Вихревой расходомер

(5)5 6 01 Р ЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР 1 г,гр 1БйЫт ,Щф ЦЮ К Г 6 4 Ъццюг. АТЕН ОПИСАНИЕ ИЗОБР(57) Использование: для контроля расходажидкости и газов, преимущественно хими,чески активных и агрессивных, Сущностьизобретения: в вихревом расходомере, содержащем вихреобразующий элемент, установленный в измерительном участкетрубопровода, и обтекаемое тело, связанное с узлом съема сигнала через герметизатор, узел съема сигнала выполнен в видекорпуса, в котором размещены передаюИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля расхода жидкостей и газов, преимущественно химически активных и агрессивных.Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерений путем вынесения преобразователя из контролируемого потока и снижение чувствительности к вибрациям трубопровода.Поставленная цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем вихреобразующий элемент, установленный в щий элемент, связанный с обтекаемым телом в точке его соединения с герметизатором, два преобразователя, установленные на переда)ощем элементе и электрически связанные с измерителем по дифференциальной схеме, и два жестких упора, соединяющие преобразователи с внутренними продольными стенками корпуса, а обтекаемое тело установлено в отвесной плоскости, проходящей через ось измерительного участка трубопровода, причем отношение ширины обтекаемого тела к диаметру измерительного участка трубопровода от 0,2 до 0,6, кроме того, обтекаемое тело удалено от вихреобраэующего элемента на расстояние не меньше ширины обтекаемого тела, но не больше, чем утроенный диаметр трубопровода, а передающий элемент с размещенными на нем преобразователями и обтекаемое тело имеют одинаковый момент инерции относительно образующей трубопровода, проходящей через точку соединения герметизатора с обтекателем и передающим элементом. 2 з.п,ф-лы, 2 ил,измерительном участке трубопровода и обтекаемое тело, связанное с узлом съема сигнала через герметиэатор и размещенное в плоскости, проходящей через оси измерительного участка и вихреобраэующего элемента узел съема сигнала выполнен в виде корпуса, в котором размещены передающий элемент, связанный с обтекаемым телом в точке его соединения с герметизатором, два преобразователя, установленные на передающем элементе и электрически связанные с измерителем по дифференциальной схеме, и два жесткихупора, соединяющие преобразователи свнутренними стенками корпуса, а обтекаемое тело установлено консол ьно, причем отношение ширины обтекаемого тела кдиаметру измерительного участка трубопровода лежит в диапазоне от 0,2 до 0,6,Снабжение узла сьема сигнала передающим элементом, соединение передающего элемента с обтекаемым телом в точке егосоединения с герметизатором, соединение 10герметизатора по периметру с корпусом,при котором передающий элемент находится внутри корпуса, позволяют вынести преобразователь из измеряемого потока застенку измерительного участка трубопровода, избавляют от необходимости установкигерметичных электроизолированных выводов в посадочном гнезде и подвижного герметичного контакта для сьема сигналапреобразователя, , 20Установка корпуса снаружи трубопровода позволяет сделать чувствительныйэлемент легкосменяемым, что упрощает егокалибровку и эксплуатацию.Консольное расположение обтекаемоготела внутри измерительного трубопроводавдоль его диаметра позволяет получать амплитуду сигнала большую, чем при использовании расходомера, изготовленного по,прототипу. Закрепление обтекаемого тела З 0за одну из узких сторон повышает чувствительность, поскольку при прочих равных условиях прохождение вихря создаст дляобтекаемого тела больший крутящий момент, чем в устройстве по прототипу, следо- З 5вательно, большее усилие будет приложеночерез передающий элемент к преобразователю.Ориентация профиля обтекаемого тела,соответствующая минимальному гидравлическому сопротивлению для продольной составляющей потока и максимального - дляпоперечной составляющей, создаваемымиобтекаемым телом набегающему потоку,обеспечивает максимум сигнала, возбуждаемого вихрями, и снижение чувствительности к пульсациям продольнойсоставляющей потока,Снабжение узла сьема сигнала двумяпреобразователями, установка преобразователей с противоположных сторон передающего элемента по линии его смещения.происходящего под воздействием вихрей .на обтекатель, и их электрическая связь сизмерителем по диФФеренциальной схеме 55позволит снизить уровень фоновых шумов,вызванных вибрациями трубопровода ипульсациями давления в потоке, и,следовательно, повысить отношение сигнал/шум,Выбор отношения ширины обтекаемого . тела к диаметру измерительного участка трубопровода в пределах от 0,2 до 0,6 позволяет получить максимальную амплитуду колебаний обтекаемого тела, возбуждаемых проходящими вихрями. Оптимальной шириной обтекаемого тела является величина, равная половине отношения средней скорости потока в.измерительном участке трубопровода к частоте образования вихрей на вихреобразующем элементе, и, следовательно, сравнимая с характерным размером вихреобразующего элемента, который всегда меньше диаметра трубопровода, Действительно, при ширине обтекаемого тела, выбранной больше указанного отношения, на противоположные стороны обтекаемого тела действуют два соседних вихря с результирующей отклоняющей силой. которая по абсолютной величине меньше отклоняющей силы одного из вихрей, В противном случае, при ширине обтекаемого тела, меньшей указаййого отношения, площадь, ограниченная контуром обтекаемого тела, видимым в направлении возбуждаемых колебаний, будет меньше, поскольку только часть проходящего вихря будет воздействовать наобтекаемое тело,Наличие двух жестких упоров, каждый из которых расположен внутри корпуса на линии смещения передающего элемента,вызванного воздействием