions and material consumption of the sensor for pipelines with diameters from 100 mm and up to a maximum of 2500 mm.

Требуемый технический результат достигается тем, что в заявляемом зондовом вихревом датчике расхода, согласно прототипу, содержащем преобразователь расхода и вычислительный блок, размещенные, соответственно, на концах полой штанги, снабженной узлом герметизации ее The required technical result is achieved by the fact that in the inventive probe vortex flow sensor, according to the prototype, comprising a flow transducer and a computing unit located, respectively, at the ends of the hollow rod equipped with its sealing unit

относительно трубопровода и возвратно-поступательного осевого перемещения преобразователя расхода в перпендикулярном потоку измеряемой среды направлении, причем, корпус преобразователя расхода выполнен с прямоугольным (в плане) измерительным окном-каналом, в котором размещено трапецеидальное тело обтекания, нижний конец которого жестко закреплен в нижней части корпуса преобразователя расхода, два пьезочувствительных элемента, электрически соединенных проводниками с вычислительным блоком, в верхнюю часть корпуса преобразователя расхода дополнительно встроена цилиндрическая вставка с двумя сквозными отверстиями для размещения в них заподлицо с нижней поверхностью цилиндрической вставки (верхней поверхностью измерительного окна-канала) соответственно двух пьезочувствительных элементов, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой и расположенных симметрично относительно продольной осевой линии тела обтекания за верхним его концом по ходу потока, причем, сверху цилиндрическая вставка выполнена с кольцевой отбортовкой, поверхность которой сопряжена с корпусом преобразователя расхода, скреплена с последним сварным швом, с гарантированным зазором (Δ), определяемым размером отбортовки.relative to the pipeline and the reciprocating axial movement of the flow transducer in the direction perpendicular to the flow of the measured medium, moreover, the flow transducer housing is made with a rectangular (in plan) measuring window-channel, in which the trapezoidal flow body is placed, the lower end of which is rigidly fixed in the lower part of the housing flow transducer, two piezosensitive elements electrically connected by conductors to the computing unit, to the upper part of the transducer housing In addition, a cylindrical insert with two through-holes is additionally integrated for placement flush with the lower surface of the cylindrical insert (upper surface of the measuring channel window), respectively, of two piezosensitive elements, with the possibility of direct contact with the measured medium and located symmetrically with respect to the longitudinal axial line of the flow around the upper its end along the flow, and, on top of the cylindrical insert is made with an annular flanging, the surface Otori is associated with a flow transducer housing is fastened to the last weld, the clearance (Δ), determines the size of flange.

Двугранные углы (γ) на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала при входе и выходе потока выполнены острыми, а на обеих боковых стенках измерительного окна-канала по входу потока выполнены фаски.The dihedral angles (γ) on the lower and upper surfaces of the measuring window-channel at the inlet and outlet of the flow are sharp, and chamfers are made on both side walls of the measuring window-channel at the inlet of the flow.

Между торцевой поверхностью верхнего конца тела обтекания и верхней поверхностью измерительного окна-канала организован зазор (h).A gap (h) is organized between the end surface of the upper end of the flow body and the upper surface of the measuring channel window.

На чертеже (фиг.1) приведена конструкция зондового вихревого датчика расхода, смонтированного на трубопроводе большого диаметра (условно); на фигуре 2 - увеличенный в масштабе преобразователь расхода, на фигуре 3 -сечение Б-Б по фигуре 2, на фигуре 4 - сечение В-В по фигуре 3.The drawing (figure 1) shows the design of the probe vortex flow sensor mounted on a large diameter pipeline (conditionally); in figure 2 is an enlarged scale of the flow transducer, in figure 3 is a section bB in figure 2, in figure 4 is a section bb in figure 3.

