Струйный индикатор уровня

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 F 23/16

ГОсудАРстВеннОе пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) " - - РфУвР ь|

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4843069/10 (22 27.06,90 (46 15.03.93. Бюл, ¹ 10 (71 Московский институт повышения квалификации руководящих работников и специал стов химической промышленности (72 Е, Ф. Шкатов (56 Коротков Ф, А. Элементы и устройства струйной техники, M. Энергия, 1977, Авторское свидетельство СССР

¹ (56339, кл. G 01 F 23/16, 1977. (54 СТРУЙНЫЙ ИНДИКАТОР УРОВНЯ (57 Изобретение относится к автоматическ му измерению уровня и может быть использовано в различных отраслях прОмышленности, в частности, в производ Изобретение относится к автоматическому измерению уровня и может быть использован о в различных отраслях хи ической, деревообрабатывающей, авиаци нной промышленности, в частности, в пр изводстве азотных удобрений для измерения уровня сыпучих материалов(пыли), Цель изобретения — повышение точно.ст струйного индикатора к предельному значению уровня.

На фиг. 1, 2 показаны принципиальные схфлы измерительной и преобразовательно частей индикатора. Струйный индикатор уровня состоит иэ двух пьезометрических трубок (6, 10), введейных в бункер (5), трубка 6 соединена черкез дроссели (3. 4) с источником питания

СжатЫМ ВОЗДУXOM (Рров, ) M С flePBblM ВХОДОМ усилителя (12), !

Жц, 1802297 А1 стве азотных удобрений. Цель изобретения — повышение точности, Это достигается тем, что в него дополнительно введены первый и второй пневморезисторы, причем выход первого пневморезистора соединен с управляющим соплом, выход второго пневморезистора соединен со струйным усилителем мощности, а их входы соединены с источником питания, при этом камера и управляемое сопло выполнены прямоугольной формы, Кроме того, расстояние между соплами выполнено равным 6 — 9 диаметрам, управляющего сопла, ширина управляемого сопла выбрана равной диаметру управляющего сопла, а высота управляемого сопла меньше ширины в пять раз, 1 э,п. ф-лы, 7 ил, и

Управляемое сопло (8) выполнено в виде щели и соединено со вторым входом усилителя (12) и через дроссель (7) с источником и питания сжатым воздухом (P»T.). Трубка 10 QQ соединена с камерой (9) струйного усилителя мощности, который через дополнительный пневморезистор (2) соединен с источником питания сжатым воздухом 3 (Pnm,). Управляющее сопла (11) струйного усилителя мощности соединено через дополнительный пневморезистор (1) с источником питания сжатым воздухом (p„,). а

Третий и четвертый входы усилителя (12) д через дроссели (13, 25, 24, 23) соединены с маломощным задатчиком (14) и мощным повторителем (22), Повторитель (22) соединен с элементами сравнения (17, 20), с пневмоэлектропреобразователем (18, 19). Элемент сравнения (17) соединен с дросселем (16) 1802297 маломощным задатчиком (15). Элемент сравнения (20) соединен с дросселем (27) и маломощным задатчиком (21), На фиг. 1 и 2 приняты следуюЩие обозначения: 5

С1 — управляющая струя струйного усилителя мощности;

Cz — сносящий поток; скорость которого определяется высотой уровня пыли в бункере;

Сз — управляемая струя струйного усилителя мощности;

Рпи — давление питания сжатого воздуха;

Р1 — давление в междроссельной камере, образованной .управляемь1м соплом и дросселем (7);Р2 — давление в междроссельной камере, образованной дросселями (3, 4); .

Рвых. — выходное давление усилителя 20 . (12);

Рз.макс, — максимальное давление заданного значения;

P3. g, — минимальное значение задаваемого перепада давления; 25

Ру.макс. — максимальное значение управляющего давления;

Ру,MMH. минимальное значение управляемого давления.

Работает струйный индикатор уровня 30 следующим образом.