вихрей на обтекаемое тело, между одним иэ преобрэзователей и стенкой корпуса и соединен с ними, ивыполнение каждого преобразователя жестким дозволяют зафиксировать передающий элемент, снять часть нагрузки с гибкогогерметизаторэ, увеличив тем самым ресурс работы расходомера, При этом амплитуда . сигнала будет пропорциональна деформации преобразователя, а не его перемещению, как это происходит в прототипе,Укаэанная цель достигается также тем,что размещение обтекаемого тела на расстояниях от вихреобразующего элемента не меньше ширины обтекаемого тела, но не больших утроенного диаметра измерительного участка трубопровода, дает возможность получать максимальный сигнал при прочих равных условиях. Действительно, сближеййе обтекаемого тела и вихреобразующего элемента на меньшие расстояния,т,е, в зону формирования вихрей, приведет к биениям амплитуды сигнала и случайным изменениям частоты вихреобразования изза искажений формы образующегося вихря и возникновения более мелких вихрей и снизит точность измерений. Разнесение обтекаемого тела и вихреобразующего элемента на расстояния более трех диаметровучастка трубопровода 2. Второй конец обтекаемого тела 6 не соединен с противоположной стенкой измерительного. участкатрубопровода 2 и может свободно колебаться в плоскости поперечного сечения этогоучастка, проходящего через диаметр. параллельный продольной оси вихреобразующего элемента 1, в направлении, перпендикулярном указанному диаметру, Кольцеобрэзная мембрана 7 размещена зэподлицо с внутренней стороной стенки из 50 измерительного участка трубопровода приводит к снижению амплитуды сигнала расходомера, вызванному постепеннымразрушением вихря, сравнимому по величине с влиянием изменений других параметров на амплитуду этого сигнала,Обеспечение равенства моментов инерции обтекаемого тела и передающего элемента с присоединенными к немупреобразователями относительно образующей измерительного участка трубопровода,проходящей через точку соединения герметизатора с обтекаемым телом и передающим элементом, приводит к снижениючувствительности вихревого расходомера к 15вибрациям трубопровода, Нарушение равенства укаэанных моментов инерции приводит к модуляции полезного сигналавибрационными составляющими,На фиг, 1 и 2 изображены продольный и 20поперечный разрезы вихревого расходомера,П р и м е р 1, Вихревой расходомерсодержит вихреобразующий элемент 1, установленный по диаметру измерительного 25участка трубопровода 2, посадочное гнездо3, выполненное в стенке измерительногоучастка трубопровода 2 в виде сквозногоотверстия, узел съема сигнала 4, установленный в посадочное гнездо 3 по диаметру 30измерительного участкэтрубопроводэ 2 параллельно вихреобразующему элементу 1.Внутренний и наружный диаметры измерительного участка трубопровода 2 равны 40 и45 мм. Узел съема сигнала 4 содержит корпус 5, обтекаемое тело 6, герметизатор, выполненный гибким в виде кольцеобразноймембраны 7, первый и второй механоэлектрические преобразователи 8 и 9 передающий элемент 10, установленный внутри 40корпуса 5 и соединенный с одним концомобтекаемого тела 6 через центр кольцеобразной мембраны 7, внутренняя кромка которой охватывает место соединенияпередающего элемента 10 и обтекаемого 45тела 6 и соединена с ними. э наружная -соединена с нижним краем корпуса 5, Толщина кольцеобразной мембраны 7 (1 мм)меньше толщины стенки измерительного мерительного участка трубопровода 2, Такая конструкция узла съема сигнала 4 позволяет соединить его с измерительным участком трубопровода 2 с помощью сварки.Обтекаемое тело 6 выполнено в форме пластины с заостренными боковыми кромками (ширина 15 мм, длина 35 мм) и размещено в плоскости осевого сечения измерительного участка трубопровода 2, проходящей через продольную ось вихреобразующего элемента 1. Обтекаемое тело 6 и передающий элемент 10 представляет собой два физических маятника, расположенных супротивно и жестко связанных между собой в точке соединения с кольцеобразной мембраной 7. Плоскость, в которой движутся маятники, совпадает с плоскостью поперечного сечения измерительного участка трубопровода 2. а ось вращения относительно которой движутся маятники. совпадает с образующей этого участка, проходящей через центр кольцеобразной мембраны 7.Первый и второй преобразователи 8 и 9 расположены на противоположных сторонах передающего элемента 10 по линии его смещения, происходящего под воздействием вихрей Кармана на обтекаемое тело 6, и соединены проводниками 13 и 14 через электрический разъем 15 с измерителем по дифференциальной схеме.Жесткие упоры 11 и 12 рэсйоложены, внутри корпуса 5 на обращенных наружу поверхностях преобразователей 8 и 9 по указанной линии смещения передающего элемента 10 и оперты на противоположные стенки корпуса 5, Преобразователи 8 и 9 будучи выполнены жесткими, преобразователи 8 и 9 ограничивают амплитуду колебаний передающего элемента 1 О и обеспечивают его фиксированное положение в корпусе 5 через упоры 11 и 12, уменьшая тем самым возникающие в гибком герметиэаторе 7 механические напряжения и его износ, что приводит к увеличению ресурса работы расходомера,Вихревой расходомер работает следующим образом, Вихри, возникающие в пбтое после вихреобразующего элемента 1, переносятся этим потоком по измерительному участку трубопровода 2 к узлу съема сигнала 4 и воздействуют на обтекаемое тело 6, вызывая его колебания, синхронные с прохождением этих вихрем, которые через передающий элемент 10 передаются нэ преобразователи 8 и 9, возбуждая в них равные по амплитуде электрические колебания противоположной полярности. При дифференциальномсоединениипреобраэователей 8 и 9 с измерителем составляющиеют одинаковый момент инерции относительно образующей трубопровода, проходя щей через точку соединения герметизатора с обтекателем и передающим элементом.