Зондовый вихревой датчик расхода (смотри фиг.1) содержит преобразователь расхода 1 и вычислительный блок 2, размещенные, The probe vortex flow sensor (see figure 1) contains a flow transducer 1 and a computing unit 2,

соответственно, на концах 3 и 4 полой штанги 5, снабженной узлом 6 герметизации ее относительно трубопровода и возвратно-поступательного осевого перемещения преобразователя расхода в перпендикулярном потоку измеряемой среды направлении. Корпус 7 (смотри фиг.2) преобразователя расхода 1, выполнен с прямоугольным (в плане) измерительным окном-каналом 8, в котором размещено трапецеидальное тело обтекания 9, нижний конец которого жестко закреплен в теле корпуса 7 преобразователя расхода 1. В верхнюю часть корпуса 7 преобразователя расхода встроена цилиндрическая вставка 10 с двумя сквозными отверстиями (на чертеже не пронумерованы), в которых размещены заподлицо с нижней поверхностью цилиндрической вставки (с верхней поверхностью измерительного окна-канала) соответственно два пьезочувствительных элемента 11, электрически соединенные проводниками 12 с вычислительным блоком 2, с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой и расположенные симметрично относительно продольной осевой линии тела обтекания 9 за верхним его концом по ходу потока. Цилиндрическая вставка 10 сверху выполнена с кольцевой отбортовкой 13, поверхность которой сопряжена с корпусом 7 преобразователя расхода 1, скреплена с последним сварным швом 14, с гарантированным зазором (Δ), определяемым размером отбортовки. Пьезочувствительные элементы 11 сверху (со стороны проводников 12) зафиксированы (поджаты) резьбовыми элементами 15.respectively, at the ends 3 and 4 of the hollow rod 5, equipped with a unit 6 for sealing it relative to the pipeline and reciprocating axial movement of the flow transducer in the direction perpendicular to the flow of the measured medium. The housing 7 (see FIG. 2) of the flow transducer 1 is made with a rectangular (in plan) measuring window-channel 8, in which a trapezoidal flow body 9 is placed, the lower end of which is rigidly fixed in the body of the housing 7 of the flow transducer 1. To the upper part of the housing 7 of the flow transducer, a cylindrical insert 10 with two through holes (not numbered in the drawing) is built in, which are flush with the lower surface of the cylindrical insert (with the upper surface of the measuring channel window), respectively, two ezochuvstvitelnyh member 11, conductors 12 electrically connected to the computing unit 2, with the possibility of direct contact with the measured medium and arranged symmetrically about the longitudinal center line of the body 9 for wrapping the upper end thereof downstream. The cylindrical insert 10 on top is made with an annular flange 13, the surface of which is interfaced with the housing 7 of the flow transducer 1, is fastened to the last weld 14, with a guaranteed clearance (Δ) determined by the size of the flanges. The piezosensitive elements 11 from above (from the side of the conductors 12) are fixed (pressed) by the threaded elements 15.

Двугранные углы (γ) на корпусе преобразователя расхода при входе (выходе) потока в измерительное окно-канал выполнены острыми, а на боковых стенках измерительного окна-канала по входу потока выполнены фаски 16 (смотри фигуры 3 и 4). Полая штанга 5 (по низу) жестко соединена с верхней частью корпуса 7 преобразователя расхода 1 с помощью резьбовой накидной втулки 17 (смотри фигуру 1).The dihedral angles (γ) on the flow transducer case at the flow inlet (outlet) into the measuring channel window are sharp, and chamfers 16 are made on the side walls of the measuring channel window at the flow inlet (see figures 3 and 4). The hollow rod 5 (bottom) is rigidly connected to the upper part of the housing 7 of the flow transducer 1 using a threaded cap sleeve 17 (see figure 1).

Между торцевой поверхностью верхнего конца тела обтекания и верхней поверхностью измерительного окна-канала организован зазор (h).A gap (h) is organized between the end surface of the upper end of the flow body and the upper surface of the measuring channel window.

Работает зондовый вихревой датчик расхода следующим образом. При обтекании потоком измеряемой среды с обеих сторон тела обтекания 9 попеременно возникают срывающиеся вихри, представляющиеся собой так называемую «вихревую дорожку» Кармана. Пульсации давления в «дорожке» Кармана воспринимаются пьезочувствительными элементами 11, преобразуются каждым из них в электрические сигналы, которые далее поступают на обработку и вычисление расхода в вычислительный блок, после чего информация представляется пользователю в виде соответствующего показания в стандартных единицах измерения расхода.The probe vortex flow sensor operates as follows. When a medium flows around a measured medium, tearing vortices alternately arise on both sides of the body around the flowing body 9, which are the so-called Karman “vortex track”. The pressure pulsations in the Karman “track” are perceived by the piezoelectric sensors 11, converted by each of them into electrical signals, which are then sent to the processing unit and to calculate the flow rate, after which the information is presented to the user in the form of a corresponding indication in standard flow rate units.