В бункере (5) через трубки (6, 10) от источника питания (Pnw.) подается некоторое количество сжатого воздуха. При проте-. кании воздуха. через трубку (6) в 35 междроссельной камере, образованной дросселями (3, 4) создается давление (Pz), величина которого определяется давлением

Рпит., давлением (разряжением) в бункере и величиной гидравлических сопротивлений 40 дросселей (3, 4). С изменением давления (разряжения) в бункере (5) будет изменяться величина давления (Р2).

При протекании воздуха в трубке (10) появляется сносящий. поток (С2), который 45 отклоняет управляющую струю (С1) и умень. шает сопротивление, препятствующее свободному истечению управляемой струи (Сз).

При отсутствии пыли в бункере (или минимальном ее значении) управляющая 50 струя (С1) занимает крайнее левое положение (фиг. 1), что соответствует минимальному значению сопротивления на. выходе струи (Сз), а следовательно, и минимальному значению давления (Р1) в междроссель- 55 ной камере, образованной управляемым соплом (8) и дросселем (7).

Из этого видно, что давление (Pj) является выходной величиной струйного чувствительного элемента и определяется (при прочих равных условиях) величиной уровня пыли в бункере. Давления (P> и Pz), формируемые в междроссельных проточных камерах, образованных дросселями (3, 4, 2, 7), подаются на второй и первый входы усилителя (12). Питание управляемого сопла (8) этого усилителя осуществляется элементом постоянного расхода воздуха (26). Коэффициент усиления усилителя (12) может меняться в пределах 0-50 в зависимости от величины гидравлического сопротивления переменного дросселя (24), Для создания начального выходного давления усилителя (12), равного 20 КПа при равенстве Pj = Pz (т,е, минимальном значении уровня пыли в бункере), служит маломощный задатчик (14). Выходное давление усилителя (12) усиливается мощным повторителем (22) и направляется в схему сигна-лизации предельных значений уровня пыли в бункере. Схема сигнализации предельных значений уровня в бункере собрана на маломощных задатчиках (15, 21), элементах сравнения (17, 20), электропневмопреобразователях (18, 19) и дросселях (16, 27).

При изменении уровня пыли в бункере выходной сигнал усилителя (12) меняется в пределах 20 — 100 КПа, Схема струйного индикатора уровня полностью компенсирует влияние колебаний давления в бункере, т.к. эти колебания вызывают одинаковые изменения давлений (Р и Р2), Для обоснования оптимальных соотношений элементов струйного индикатора уровня, обеспечивающих максимальную чувствительность к перекрывающему трубку (10) уровню, рассмотрим фиг. 3.

На фиг. 3 обозначены Ь Р вЂ” перепад

I давления на струйном чувствительном элементе;

d11 — диаметр сопла истечения управляющей струи;

P> — давление в проточной междросI сельной камере, образованной соплом(11 и дросселем (1);

Р2 — давление в проточной камере. обI разованной управляемым соплом (8) и дросселем (7);

Рз — давление в проточной камере, образованной камерой струйногочувствительного элемента:

h — расстояние между соплами (11 и 8);

Ь вЂ” полуширина управляющей струи в месте соприкосновения ее со струей, вытекающей из управляемого сопла; а — угол расширения управляющей струи;

R- гидравлическое сопротивление дроссельных элементов.

1802297

Рпит

На основании проведенных исследований получены уравнения а) b = — + h tg — = — + 0,152 h

2 2 2 если Ь =, то h = 13 d i i

5б«

2 б) Ph

Р1 (0,3+ 0,14 — ) где

011

Ph — динамический напор управляющей струи на расстоянии h от торца сопла (8).

На фиг. 3 видно, что:

Р I Рпит . Р I Рпи

;. Рг

Ri R7

Ri .и R7 сопротивление дросселей 1 и 7. По условиям работы струйного усилителя мощности Ph > Py, Py — динамический набор струи Сз, вытекающий из управляемо го сопла (8), в месте ее взаимодействия с управляющей струей (С1). Следовательно:

Рпит. Р пут., Ri(0,3+0,14k)

Ил и

R7 P1(0,3+ 0,14k)

Следовательно при k = 13 d«

R7 4,5 Я1

На, основании схемы (фиг. 3) можно записать

ЛР = Pil — P2

Р1 = + Р,т;, где Рст. — статическое

P пит.

