Патент на изобретение №2162206

(54) ВИХРЕВОЙ СЧЕТЧИК ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для измерения расходов или объема среды. Счетчик включает в себя участок трубы, в котором перпендикулярно потоку расположены два препятствия, генерирующие вихри. Верхнее по потоку препятствие имеет поперечное сечение в форме трапеции, а нижнее по потоку препятствие – в форме буквы Т. Противоположные концы препятствий закреплены на опорных основаниях, ослабляющих эффект турбулентности. За нижним препятствием по ходу потока расположено средство для детектирования сигнала, соответствующего колебаниям вихрей, выполненное в форме пластины, с каналами которой соединен датчик давления, связанный с электрической цепью обработки сигнала датчика. Участок трубы вверх по потоку соединен с верхним участком трубы, профиль внутренней стенки которого обеспечивает изменение направления потока под непрерывно изменяющимся углом. Вниз по потоку участок трубы соединен с нижним коническим участком трубы, внутренняя стенка которого резко изменяет направление потока на угол 9 – 20^o. Изобретение обеспечивает высокую точность измерения газовых потоков при очень малых числах Рейнольдса за счет постоянства числа Строухаля. 25 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к вихревому счетчику текучей среды, который содержит по меньшей мере два препятствия, способных генерировать вихри текучей среды в результате колебательного процесса и позволяющих получать почти постоянное число Строухаля при малых числах Рейнольдса.

Счетчики или расходомеры турбулентной текучей среды широко известны, и обычно они состоят из трубы, в которой циркулирует эта среда, объем и/или расход которой нужно измерить. Препятствие располагают внутри трубы таким образом, чтобы, когда поток текучей среды встречается с названным препятствием, генерировались бы вихри, отделяющиеся от него в результате колебательного процесса. Такой счетчик включает в себя также средства для определения объема текучей среды (например, жидкости) исходя из величины этих колебаний. Эти средства располагают большей частью на препятствии. Принцип измерения объема среды в таком счетчике основан на том, что частота колебания вихрей приблизительно пропорциональна скорости среды в трубе, а указанные выше средства фиксируют сигнал, соответствующий колебаниям названных вихрей. Этим сигналом может быть, например, дифференциальное давление.

Задача счетчика среды с турбулентным потоком – производить точные и надежные измерения расхода и объема среды, проходящей по трубе при широких диапазонах чисел Рейнольдса.

Для этого число Строухаля, которое равно отношению произведения частоты колебания на диаметр препятствия к скорости среды, должно быть постоянным при варьируемых числах Рейнольдса (число Рейнольдса равно отношению произведения скорости среды на диаметр трубы к динамической вязкости среды).

Различные исследования, проводимые в последние годы в этой области, позволили разработать и выпустить в производство счетчики для турбулентной среды, которые имеют оптимизированные формы и размеры препятствий и полностью удовлетворяют большим числам Рейнольдса, например порядка 260000.

Например, из заявки на патент EP N 0408355 известен расходомер турбулентной среды, который включает в себя трубу, где циркулирует среда, двойное препятствие, расположенное в потоке жидкости, а также средства для измерения частоты отделения вихрей, порождаемых вышеназванным двойным препятствием.

Это двойное препятствие состоит из первого препятствия, называемого верхним и имеющим удлиненную форму, верхняя поверхность которого имеет выпуклую форму, а нижняя поверхность является плоской, и второго препятствия, называемого нижним, удаленным на определенное расстояние от первого, причем верхняя поверхность второго препятствия плоская, а нижняя поверхность имеет вогнутую форму или плоскую.

Однако в случаях особого применения, например, связанных с газом, такие расходомеры не могут применяться для измерения чисел Рейнольдса, которые меньше 146000, особенно меньше 33000.

При больших числах Рейнольдса сдвигаемые слои, которые развертываются на боковых крах препятствия, отделяются и образуют вихри среды, поток которой назван турбулентным, а соответствующее число Строухаля является относительно постоянным.

Наоборот, при малых числах Рейнольдса сдвигаемые слои становятся последовательно ламинарными, вихри образуются быстрее, частота колебания этих вихрей уменьшается медленнее, чем скорость среды, а число Строухаля увеличивается быстрее, что приводит к погрешностям в измерении объема среды.

Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков, путем создания счетчика, для которого число Строухаля является почти постоянным при малых числах Рейнольдса, будучи также почти постоянным при больших числах Рейнольдса, для того чтобы улучшить характеристики названного счетчика в широком диапазоне чисел Рейнольдса.

Предметом настоящего изобретения является счетчик турбулентной среды, включающий в себя:
– часть трубы с постоянным внутренним диаметром D, в которой протекает среда,
– по меньшей мере два препятствия, одно верхнее или переднее, другое нижнее или заднее, которые располагают в середине потока среды в названной части трубы и которые предназначены генерировать вихри среды в результате колебательного процесса, каждое из названных препятствий имеет удлиненную форму продольных и поперечных габаритов, перпендикулярных направлению потока среды,
– средства для определения сигнала, соответствующего колебаниям названных вихрей вычисляются на основе этих данных объема среды.

Вышеназванный счетчик отличается тем, что верхнее препятствие, имеющее продольный размер h, имеет две большие поверхности, перпендикулярные направлению потока среды и находящиеся друг от друга на расстоянии t, одна поверхность, верхняя, поперечного размера d больше поперечного размера другой поверхности, нижней; вышеназванное верхнее препятствие имеет также две маленькие поверхности, боковые симметричные, каждая из которых образует с названной верхней поверхностью угол , а нижнее препятствие образовано из двух частей, соединенных между собой в форме буквы T. Первая часть продольного размера h и поперечного размера L имеют две большие параллельные поверхности, одну, называемую верхней, параллельную нижней поверхности названного выше верхнего препятствия и расположенную на расстоянии d₁ от него, и вторую, называемую нижней, а также две маленькие поверхности; вторая часть имеет две большие поверхности тех же размеров и параллельных направлению потока среды и две маленькие поверхности тех же размеров и перпендикулярных потоку среды. При встрече между потоком среды и верхним препятствием попеременно с одной и с другой стороны боковых поверхностей названного верхнего препятствия образуется сдвигаемый слой, который при малых скоростях становится последовательно ламинарным. Преимущество данного изобретения в том, что при малых числах Рейнольдса счетчик по изобретению дестабилизирует сдвигаемый слой, который отделяется от верхнего препятствия, становится неустойчивым и закручивается, чтобы образовать вихри турбулентного характера, что делает число Строухаля почти постоянным.

Согласно другим характеристикам изобретения:
– отношение d/t = 4-8,
– угол = 30-70^o,
– расстояние d₁ = 1/4-3/4,
– ширина L = 0,8-1,2,
– отношение d/D = 0,15-0,3,
– большие поверхности первой части нижнего препятствия находятся друг от друга на расстоянии, равном 0,02-0,08d,
– маленькие поверхности первой части нижнего препятствия параллельны между собой,
– маленькие поверхности второй части нижнего препятствия имеют поперечный размер, равный 0,02-0,08d,
– каждая из двух больших поверхностей второй части нижнего препятствия имеет размер, параллельный направлению потока среды, который равен 0,8-1,2d.

Преимущественно, счетчик среды по изобретению включает в себя также средства, предназначенные для ослабления эффекта турбулентности, создаваемой непрерывными вихрями среды в виде лошадиной подковы, которые генерируются при встрече части потока среды, соответствующей предельному слою потока, с верхним препятствием.