На реальных объектах, в условиях эксплуатации, на электрический (информационный) сигнал накладываются помехи, вызванные влиянием гидравлических пульсаций измеряемой среды в трубопроводе, а также возмущающих колебаний значительных присоединенных масс (трубопроводов) на пьезочувствительные элементы. Задача состоит в том, чтобы минимизировать интенсивность влияния источников помех: пульсаций измеряемой среды и вибраций присоединенных масс на пьезочувствительные элементы и в конечном итоге на полезный (информационный) сигнал. Задача эта может быть решена двумя путями:On real objects, in operating conditions, interference is caused by an electric (informational) signal caused by the influence of hydraulic pulsations of the measured medium in the pipeline, as well as disturbing vibrations of significant connected masses (pipelines) on piezosensitive elements. The task is to minimize the intensity of the influence of interference sources: pulsations of the measured medium and the vibrations of the attached masses on the piezosensitive elements and, ultimately, on the useful (information) signal. This problem can be solved in two ways:

- выделением полезного сигнала на фоне помех методами адаптивной фильтрации, реализуемых электронными схемами с привлечением той или иной элементной базы [4];- the selection of a useful signal against the background of noise by adaptive filtering methods implemented by electronic circuits involving one or another element base [4];

- уменьшением влияния механических воздействий, возбуждаемых внешними источниками колебаний (присоединяемыми массами) за счет изменения конструкции объекта.- a decrease in the influence of mechanical influences excited by external sources of vibrations (attached masses) due to changes in the design of the object.

Необходимо отметить, что реализация первого пути будет тем более эффективной, чем успешней будут решены конструкторские проблемы, а именно, чем более будут защищены от влияния посторонних возмущений пьезочувствительные элементы.It should be noted that the implementation of the first path will be all the more effective the more successfully the design problems are solved, namely, the more the piezosensitive elements are protected from the influence of extraneous disturbances.

С этих позиций и рассмотрим конструкцию зондового вихревого датчика расхода (смотри фигуру. 1), которая с точки зрения теории колебаний From these positions, we consider the design of the probe vortex flow sensor (see figure. 1), which from the point of view of the theory of oscillations

представляет собой физический маятник, то есть маятник с распределенной массой. На упругой полой штанге 5, с одного конца 4 (сверху) жестко закрепленной в трубопроводе, подвешен груз (преобразователь расхода 1), который под влиянием возмущающих воздействий, источником которых являются (в нашем случае) вибрации трубопровода и гидравлические пульсации измеряемой среды, совершает малые вынужденные колебания, амплитуда которых пропорциональна амплитуде вынуждающей силы и существенно зависит от соотношения между частотой этой силы ω и собственной частотой колебательной системы (присоединенная масса участка-трубопровода+датчик расхода) ω0 [5]. При этом, как в каждой колебательной системе, в данной конструкции амплитуда колебаний системы будет являться функцией угловой частоты возмущающей силы. Но при равенстве угловых частот возмущающей силы и собственных колебаний системы возникает резонанс, показателем чего является резкое падение коэффициента затухания и, как следствие последнего, соответственно резкий рост амплитуды колебаний. Важной характеристикой колебательной системы является ее добротность Q, которая определяется отношением полной энергии системы при резонансе к потери энергии за один период:represents a physical pendulum, that is, a pendulum with a distributed mass. On an elastic hollow rod 5, from one end 4 (top) rigidly fixed in the pipeline, a load (flow transducer 1) is suspended, which, under the influence of disturbing influences, the source of which (in our case) is the pipeline vibrations and hydraulic pulsations of the medium being measured, forced oscillations, the amplitude of which is proportional to the amplitude of the driving force and substantially depends on the ratio between the frequency of this force ω and the natural frequency of the oscillating system (the attached mass of the pipeline section + flow sensor) ω 0 [5]. Moreover, as in each oscillatory system, in this design, the amplitude of the oscillations of the system will be a function of the angular frequency of the disturbing force. But when the angular frequencies of the perturbing force and the natural oscillations of the system are equal, a resonance arises, an indicator of which is a sharp drop in the damping coefficient and, as a consequence of the latter, a correspondingly sharp increase in the oscillation amplitude. An important characteristic of an oscillatory system is its Q factor Q, which is determined by the ratio of the total energy of the system at resonance to the energy loss in one period:

