Способ определения массового расхода жидкого или газообразного вещества

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ЖИДКОГО ИЛИ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(72) Автор Пелевин Вячеслав Федорович(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(56)1673844 2, 1991.20070862, 2009.2279640 2, 2006.360551, 1973.59564 , 2003.964515, 1964. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. ГОСТ 8.586.5-2005. - Москва Стандартинформ, 2007, с. 47.(57) Способ определения массового расхода жидкого или газообразного вещества, при котором измеряют перепад давления , Па, на сужающем устройстве и измеряют объемный расход об, м 3/ч, отличающийся тем, что измеряют объемный расход об измерителем объемного расхода, установленным после сужающего устройства, причем расстояние между сужающим устройством и измерителем объемного расхода составляет более 15 диаметров трубопровода, и определяют непрерывно величину массового расхода вещества , кг/ч, в соответствии с выражением 22 42,8 об где- коэффициент расхода- диаметр входного отверстия сужающего устройства, м- коэффициент расширения вещества. 14563 1 2011.06.30 Изобретение относится к способам измерения массового расхода потоков жидкости,газов и паров с помощью стандартных сужающих устройств при неизвестной или переменной плотности вещества и может быть использовано в пищевой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Известен способ определения расхода вещества 1, заключающийся в измерении переменного перепада давления с помощью дифманометра на стандартном сужающем устройстве с определением массового(кг/ч) и объемного(м 3/ч) расходов вещества соответственно по формулам 2 где- коэффициент расхода- коэффициент расширения измеряемого вещества- диаметр входного отверстия сужающего устройства, м- плотность измеряемого вещества, кг/м 3- перепад давления на сужающем устройстве, измеряемый дифманометром, Па. Для определения массового расхода вещества надо знать не только перепад давления, коэффициенты ,и диаметрсужающего устройства, но и плотность вещества ,что следует из формулы (1). Плотность измеряемого вещества почти всегда изменяется в каких-то пределах при изменении состава вещества и его температуры, что вызывает дополнительную погрешность расходомеров переменного перепада давления и существенно снижает точность измеряемого расхода. Дополнительное применение в измерительной схеме известных плотномеров для измерения плотности в промышленных технологических процессах усложняет схему измерения расхода, снижает ее надежность, удорожает процесс измерения. Известен способ определения массового расхода вещества 2, заключающийся в измерении перепада давленияна сужающем устройстве при известной плотности вещества. Для повышения точности измерения массового расхода вещества периодически часть вещества из потока до сужающего устройства отводят через капиллярную трубку в поток вещества за ним и дополнительно определяют перепады давлений на сужающем устройстве в период отвода вещества д и до отвода вещества . Отвод части потока вещества через капиллярную трубку осуществляют по сигналу с управляющего вычислительного устройства на исполнительный механизм, который периодически открывает поворотную заслонку. Массовый расход веществав трубопроводе равен сумме массовых расходов вещества через сужающее устройство и через капиллярную трубку при открытой заслонке. Массовый расход вещества через капиллярную трубку измеряют по перепаду давления на ней к (на основании закона Пуазейля), при этом считают, что он равен перепаду давления рд на сужающем устройстве при открытой заслонке, т.е. кд. На вход управляющего вычислительного устройства поступают с дифманометра, установленного на сужающем устройстве, результаты измерений перепадов давлений на сужающем устройстве до отвода потока вещества через капиллярную трубкуи во время отвода д, по которым с учетом необходимых коэффициентов и формулы (1) определяется массовый расход вещества. Недостатком данного способа является использование капиллярных трубок, которые измеряют малый расход вещества, требуют для его определения по перепаду давления на них создание ламинарного потока, требуют индивидуальной градуировки и должны иметь температурную стабилизацию. Отвод вещества через капиллярную трубку в данном слу 2 14563 1 2011.06.30 чае должен осуществляться на таком же расстоянии, на каком осуществляется отбор давлений до и после сужающего устройства. Перечисленные недостатки увеличивают погрешность измерения расхода данным способом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения массового расхода жидкого или газообразного вещества 3, при котором измеряют перепад давления , Па, на сужающем устройстве и измеряют объемный расход об, м 3/ч. На сужающем устройстве измеряют перепад давления потока веществаи периодически отводят часть потока через байпасный отвод, измеряя при этом на сужающем устройстве перепад давления д и дополнительно измеряя объемный расход об отводимой части потока измерителем объемного расхода. Отвод части вещества через байпасный отвод осуществляется периодически по сигналу с управляющего вычислительного устройства на исполнительный механизм, который периодически открывает поворотную заслонку. На входы управляющего вычислительного устройства с дифманометра, установленного на сужающем устройстве, поступают результаты измерений перепадов давлений с сужающего устройства до отвода потока вещества через байпасный отводи во время