Средства для ослабления эффекта турбулентности, которую создают постоянные (перманентные) среды, образованы двумя опорными основаниями, каждое из которых имеет по меньшей мере одну большую поверхность, перпендикулярную продольному габариту верхнего и нижнего препятствий, каждое из опорных оснований закреплено на части трубы таким образом, чтобы продольный габарит или максимальная толщина находились напротив предельного слоя потока среды, названные препятствия, верхнее и нижнее, зафиксированы одним из своих продольных противоположных концов на каждой большой поверхности опорного основания таким образом, чтобы каждое опорное основание имело участок, расположенный перед верхним препятствием по ходу потока среды.

Толщина e каждого опорного основания равна 0,03-0,05D.

Каждый участок опорного основания имеет конечную часть, называемую верхней, которая удалена от верхней поверхности верхнего препятствия на расстояние, равное 0,1-0,4d.

Согласно другой преимущественной характеристике изобретения счетчик включает в себя также средства для отделения колеблющихся вихрей среды, называемых основными, от непрерывных вихрей, называемых вторичными, которые генерируются при встрече части потока среды, соответствующей предельному слою потока, с верхним препятствием.

Эти средства для отделения основных вихрей от вторичных состоят из двух проходов или свободных пространств, образующихся между второй частью нижнего препятствия и частью трубы, имеющей внутренний диаметр D, с одной и с другой стороны продольных противоположных концов названной второй части, которые находятся друг от друга на расстоянии, меньшем h.

Каждое свободное пространство имеет максимальный продольный размер, равный D/40-D/20.

Преимущественно, часть трубы с внутренним диаметром D соединена с одной стороны, впереди, по ходу потока, с верхним участком трубы, увеличивающим постепенно вверх названный внутренний диаметр до величины D₁ и имеющим внутреннюю стенку, которая образует вместе с направлением потока среды непрерывно изменяемый угол, который имеет нулевую величину в местах трубы, где диаметр названного верхнего участка соответственно равен D и D₁, а с другой стороны, сзади, по ходу потока, с нижним участком трубы, имеющим внутреннюю стенку, которая вместе с направлением потока жидкости резко образует угол, являющийся постоянным, который равен 9-20^o, при этом внутренний диаметр D доводится до величины D₁. Величина диаметра D составляет 60-90% величины диаметра D₁.

Участок трубы с внутренним диаметром имеет длину, которая в 1,5-3 раза больше названного внутреннего диаметра D.

Верхняя поверхность верхнего препятствия размещается от верхнего участка трубы на расстоянии, равном 0,5D₁ – D₁.

Согласно другим аспектам изобретения:
– средства для определения сигнала, соответствующего колебаниям вихрей и для вычисления на его основе объема среды содержат пластинку, расположенную в середине потока среды за нижним препятствием и на участке трубы с внутренним диаметром D; названная пластинка имеет продольный размер D, перпендикулярный направлению потока среды и постоянное прямоугольное поперечное сечение, образованное двумя большими боковыми поверхностями, параллельными направлению потока среды, и две маленькие поверхности, называемые соответственно верхняя и нижняя, два основных канала, продольных и параллельных, выполненных в названной пластинке в непосредственной близости к названной верхней поверхности, причем каждый из названных основных каналов соединен только с одной из названных боковых поверхностей посредством распределенных, а также датчик, соединенный, с одной стороны, с основными каналами, а с другой стороны, с электрической цепью, позволяющей вычислять объем среды на основе названного определенного сигнала,
– верхняя поверхность пластинки имеет поперечный размер, который в 0,1-0,4 раза больше поперечного размера d верхней поверхности верхнего препятствия,
– верхняя поверхность пластинки расположена от верхней поверхности верхнего препятствия на расстоянии, равном 3-7d,
– основные каналы имеют диаметр, который меньше поперечного размера верхней поверхности пластинки, а названные основные каналы сдвинуты в направлении потока жидкости,
– датчик представляет собой датчик давления или тепловой датчик.

Другие характеристики и преимущества данного изобретения показаны в нижеследующем описании, данном исключительно в качестве неограничительного примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематически в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы, счетчик турбулентного потока среды согласно первому варианту выполнения изобретения,
фиг. 2 – схематически, в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы и перпендикулярной плоскости фиг. 1, тот же счетчик, что и на фиг. 1,
фиг. 3 – схематически, вид в перспективе пластинки 10 счетчика турбулентного потока газа, представленного на фиг. 1 и 2, увеличено,
фиг. 4 – схематически, вид в перспективе второго варианта выполнения изобретения, представляющего счетчик турбулентного потока среды, снабженный средствами для снижения эффекта турбулентности, создаваемой непрерывными вихрями среды, генерируемыми при встрече части потока среды с верхним препятствием,
фиг. 5 – схематически в разрезе по плоскости, параллельной плоскости по фиг. 1, средства по изобретению, представленные на фиг. 4,
фиг. 6 – схематически в разрезе по плоскости, перпендикулярной оси симметрии трубы, средства по изобретению, представленные на фиг. 4 и 5,
фиг. 7 – схематически в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы, третий вариант выполнения изобретения, представляющий счетчик турбулентного потока газа, показанный на фиг. 1-3 и снабженный средствами для отделения колеблющихся вихрей среды от непрерывных вихрей,
фиг. 8 – схематически в перспективе четвертый вариант выполнения изобретения, представляющий счетчик турбулентного потока среды, показанный на фиг. 1-3 и снабженный средствами, представленными соответственно на фиг. 4 и 7,
фиг. 9 – схематически в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы, пятый вариант выполнения изобретения, представляющий счетчик турбулентного потока среды, показанный на фиг. 1-3 в профилированной трубе,
фиг. 10 – схематически в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы и перпендикулярной плоскости фиг. 9, шестой вариант выполнения изобретения, представляющий счетчик турбулентного потока среды, показанный на фиг. 9 и снабженный средствами, представленными соответственно на фиг. 4 и 7,
фиг. 11 – схематически в разрезе по плоскости, содержащей ось симметрии трубы, счетчик турбулентного потока среды, содержащий одно препятствие, размещенное в профилированной трубе, аналогичной трубе по фиг. 9,
фиг. 12 – схематически вид в перспективе препятствия счетчика турбулентного потока среды, показанного на фиг. 11,
фиг. 13 – график, представляющий кривые измерений, полученных соответственно для счетчика турбулентного потока среды по фиг. 11 и 12 (A) и для счетчика турбулентного потока среды по фиг. 10 (B),
фиг. 14 – график, представляющий кривые измерения соответственно полученные для счетчика турбулентного потока среды, представленного на фиг. 8 (C), и для счетчика турбулентного потока среды, представленного на фиг. 10 (D),
фиг. 15 – упрощенную электрическую схему определения объема среды исходя из определения дифференциального давления,
фиг. 16 – пиковый детектор, который используется в схеме по фиг. 15,
фиг. 17 иллюстрирует способ вычисления с использованием пикового детектора по фиг. 16 на одном пике,
фиг. 18 – пример сигналов на входе и на выходе пикового детектора по фиг. 16.

Как показано на фиг. 1-10, счетчиком потока турбулентной текучей среды по изобретению является счетчик газа, который обозначен позицией 1. Такой счетчик включает в себя участок трубы 2, внутри которой циркулирует газ, объем которого нужно измерить.

