Патент на изобретение №2389979

(54) РАСХОДОМЕР КАССЕТНЫЙ

(57) Реферат:

Расходомер представляет собой набор встроенных в трубопровод 1 патрубков, образующих осесимметричную систему, в которой один патрубок является центральным, а остальные, окружающие его – периферийными. В цилиндрическом измерительном участке 4, 5 каждого патрубка размещен турбинный преобразователь расхода с кабелем связи 13, выведенным наружу через крышку 11 бокового люка и подключенным к регистрирующей аппаратуре. Патрубки с надетыми на них с образованием плотного кольца сегментами 8, установлены на разрезных опорных проставках 14 и стянуты разрезными бандажами 7. В щели между внешней поверхностью сегментов 8 и внутренней поверхностью трубопровода размещена эластичная оболочка 9, заполненная средой под давлением. Значение расхода среды в трубопроводе определяется как сумма результатов измерений каждым турбинным преобразователем. В одном варианте выполнения патрубки смонтированы во фланцевом отрезке трубопровода, в торцах которого установлены диафрагмы, перекрывающие все сечение трубопровода и имеющие отверстия, через которые проходят патрубки. В другом варианте выполнения в периферийные патрубки, кроме одного, вместо турбинных преобразователей установлены диафрагмы. Изобретение повышает точность измерения, пропускную способность и удобство монтажа расходомера. 3 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и прикладной метрологии и может быть использовано для передачи размера единицы расхода материальной среды от расходомера, являющегося предметом настоящего изобретения, рабочему расходомеру, стационарно установленному на трубопроводе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является расходомер переносной [1]. Согласно [1] первичный преобразователь расхода с диаметром, меньшим диаметра трубопровода, встраивается в трубопровод через боковой люк и устанавливается соосно с трубопроводом. В кольцевом пространстве между наружной поверхностью преобразователя расхода и внутренней поверхностью трубопровода размещается эластичная оболочка горообразной формы, в которую подается среда под давлением. Таким образом, весь поток вещества, движущегося в трубопроводе, проходит через первичный преобразователь расхода. Результаты измерений передаются по кабелю связи, который подключен к проходному разъему, установленному на крышке бокового люка.

Этот расходомер имеет следующие недостатки.

Поскольку через первичный преобразователь расхода проходит весь поток вещества, движущегося по трубопроводу, он должен иметь достаточно большие размеры. Масса преобразователя пропорциональна кубу линейного размера. Большие габариты и масса первичного преобразователя затрудняют перемещение его через боковой люк. При больших размерах первичного преобразователя усложняется, а порой становится неосуществимой процедура обеспечения достоверности его показаний, так как требуется эталон соответствующего размера. Согласно законам гидродинамики для формирования установившегося профиля скорости измеряемой среды требуется определенная длина патрубка, содержащего преобразователь расхода, которая пропорциональна диаметру. При большом диаметре требуется большая длина патрубка, что также усложняет монтаж встраиваемого в трубопровод преобразователя. Эластичная оболочка устройства [1] имеет большие габариты и сложную форму.

Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков.

Технический результат, создаваемый предлагаемым устройством, состоит в повышении удобства монтажа расходомера в трубопроводе, увеличении его пропускной способности, уменьшении длины патрубка, содержащего преобразователь расхода, уменьшении размеров и упрощении формы эластичной оболочки, упрощении задачи сравнения встраиваемого преобразователя расхода с эталоном, повышении точности измерений.

Расходомер кассетный, выполненный с возможностью монтажа в трубопроводе через боковой люк, представляет собой систему цилиндрических патрубков, из которых один является центральным, а остальные, располагающиеся вокруг него, – периферийными. Патрубки имеют входной цилиндрический участок, конусный переходный участок и цилиндрический измерительный участок, причем диаметры входных участков выбраны такой величины, чтобы сечения патрубков составляли максимально возможную часть сечения трубопровода. Периферийные патрубки имеют одинаковые размеры и распределены равномерно по окружности. Между центральным и периферийными патрубками установлены разрезные кольцевые опорные проставки. Периферийные патрубки снаружи стянуты двумя разрезными бандажами. Соединение и стяжка частей бандажа осуществляется после помещения их в трубопровод. С внешней стороны бандажей имеются резьбовые отверстия, содержащие ответные винтовые стержни. Выступающая длина винтовых стержней может регулироваться так, чтобы стержни упирались в трубопровод. На концы периферийных патрубков, обращенные к набегающему потоку, надеты сегменты, образующие в сборе цилиндрическое кольцо, плотно прилегающее к центральному патрубку. Между внешней поверхностью сегментного кольца и внутренней поверхностью трубопровода образуется кольцевая щель, в которую помещена эластичная оболочка. Оболочка заполняется средой под давлением, подаваемой через шланг, проходящий через крышку бокового люка трубопровода. В периферийных патрубках смонтированы турбинные преобразователи расхода, кабели связи которых также проходят через фланец боковой крышки трубопровода.