где W - полная энергия колебательной системы при резонансе;where W is the total energy of the oscillatory system at resonance;

Wп - потеря энергии за один период. Для механической системы можно записать [6]: (2)W p - energy loss in one period. For a mechanical system, we can write [6]: (2)

где k - коэффициент упругости системы;where k is the coefficient of elasticity of the system;

β - коэффициент затухания;β is the attenuation coefficient;

m - масса системы.m is the mass of the system.

Из определения добротности колебательной системы следует (формула 1), что, во-первых, надо максимально исключить в конструкции вероятность From the determination of the quality factor of the oscillatory system it follows (formula 1) that, firstly, the probability should be excluded as much as possible in the design

появления резонанса, а, во-вторых, если он появился, максимально увеличить потери энергии за один период. А из формулы (2) следует, каким путем все это возможно осуществить.the appearance of resonance, and, secondly, if it appears, maximize the energy loss in one period. And from formula (2) it follows which way all this can be implemented.

Таким образом, проблему уменьшения колебаний зондового вихревого датчика расхода от возмущающих воздействий внешней среды и пульсаций измеряемой среды путем изменения его конструкции необходимо решать следующими способами [7]:Thus, the problem of reducing the oscillations of the probe vortex flow sensor from the disturbing influences of the external environment and fluctuations of the measured medium by changing its design must be solved in the following ways [7]:

- устранением резонансных явлений;- elimination of resonance phenomena;

увеличением диссипации механической энергии в системе (конструкционное демпфирование);increased dissipation of mechanical energy in the system (structural damping);

- динамическим гашением (компенсированием) колебаний;- dynamic damping (compensation) of oscillations;

- введением в конструкцию колебательной системы элементов виброизоляции.- Introduction to the design of the oscillatory system of vibration isolation elements.

В конечном итоге демпферы, динамические гасители и виброизоляторы образуют в совокупности виброзащитные устройства, предназначенные в той или иной мере для уменьшения влияния сторонних возмущений на виброактивность конструкции, или другими словами, как в нашем случае, на процесс измерения.Ultimately, dampers, dynamic dampers and vibration isolators together form vibration-protective devices designed to one extent or another to reduce the influence of external disturbances on the vibrational activity of the structure, or in other words, as in our case, on the measurement process.

Известно [7], что введение в конструкцию концентраторов механических напряжений в виде резьбовых и сварных соединений (демпферов) позволяет значительно повысить энергетические потери внутри (колебательной системы) конструкции, а именно: ослабить влияние энергии сторонних возмущающих колебаний за счет ее частичного поглощения, или, другими словами, за счет совершаемой работы на преодоление сил трения. В конструкции зондового вихревого датчика расхода (смотри фигуру. 1) предусмотрены три ступени виброзащиты конструкционного способа демпфирования:It is known [7] that the introduction of mechanical stresses into the design of concentrators in the form of threaded and welded joints (dampers) can significantly increase the energy loss inside the (vibrational system) of the structure, namely: weaken the influence of the energy of external disturbing vibrations due to its partial absorption, or, in other words, due to the work being done to overcome the friction forces. In the design of the probe vortex flow sensor (see figure. 1) there are three stages of vibration protection of the structural damping method:

1. жесткое крепление полой штанги 5 (по верху) с помощью накидной гайки (на чертеже не показана) в узле 6 герметизации;1. rigid fastening of the hollow rod 5 (on top) using a union nut (not shown in the drawing) in the sealing unit 6;

2. крепление низа 3 полой штанги к внешней резьбе верхней части корпуса преобразователя 7 с помощью резьбовой накидной втулки 17 (смотри фиг.2);2. fastening the bottom 3 of the hollow rod to the external thread of the upper part of the housing of the Converter 7 using a threaded cap sleeve 17 (see figure 2);

3. подвеска (развязка) пьезочувствительных элементов 11 (смотри фиг.2), помещенных в сквозные отверстия цилиндрической вставки 10, скрепленной сверху с корпусом преобразователя 7 посредством сварного шва 14 с одновременной фиксацией гарантированного зазора (Δ).3. the suspension (decoupling) of the piezosensitive elements 11 (see figure 2), placed in the through holes of the cylindrical insert 10, fastened on top with the housing of the transducer 7 by means of a weld 14 with the simultaneous fixation of the guaranteed clearance (Δ).

