Патент на изобретение №2209396

(54) РОТАМЕТР

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике определения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления. Ротаметр содержит стеклянную или пластмассовую цилиндрическую трубку с n диафрагмами, где n = 2, 3, 4…. Внутри трубки с возможностью перемещения установлен насаженный на шток поплавок в виде усеченного конуса с меньшим сечением к основанию. Диаметр измерительного отверстия диафрагм равномерно увеличен от входа ротаметра к его выходу и определяется по приводимой формуле. Длина поплавка l = (1,21,3)L, где L – расстояние между соседними диафрагмами. Ротаметр имеет простую конструкцию, обеспечивающую стабильное движение поплавка с увеличением расхода. 1 ил.

Изобретение относится к технике определения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления.

Известен ротаметр, в котором стеклянная трубка ротаметра выполнена цилиндрической и снабжена соосно расположенным коническим стержнем, несущим кольцеобразный поплавок [1].

Недостатком данного ротаметра является то, что конусные стержни сложны в изготовлении, особенно при измерении больших расходов. Износ конуса, особенно при потоках с абразивными включениями, бывает очень быстрым. Это ограничивает ресурс и точность.

Известны расходомеры, содержащие измерительный конус с укрепленной внутри него диафрагмой, в отверстии которой размещен поплавок, насаженный на ось, и измерительную схему, содержащую пневмодатчик, при этом перемещение поплавка передается при помощи магнитной муфты [2].

Недостатком известного расходомера является малый ход поплавка и из-за этого невозможность применения шкалы местных показаний.

Известен расходомер обтекания, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с нижним входным, боковым выходным патрубками, установленную в корпусе кольцевую диафрагму, в отверстии которой размещен конический поплавок с хвостовиком и центратором, а также преобразователь перемещения поплавка в виде эластичного упругого шнура в оболочке [3].

Недостатком данного расходомера является очень маленький ход поплавка, что не позволяет применить шкалу местных показаний.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является поплавковый расходомер постоянного перепада давления, состоящий из цилиндрического корпуса с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко насаженный на шток и связанный с системой электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний, боковая поверхность поплавка имеет криволинейный профиль, а диаметр горизонтального сечения поплавка изменяется по высоте [4].

Недостатком наиболее близкого аналога является сложность изготовления поплавка из-за криволинейной поверхности поплавка и отсутствие возможности осуществлять местные показания.

Техническим результатом от использования изобретения является создание конструкции ротаметра с местными показаниями, а также стабильное движение поплавка с увеличением расхода.

Это достигается тем, что ротаметр, содержащий трубку цилиндрического сечения с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью перемещения поплавок, дополнен не менее чем n-1 диафрагмами, где n = 2, 3, 4…, соосными с первой диафрагмой, расположенными вдоль оси ротаметра, при этом диаметры измерительных отверстий диафрагм равномерно увеличены от входа ротаметра к его выходу, а поплавок выполнен в виде усеченного конуса, с меньшим сечением у основания и длиной l = (1,21,3)L, где L – расстояние между соседними диафрагмами, при этом диаметр отверстия каждой следующей за первой диафрагмы определяется по формуле

где d_n – диаметр отверстия каждой, следующей за первой диафрагмы к выходу ротаметра;
d₁ – диаметр отверстия первой от входа диафрагмы;
n = 2, 3, 4… – количество диафрагм;
d_п ² = d_{п max} ²-d_{п min} ²
где d_{п max} – максимальный диаметр поплавка;
d_{п min} – минимальный диаметр поплавка;
Новым и существенным в данном изобретении является то, что в ротаметре установлено n диафрагм, а поплавок выполнен конусным и длина его больше длины между соседними диафрагмами, а диаметр диафрагм вычислен из условия Q_{min n} = Q_{max n-1} равенства максимальных и минимальных расходов среды в кольцевых зазорах соседних диафрагм. Это позволяет изготовить шкалу местных показаний при использовании цилиндрической трубки и сделать движение поплавка стабильным.