Описанное устройство поясняется чертежами на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3.

На Фиг.1 изображен продольный разрез расходомера кассетного. Позиции на фигуре означают следующее: 1 – трубопровод, в который встраивается расходомер кассетный, 2 – винтовые стержни, устанавливаемые в трубопроводе враспор, 3 – корпус турбинного преобразователя расхода, 4 – цилиндрический измерительный участок центрального патрубка, 5 – цилиндрический измерительный участок периферийного патрубка, 6 – входной цилиндрический участок периферийного патрубка, 7 – бандажи, 8 – сегменты, 9 – эластичная оболочка, 10 – боковой люк, 11 – крышка бокового люка, 12 – шланг эластичной оболочки, 13 – кабели связи турбинных преобразователей расхода, 14 – опорные проставки между центральным и периферийными патрубками.

На Фиг.2 изображен вид расходомера кассетного по стрелке А. Наименование позиций такое же, как на Фиг.1, дополнительная позиция: 23 – крыльчатка турбинного преобразователя расхода.

На Фиг.3 изображено сечение расходомера кассетного по плоскости 1-1, указанной на Фиг.1. В дополнение к ранее обозначенным позициям на Фиг.3 приведены позиции: 15 – болтовая стяжка бандажа, 16 – верхняя половина бандажа, 17 – шарнирное соединение нижней и верхней частей бандажа, 18 – нижняя часть бандажа.

Расходомер кассетный, выполненный с возможностью монтажа в трубопроводе через боковой люк, собирается и включается в работу следующим образом.

Винтовые стержни нижней части бандажа выпускают на нужную длину в зависимости от диаметра трубопровода. Нижнюю часть бандажа помещают внутрь трубопровода с опорой на винтовые стержни. На установленную часть бандажа укладывают периферийные патрубки с надетыми на них сегментами. Внутри этих патрубков смонтированы турбинные преобразователи. Уложенные патрубки составляют нижнюю половину совокупности патрубков. На сегменты, образующие полукольцо, надевают эластичную оболочку в спущенном состоянии. На уложенные патрубки устанавливают нижние части разрезных опорных проставок, на центральную часть которых укладывают центральный патрубок. Затем устанавливают верхние части разрезных опорных проставок. На разрезные опорные проставки устанавливают остальные периферийные патрубки с надетыми на них сегментами. Сегменты этих патрубков подводят под спущенную эластичную оболочку. К установленной нижней части бандажа с двух сторон с помощью шарнирного соединения прикрепляют верхние части бандажа. В эти части также ввинчены винтовые стержни. Собранный бандаж имеет форму окружности, разрезанной в верхней точке. С помощью болтового соединения бандаж стягивается, обеспечивая жесткость всей конструкции. Винтовые стержни верхней части бандажа вывинчивают до упора в стенку трубопровода. К проходным разъемам крышки бокового люка с внутренней стороны подключают кабели связи турбинных преобразователей, к проходному штуцеру подключают шланг подачи давления эластичной оболочки. Боковой люк закрывают. Подают давление в эластичную оболочку, кабели связи подключают к регистрирующей аппаратуре турбинных преобразователей расхода. При подаче в трубопровод потока среды вся среда проходит через совокупность турбинных преобразователей расхода. Расход среды в трубопроводе получают путем суммирования показаний всех турбинных преобразователей расхода.