Пассивное динамическое гашение (компенсирование) колебаний в конструкции зондового вихревого датчика расхода обеспечено увеличением массы низа корпуса преобразователя расхода, который выполнен цельнометаллическим. Физическая сущность динамических гасителей состоит в противодействии колебаниям объекта за счет реакций, передаваемых на него дополнительной присоединенной телом (массой), или другими словами можно сказать, что для сохранения режима вынужденных колебаний объекта необходима дополнительная энергия внешнего источника колебаний. Естественно предположить, что включение в колебательную систему динамических гасителей в виде присоединенной массы затрудняет переход системы в состояние резонанса. Необходимо также отметить, что способ динамического гашения тем эффективней, чем меньше отношение масс источника колебаний и динамического гасителя.Passive dynamic damping (compensation) of vibrations in the design of the probe vortex flow sensor is provided by an increase in the mass of the bottom of the flow transducer housing, which is made all-metal. The physical essence of dynamic dampers consists in counteracting object vibrations due to reactions transmitted to it by an additional attached body (mass), or in other words we can say that in order to maintain the regime of forced object vibrations, additional energy of an external oscillation source is required. It is natural to assume that the inclusion of dynamic dampers in the form of an attached mass in the oscillatory system makes it difficult for the system to transition to a resonance state. It should also be noted that the method of dynamic damping is more effective, the smaller the ratio of the masses of the oscillation source and the dynamic damper.

Введение в конструкцию зондового вихревого датчика расхода зазора (h) между торцевой поверхностью верхнего конца тела обтекания 9 (смотри фиг.2) и верхней поверхностью измерительного окна-канала 8 обусловлено необходимостью в максимальной степени разгрузить цилиндрическую вставку с размещенными в ней чувствительными элементами от влияния посторонних возмущений, в том числе и от колебаний корпуса преобразователя расхода, соединенного с основным источником возмущающих колебаний - трубопроводом.The introduction of a gap (h) between the end surface of the upper end of the flow body 9 (see FIG. 2) and the upper surface of the measuring window-channel 8 into the design of the probe vortex flow sensor is due to the need to unload the cylindrical insert with the sensing elements placed in it from the influence of extraneous disturbances, including from vibrations of the housing of the flow transducer connected to the main source of disturbing vibrations - the pipeline.

По своей сути конструкция зондового вихревого датчика расхода представляет собой тело обтекания (корпус преобразователя 7, подвешенный At its core, the design of the probe vortex flow sensor is a flow body (transducer housing 7, suspended