R1 да ление в бункере

Для величины давления Рг можно записать:

Рг = Ph + Py + Рст.(k) = +

Рпит.

R7 . +

+ Рст (k)

Ri (0,3+0,14 k)

Следовательно

Лp1 пит. + Р пит. (О,з+Î,„4k)2 ст. (k)

Исследуем полученное выражение на экстремум бЯ P }. Pnm. 2 х 0,14 0,3 + 0,14 k) (0,3 + 0,14 k)"

Рст.l (k) = О с ЛР

При Рст. = const > О всюду h

Следовательно, Л Р (h) экстремума не имеет.

При взаимодействии управляющей струи С1 снрсящего потока Сг имеем

Si Р2

Щ P= — х

S2 РЗ

В нашем случае/ =a= 17 20, à SI =- S2, т.к. диаметры сопел, из которых вытекают струи

Ci и Сг, равны, Следовательно, tg P = 0,312, имеем

Р

0,312 = х 1; т.е. Pi =- 0,312 Рз

Рз

На основании фиг. 3 имеем р Рпит., Р Рпит. з=

Ri 2

Следовательно, — = 0,312; Рг = 0,312 Ri

R2 В1

Итак, получено:

R7., 4,5 Ri, т.е. Rg: R2: R7 = 1:0,312:4,5

Обозначим — = К (см. схему фиг. 3)

R7

R1 тогда Л P = + Рст. — - — Ph — Рст =

I Рпит. Р пут. .Ri

Рпит |1 1 1

20 Ri R (03 -+P 14)

Графики этой зависимости показаны на фиг.

4 для разных значений К, Из этих графиков видно, что наибольший наклон касательных к кривым имеет место вблизи оси абсцисс.

Наклон касательной к кривой на фиг, 4 определяет чувствительность схемы, показанной на фиг. 3.

По определению чувствительность индикатора (фиг. 1) равна, 30 d Л Р Pïèò. 0,28

S= — х (0,3 + 0,14 k)2

График этой зависимости показан на фиг, 5.

Из фиг, 5 видно, что чувствительность струй35 ного элемента тем выше, iем меньше h u резко возрастает при h < 6 d«.

При h > 9 d«чувствительность индикатора резко уменьшается.

Из фиг, 4 видно, что при — = К (2 — 6) 7

R1 наиболее приемлемым диапазоном изменения h является (6 — 9) х dii, поскольку при этом обеспечивается наибольшая чувствительность струйного элемента и в конечном счете чувствительность индикатора.

Из фиг. 4 следует также, что с увеличением К мы сдвигаемся в область малых h, а значит, в область с большей чувствительностью (фиг. 5). Но увеличение К > 6 приводит к тому, что камера управляемого сопла (8) из проточной превращается в глухую, что нарушает принцип работы устройства, Поэтому

Кмас. = 6 и Ьмин. = 6 х 611.

Таким образом, установлено, что оптимальными являются следующие величины:

h = (6 — 9) х б«; — = (6-2), при йтом R2 =, 7 R1

0,312 Р1

Экспериментальные исследования струйного индикатора уровня показали, что

1802297

25

45 наибольшее изменение давления Р1 происходит в том случае. когда управляющая струя (С1) при отсутствии пыли не экранизирует щель управляемого сопла (8) и не создает сопротивления на выходе управляемой струи (С1), а при появлении пыли, отклонялась вправо полностью, закрывает собой щель управляемого сопла (11), тем самым резко увеличивая сопротивление на выходе сопла (8), что ведет к увеличению давления (Pi). Экспериментальные исследования показали, что индикатор обладает наибольшей чувствительностью к изменению уровня пыли в бункере только при определенных соотношениях между определяющими размерами струйного чувствительного элемента и динамическими напорами струи (С1), сносящего потока (С2) и управляемой струи (Сз).