Удобство монтажа расходомера кассетного обусловлено тем, что расходомер состоит из набора элементов, имеющих относительно малые размеры и массу. Суммарная площадь поперечного сечения периферийных патрубков значительно больше площади поперечного сечения одного патрубка, который может быть помещен внутрь трубопровода через боковой люк. Поскольку диаметр периферийного патрубка существенно меньше альтернативного патрубка, описанного в [1], его требуемая длина также существенно меньше. Для обеспечения достоверности показаний турбинного преобразователя расхода, установленного в периферийном патрубке, требуется эталон значительно меньшего размера, чем для одиночного преобразователя расхода в устройстве [1]. Эластичная оболочка также имеет существенно меньшие размеры и более простую форму, чем в устройстве [1]. Повышение точности измерений обусловлено тем, что суммарный результат всегда точнее отдельного слагаемого за счет осреднения случайных погрешностей каждого слагаемого.

Второй разновидностью расходомера кассетного, выполненного с возможностью монтажа в трубопроводе через боковой люк, является конструкция, состоящая из вышеописанного набора патрубков, но имеющая в своем составе только два турбинных преобразователя расхода, из которых один установлен в центральном патрубке, а второй – в одном из периферийных патрубков. В остальных периферийных патрубках установлены диафрагмы с центральным отверстием, назначение которых состоит в том, чтобы уравнять гидравлическое сопротивление периферийных патрубков, содержащих диафрагмы, с гидравлическим сопротивлением периферийного патрубка, содержащего турбинный преобразователь расхода. При равенстве гидравлических сопротивлений всех периферийных патрубков расход протекающей среды по ним имеет одно и то же значение, определяемое с помощью турбинного преобразователя расхода.

Описанное устройство поясняется чертежами на Фиг.4, Фиг.5.

На Фиг.4 изображен продольный разрез расходомера кассетного с турбинным преобразователем расхода в центральном патрубке, турбинным преобразователем расхода в одном из периферийных патрубков и диафрагмами в остальных периферийных патрубках. На Фиг.5 изображен вид по стрелке Б. На обеих фигурах позицией 19 обозначена диафрагма, установленная в периферийном патрубке.

Сборка в трубопроводе этой разновидности кассетного расходомера аналогична описанной выше сборке для кассетного расходомера первой разновидности.

При подаче в трубопровод потока среды вся среда проходит через центральный и периферийные патрубки. Значение расхода среды по всем периферийным патрубкам получают путем умножения расхода, измеряемого периферийным турбинным преобразователем расхода, на число периферийных патрубков. Значение расхода среды в трубопроводе получают как сумму расхода, измеряемого центральным турбинным преобразователем расхода, и расхода по всем периферийным патрубкам.

Третьей разновидностью расходомера кассетного является конструкция, состоящая из вышеописанного набора патрубков, каждый из которых содержит турбинный преобразователь расхода, но патрубки монтируются в отдельном фланцевом отрезке трубопровода.

На входе и выходе фланцевого отрезка трубопровода установлены диафрагмы с осесимметричной системой отверстий. Патрубки передними и задними торцами плотно входят в отверстия диафрагм. Фланцевый отрезок трубопровода имеет боковые люки, расположенные равномерно по окружности. Через крышки этих люков проходят кабели связи турбинных преобразователей расхода.

Описанное устройство поясняется рисунками на Фиг.6, Фиг.7. Позиции, указанные на Фиг.6 и Фиг.7, означают следующее: 20 – фланцевый отрезок трубопровода, 21 – передняя диафрагма с отверстиями под патрубки, 22 – боковой фланец, 23 – задняя диафрагма с отверстиями под патрубки.

Расходомер кассетный, монтируемый во фланцевом отрезке трубопровода, собирается и включается в работу следующим образом.

В торцах фланцевого отрезка трубопровода устанавливают диафрагмы с отверстиями под патрубки. Патрубки с вмонтированными в них турбинными преобразователями расхода вставляют в отверстия диафрагм. Через открытые боковые люки к турбинным преобразователям расхода подключают кабели связи. Боковые люки закрывают, кабели связи подключают к регистрирующей аппаратуре. Фланцевый отрезок трубопровода с кассетным расходомером устанавливают в трубопровод, в котором необходимо измерять расход среды.

При подаче в трубопровод потока среды вся среда проходит через совокупность турбинных преобразователей расхода. Расход среды в трубопроводе получают путем суммирования показаний всех турбинных преобразователей расхода.

