Вихревой преобразователь расхода

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов. Вихревой преобразователь содержит корпус с расположенным в нем телом обтекания и узел преобразования пульсаций скорости в электрический сигнал. Тело обтекания расположено в зоне отрывного течения на участке корпуса, находящемся по потоку за участком с уменьшенным поперечным сечением. Указанный участок может быть образован кольцевым либо сегментарными выступами на стенках корпуса, а его площадь составляет более 0,9 площади поперечного сечения перед фронтальной плоскостью тела обтекания. Изобретение обеспечивает постоянство градуировочного коэффициента в широком диапазоне чисел Рейнольдса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно - к вихревым преобразователям расхода, и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов.

Известны вихревые преобразователи расхода, содержащие корпус с расположенным в нем телом обтекания и узел преобразования пульсаций скорости или давления в электрический сигнал [1]. Работа этих преобразователей основана на использовании эффекта вихреобразования при обтекании потоком жидкости или газа неподвижного тела, помещенного в потоке (эффекта Кармана). Метрологическая характеристика вихревых преобразователей зависит от числа Струхаля, которое остается постоянным в определенной области числа Рейнольда (R_е). В зоне малых чисел R_е число Струхаля практически всех тел обтекания начинает изменяться, что в свою очередь приводит к изменению градуировочного коэффициента прибора К. Это заставляет уменьшать диапазон измерения или усложнять схемы обработки электрического сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструктивным признакам является вихревой преобразователь расхода, содержащий корпус с расположенным в нем телом обтекания и узел преобразования пульсаций скорости или давления в электрический сигнал, причем корпус имеет участки с различным поперечным сечением, тело обтекания, создающее вихри в потоке, расположено перед участком корпуса с уменьшенным поперечным сечением, что позволяет улучшить условия вихреобразования и несколько увеличить диапазон измерения [2]. Однако данное решение не обеспечивает постоянства значений градуировочного коэффициента K в области малых значений чисел R_e.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание вихревого преобразователя, у которого значение градуировочного коэффициента K оставалось бы постоянным в возможно большом диапазоне расходов (чисел Рейнольдса), что позволило бы получить высокую точность измерения.

Для этого предложен вихревой преобразователь расхода, содержащий корпус, имеющий участок с уменьшенным поперечным сечением, тело обтекания, расположенное в корпусе, и узел преобразования пульсаций скорости в электрический сигнал, отличающийся тем, что тело обтекания расположено в зоне отрывного течения на участке корпуса, находящемся по потоку за участком с уменьшенным поперечным сечением, площадь которого составляет более 0,9 площади поперечного сечения перед фронтальной плоскостью тела обтекания.

Участок корпуса с уменьшенным поперечным сечением может быть образован либо с помощью кольцевого выступа, либо с помощью симметрично расположенных сегментарных выступов на стенках корпуса. В предлагаемых конструкциях тело обтекания размещено в зоне отрывного течения, создаваемого выступами корпуса. Геометрия зоны отрывного течения зависит от числа Рейнольдса, а ее изменения таковы, что позволяет значительно уменьшить относительное изменение K, вызываемое изменением числа R_e. Введение в преобразователь элементов, воздействующих на основное течение потока, позволило обеспечить компенсацию изменения коэффициента преобразования и добиться значительного улучшения метрологических характеристик устройства в широком диапазоне измерения расхода.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 и 2), на которых представлены конструкции патентуемого преобразователя при различных вариантах образования участков с уменьшенным поперечным сечением.

Преобразователь содержит корпус 1, тело обтекания 2, узел преобразования пульсаций скорости потока в электрический сигнал 3 и кольцевой выступ 4 (фиг. 1), либо сегментные выступы 5 (фиг. 2).

Работа преобразователя расхода может быть рассмотрена на примере преобразователя, представленного на фиг. 1. При обтекании потоком выступа 4 образуется зона отрывного течения 7, положение точки отрыва основного потока не зависит от числа R_e и находится на задней кромке выступа. Длина отрывной зоны L характеризуется длиной пути перемешивания и разделительной линией тока, соединяющей точку отрыва и присоединения. Эту линию условно рассматриваем как прямую. Длина отрывной зоны пропорциональна числу R_e, а угол, под которым разделительная линия тока отходит от точки отрыва с увеличением числа R_e, уменьшается в отношении: По мере увеличения числа R_e течение в отрывной зоне становится турбулентным, а линия тока в пределах рассматриваемых расстояний L 0,5 D₀ (где D₀ - диаметр уменьшенного участка корпуса) оказывается практически параллельной оси участка. Таким образом, "живое" сечение потока за выступом не остается постоянным и изменяется в зависимости от режима течения. Высота выступа и расстояние l₁ определяются в зависимости от требуемого компенсационного изменения градуировочного коэффициента K.

Расстояние от выступа до фронтальной плоскости тела обтекания l₁ выбирается равным от 0,5 до 1,2 ширины тела обтекания l.

Результаты испытаний преобразователя, выполненного, например, согласно фиг. 2 с сегментарными выступами, показали, что в диапазоне чисел Рейнольдса до 510³ до 30010³, рассчитанных по диаметру D₀, относительное изменение K не превышает 0,35%.

Источники информации 1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1975.

2. Патент US N 3940986, G 01 F 1/32, 1976.

3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.: Наука, 1974.

Формула изобретения

1. Вихревой преобразователь расхода, содержащий корпус, имеющий участок с уменьшенным поперечным сечением, тело обтекания, расположенное в корпусе, и узел преобразования пульсаций скорости в электрический сигнал, отличающийся тем, что тело обтекания расположено в зоне отрывного течения на участке корпуса, находящемся по потоку за участком с уменьшенным поперечным сечением, площадь которого составляет более 0,9 площади поперечного сечения перед фронтальной плоскостью тела обтекания.

2. Вихревой преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что участок с уменьшенным поперечным сечением образован кольцевым выступом в корпусе.

3. Вихревой преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что участок с уменьшенным поперечным сечением образован сегментарными выступами на стенках корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2