устройство для измерения расхода среды

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода среды, содержащее прямую байпасную трубку, установленную в основном трубопроводе, по которому транспортируется среда, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке, отличающееся тем, что байпасная трубка герметично закреплена в стенке основного трубопровода таким образом, что ее верхний конец, в котором герметично закреплена заглушка, расположен снаружи трубопровода, и установлена к горизонтальной осевой плоскости под углом , величина которого выбрана в пределах 10 - 90^o, а плоскость нижней кромки байпасной трубки расположена к горизонтальной плоскости под углом , величина которого выбрана в пределах 90 - 180^o, датчик теплового расходомера размещен в трубчатом штоке с герметично закрытым нижним концом, расположенном в байпасной трубке по ее оси, верхний конец штока герметично закреплен в заглушке, а в байпасной трубке выполнено отверстие для поступления среды из основного трубопровода, при этом площадь отверстия выбрана равной 1 - 4 площадям сечения трубки, а диаметр последней - равным 2 - 3 диаметрам штока.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа в магистральных трубопроводах.

Известно устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа (Патент России N 2066850, кл. G 01 F 1/68, БИ N 26, 1996), содержащее сужающее устройство, устанавливаемое в трубопроводе, первую и вторую байпасные трубки, подключаемые входными концами перед, а выходными концами после сужающего устройства, турбулентный дроссель, установленный в общем выходном конце байпасных трубок, ламинарный дроссель, установленный в выходном конце второй байпасной трубки, датчик теплового расходомера, размещенный на первой байпасной трубке.

Данное устройство для измерения расхода газа, реализующее способ измерения массового расхода газа, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку, выходной конец которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход всего потока определяется по расходу части потока среды, которая отводится от основного потока в одном месте, путем пересчета расхода отводимой части на весь поток, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки, внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отводимой части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды.

Известно устройство и способ байпасного измерения потока в линии (Патент США N 5333496, кл. G 01 F 5/00, ИСМ, вып. 82, N 20, 1995), устройство содержит сужающее устройство, входную трубку, первый участок которой размещен в основном трубопроводе, по которому транспортируется поток жидкости, до сужающего устройства, параллельно потоку жидкости, а второй участок выходит из основного трубопровода, расходомер, к которому подключен второй участок входной трубки, выходную трубку, вторая часть которой размещена вне основного трубопровода и соединена с расходомером, а первая расположена внутри основного трубопровода после сужающего устройства параллельно потоку жидкости, при этом сечение входной и выходной трубок между точками отбора и возврата жидкости уменьшается.

Данное устройство байпасного измерения потока в линии, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды, содержит байпасную трубку, состоящую из двух участков входной трубки и двух участков выходной трубки, в которой размещен расходомер, при этом выходной конец байпасной трубки расположен в основном трубопроводе. Однако выполнение байпасной трубки изогнутой, размещение как входного, так и выходного концов байпасной трубки внутри основного трубопровода, а самой трубки вне основного трубопровода и отсутствие заглушки и трубчатого штока ведет к тому, что расход среды измеряется по части потока среды, которая отводится от основного потока, что снижает точность определения расхода из-за влияния параметров байпасной трубки и внешней среды, в которой она находится, и из-за того, что параметры отведенной части потока зависят от места, в котором отбирается часть потока среды для измерения всего расхода среды.

Наиболее близким по технической сущности является расходомер воздуха (Патент Японии N 4-34686, кл. G 01 F 1/68, ИСМ, вып. 82, N 2, 1994), содержащий байпасный канал, расположенный вдоль оси трубопровода, по которому движется воздух, параллельно потоку воздуха, укрепленный с помощью стоек в стенке трубопровода, байпасный канал состоит из двух трубок, вторая из которых имеет диаметр меньший, чем первая, и расположена внутри первой, при этом входной конец байпасного канала (впускное отверстие) является первым концом первой трубки, в боковой поверхности которой выполнены выпускные отверстия, второй конец первой трубки герметично закрыт, вторая трубка имеет длину, меньшую длины первой, и укреплена на входе первой таким образом, что для измеряемой среды образуется проход от входного конца байпасного канала через вторую трубку до ее конца и далее через пространство между второй и первой трубкой и через выпускные отверстия в поток транспортируемой среды, первый и второй датчики теплового расходомера, размещенные в байпасном канале.

Данный расходомер воздуха, так же как и заявляемое устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку (канал), выходной конец (выпускные отверстия) которой расположен внутри основного трубопровода, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке. Однако, выполнение байпасной трубки (канала) описанным способом, расположение байпасной трубки параллельно потоку среды, расход которой измеряется, снижает точность измерения расхода из-за повышения сопротивления протекающей среде в байпасной трубке, что ухудшает теплотпередачу, а также из-за того, что при расположении байпасной трубки и, соответственно, датчика теплового расходомера по оси потока среды не учитывается характер распределения плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды по сечению трубопровода.