на полой штанге 5), за которым по ходу общего потока формируются вихри («вихревая дорожка» Кармана). В то же время в теле корпуса преобразователя расхода сформировано измерительное окно-канал 8, в котором размещено трапецеидальное тело 9 обтекания, являющееся основным источником пульсаций давления (вихрей), частота колебаний которых пропорциональна расходу измеряемой среды, отводимой частично из основного потока в измерительный канал. Передние кромки (граница корпуса тела обтекания и измерительного канала) являются источниками дополнительной турбулизации потока - вихрей, которые проходят в измерительный канал и естественно мешают формированию стабильных пульсаций («вихревой дорожки» Кармана), что также является причиной возникновения дополнительной погрешности измерения расхода измеряемой среды. Эффект от введения в конструкцию острых кромок (смотри фиг.4) на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала в виде острых двугранных углов (у) можно объяснить на примере обтекания пластинки, установленной вдоль течения [8]. В этом случае вдоль пластинки возникает пограничный слой измеряемой среды, поперечные размеры которого увеличиваются вдоль течения. Именно пограничный слой и является, в конечном счете, причиной образования завихренности потока [9]. Острые кромки в виде двугранного угла на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала затягивают или отдаляют и по времени и по расстоянию формирование пограничного слоя как на верхней (а естественно и в зоне контактирования с измеряемой средой пьезочуствительных элементов), так и нижней поверхностях измерительного окна-канала, а, следовательно, и его отрыв.on a hollow rod 5), behind which vortices are formed along the general flow (Karman’s “vortex track”). At the same time, a measuring window-channel 8 is formed in the body of the flow transducer body, in which a trapezoidal flow body 9 is placed, which is the main source of pressure pulsations (vortices), the oscillation frequency of which is proportional to the flow rate of the measured medium, partially removed from the main stream to the measuring channel. The leading edges (the boundary of the body of the flow around and the measuring channel) are sources of additional turbulization of the flow — vortices that pass into the measuring channel and naturally interfere with the formation of stable pulsations (Karman's “vortex tracks”), which also causes an additional error in the measurement of the flow rate of the measured medium. The effect of introducing sharp edges into the structure (see Fig. 4) on the lower and upper surfaces of the measuring channel window in the form of sharp dihedral angles (y) can be explained by the example of the flow around a plate installed along a stream [8]. In this case, a boundary layer of the measured medium appears along the plate, the transverse dimensions of which increase along the flow. It is the boundary layer that is, ultimately, the cause of the formation of vorticity of the flow [9]. Sharp edges in the form of a dihedral angle on the lower and upper surfaces of the measuring channel window tighten or delay both the time and distance the formation of the boundary layer both on the upper (and, naturally, in the zone of contact with the measured medium of the piezoelectric sensors) and the lower surfaces of the measuring window -channel, and, therefore, its separation.

Фаски 16 на боковых стенках измерительного окна-канала 8 также способствуют плавному входу потока в измерительный канал (смотри фигуру.3).Chamfers 16 on the side walls of the measuring window-channel 8 also contribute to a smooth entry of the flow into the measuring channel (see figure 3).

Введение в конструкцию зондового вихревого датчика расхода острых кромок, сформированных на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала в виде острых двугранных углов (γ) и фасок 14 (смотри фигуры 3 Introduction to the design of the probe vortex flow sensor of sharp edges formed on the lower and upper surfaces of the measuring window channel in the form of sharp dihedral angles (γ) and chamfers 14 (see figure 3

и 4), способствует формированию ламинарного пограничного слоя [8], что создает благоприятные условия для работы пьезочуствительных элементов 11.and 4), contributes to the formation of a laminar boundary layer [8], which creates favorable conditions for the operation of piezoelectric elements 11.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемую конструкцию датчика расхода) вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами при несомненной промышленной применимости заявляемого объекта предполагает его соответствие критериям «полезной модели», и предполагает правовую защиту соответствующим охранным документом (патентом) РФ.The required technical result is ensured by the combination of the essential features (characterizing the proposed design of the flow sensor) of the above distinctive features, and the non-detection in public sources of patent and technical information of equivalent technical solutions with the same properties with undoubted industrial applicability of the claimed object implies its compliance with the criteria of the “utility model” , and implies legal protection by the relevant title of protection (patent) of the Russian Federation.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:SOURCES OF INFORMATION TAKEN INTO ACCOUNT WHEN DRAWING UP A DESCRIPTION OF A USEFUL MODEL:

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.:1. Kremlin P.P. Flow meters and quantity counters. - L .:

Машиностроение, 1989.-701 с.(стр.367);Mechanical Engineering, 1989.-701 p. (P. 367);

2. ТУ 39-0148346-001-92 «Счетчики газа вихревые СВГ. Технические условия» (Приложение Б) СВГ (№13489-00 в Госреестре средств измерений РФ) (прототип);2. TU 39-0148346-001-92 “Vortex gas counters SVG. Technical conditions ”(Appendix B) of the CSA (No. 13489-00 in the State Register of Measuring Instruments of the Russian Federation) (prototype);

3. Золотаревский С.О применимости различных методов измерения расхода для коммерческого учета газа// Газ. Специализированный журнал -2006, №3 (стр.14);3. Zolotarevsky S. About the applicability of various methods of measuring flow for commercial gas accounting // Gas. Specialized Journal -2006, No. 3 (p. 14);