На фиг. 1 и 2 показано, что участок трубы 2 имеет внутренний постоянный диаметр D.

Счетчик турбулентного потока среды по изобретению включает в себя также два препятствия 4 и 6, одно называется верхним препятствием 4, а другое нижним препятствием 6, эти препятствия располагаются в участке трубы 2 в середине газового потока. В данном счетчике можно предусмотреть больше двух препятствий.

Каждое из этих препятствий имеет обычно форму, удлиненную в направлении, называемом продольным, которое перпендикулярно направлению газового потока и обладает поперечным размером, называемым шириной, который также перпендикулярен этому направлению газового потока. Как показано на фиг. 1, эти препятствия представляют индивидуально поперечное сечение, которое имеет постоянную форму в его продольном направлении. Это сечение находится в плоскости, параллельной направлению газового потока и перпендикулярной продольному направлению этих препятствий.

Верхнее препятствие 4 имеет продольный размер h, называемый высотой и равный D, имеющее две большие поверхности 4a и 4b, перпендикулярные направлению газового потока и находящиеся друг от друга на расстоянии t. Одна из этих больших поверхностей 4a называется верхней поверхностью и имеет поперечный размер d, в то время как другая поверхность 4b называется нижней поверхностью и имеет поперечный размер, меньший d.

Преимущественно, отношение d/t = 4-8, например 5,5.

Верхнее препятствие 4 имеет также две маленькие боковые поверхности 4c и 4d, симметричные по отношению к средней плоскости, параллельной направлению газового потока и перпендикулярной плоскости фиг. 1.

Каждая из этих поверхностей 4c и 4d образует с верхней поверхностью 4a один и тот же угол = 30-70^o, например 58^o.

Поперечное сечение верхнего препятствия имеет форму трапеции, большое основание которой расположено выше по потоку текучей среды.

Очень важно, чтобы угол был как можно меньше для того, чтобы, с одной стороны, верхняя поверхность 4a верхнего препятствия имела острые края, справа от которых попеременно должны образовываться сдвигаемые слои газового потока, а с другой стороны, механические качества краев должны быть удовлетворительными. Эти слои затем отделяются и образуют вихри в результате колебательного процесса. Если угол очень большой и если расстояние также слишком большое, сдвигаемые слои могут “приклеиться” к боковым стенкам 4c и 4d верхнего препятствия, что будет мешать развитию сдвигаемых слоев и, следовательно, образованию вихрей.

Наоборот, если угол < 30^o, то препятствие становится незначительным и не может механически сопротивляться газовому потоку. Нижнее препятствие 6 образовано из двух частей. Первая часть 7 имеет продольный размер h, равный D, и представляет две большие поверхности 7a и 7b, параллельные друг другу и имеющие один и тот же поперечный размер L. Одна из поверхностей 7a, называемая верхней поверхностью, расположена на расстоянии d₁ от нижней поверхности 4b верхнего препятствия 4, параллельно этой поверхности, создавая таким образом между препятствиями промежуточное пространство. Другая поверхность 7b, называемая нижней поверхностью, расположена на расстоянии от верхней поверхности 7a, равном 0,02-0,08d, например 0,06d. Две маленькие поверхности, называемые боковыми, 7c и 7d параллельны друг другу к направлению газового потока и придают поперечному сечению первой части нижнего препятствия прямоугольную форму.

Согласно одному из вариантов, который не представлен, нужно заметить, что обе маленькие боковые поверхности 7c и 7d могут также образовывать вместе с верхней стороной 7a один и тот же угол, равный 30-70^o, и придавать таким образом первой части 7 нижнего препятствия 6 форму трапеции. В таком случае, первая часть 7 нижнего препятствия 6 и верхнее препятствие 4 не должны обязательно иметь строго идентичную форму.

Вторая часть 8 нижнего препятствия имеет продольный размер h равный D и имеет две большие поверхности 8a и 8b одних и тех же размеров, которые параллельны между собой и направлению газового потока.

Две маленькие стороны 8c и 8d второй части 8 нижнего препятствия 6 параллельны между собой и перпендикулярны направлению газового потока и придают поперечному сечению названной второй части нижнего препятствия прямоугольную форму. Обе маленькие стороны 8c и 8d имеют поперечный размер, равный 0,02 и 0,08d, например 0,06d.

Для поперечного размера, который меньше 0,02d, механическая жесткость второй части нижнего препятствия 6 недостаточна. Каждая из больших поверхностей 8a и 8b имеет размер b, параллельный направлению газового потока, и называется длиной, которая равна 0,8-1,2d, например равна d.

Обе части 7 и 8, описанные выше, соединены таким образом, чтобы придать поперечному сечению нижнего препятствия 6 форму T.

Вправо от одного из острых краев верхнего препятствия 4 сдвигаемый слой, который образуется, отделяется, затем закручивается, чтобы образовать вихрь за нижним препятствием 6 по ходу потока.

Таким образом, при образовании этого сдвигаемого слоя со стороны боковой поверхности 4c верхнего препятствия 4 газовый поток втягивается в промежуточное пространство между двумя препятствиями 4 и 6 со стороны, противоположной названному верхнему препятствию, т.е. со стороны боковой поверхности 4d, и выталкивается со стороны, где образуется сдвигаемый слой непрерывно по мере образования вихрей. Кроме того, нестационарные движения газа немедленно образуются за первой частью 7 нижнего препятствия 6 и напротив больших поверхностей 8a и 8b второй части 8 названного нижнего препятствия. Эти движения газа соответствуют явлению рециркуляции, которая способствует разрушению ламинарной структуры сдвигаемого слоя и его дестабилизации, чтобы придать ему турбулентный характер.

Таким образом очень важно, чтобы расстояние d₁, разделяющее оба препятствия 4 и 6, было выбрано разумно и чтобы оба процесса: втягивание газового потока в промежуточное пространство и соответственно рециркуляция, выполняли полностью и одновременно свои функции.

Расстояние d₁, разделяющее оба препятствия, таким образом, должно быть равно 1/4 и (3/4)d. На самом деле, при величине больше (3/4)d вихри стремятся образовываться в промежуточном пространстве, но их образование нарушается присутствием нижнего препятствия 6.

Наоборот, если расстояние меньше (1/4)d, газовый поток не будет практически втягиваться в промежуточное пространство и феномен рециркуляции не будет иметь никакого эффекта. К тому же нужно следить, чтобы, с одной стороны, поверхности 7a и 7b первой части 7 нижнего препятствия 6 не были отодвинуты друг от друга больше, чем на 0,08d для избежания феномена паразитной рециркуляции справа от маленьких боковых поверхностей 7c и 7d, а с другой стороны, следить за тем, чтобы поперечный размер второй части 8 нижнего препятствия 6 не был больше 0,08d, чтобы не сокращать амплитуду нестационарных движений газа, образованных напротив больших поверхностей 8a и 8b названной второй части 8 нижнего препятствия 6.

Преимущественно, когда нарушение идущее сверху по ходу потока, передается в газовый поток в направлении обоих препятствий, названное нарушение не усиливается, как это мог бы предполагать любой специалист в данной области техники, но, напротив, это нарушение контролируется благодаря указанному эффекту рециркуляции.