В основу предполагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для измерения расхода среды путем повышения точности измерения, достигаемого за счет выполнения байпасной трубки прямой и размещения ее в потоке среды, расход которой измеряется, что позволяет учесть распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, и вследствие этого, повысить точность определения расхода среды.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения расхода среды, содержащем байпасную трубку, установленную в основном трубопроводе, по которому транспортируется среда, и датчик теплового расходомера, размещенный в байпасной трубке, согласно изобретению байпасная трубка выполнена прямой и герметически закреплена в стенке основного трубопровода таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть байпасной трубки расположена внутри основного трубопровода, при этом байпасная трубка установлена под углом , величина которого выбрана от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, а плоскость нижней кромки байпасной трубки расположена под углом , величина которого выбрана от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, введены заглушка, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки, размещенной в основном трубопроводе равна L = R/sin, где R - радиус байпасной трубки, и трубчатый шток с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока герметически укреплен в заглушке, а сам трубчатый шток расположен в байпасной трубке по ее оси, в байпасной трубке выполнено отверстие, верхняя кромка которого расположена на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода, площадь отверстия в байпасной трубке выбрана равной от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой выбран в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, датчик теплового расходомера размещен в трубчатом штоке.

Введение заглушки и трубчатого штока в байпасную трубку, выполнение ее прямой и размещение байпасной трубки таким образом, что верхний конец байпасной трубки расположен снаружи основного трубопровода, а остальная часть расположена внутри основного трубопровода, установка байпасной трубки под углом , величиной от 10^o до 90^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, расположение плоскости нижней кромки байпасной трубки под углом , величиной от 90^o до 180^o, к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе, выполнение в байпасной трубке на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода отверстия для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока, позволяет усреднить физически параметры потока транспортируемой среды, омывающей трубчатый шток, в котором расположен датчик теплового расходомера, и, таким образом, учесть реальное распределение плотностей, давлений, температур и скоростей потока транспортируемой среды, что ведет к повышению точности определения расхода транспортируемой среды.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для измерения расхода среды.

Устройство для измерения расхода среды содержит байпасную трубку 1, которая герметически закреплена в стенке основного трубопровода 2, по которому транспортируется среда, расход которой измеряется, таким образом, что верхний конец байпасной трубки 1 находится снаружи основного трубопровода 2, а остальная часть распложена внутри основного трубопровода 2, при этом байпасная трубка 1 установлена под углом , равным 10 - 90^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, а плоскость нижней кромки байпасной трубки 1 расположена под углом , равным 90 - 180^o к горизонтальной осевой плоскости потока среды в основном трубопроводе 2, заглушку 3, которая герметически закреплена в верхнем конце байпасной трубки 1, нижний конец которой, расположенный в потоке среды, расход которой измеряется, открыт, длина части байпасной трубки 1, размещенной в основном трубопроводе 2, равна L = R/sin, трубчатый шток 4 с герметически закрытым нижним концом, верхний конец трубчатого штока 4 герметически укреплен в заглушке 3, а сам трубчатый шток 4 расположен в байпасной трубке 1 по ее оси, в байпасной трубке 1 на расстоянии 2 - 5 мм от внутренней поверхности основного трубопровода 2 выполнено отверстие 5 для отбора среды, площадь которого составляет от одной до четырех площадей сечения байпасно трубки 1, диаметр которой находится в пределах от двух до трех диаметров трубчатого штока 4, датчик теплового расходомера 6, который размещен в трубчатом штоке 4.

Отверстие 5 может быть выполнено в виде нескольких отверстий, суммарная площадь которых равна от одной до четырех площадей сечения байпасной трубки 1.

Диаметр трубчатого штока 4 определяется диаметром датчика теплового расходомера 6.

Устройство для измерения расхода среды работает следующим образом.

Транспортируемая среда при перемещении по основному трубопроводу 2 через отверстие 5 поступает внутрь байпасной трубки 1 и через пространство между внутренней стенкой байпасной трубки 1 и внешней поверхностью трубчатого штока 4 проходит на выход байпасной трубки 1 в поток транспортируемой среды в основном трубопроводе 2. Поток в байпасной трубке 1, омывающий трубчатый шток 4, в котором размещен датчик теплового расходомера 6, создается в основном за счет:

- разности давления в месте нахождения отверстия 5 и давления в области нахождения нижней кромки байпасной трубки 1;

- динамического напора потока в зоне отверстия 5.

Так как основная часть байпасной трубки 1, в которой в трубчатом штоке 4 расположен датчик теплового расходомера 6, находится в основном потоке среды под указанным углом, то она и поток среды, омывающий трубчатый шток 4, нагреваются соответственно распределению температур потока по сечению основного трубопровода 2. Кроме того, расположение отверстия 5 для отбора среды и нижней кромки байпасной трубки 1, через которую отобранная среда возвращается в основной поток, на разных по вертикали уровнях приводит к усреднению плотностей, давлений, температур и скоростей потока среды, омывающего трубчатый шток 4. Таким образом, поток среды, омывающий трубчатый шток 4, имеет усредненные физические характеристики, вследствие чего повышается точность измерения расхода.