Устройство ротаметра изображено на чертеже.

Ротаметр состоит из цилиндрической трубки 1, выполненной стеклянной или пластмассовой, с диафрагмами 2-6. Внутри диафрагм 2-6 перемещается поплавок 7, насаженный на шток 8. Внутренние отверстия диафрагм 9-13 образуют расширяющееся сечение от входа к выходу ротаметра, и диаметр измерительных отверстий каждой диафрагмы 2-6 определяется по формуле
d_n ² = d₁ ²+(n-1)d_п ²;

Формула (1) получена исходя из условия
Q_{max n-1} = Q_{min n} (2)
Для нашего примера
Q_max2 = Q_min3,
где Q_max2 – максимальный расход на диафрагме 2 (см. чертеж), ближней ко входу;
Q_min3 – минимальный расход на диафрагме 3 (см. чертеж), следующей за первой диафрагмой с длиной поплавка l = (1,21,3)L;
L – расстояние между диафрагмами 2 и 3.

Q = f(F_кз)l,
где F_кз – площадь кольцевого зазора;


где d₂ – диаметр диафрагмы 3;
d₁ – диаметр диафрагмы 2;
d_{max п} – максимальный диаметр поплавка;
d_{min п} – минимальный диаметр поплавка;
d₂ ² – d_{max п} ² = d₁ ² – d_{min п};
d_n ² = d₁ ² + (n – 1) d_п ²;
d₂ ² – d₁ ² = d_{max п} ² – d_{min п} ²;
d_п ² = d_{max п} ² -d_{min п} ²;
d₂ ² = d₁ ² + d_n ²;

Условие (2) обеспечивает условие стабильного движения поплавка с увеличением расхода, благодаря конусному поплавку, длина которого чуть больше расстояния между соседними диафрагмами.

Устройство работает следующим образом.

При изменении расхода среды поплавок 7 по штоку 8 перемещается в вертикальном направлении, изменяя площадь кольцевого зазора между поплавком 7 и одной из диафрагм 2-6 таким образом, что перепад давления на диафрагмах 2-6 остается постоянным, что обеспечивается постоянством веса поплавка 7. В момент, когда подъем поплавка 7 прекращается, расход измеряемой среды регистрируется по высоте подъема поплавка 7, при этом равенство расходов в кольцевых зазорах между соседними диафрагмами дает стабильность при движении поплавка.

Литература:
1. А.С. СССР 84237, кл.42 е 23.

2. Павловский А. Н. Измерение расхода и количества жидкостей, газа и пара. – М., 1967, с. 342 и 343, рис.210.

3. Пат. РФ 2055320, кл. G 01 F 1/22.

4. Пат. РФ 2082104, кл. G 01 F 1/22.

Формула изобретения

Ротаметр, содержащий трубку цилиндрического сечения с диафрагмой, внутри которой установлен с возможностью перемещения поплавок, насаженный на шток, отличающийся тем, что ротаметр дополнен не менее чем n-1 диафрагмами, где n = 2,3,4, . .. – количество диафрагм, соосными с первой диафрагмой, расположенными вдоль оси ротаметра, при этом диаметры измерительных отверстий диафрагм равномерно увеличены от входа ротаметра к его выходу, а поплавок выполнен в виде усеченного конуса с меньшим сечением к основанию и длина его l= (1,21,3)L, где L – расстояние между соседними диафрагмами, при этом диаметр отверстия каждой следующей за первой диафрагмы определяется по формуле

где d_n – диаметр отверстия каждой диафрагмы, следующей за первой к выходу ротаметра;
d₁ – диаметр отверстия первой от входа диафрагмы;
d_п ²=d_{п max} ²-d_{п min} ², где d_{п max} – максимальный диаметр поплавка; d_{п min} – диаметр поплавка в его нижнем сечении.

РИСУНКИ