4. Баранов С.Л., Болдин B.C., Абрамов Г.С., Зимин М.И. Новое поколение вихревых расходомеров// НТЖ. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. - №6 (стр.9-15);4. Baranov S.L., Boldin B.C., Abramov G.S., Zimin M.I. A new generation of vortex flowmeters // NTZh. Automation, telemechanization and communications in the oil industry. - M .: VNIIOENG OJSC, 2002. - No. 6 (p. 9-15);

5. Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лившиц Е.М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. Изд. «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1969. - 400 с.(стр.109);5. Landau L.D., Akhiezer A.I., Livshits E.M. General physics course. Mechanics and molecular physics. Ed. "Science", Main Edition of the Physics and Mathematics Literature, 1969. - 400 p. (P. 109);

6. Сена А.С.Единицы физических величин и их размерности. - М.:6. Sen A.S. Units of physical quantities and their dimension. - M .:

Издательство «Наука», 1977. - 336 с.(стр.136);Publishing house "Science", 1977. - 336 p. (P. 136);

7. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т.Т.6. 2-е изд., испр. и доп.-М.: Машиностроение, 1995. Защита от вибрации и ударов. - 456 с.(стр.33, 34, 148);7. Vibrations in technology: Reference: In 6 vols. T. 6. 2nd ed., Rev. and Dop.-M.: Engineering, 1995. Protection against vibration and shock. - 456 p. (P. 33, 34, 148);

8. Альтшуль А. Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1975. - 323 с.(стр.235,236);8. Altshul A. D., Kiselev P.G. Hydraulics and aerodynamics. Textbook for universities. Ed. 2nd, rev. and additional - M: Stroyizdat, 1975 .-- 323 p. (p. 235.236);

9. Марсден Дж. Е., Чорин А. - Математические основы механики жидкости. - М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004. -204 с.(стр.92, 93).9. Marsden J. E., Chorin A. - Mathematical foundations of fluid mechanics. - M.-Izhevsk: Research Center “Regular and chaotic dynamics”, 2004. -204 p. (P. 92, 93).

Claims (3)

1. Зондовый вихревой датчик расхода, содержащий преобразователь расхода и вычислительный блок, размещенные соответственно на концах полой штанги, снабженной узлом герметизации ее относительно трубопровода и возвратно-поступательного осевого перемещения преобразователя расхода в перпендикулярном потоку измеряемой среды направлении, причем корпус преобразователя расхода выполнен с прямоугольным (в плане) измерительным окном-каналом, в котором размещено трапецеидальное тело обтекания, нижний конец которого жестко закреплен в нижней части корпуса преобразователя расхода, два пьезочувствительных элемента, электрически соединенных проводниками с вычислительным блоком, отличающийся тем, что в верхнюю часть корпуса преобразователя расхода встроена цилиндрическая вставка с двумя сквозными отверстиями для размещения в них заподлицо с нижней поверхностью цилиндрической вставки (верхней поверхностью измерительного окна-канала) соответственно двух пьезочувствительных элементов с возможностью непосредственного контактирования с измеряемой средой и расположенных симметрично относительно продольной осевой линии тела обтекания за верхним его концом по ходу потока, причем сверху цилиндрическая вставка выполнена с кольцевой отбортовкой, поверхность которой сопряжена с корпусом преобразователя расхода, скреплена с последним сварным швом, с гарантированным зазором (Δ), определяемым размером отбортовки.1. A probe vortex flow sensor containing a flow transducer and a computing unit, respectively located at the ends of a hollow rod equipped with a sealing unit relative to the pipeline and reciprocating axial displacement of the flow transducer in a direction perpendicular to the flow of the measured medium, the flow transducer housing being made in a rectangular ( in plan) by a measuring window-channel in which a trapezoidal flow body is placed, the lower end of which is rigidly fixed in the lower part of the housing of the flow transducer, two piezosensitive elements electrically connected by conductors to the computing unit, characterized in that a cylindrical insert with two through holes is installed in the upper part of the housing of the flow transducer to be flush with the lower surface of the cylindrical insert (upper surface of the measuring channel window ), respectively, of two piezosensitive elements with the possibility of direct contact with the measured medium and located sim metrically relative to the longitudinal axial line of the flow body past its upper end in the flow direction, with the cylindrical insert on top made with an annular flange, the surface of which is mated to the flow transducer body, fastened to the last weld, with a guaranteed gap (Δ) determined by the flanging size. 2. Зондовый вихревой датчик расхода по п.1, отличающийся тем, что двугранные углы (γ) на нижней и верхней поверхностях измерительного окна-канала при входе и выходе потока выполнены острыми, а на обеих боковых стенках измерительного окна-канала по входу потока выполнены фаски.2. The probe vortex flow sensor according to claim 1, characterized in that the dihedral angles (γ) on the lower and upper surfaces of the measuring window-channel at the inlet and outlet of the flow are made sharp, and on both side walls of the measuring window-channel at the flow inlet chamfers. 3. Зондовый вихревой датчик расхода по п.1, отличающийся тем, что между торцевой поверхностью верхнего конца тела обтекания и верхней поверхностью измерительного окна-канала организован зазор (h).
Figure 00000001
3. The probe vortex flow sensor according to claim 1, characterized in that a gap (h) is arranged between the end surface of the upper end of the flow body and the upper surface of the measuring channel window.
Figure 00000001
RU2008148577/22U 2008-12-09 2008-12-09 PROBE VORTEX FLOW SENSOR RU82320U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148577/22U RU82320U1 (en) 2008-12-09 2008-12-09 PROBE VORTEX FLOW SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148577/22U RU82320U1 (en) 2008-12-09 2008-12-09 PROBE VORTEX FLOW SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU82320U1 true RU82320U1 (en) 2009-04-20