Как представлено на фиг. 1-3, счетчик турбулентного газа 1 включает в себя также средства 10 для определения сигнала, соответствующего колебаниям вихрей и для вычисления по нему объема газа. Во всяком случае, нужно заметить, что специалист способен вычислить непосредственно расход газа из определенного сигнала, соответствующего колебаниям вихрей. Эти средства включают в себя элемент в форме пластинки 10, расположенной на участке трубы 2 в середине газового потока. Например, пластинка 10 имеет продольный размер D, соответствующий ее высоте и который перпендикулярен направлению газового потока. Пластинка 10 образована, с одной стороны, из двух больших поверхностей 10a и 10b, параллельных между собой и направлению газового потока, и называемых боковыми поверхностями, а с другой стороны, из двух маленьких поверхностей 10c и 10d, параллельных между собой и перпендикулярных большим поверхностям, и называемых соответственно верхней поверхностью 10c и нижней поверхностью 10d. Как показано на фиг. 1 и 3, эти поверхности придают поперечному сечению пластинки 10 постоянную прямоугольную форму по ее высоте.

На самом деле, пластинка 10 и особенно поперечный размер верхней поверхности 10c, который равен 0,1-0,4d, например равен 0,2d, составляет препятствие с острыми краями, вызывающее “отклеивание” газового потока при контакте с названной верхней поверхностью 10c, называемой также краем атаки, и создавая таким образом турбулентную зону, поочередно контактируя с каждой из боковых поверхностей 10a и 10b названной пластинки 10.

Создание этой турбулентной зоны улучшает качество информации, передаваемой вихрями.

К тому же, верхняя поверхность 10c пластинки преимущественно расположена на расстоянии от верхней поверхности 4a верхнего препятствия 4, равном 3-7d, с целью сформировать как можно более качественный сигнал о колебании вихрей.

К тому же отмечен необычный эффект: при встрече вихрей с пластинкой 10 создается акустическая волна и распространяется вверх против хода потока, нарушая структуру сдвигаемого слоя и усиливая турбулентный характер вихрей при малых скоростях газа.

Два основных канала 12 и 14, параллельных друг другу, выполнены продольно в пластинке 10 в непосредственной близости с верхней поверхностью 14c. Эти каналы 12 и 14 простираются внутрь пластинки 14 от ее верхней части на расстояние, которое меньше высоты названной пластинки. Несколько вторичных каналов 12a, 12b, 12c и 14a, 14b, 14c расположено на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль продольного размера основных каналов 12 и 14 таким образом, чтобы перпендикулярно соединить каждый из названных основных каналов с одной из боковых сторон 10a, 10b пластинки 10.

Например, каждый основной канал 12 (соответственно 14) соединен с одной из боковых поверхностей 10a (соответственно 10b) пластинки 10 через три вторичных канала 12a, 12b, 12c (соответственно 14a, 14b, 14c), диаметр которых почти равен диаметру основных каналов. Оба основных канала 12, 14 соединяются, например, через гибкую связь (шнур) с тепловым датчиком (не представлен), который определяет поток, вызываемый дифференциальным давлением, наведенным в каналы в результате колебания вихрей. Датчик может быть также датчиком давления.

На фиг. 15 представлена упрощенная блок-схема электронной цепи, позволяющей при определении дифференциального давления датчиком 201 последовательно подавать с помощью усилителя 202 альтернативный сигнал на вход пикового детектора 203, преобразовывать с помощью названного пикового детектора этот альтернативный поданный сигнал в импульсный сигнал, где каждый импульс представляет унитарный объем газа, а затем подсчитывать с помощью счетчика 204 число импульсов, чтобы получить объем газа.

Как представлено на фиг. 16 пиковый детектор 203 включает в себя, например, усилитель 210 с резистором 211 и конденсатор 212, пороговый прибор 213, содержащий два диода 220, 221, встречно включенные, конденсатор 214, выполняющий роль запоминающего устройства, дифференциальный усилитель 215 и резисторы 216, 217. Каждый диод 220 и 221 может быть выводом полевого транзистора. Усилитель 210, резистор 211 и конденсатор 212 изолируют сигнал на входе конденсатора 214. Каждый диод характеризуется порогом и показывает падение напряжения, когда он находится в состоянии проводимости. Когда амплитуда сигнала в точке 218 увеличивается выше порога диода 220, диод будет находиться в состоянии проводимости, а величина сигнала напряжения в точке 218, уменьшенная в результате падения напряжения на диоде 220, будет заложена в память в конденсаторе 214. Дифференциальный усилитель 215 сравнивает величину напряжения в точке 218 с величиной напряжения на конденсаторе 214 и подает высокий сигнал, когда напряжение в точке 218 выше напряжения на конденсаторе 214.

Когда пик достигнут и амплитуда сигнала уменьшена, разница между величиной сигнала в точке 218 и величиной сигнала, запомненного конденсатором 214, падает ниже порога диода 220, а диод 220 переходит в непроводящее состояние. Величина сигнала, запомненного в конденсаторе 214, становится фиксированной. Когда амплитуда сигнала в точке 218 падает ниже величины сигнала, запомненного конденсатором 214, усилитель 215 подает низкий сигнал, показывающий, что появился пик. Когда амплитуда сигнала падает ниже величины сигнала, запомненного в конденсаторе 214, на величину, соответствующую порогу диода 221, этот диод переходит в проводящее состояние, а величина сигнала, запомненная в конденсаторе 214, падает вместе с величиной сигнала в точке 218, уменьшенной на величину падения напряжения на диоде 221. Когда отрицательный пик достигнут и пройден, диод 221 становится снова непроводящим, а усилитель 215 будет показывать изменение состояния, когда сигнал в точке 218 увеличится и станет больше величины сигнала, запомненного конденсатором 214.

Фиг. 17 иллюстрирует изменение напряжения первого сигнала в точке 218 кривой 250 и изменение напряжения конденсатора кривой 251. Сначала напряжение конденсатора (кривая 251) равно напряжению сигнала по кривой 250, уменьшенному на величину Vd, соответствующую падению напряжения диода 220, а усилитель 215 подает высокий сигнал, Когда пик достигнут в момент времени t₀, а напряжение сигнала по кривой 250 снижается ниже пороговой величины диода 220, напряжение конденсатора (кривая 251) фиксируется. В момент времени t₁ напряжение сигнала по кривой 250 падает ниже напряжения, запомненного в конденсаторе, а выход усилителя 215 подает низкий сигнал. В момент времени t₂ разница между напряжением сигнала по кривой 250 и напряжением, запомненным в конденсаторе, больше, чем пороговая величина диода 221, а напряжение конденсатора является следствием напряжения первого сигнала.

Фиг. 18 показывает выходной сигнал цепи, рассматриваемой на фиг. 16, сравнивая его с примером входного сигнала. Можно рассматривать входной сигнал как синусоидальный сигнал высокой частоты, но с небольшой амплитудой, наложенной на шум с большой амплитудой, который порождает большие амплитудные колебания сигнала. Несмотря на эти колебания, изменение значения входного сигнала на каждом положительном пике 240 или на каждом отрицательном пике 241 обозначается изменением значения выходного сигнала. Выходной сигнал может быть использован сразу же счетчиком 204, чтобы выдать число импульсов и, следовательно, объем газа. Зная время между двумя импульсами, также легко можно получить величину расхода газа.

Диаметр основных каналов 12, 14, по существу, меньше ширины пластинки 10 и поэтому названные каналы сдвинуты в направлении газового потока. Эти каналы расположены как можно ближе к “краю атаки” 10c названной пластинки 10, чтобы повысить точность сигнала. Кроме того, каналы позволяют фильтровать все шумы, сопровождающие сигнал, в результате сил вязкости, которые встречает газ в названных каналах, и таким образом получать улучшенное соотношение сигнал/шум.

