Индикатор расхода жидкости

О П И С А Н И Е (1 ц 49460ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 22.06,73 (21) 1936226/18-1 л, 6 011 1/О 51 ярки М с присоединением 23) Приорите Государственный комите Совета Министров СССР го делам изобретений Опубликовано 05.12,75. БюллетеньДата опубликования описания 02.02.7 681,121 (088.8) 3) и открыти 72) торыбретен Ш. Киясбейли, В. П. Смирнов и Э, М. Гаджиев 1) Заявител кторское бюро Нефтехимприбо Специальное ИДКОСТ ИНДИКАТОР РАСХ где А,; д,х; А, - соо камеры, входного канал участке присоединения снабжена крышкой с ог 5 ра ветственно диаметры и шара. Камера на отводящего канала аничителем хода шаласти приборо- измерения расможет примей и других отшениях ручива- ысча- емному ических соотнороизвольное заквокруг оси камерциональной объно стью.ески изображена фиг. 2 - завий) силы Р, вращеры, от геометр При этих геометр обеспечивается самоп ние и вращение шара стотой, прямо пропор 10 расходу с высокой точ На фиг. 1 схематич гаемый индикатор; н поперечной (подъемно шар вокруг оси кам 15 размеров, редлаимость ающей ческих И= (1,25 - 1,07) дц,;сУвх.к -- (0,98 - 0,92) сУ Изобретение относится к обстроения, предназначено дляхода и количества жидкостей иняться в химической, нефтянораслях промышленности.Известно устройство для индикации расхода жидкости, содержащее входной и выходной каналы, между которыми расположена наклонная расширяющаяся камера, снабженная с одной стороны прозрачной крышкой. При движении жидкости шар покидает расшире. ние (седло) и, попадая под прозрачную крышку, теряет устойчивость, начиная играть, это можно наблюдать через прозрачную крышку, При прекращении потока или его реверсировании шар попадает в седло и исполняет роль обратного клапана. Однако отмечается отсутствие возможности измерять расход с нормированной погрешностью в широком диапазоне расходов.Для точного измерения расхода и количества жидкостей в широком диапазоне в предлагаемом индикаторе камера выполнена калиброванной и расположена вертикально, а геометрические размеры камеры, входного канала и шара выбраны в соответствии с соот- ношением т=- "),Индикатор состоит из корпуса 1, входного20 канала 2, калиброванной камеры (расширения) 3, образующей вследствие разности диаметров с входным каналом уступ (седло) 4,помещенного в камеру шара 5, крышки с ограничителем 6, выходного канала 7, тахометри 25 ческого датчика 8 и преобразователя 9 с аналоговым и цифровым выходами соответственно мгновенному расходу и количеству.Индикатор работает следующим образом.При сообщении жидкости некоторой скоро 30 сти шар 5 отрывается от уступа 4 (седла) иначинает вращаться (ниже описаны причины и условия, при которых возникает вращение) в плоскости, перпендикулярной оси симметрии камеры 3. При незначительном увеличении скорости потока шар, находясь во взвешенном в потоке состоянии, переместится до ограничителя 6. Дальнейшее увеличение расхода обуславливает непрерывное вращение шара с частотой, прямо пропорциональной объемному расходу в широком диапазоне с высокой точностью. Вращение шара воспринимается датчиком 8, например индуктивным, и преобразуется в аналоговый и цифровой выходы.Самопроизвольное закручивание шара в области уступа вертикально расположенной камеры при сообщении потоку некоторой скорости происходит благодаря реализации при определенных геометрических соотношениях шара, камеры и входного канала, одной из оригинальных форм потери устойчивости тела обтекания (шара), удерживаемого силами гидродинамического напора во взвешенном состоянии. Устойчивость теряется в результате нарушения симметрии обтекания.Нарушение симметрии обтекания влечет за :обой образование постоянно действующей поперечной силы и момента этой силы относительно оси симметрии камеры, Момент равенЛ= 7 з 1 п(Я 7), (1) где Р=рш 77 Г - поперечная (подъемная)сила, равная произведению плотности жидкости, скорости жидкости в камере и циркуляции;7 - эксцентриситет, расстояниемежду центром сферы и осью камеры.