Источники информации

1 Патент RU 2255310 С2, 02.07.2002.

Формула изобретения

1. Расходомер кассетный, содержащий патрубок, турбинный преобразователь расхода с кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка в трубопроводе для монтажа расходомера и подключенным к регистрирующей аппаратуре, эластичную оболочку со шлангом для подачи среды под давлением, проходящим через крышку бокового люка в трубопроводе для монтажа расходомера, отличающийся тем, что содержит дополнительно введенные патрубки, при этом все патрубки образуют систему патрубков, которая собрана в трубопроводе в виде осесимметричной конструкции с центральным и периферийными патрубками, периферийные патрубки одинаковы и расположены равномерно по окружности относительно центрального патрубка, патрубки имеют входной цилиндрический участок, конусный переходный участок и цилиндрический измерительный участок, в цилиндрическом измерительном участке каждого патрубка размещен соответствующий турбинный преобразователь расхода со своим кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка и подключенным к регистрирующей аппаратуре, на концы периферийных патрубков, обращенные к набегающему потоку среды, надеты сегменты, соприкасающиеся друг с другом и с центральным патрубком с образованием плотного кольца, патрубки с надетыми на них сегментами установлены на разрезных опорных проставках, система патрубков стянута разрезными бандажами, враспор между бандажами и трубопроводом установлены винтовые стержни, в кольцевой щели между внешней цилиндрической поверхностью сегментов и внутренней поверхностью трубопровода размещена эластичная оболочка, заполненная средой под давлением.

2. Расходомер кассетный, содержащий патрубок, турбинный преобразователь расхода с кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка в трубопроводе для монтажа расходомера и подключенным к регистрирующей аппаратуре, эластичную оболочку со шлангом для подачи среды под давлением, проходящим через крышку бокового люка в трубопроводе для монтажа расходомера, отличающийся тем, что содержит дополнительно введенные патрубки, при этом все патрубки образуют систему патрубков, которая собрана в трубопроводе в виде осесимметричной конструкции с центральным и периферийными патрубками, периферийные патрубки одинаковы и расположены равномерно по окружности относительно центрального патрубка, патрубки имеют входной цилиндрический участок, конусный переходный участок и цилиндрический измерительный участок, в цилиндрическом измерительном участке центрального патрубка и одного из периферийных патрубков размещен соответствующий турбинный преобразователь расхода со своим кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка и подключенным к регистрирующей аппаратуре, в каждом из остальных периферийных патрубков размещена соответствующая диафрагма с центральным отверстием, которая обеспечивает равенство гидравлического сопротивления соответствующего периферийного патрубка и гидравлического сопротивления периферийного патрубка, в котором размещен турбинный преобразователь расхода, на концы периферийных патрубков, обращенные к набегающему потоку среды, надеты сегменты, соприкасающиеся друг с другом и с центральным патрубком с образованием плотного кольца, патрубки с надетыми на них сегментами установлены на разрезных опорных проставках, система патрубков стянута разрезными бандажами, враспор между бандажами и трубопроводом установлены винтовые стержни, в кольцевой щели между внешней цилиндрической поверхностью сегментов и внутренней поверхностью трубопровода размещена эластичная оболочка, заполненная средой под давлением.

3. Расходомер кассетный, содержащий патрубок, турбинный преобразователь расхода с кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка во фланцевом отрезке трубопровода и подключенным к регистрирующей аппаратуре, отличающийся тем, что содержит дополнительно введенные патрубки, при этом все патрубки образуют систему патрубков, которая собрана во фланцевом отрезке трубопровода в виде осесимметричной конструкции с центральным и периферийными патрубками, периферийные патрубки одинаковы и расположены равномерно по окружности относительно центрального патрубка, патрубки имеют входной цилиндрический участок, конусный переходный участок и цилиндрический измерительный участок, в цилиндрическом измерительном участке каждого патрубка размещен соответствующий турбинный преобразователь расхода со своим кабелем связи, проходящим через крышку бокового люка и подключенным к регистрирующей аппаратуре, в торцах фланцевого отрезка трубопровода установлены диафрагмы, перекрывающие все сечение трубопровода и имеющие отверстия, через которые проходят патрубки.

РИСУНКИ