По причине, связанной с качеством информации, возвращаемой через пластинку 10 и датчик, нужно, чтобы поперечный размер L верхней поверхности 7a первой части 7 нижнего препятствия 6 был равен 0,8-1,2d, например равен d.

Если L больше, чем 1,2d, пластинка 10 не возвращает почти никакого сигнала. Наоборот, если L меньше, чем 0,9d, сигнал, возвращенный пластинкой 10, имеет погрешности.

Согласно одному варианту изобретения, не представленному на фигурах, средства для определения сигнала, соответствующего колебаниям вихрей, и для вычисления по нему объема газа включают в себя два ультразвуковых преобразователя, расположенных сзади по ходу потока двойного препятствия 4, 6 и соединенных с стенками участка трубы 2 диаметрально противоположными (в этом варианте не нужно предусматривать пластинку, которая описана выше). Один из преобразователей передает ультразвуковой сигнал, который модулируется сигналом колебаний вихрей, полученным другим преобразователем, и демодулируется для вычисления частоты колебания и, таким образом, расхода и объема газа.

Отмечается, что частота колебаний, полученная с помощью счетчика потока турбулентной среды по изобретению, ниже чем, частота, полученная со счетчиком, который имеет только одно препятствие.

Профиль скорости газового потока непосредственно перед верхним препятствием 4 ровный не полностью, как представлено на фиг. 4, а его предельный слой находится рядом с периферией участка трубы 2. Когда поток газа, представленный с левой стороны фиг. 4, встречает верхнее препятствие 4, образуется попеременно с одной и с другой стороны названного верхнего препятствия сдвигаемый слой, который образует за нижним препятствием 6 вихри 20, называемые основными вихрями.

Однако предельный слой газового потока, встречаясь с препятствием 4, создает непрерывный вихрь 21, называемый вторичным. Этот вихрь образуется на каждом из продольных концов 4e и 4f верхнего препятствия 4 и нарушает образование основных вихрей 20. На фиг. 4 представлен один вихрь.

Согласно второму варианту выполнения изобретения, представленному на фиг. 4-6, счетчик турбулентной среды включает в себя средства 22, 23, 24, 25, чтобы сократить эффект турбулентности, создаваемый вторичными вихрями 21.

Эти средства образуются двумя опорными основаниями 22, 24, параллельными между собой и имеющими каждое по меньшей мере одну большую поверхность 22a, 24a, которая перпендикулярна продольному размеру верхнего препятствия 4 и нижнего препятствия 6. Каждое опорное основание 22, 24 имеет форму диска с определенной толщиной или продольным размером, а также диаметр, который больше максимального поперечного размера d верхнего препятствия 4 (фиг. 5). Оба опорных основания 22, 24 закрепляются на внутренней стенке участка трубы 2 с внутренним диаметром D диаметрально противоположно для того, чтобы она из больших поверхностей 22a опорного основания 22 была повернута внутрь названного участка трубы и находилась напротив одной из больших поверхностей 24a другого опорного основания 24.

Каждое из опорных оснований 22, 24 частично расположено на участке трубы 2, как представлено на фиг. 6, таким образом, чтобы часть максимальной толщины опорного основания, которая меньше всей толщины названного опорного основания, выступала внутрь названного участка трубы 2. Толщина = 0,03 – 0,05D для того, чтобы выступающая часть этих опорных оснований была поверхностью предельного слоя газового потока. На самом деле, если толщина < 0,03D, эффект турбулентности, создаваемый вторичными вихрями 21, сокращается недостаточно. Но если эта толщина больше 0,05D, выступающая часть оснований 22, 24 может мешать газовому потоку, что приведет к нарушению образования основных вихрей 20.

Верхнее препятствие 4 и нижнее 6 фиксируются каждое одним из их противоположных продольных концов 4e, 4f, 6e и 6f на каждом из больших поверхностей 22a, 24a опорных оснований 22, 24, расположенных одно против другого.

Как представлено на фиг. 5, верхнее препятствие 4 монтируется на опорном основании 22, называемом нижним опорным основанием, таким образом, чтобы каждое из этих оснований имело участок соответственно 23, 25, расположенный перед верхним препятствием 4.

Таким образом, предельный слой газового потока встречает сначала участок 23 нижнего основания 22 перед тем, как встретить верхнее препятствие 4. Эффектом этого является ослабление вторичного непрерывного вихря 21, который образуется при встрече с названным верхним препятствием 4. Следовательно, взаимодействие между этим вторичным вихрем 21 и основными вихрями 20 ослабляется. Ясно, что такое же явление происходит и по месту другого опорного основания 24, называемого верхним опорным основанием.

Каждый участок опорного основания имеет верхний конец 23a, 25a, который удален от верхней поверхности 4a верхнего препятствия 4 на расстояние 0,1 – 0,4d, например на 0,35d. В случае, когда это расстояние больше 0,4d, вторичные вихри 21 ослабевают, но могут формироваться снова и снова стать достаточно сильными, чтобы нарушить основные вихри 20. В этой конструкции первая часть 7 нижнего препятствия 6 крепится на той части опорного основания, которая имеет наибольший диаметр, и поперечно направлению газового потока. Таким образом, участок длины второй части 8 нижнего препятствия 6 выходит за пределы опорного основания вниз или прочь по ходу потока (фиг. 5). Отмечено, что в некоторых случаях, и это является преимуществом, можно допустить формирование вторичных вихрей 21 и предусмотреть сзади верхнего препятствия 4 средства 30, 32 для отделения вторичных вихрей от основных.

Согласно третьему варианту выполнения изобретения, представленному на фиг. 7, эти средства образуются двумя проходами 30, 32, диаметрально противоположными на участке трубы 2. Каждый из проходов 30, 32 выполнен между одним из продольных концов 8e, 8f второй части 8 нижнего препятствия 6 и участком трубы 2. В таком предпочтительном расположении вторая часть 8 нижнего препятствия 6 имеет продольный размер или высоту, которая меньше продольного размера h первой части 7 названного нижнего препятствия.

Когда предельный слой названного потока сталкивается с верхним препятствием 4, сильные вторичные вихри образуются по месту противоположных продольных концов 4e и 4f названного верхнего препятствия 4 и идут навстречу основным вихрям. Однако формирование основных вихрей создает разрежение, в результате которого вторичные вихри притягиваются ко второй части 8 нижнего препятствия 6, в направлении нижнего прохода 30 и верхнего прохода 32, мешая, таким образом, названным вторичным вихрям взаимодействовать с названными основными вихрями и таким образом мешая определению сигнала. Каждый проход 30, 32 имеет, например, почти прямоугольную форму, продольный размер которого равен 1/40 и (1/20)D, например равен (1/36)D.

Если продольный размер каждого прохода 30, 32 больше (1/20)D, явление рециркуляции, которое имеет место напротив больших поверхностей 8a, 8b второй части 8 нижнего препятствия, рискет быть нарушенным и образование основных вихрей может быть сорвано.

Наоборот, если продольный размер меньше 1/4D, эффект разрежения, который сказывается на вторичных вихрях, менее благоприятен, и взаимодействие этих вихрей с основными вихрями становится слишком значительным.