Family

ID=41018296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148577/22U RU82320U1 (en) 2008-12-09 2008-12-09 PROBE VORTEX FLOW SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU82320U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664261A (en) * 2024-02-01 2024-03-08 安徽天康(集团)股份有限公司 Elbow side-mounted gas flow meter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664261A (en) * 2024-02-01 2024-03-08 安徽天康(集团)股份有限公司 Elbow side-mounted gas flow meter
CN117664261B (en) * 2024-02-01 2024-04-05 安徽天康(集团)股份有限公司 Elbow side-mounted gas flow meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7059171B2 (en) Fluid density measurement using acoustic pressures for industrial sensing applications
CN102016522B (en) Very high frequency vibratory flow meter
Morooka et al. Experiments with a steel catenary riser model in a towing tank
CN101946165A (en) A system, method, and computer program product for detecting a process disturbance in a vibrating flow device
Resvanis et al. Reynolds number effects on the vortex-induced vibration of flexible marine risers
US4074571A (en) Obstacle assembly for vortex type flowmeter
Fu et al. VIV of flexible cylinder in oscillatory flow
CN202255473U (en) Intelligent quake-proof vortex precession flow meter
US9188471B2 (en) Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations
RU82320U1 (en) PROBE VORTEX FLOW SENSOR
Sun et al. Anti-vibration analysis of vortex probe based on three-axis acceleration measurement
Hua et al. Investigation on the effect of vibration frequency on vortex-induced vibrations by section model tests
CN201673102U (en) Densimeter
RU82843U1 (en) PROBE VORTEX FLOW SENSOR
Van Der Heijden et al. Fatigue analysis of subsea jumpers due to slug flow
Liu et al. Laboratory measurements of vortex-and wake-induced vibrations of a tandem arrangement of two flexible risers
Zhang et al. Fluid‐Elastic Instability Tests on Parallel Triangular Tube Bundles with Different Mass Ratio Values under Increasing and Decreasing Flow Velocities
RU120768U1 (en) VORTEX PROBE FLOW SENSOR
RU114777U1 (en) PROBE VORTEX FLOW SENSOR
CN203216542U (en) Novel plug-in type vortex street flowmeter
CN102507083B (en) Pulsating drag force determination method of wake flow riser
Vikestad et al. VIV lift coefficients found from response build-up of an elastically mounted dense cylinder
Mao et al. Lift force, drag force, and tension response in vortex-induced vibration for marine risers under shear flow
CN2597950Y (en) Fixed self-vibration damping differential flow sensor
CN1200253C (en) Suspension type self vibration damping difference flow sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20161210