Главная действующая сила Р после решения уравнения (1) с учетом граничных условий скорости жидкости в точке касания стенки камеры и сферы равна нулю - это подтверждается экспериментально, так как сфера вращается вокруг оси камеры безотрывно от стенок камеры, при этом можно пренебречь толщиной пограничного слоя. Течение в диаметральном сечении сферы отвечает симметрии камеры и сферы, т. е. направления равнодействующих подьемных сил от поступательного и вращательного движения жидкости совпадают, это подтверждается экспериментально и описывается формулой1 2 1;(2) -,.ы сК (1 - т) где р - плотность жидкости;17, - объем шара;Я - расход;А; - диаметр камеры;/ш 2т= - ) (аналогично модулю в сужак /ющих устройствах).Уравнение (2) позволяет проанализировать границы реализации эффекта закручивания сферы и установить оптимальные геометрические соотношения для камеры и шара. Нафиг. 2 приведена зависимость Р=(т), построенная по уравнению (2).5 1) При дк=дш уравнение (2) теряет смысл.2) При сссЯ - оо. Однако на практикереализовать это незвозможно по двум причинам: во-первых, при 4; - дш, Я О, а длярассматриваемой конструкции перепад стре 10 мится к бесконечности, и, во-вторых, не выполняется условие (Ре - число Рейнольдса и Рг -число Фруда)кр, при котором возникает спонтанное закручивание шара в области уступа 3. Эксперименты, проведенные с различны 15 ми шарами, камерами и входными каналамипоказывают, что существует некоторое постоянное значение сУк - 1,7 сУш (т=0,96), меньшекоторого эффект не реализуем,3) При А,)4 эффект и рассматриваемая20 конструкция не реализуемы, так как в этомслучае подъемная сила убывает обратно про 4порционально д -или т реализуются вш25 пределах 1,02(1,70 (3),ЫшТаким образом, предельные границы, при которых существует синхронное с потоком вращение шара, выражаются пределом (3),ЗО Для реализации индикатора на этом принципе на этот предел накладывается еще целый ряд оптимизирующих условий, таких какнаибольший линейный диапазон измерениярасхода при минимуме потери давления в шиЗ 5 роком диапазоне вязкости жидкости, При-- 1,7 резко падает один из показателейшточности индикатора - число оборотов, совершаемое при прохождении единицы объема, понижается чувствительность расходомера, нодостигается наименьшая потеря давления.При -- 1,02 растет потеря давления, нокш45 улучшаются все другие показатели. В результате всестороннего экспериментального исследования макета индикатора со сменными камерами и шарами установлено, что наилучшим диапазоном геометрических соотношений50 является 4 -- (1,25 - :1,07)д, причем для достижения гидродинамического подобия условий работы индикатора в широком диапазоневязкости необходимо для малых вязкостей выкбирать соотношения - в сторону уменьше 55 Ап кния, а для больших вязкостеи - в сторонушувеличения. Следует отметить, что отношение 6 О - " не полностью характеризует геометричешские свойства индикатора, так как при всех прочих условиях минимальное значение расхода, при котором происходит закручивание 65 сферы, зависит от условия входа потока в кавх.к меру в области уступа, т. е, отношениешОптимальным диапазоном отношенияш с точки зрения минимального расхода (чувствительности,1, при котором начинается вращение сферы, является двх к = (0,98 - :0,92) А.Предлагаемый индикатор измеряет очень малые расходы с высокой точностью преобразования, так как металлический шар диаметлем сигнала: это позволяет создавать индикаторы с условным проходом .0,=1,5 мм и менее,Предмет изобретения1. Индикатор расхода жидкости, содержащий подводящий и отводящий каналы, соедипенныс расширяющейся по сравнению с каналами цилиндрической камерой, в которой рас.положен шар, отличающийся тем, что, с целью возможности одновременного измере ния расхода и количества жидкости, цилиндрическая камера выполнена калиброванной и расположена вертикально, а геометрические размеры цилиндрической камеры, входного канала и шара выбраны в соответствии с со отношениемсУк - (1125 - 107) сУш,вх.к -- (0,98 - 0,92) дш,где А, д,х ; Нш - соответственно диаметры 15 камеры, входного канала и шара.2. Индикатор расхода жидкости по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что цилиндрическая камера на участке присоединения отводящего канала снабжена крышкой с ограничителем 20 хода поршня,494605 ставитель С. ШирочеискииТсхред М. Семенов Редак цлкпп ПодписнСР Изд,91ударственного комитетпо делам изобретенийМосква, )К, Раушск Заказ 7 б/18 ИИПИ унова Яъ й/ 82 М РФ ипография, пр Тираж 782а Совета Министрови открытийя наб д. 4/5 тор А, Галахов