Согласно четвертому варианту выполнения изобретения, представленному на фиг. 8, можно соединить средства 22, 24, чтобы сократить эффект турбулентности, создаваемый вторичными вихрями 21, показанными на фиг. 4 – 6, и средства 30, 32, чтобы отделить названные вторичные вихри 21 от основных вихрей 20, представленных на фиг. 7.

Соединяя эти средства, можно получить эффект, который позволит значительно уменьшить взаимодействие между вторичными вихрями 21 и основными вихрями 20.

Пятый вариант выполнения изобретения представлен на фиг. 9 и в описании, которое следует, причем ссылочные номера предшествующих фигур будут сохранены. Счетчик турбулентной жидкости включает в себя два препятствия 4 и 6, а также пластинку 10, снабженную продольными канальными 12, 14, соединенными с датчиком, как описано выше.

Согласно этому варианту выполнения участок трубы 2 диаметром D, в котором расположены оба препятствия 4 и 6 и пластинка 10, соединяется перед препятствием с участком трубы, названным верхним или передним участком 40, внутренний профиль которого имеет варьируемый диаметр, который увеличивается вверх по потоку до величины D₁, которая является величиной диаметра основной трубы. Верхний участок 40 трубы имеет внутреннюю стенку 40a, которая образует с направлением газового потока угол, непрерывно изменяемый от места пересечения названной внутренней стенки с участком трубы 2, имеющей внутренний диаметр D, пересечения, при котором названный угол принимает нулевую величину, до места, где верхний участок 40 трубы имеет внутренний диаметр, равный D₁, и где угол снова принимает нулевую величину.

Такое расположение предпочтительно исходя прежде всего из того, что газовый поток, идущий сверху счетчика, не встречает при входе в счетчик острых краев и, таким образом, он не нарушается образованием турбулентности. Поток ускоряется в участке трубы 2 с внутренним диаметром D, что придает скоростному фронту потока характер, наиболее близкий турбулентному режиму и более стабильный.

Следовательно, при малых числах Рейнольдса газового потока природа сдвигаемого слоя, который образуется на верхнем препятствии, отходит от ламинарного режима.

Как представлено на фиг. 9, внутренняя стенка 40a верхнего участка 40 трубы имеет в плоскости, параллельной направлению газового потока, локальный профиль, образованный последовательно сверху вниз по ходу потока двумя дугообразными участками с противоположными вогнутостями, соединенными в одной точке. Нужно заметить, что соответствующие дуги не должны иметь обязательно идентичный радиус, как в случае фиг. 9. Также можно предусмотреть внутренний локальный профиль, образованный частью синусоидальной кривой. Этот вариант не представлен.

Уменьшенный диаметр D участка трубы 2 имеет величину, равную 60 – 90% величины диаметра D₁ основной трубы. На самом деле, если величина D меньше на 60% величины D₁, потеря напора становится невосполняемой и частота колебания становится слишком высокой для того, чтобы ее можно было определить с помощью простых средств.

К тому же, при величине D, которая больше величины D₁ на 90%, газовый поток недостаточно ускорен.

Преимущественно, диаметр D имеет величину 70 – 80% от величины начального диаметра D₁ и равен, например, 72% от D₁. Кроме того, участок трубы 2 с внутренним диаметром D имеет длину в 1,5 – 3 раза больше диаметра D, например равен 2D. Эта характеристика позволяет, с одной стороны, использовать достаточное пространство, для того чтобы могли образовываться колеблющиеся вихри, а с другой стороны придавать газовому счетчику хорошую производительность. На участке трубы 2 с внутренним диаметром D верхнее препятствие 4 размещено в непосредственной близости от верхнего участка 40 трубы, чтобы оставить вниз по течению за препятствием достаточное пространство для образования колеблющихся вихрей. Более точно, верхняя поверхность 4a верхнего препятствия 4 размещена на расстоянии от верхнего участка 40 трубы, равном 0,5D₁ и D₁.

При расстоянии, которое меньше 0,5D₁, газовый поток, достигающий верхнего препятствия 4, имеет скоростной фронт, который еще не стабилизировался.

И наоборот, если расстояние больше, чем D₁, с одной стороны, скоростной фронт газового потока развивает предельный слой, могущий наводить сильные вторичные вихри, которые рискуют нарушить основные колеблющиеся вихри, а с другой стороны, счетчик теряет в своей производительности.

Участок трубы 2 с диаметром D соединен со стороны вниз по течению с нижним участком 42 трубы, внутренняя стенка которого 42a образует с направлением газового потока постоянный угол . Соединение между двумя участками трубы 2 и 42 представляет собой острую кромку 43.

Нижний участок 42 трубы имеет внутреннюю стенку 42a, имеющую форму усеченного конуса, которая простирается от острой кромки 43 до основной трубы с диаметром D₁.

В результате резкого расширения трубы согласно данному углу после прямого участка трубы 2, в котором образуются колеблющиеся вихри, происходит уменьшение скорости газа и увеличение его давления.

Было констатировано, что эта характеристика изображения создает отрыв газового потока справа и вниз по ходу потока от острой кромки 43 и дает, таким образом, возможность появления барьера давления на выходе участка трубы 2.

Функция этого барьера заключается в том, чтобы задерживать газовые вихри внутри участка трубы 2, что позволяет поддерживать постоянным размер названных вихрей, т. е. иметь постоянное число Строухаля, особенно для малых чисел Рейнольдса, и таким образом получить частоту колебания, прямо пропорциональную скорости газа. Угол расширения нижнего участка 42 трубы должен быть выбран разумно точно, чтобы можно было довести давление до приемлемой величины. Угол обычно равен 9 – 20^o, преимущественно 10 – 15^o, например равен 10,78^o. На самом деле угол расширения больше 20^o будет производить интенсивную рециркуляцию газа, а изменение скорости газа приведет к увеличению турбулентности газа, но не к созданию эффективного барьера давления, чтобы поддерживать постоянным размер вихрей. К тому же при угле расширения, равном < 9^o, давление будет постепенно увеличиваться вдоль нижнего участка 42 трубы, что будет недостаточно для контроля размера вихрей.

Согласно шестому варианту выполнения изобретения можно комбинировать характеристики счетчика турбулентного газа на фиг. 9 с характеристиками счетчика на фиг. 8. Тогда можно получить счетчик турбулентного потока газа, представленный на фиг. 10, с двумя препятствиями, верхним 4 и нижним 6, которые крепятся своими продольными противоположными концами 4e, 4, 6e, 6 к двум опорным основаниям 22, 24, частично вставленным в правый участок трубы 2 для ослабления эффекта турбулентности, создаваемого непрерывными вторичными вихрями газа, генерируемыми при встрече предельного слоя потока с верхним препятствием 4. Кроме того, вторая часть 8 нижнего препятствия 6 имеет продольный размер, который меньше продольного размера первой части 7 и предназначен для выполнения двух проходов, нижнего 30 и верхнего 32, между названной второй частью 8 нижнего препятствия 6 и участком трубы 1 с внутренним диаметром D, эти проходы, имеющие прямоугольную форму, позволяют отделять вторичные вихри от основных вихрей.

На участке трубы 2 с внутренним диаметром D, по низу препятствий, предусмотрена пластинка 10, которая имеет продольные каналы 12, 14, соединенные с датчиком, например тепловым (не представлен на фигурах), позволяющим определять сигнал, соответствующий основным колебаниям.

Как указано выше, датчик, соединен с электронной цепью, представленной на фиг. 15 и 16, которая позволяет вычитать объем газа при определении дифференциального давления.