Из приведенной на фиг. 1 принципиальной схемы видно, что динамические напоры струй (С1 и Сз) и сносящего потока (Сг) определяются при определенных геометрических размерах элементов (11:, 8, 9) давлениями сжатого воздуха, подаваемого на эти элементы, При едином источнике питания (Рлит.) эти динамические напоры, с учетом сказанного выше, будут определяться гидравлическими сопротивлениями пневморезисторов (1, 2, 7) соответственно.

Следовательно, для обеспечения максимальной чувствительности струйного индикатора уровня необходимо иметь оптимальные геометрические размеры струйного чувствительного элемента с источником питания сжатым воздухом.

На фиг. 6 показана экспериментальная зависимость выходного сигнала струйного усилителя мощности от расстояния между соплами (11, 8) при постоянных значениях сносящего потока, динамических напоров управляемой и управляющих струй.

На фиг. 4 видно, что максимальное значение выходного сигнала имеет место только в том случае, если расстояние между соплами находится в пределах 6 — 9 диаметров управляемого сопла.

Нэ фиг. 7 показаны элементарные зависимости выходного сигнала струйного чувствительного элемента от динамических напоров управляющей и управляемой струй и сносящего потока (С2).

Из этого рисунка видно, что максимум выходного сигнала струйного чувствительного элемента соответствует определенным соотношениям между динамическими напорами струй (С1, Сз) и сносящего потока (C2).

При данной схеме динамические напоры струй (C>, Сз) в конечном счете определяются величинами сопротивлений дросселей, установленных в целях питания струй (С1, Сз) и сносящего потока (Сг). Следовательно, оптимальные соотношения между динамическими напорами указанных струй и сносящего потока определяются геометрическими размерами дросселей, а при идентичности диаметров их каналов — длинами этих дросселей.

Экспериментально установлено, что максимальная чувствительность струйного элемента имеет место в том случае, если выполняется. определенное соотношение длин дросселей, установленных на линии питания управляемого и управляющего сопел, Таким образом, предложенный индикатор уровня за счет введения дополнительного пневморезистора, изготовления управляемого сопла в виде прямоугольника с указанным отношением сторон и оговоренными геометрическими размерами дроссельных элементов позволяет производить с большей точностью индикацию предельного значения уровня пыли в бункерах различных аппаратов.

Формула изобретения

1, Струйный индикатор уровня, содержащий две пьезометрические трубки, дроссельный мостовой преобразователь со струйным усилителем мощности, включающим камеру, управляющее и управляемое сопла, дифманометр и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности; в него введены первый и второй пневморезисторы, причем выход первого пневморезистора соединен с .управляющим соплом, выход второго пневморезистора соединен со струйным усилителем мощности, а их входы. соединены с источником питания, при этом камера и управляемое сопло выполнены прямоугольной формы.

2, Индикатор поп.1, отл ич а ю щийс я тем, что расстояние между соплами выполнено равным 6 — 9 диаметрам управляющего сопла, ширина управляемого сопла выбрана равной диаметру управляющего сопла, а высота управляемого сопла меньше ширины в пять раз.

1802297

1802297

1802297

Аит

Р

О(5

0,4 46 И и 4Óó 0a

4Риг. 5, 7

f00

7а

ЗкРа

8 к а

5 к Ю сла8 иУ 7 d lб77 О

b р р з д и

fPua 6

Ябйл ение лцтония,улро8лялос есу сл оусл

1802297 ц ц ц цкцри ор ура8нР

ЯРО 40 Еса Я О 1 © р- Р(= ЯЗЕП ; 3-Р g =Ярд /7о; 3-Р ц .3,0кйс

Во Рггу случая р х В Вж у с мй и Р Kf Ра 8юо 3 8и сим Ф лр с л улрс Илй а < e с7 саг ло .

Составитель Е,Шкатов

Техред МЛоргентал Корректор Т.Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 846 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5