датчик центробежного расходомера

Формула изобретения

Датчик центробежного расходомера, содержащий винтовой канал, имеющий выполненные друг против друга измерительные отверстия, связанные с дифманометром, отличающийся тем, что винтовой канал образован стенками винтовой резьбы на наружной цилиндрической поверхности сердечника с центральным каналом и гладкой цилиндрической внутренней поверхностью втулки, в которую вставлен с натягом этот сердечник, установленный в расточке корпуса, при этом измерительные отверстия выполнены попарно в стенках втулки и сердечника, на среднем витке винтового канала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения расходов жидкости.

Известен принцип действия центробежного расходомера, когда поток жидкости в трубе направляется по окружности некоторого радиуса R, который является средним (осевым) радиусом изгиба трубы. При этом на поток действует центробежная сила, создающая перепад давления между наружной и внутренней точками трубопровода, по которому этот поток течет. Перепад давления, измеряемый дифманометром, определяет массовый расход жидкости и находится по отношению к нему в квадратичной зависимости [1], [2].

Такие расходомеры широко применяются для измерения расходов на магистральных трубопроводах воды и нефтепродуктов, так как любой изгиб, например, в месте устройства компенсатора теплового расширения, позволяет измерить необходимый для оценки расхода перепад давления. Следует отметить, что регистрируемый перепад давления не зависит от вязкости вещества. Это особенно важно при измерении расхода нефтепродуктов (жидкого топлива, смазочного масла), вязкость которых, как известно, сильно зависит от температуры. Также важным преимуществом центробежного расходомера перед многими другими является то, что он не имеет подвижных частей, следовательно более надежен.

Правда, точность таких измерений невелика, так как трудно точно измерить входящие в зависимость расчетные величины: площадь сечения, внутренний диаметр и осевой радиус изгиба трубопровода. Тем более, что они могут изменяться во времени вследствие неизбежных загрязнений внутренней поверхности трубопровода.

Наиболее близким прототипом предлагаемому устройству является центробежный датчик расхода, представляющий собой трубку, изогнутую в виде петли так, что ось канала внутри трубки образует винтовую линию, а на стенках канала имеются измерительные отверстия в точках на внешнем и внутреннем радиусах кривизны [3].

Простота и технологичность, а также отсутствие подвижных частей привлекает использовать такую конструкцию датчика, например, для измерения расхода топлива в энергетических установках. Однако практика показывает, что на малых расходах погрешности в силу вышеуказанных причин возрастают. Труба всегда немного теряет круглую форму при изгибе и количественно проконтролировать эти изменения очень трудно. Следовательно, при серийном изготовлении каждый датчик будет иметь несколько другие параметры. Каждый из них надо отдельно градуировать, что очень неудобно при квадратичной зависимости расхода от перепада давления.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности и стабильности геометрических характеристик датчика.

Техническим результатом изобретения является понижение погрешности датчика, причем систематическая погрешность уменьшается за счет повышения точности изготовления датчика, а случайная погрешность может быть уменьшена путем доступности канала датчика для очистки от загрязнений его стенок.

Решение этой задачи достигается тем, что винтовой канал образован стенками винтовой резьбы на наружной цилиндрической поверхности полого сердечника и внутренней поверхностью втулки, в которую вставлен с небольшим натягом сердечник, и установленной в расточке корпуса, при этом измерительные отверстия выполнены попарно в стенках втулки и сердечника, сопряженных с винтовым каналом.

Такая конструкция позволит обе эти детали изготовить на токарном станке с высокой точностью. Влияние загрязнений винтового канала исключаются, так как датчик легко разбирается путем выемки сердечника, после чего и винтовой канал сердечника, и внутренняя поверхность втулки очищаются от загрязнений, и датчик собирается вновь. Такую очистку можно делать регулярно, и периодичность чистки определится в зависимости от степени загрязненности или коррозионной активности жидкости. В этой конструкции несложно осуществить несколько витков винтового канала с постоянными и точно выполненными параметрами, так как винтовой сердечник может быть достаточно длинным. Это позволит стабилизировать движение потока жидкости в винтовом канале и выполнить измерительные отверстия на среднем витке, достаточно удаленном от входа и выхода в винтовой канал, исключая таким образом влияние концевых возмущений потока. Этих отверстий может быть несколько пар, присоединяемых ко входам дифманометра группами от внешней и внутренней поверхности канала, что позволит получить осредненное значение перепада давления.

Предлагаемый датчик представлен на чертеже, где показан продольный разрез устройства.

Датчик имеет корпус 1, в котором установлена втулка 2 с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью 3. Между наружной поверхностью втулки 2 и корпусом 1 имеется полость 4, связанная каналом 5 с одним из входов дифманометра. С поверхностью 3 втулки 2 сопрягается с некоторым натягом наружная поверхность сердечника 6 на которой выполнена винтовая резьба 7. Внутренняя поверхность резьбы 7 образует с поверхностью 3 винтовой канал 8, соединенный с входным и выходным каналами датчика. На поверхности 9 внутреннего диаметра винтового канала 8, на среднем его витке, имеются отверстия 10, связывающие винтовой канал с центральным каналом 11, соединенным с другим входом дифманометра. Против каждого отверстия 10 на втулке 2 имеются ответные отверстия 12, связывающие винтовой канал 8 с полостью 4 и далее со входом дифманометра.

Датчик работает следующим образом.

Жидкость, расход которой измеряется, поступает на вход датчика и проходит по винтовому каналу 8 к выходу датчика. При прохождении жидкости по винтовому каналу 8 возникают центробежные силы, в результате чего давление в канале 5 корпуса оказывается больше давления в канале 11 сердечника. Этот перепад давлений измеряется дифманометром.

Цилиндрическая поверхность 3 втулки 2 и поверхность винтовой резьбы 7 сердечника 6 могут быть выполнены с высокой степенью точности и чистоты, даже прецизионными (максимально высокими в машиностроении), с минимальными отклонениями от эталона при серийном производстве. Это позволит повысить точность измерений малых расходов жидкости и решить проблему взаимозаменяемости датчиков. Кроме того, сборная конструкция датчика обеспечивает возможность профилактической чистки датчика от отложений или загрязнений, которые могут искажать измерения.

Предлагаемый датчик можно унифицировать и стандартизировать по примеру известных стандартов расходомеров, использующих сужающие устройства (диафрагмы, сопла). Последние, являясь основным прибором для точного измерения расходов, к сожалению, не применимы на трубопроводах малого диаметра (обычно меньше 50 мм).

Предлагаемый датчик может заполнить остающуюся "нишу", вплоть до диаметров 1-3 мм. Точность его работы легко укладывается в существующую систему стандарта классов точности приборов. Например, могут изготавливаться приборы рабочего класса точности (2,5 и 4), контрольные (класса 1) и образцовые. Наибольшую перспективу предлагаемый датчик, по нашему мнению, найдет при измерении расхода топлива двигателями внутреннего сгорания и расхода воды малыми потребителями, например, в качестве измерителя расхода водопроводной воды и тепла (при дополнительном измерении температур) в жилых помещениях (квартирах и т.п.). Также широко он может быть применен в пищевой промышленности.

Источники информации

1. Авторское св. СССР 1615551, кл. G 01 F 1/34, 1990.

2. Левин В.М. Расходомеры малых расходов для схем промышленной автоматики. - М.: Энергия, 1972, - 72 с.

3. Шеромов Л.А. Исследование погрешностей центробежного расходомера // Дизельные энергетические установки речных судов: Сб. науч. тр. - Новосибирск: НГ АВТ, 1999, с. 116.