Участок трубы 2 соединен, с одной стороны, вверх по потоку с верхним участком 40 трубы, профилированным таким образом, чтобы создать ускорение газа без нарушения, а с другой стороны, вниз по потоку, с нижним участком трубы 42, имеющим внутри форму усеченного конуса с острой кромкой 43 в месте соединения с названным участком трубы 2, эффектом чего является создание избыточного давления, которое задерживает основные вихри в правом участке трубы.

Такой газовый счетчик позволяет измерять объемы газа при очень малых числах Рейнольдса до величины 3700 с динамикой 30:1 и с относительной погрешностью 1%.

Нужно уточнить, что число Рейнольдса измеряется для газового потока в трубе диаметром D₁.

Чтобы показать преимущества счетчика для турбулентной среды по данному изобретению, были проведены испытания, результаты которых представлены на фиг. 13 и 14.

Первое испытание было осуществлено последовательно на двух счетчиках турбулентного газа, первый из которых представлен на фиг. 11 и 12, а второй представлен на фиг. 10. Диаметр D₁ обоих труб равны 100 мм. Счетчик по фиг. 11 и 12 отличается от счетчика, показанного на фиг. 10, тем, что он имеет только одно препятствие разных размеров, способное генерировать вихри, и тем, что средства для определения сигнала, соответствующего колебаниям названных вихрей, и для вычитания объема газа устанавливаются на названном препятствии.

Кроме этих отличий, все, что было описано выше относительно профилированной трубы, расположения препятствия в трубе, опорных поверхностей и их расположения относительно названной трубы и названного препятствия, остается действительным и не будет повторяться в дальнейшем. Ссылочные номера, присвоенные разным элементам на фиг. 11 и 12, будут те же, что и номера элементов, соответствующих предшествующим фигурам, но с цифрой 1 впереди.

Таким образом, счетчик турбулентного газа 101 включает в себя участок трубы 102, в котором размещают препятствие 104. Препятствие 104 имеет верхнюю (переднюю) поверхность 104a и нижнюю (заднюю) поверхность 104b, обе плоские и параллельные между собой, названная верхняя поверхность 104a больше, чем названная нижняя поверхность 104b. Плоскость этих обеих поверхностей перпендикулярна направлению газового потока.

Препятствие 104 имеет также две боковые поверхности 104c и 104d, симметричные, которые образуют с верхней поверхностью 104a постоянный угол , таким образом, чтобы придавать поперечному сечению названного препятствия форму трапеции, основание которой обращено против хода потока (против течения).

На фиг. 11 и 12 видно, что средства для определения сигнала, соответствующего колебаниям вихрей, и для вычитания объема газа содержат два основных канала 112 и 114, параллельных друг другу и выполненных вдоль препятствия 104 в непосредственной близости к боковым поверхностям 104c и 104d названного препятствия. Эти каналы 112 и 114 симметричны по отношению к средней плоскости, содержащей ось симметрии трубы, и перпендикулярны плоскости, содержащей поперечное сечение препятствия 104. Указанные средства включают также несколько вторичных каналов, число которых может быть в два раза больше числа основных, 112a, 112b и 114a, 114b, эти каналы равномерно распределены вдоль продольного размера основных каналов 112 и 114, перпендикулярно к названным основным каналам. Эти вторичные каналы соединяют основные каналы с боковыми поверхностями 104c и 104d препятствия 104. Вторичные каналы 112a, 113b и 114a, 114b имеют диаметр, равный диаметру основных каналов. Каждый из основных каналов 112 и 114 соединен, например, с тепловым датчиком (не представлен), который будет определять поток, вызываемый дифференциальным давлением, наводимым в названные основные каналы отделением вихрей. Классическая электронная цепь, такая как представлена на фиг. 15 и 16, позволяет вычислять объем газа по определенному дифференциальному давлению, как это уже объяснялось выше.

Поверхность 104 монтируется на двух опорных основаниях кругообразной формы 122 и 124, из которых одно, нижнее опорное основание 122, представлено на фиг. 11 и 12.

Верхняя поверхность 104a препятствия 104 размещена на расстоянии 0,35d от верхнего конца 123a (соответственно 125a) участка 123 (соответственно 125) опорного основания 122 (соответственно 124), расположенного вверх по течению от названной верхней поверхности 104a. Угол , который образуют боковые поверхности 104c и 104d препятствия 104 с верхней поверхностью 104a названного препятствия, равен 4^o.

Испытания, проводимые с этими двумя счетчиками, состояли в том, чтобы обнаружить относительную погрешность, появляющуюся при определении объема газа, проходящего через каждый из названных счетчиков по отношению к эталонному счетчику при расходах, равных от 20 до 600 м³/ч, соответствующих спектру чисел от 3700 до 111900.

Таким образом, фиг. 13 представляет для каждого из газовых счетчиков относительную погрешность в процентах в зависимости от числа Рейнольдса, а полученные кривые A и B являются кривыми соответствующих измерений счетчика по фиг. 11 и счетчика по фиг. 10.

Таким образом, представляется ясным, что газовый счетчик по фиг. 10 (с двойным препятствием) позволяет измерять, и довольно надежно, объем газа при малых числах Рейнольдса, вплоть до 3700, в то время как счетчик по фиг. 11 (с простым препятствием) не позволяет надежно измерять объем газа при числе Рейнольдса меньше 16500.

Другое испытание такого же типа, результаты которого представлены на фиг. 14, состояло в том, чтобы сравнить два газовых счетчика по изобретению, один из которых показан на фиг. 8, а с другой соответствует варианту выполнения, представленному на фиг. 10.

Относительно этих двух счетчиков ясно, что кривые измерения C и D, полученные соответственно для счетчиков по фиг. 8 и 10, удовлетворительны и отражают отличную линейность названных счетчиков.

Во всяком случае, было замечено, что ниже числа Рейнольдса, равного 18600, со счетчиком по фиг. 8 шум очень значительный по отношению к сигналу колебаний.

Наоборот, факт размещения двойного препятствия в профилированной трубе значительно улучшает соотношение сигнал/шум для чисел Рейнольдса меньше 18600, требующих только упрощенных электронных средств для вычисления объема газа по определяемому сигналу.

Вариант выполнения со ссылками на фиг. 10 является, таким образом, предпочтительным потому, что он позволяет получить очень сильный и очень стабильный сигнал и всегда можно получить объем газа даже при очень малых числах Рейнольдса порядка 3700.

Формула изобретения

1. Вихревой счетчик текучей среды, включающий участок трубы (2) с внутренним постоянным диаметром D, в котором протекает среда, расположенные в середине потока среды в участке трубы (2) и способные генерировать основные вихри (20) в результате колебательного процесса, по меньшей мере два препятствия, одно, верхнее, по ходу потока (4) и второе, нижнее, по ходу потока (6), имеющие удлиненную форму с продольными и поперечными размерами, перпендикулярными направлению потока среды, и средства (10, 12, 14, 20 – 221) для детектирования сигнала, соответствующего колебаниям вихрей, для вычисления по нему объема среды, при этом нижнее препятствие (6) образовано из двух частей (7, 8), соединенных между собой в форме буквы Т, причем первая часть (7) с продольным размеров h и поперечным размером l имеет две большие поверхности (7a, 7b), верхняя из которых (7а) параллельна нижней поверхности (7b) первой части и нижней поверхности (4b) верхнего по ходу потока препятствия (4) и расположена от нее на расстоянии d₁, и две маленькие поверхности (7с, 7d), а вторая часть (8) имеет две большие поверхности (8a, 8b) одних и тех же размеров, параллельные направлению потока среды, и две параллельные между собой маленькие поверхности (8с, 8d) одинаковых размеров, перпендикулярные направлению потока среды, отличающийся тем, что верхнее препятствие (4) с продольным размером h имеет две большие поверхности (4a, 4b), перпендикулярные направлению потока среды и расположенные на расстоянии t, одна из которых, верхняя (4а), с поперечным размером d, который больше поперечного размера другой поверхности, нижней (4b), и две маленькие боковые симметричные поверхности (4c, 4b), каждая из которых образует с верхней поверхностью (4а) угол = 30 – 70^o.

2. Вихревой счетчик текучей среды по п.1, отличающийся тем, что отношение d/t = 4 – 8.

3. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что расстояние d₁ = 1/4 – 3/4d.

4. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поперечный размер или ширина l = 0,8 – 1,2d.

5. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что отношение d/D = 0,15 – 0,3.

6. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что расстояние между большими поверхностями (7a, 7b) первой части (7) нижнего препятствия (6) составляет 0,02 – 0,08d.

7. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что маленькие поверхности (7c, 7d) первой части (7) нижнего препятствия (6) параллельны друг другу.

8. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что маленькие поверхности (8c, 8d) второй части (8) нижнего препятствия (6) имеют поперечный размер 0,02 – 0,08d.

9. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждая из двух больших поверхностей (8a, 8b) второй части (8) нижнего препятствия (6) имеет размер b в направлении, параллельном направлению потока среды, равный 0,8 – 1,2d.

10. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он включает в себя также средства (22, 23, 24, 25) для ослабления эффекта турбулентности, создаваемого непрерывными вторичными вихрями среды (21), которые генерируются при встрече одной части потока среды, соответствующей пограничному слою потока, с верхним препятствием (4).

11. Вихревой счетчик текучей среды по п.10, отличающийся тем, что средства для ослабления эффекта турбулентности, создаваемого непрерывными вторичными вихрями (21), образованы двумя опорными основаниями (22, 24), каждое из которых имеет по меньшей мере одну большую поверхность (22а, 24а), перпендикулярную продольному размеру верхнего препятствия (4) и нижнего препятствия (6), и закреплено на участке трубы (2) так, чтобы иметь продольный размер или максимальную толщину такими, чтобы выступающая часть опорных оснований была поверхностью пограничного слоя потока среды, причем препятствия (4) и (6) зафиксированы одним из противоположных концов (4e, 4f, 6e, 6f) в своем продольном направлении на каждой большой поверхности (22а, 24а) опорного основания (22, 24) так, чтобы каждое основание имело участок (23, 25), расположенный перед верхним препятствием (4).

12. Вихревой счетчик текучей среды по п.11, отличающийся тем, что максимальная толщина каждого основания (22, 24) равна 0,03 – 0,05D.

13. Вихревой счетчик текучей среды по п. 11, отличающийся тем, что участок (23, 25) опорного основания имеет верхний конец (23а, 25а), удаленный от верхней поверхности (4а) верхнего препятствия (4) на расстояние 0,1 – 0,4d.

14. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он включает в себя также средства (30, 32) для отделения основных вихрей (20) от указанных непрерывных вторичных вихрей (21).

15. Вихревой счетчик текучей среды по п.14, отличающийся тем, что средства для отделения основных вихрей (20) от непрерывных вторичных вихрей (21) образованы двумя проходами (30, 32), выполненными между второй частью (8) нижнего препятствия (6) и участком трубы (2) с внутренним диаметром D, с одной и с другой стороны противоположных концов (8e, 8f) второй части (8), в продольном направлении последней, находящихся друг от друга на расстоянии, менее h.

16. Вихревой счетчик текучей среды по п.15, отличающийся тем, что каждый проход (30, 32) имеет максимальный продольный размер D/40 – D/20.

17. Вихревой счетчик по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что участок трубы (2) с внутренним диаметром D соединен с одной стороны выше по течению потока с верхним участком трубы (40), имеющим внутренний диаметр, последовательно увеличивающийся вверх по течению до величины D₁, и имеющим внутреннюю стенку (40а), которая выполнена с возможностью изменения направления потока среды под непрерывно изменяющимся углом, причем этот угол имеет нулевую величину в местах трубы, где диаметр верхнего участка соответственно равен D и D₁, а с другой стороны ниже по течению потока – с нижним участком трубы (42), имеющим внутреннюю стенку (42а), которая выполнена с обеспечением резкого изменения направления потока среды на постоянный угол = 9 – 20^o, доводя внутренний диаметр D до величины D₁.

18. Вихревой счетчик текучей среды по п.17, отличающийся тем, что диаметр D имеет величину, составляющую 60 – 90% от величины диаметра D₁.

19. Вихревой счетчик текучей среды по п.17, отличающийся тем, что участок трубы (2) с внутренним диаметром D имеет длину, которая в 1,5 – 3 раза больше внутреннего диаметра D.

20. Вихревой счетчик текучей среды по п.1 или 17, отличающийся тем, что верхняя поверхность (4а) верхнего препятствия (4) размещена от участка верхней трубы (40) на расстоянии 0,5D₁ – D₁.

21. Вихревой счетчик текучей среды по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что средства для детектирования сигнала, соответствующего колебаниям вихревой, и вычисления по нему объема среды включают в себя пластинку (10), расположенную в середине потока среды за нижним препятствием (6) по ходу потока и на участке трубы (2) с внутренним диаметром D, причем указанная пластина имеет продольный размер D, перпендикулярный направлению потока среды, и постоянное прямоугольное поперечное сечение, образованное двумя большими боковыми поверхностями (10а, 10b), параллельными направлению потока среды, а также двумя маленькими поверхностями (10с, 10d), соответственно верхней и нижней, два основных канала (12, 14), продольных и параллельных, которые выполнены в пластинке (10) в непосредственной близости от ее верхней поверхности (10с), причем каждый из основных каналов соединен с одной из боковых поверхностей (10a, 10b) через несколько вторичных перпендикулярных каналов (12а, 12b, 12c, 14a, 14b, 14c), находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга, а также датчик, соединенный с одной стороны с основными каналами и с другой стороны – с электрической цепью (202 – 221), позволяющей вычислять объем среды по принятому сигналу.

22. Вихревой счетчик текучей среды по п.21, отличающийся тем, что верхняя поверхность (10с) пластинки (10) имеет поперечный размер в 0,1 – 0,4 раза больше поперечного размера d верхней поверхности (4а) верхнего препятствия (4).

23. Вихревой счетчик текучей среды по п. 21, отличающийся тем, что верхняя поверхность (10с) пластинки (10) расположена от верхней поверхности (4а) верхнего препятствия (4) на расстоянии 3 – 7d.

24. Вихревой счетчик текучей среды по п.21 или 22, отличающийся тем, что основные каналы (12, 14) имеют диаметр, меньший поперечного размера верхней поверхности (10с) пластинки (10), и смещены в направлении потока среды.

25. Вихревой счетчик текучей среды по п.21, отличающийся тем, что датчик является датчиком давления.

26. Вихревой счетчик текучей среды по п.21, отличающийся тем, что датчик является тепловым датчиком.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.03.2003

Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004