отвода д, а также результаты измерения величины объемного расхода об через байпасный отвод, по которым вычисляется массовый расход вещества. В управляющем вычислительном устройстве происходит обработка результатов измерений и вычисляется массовый расход вещества по формуле 2 4 2 д 8 об В формулах (1) и (3) коэффициентыприняты одинаковыми, что обеспечивается выбором сужающего устройства таким, чтобы при максимальном перетоке через байпасный отвод расход через стандартное сужающее устройство соответствовал бы числу Рейнольдса , превосходящему его граничное значение. Недостатками данного способа измерения расхода являются измерение перепада давления д на сужающем устройстве и объемного расхода об в байпасном отводе осуществляется только периодически при открытой заслонке. В остальное время плотность вещества при закрытой заслонке может изменяться, но это не учитывается при вычислении расхода управляющим вычислительным устройством, но может вызвать дополнительную погрешность измерения расхода наличие в измерительной схеме исполнительного механизма с поворотной заслонкой снижает надежность работы измерительной схемы необходимость наличия в управляющем вычислительном устройстве временного блока по управлению периодическим открытием поворотной заслонки и блока хранения результата периодического вычисления плотности для расчета расхода до следующего момента вычисления по новым данным усложняет схему вычислительного устройства наличие исполнительного механизма требует затрат электроэнергии для его работы и управления поворотной заслонкой, которые будут расти с увеличением диаметра трубопровода, плотности вещества и давления в трубопроводе наличие байпасного отвода - места его входа и выхода в основной трубопровод - создает дополнительные местные гидравлические сопротивления, что приводит к требованию увеличения длин прямолинейных участков трубопровода без местных сопротивлений до и после сужающего устройства, т.е. приводит к увеличению габаритов измерительной установки требует дополнительных затрат на материал, изготовление и монтаж байпасного отвода с управляющими и измерительными устройствами. Наличие перечисленных недостатков усложняет реализацию данного способа определения массового расхода вещества как с технической, так и с экономической стороны,уменьшает точность и надежность измерения расхода. 14563 1 2011.06.30 Задачей изобретения является упрощение способа определения массового расхода вещества с помощью сужающего устройства, повышение его точности, эффективности,надежности и экономичности. Поставленная задача достигается тем, что измеряют объемный расход об измерителем объемного расхода, установленным после сужающего устройства, причем расстояние между сужающим устройством и измерителем объемного расхода составляет более 15 диаметров трубопровода, и определяют непрерывно величину массового расхода ,кг/ч в соответствии с выражением 22 42, 8 об где- коэффициент расхода- диаметр входного отверстия сужающего устройства, м- коэффициент расширения измеряемого вещества. На фигуре показана схема устройства, реализующего способ. Устройство содержит трубопровод 1, сужающее устройство 2, дифманометр 3, измеритель объемного расхода 4, вычислительное устройство 5, устройство вывода результатов измерений 6. Для обеспечения минимальной погрешности измерения перепада давлениясужающим устройством и объемного расхода об измерителем объемного расхода расстояние между ними должно быть более 15 диаметров трубопровода. Один вход дифманометра 3 подключен к трубопроводу 1 до сужающего устройства 2,а другой вход - после сужающего устройства 2, встроенного в трубопровод 1. Выход дифманометра 3 соединен с входом вычислительного устройства 5, другой вход которого соединен с выходом измерителя объемного расхода 4, установленного в трубопроводе 1 за сужающим устройством 2. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Измеряемый поток вещества проходит по трубопроводу 1 через сужающее устройство 2, на котором перепад давленияизмеряется дифманометром 3 и поступает на вход вычислительного устройства 5, на другой вход которого поступает величина объемного расхода об от измерителя объемного расхода 4, установленного в трубопроводе 1 за сужающим устройством 2. Результаты измерений об, поступившие на входы вычислительного устройства 5 от дифманометра 3 и от измерителя объемного расхода 4, обрабатываются, вычисляется массовый расходв трубопроводе 1, величина которого поступает на устройство вывода результатов измерений 6. Величина объемного расхода вещества в трубопроводе 1 определяется формулой (2) по измеренному перепаду давлениядифманометром 3 на сужающем устройстве 2. С другой стороны, объемный расход в трубопроводе 1, определяемый измерителем объемного расхода 4, равен об. Таким образом, получим, приравнивая величины этих измеренных разными средствами объемных расходов одного потока вещества в одном и том же трубопроводе, практически при одинаковых условиях и в один и тот же момент времени(6) 4 об Массовый расход вещества определим из выражения (1), подставив в него (6)(7) 8 об Вычислительное устройство 5 непрерывно вычисляет массовый расход вещества по формуле (7) и непрерывно выдает эти результаты в устройство вывода результатов 6, где может отображаться и объемный расход об. Коэффициент расходавыбирается так, чтобы при максимальном потоке через байпасный отвод расход вещества через сужающее устройство соответствовал числу Рейнольдса. При 105106 коэффициент расходапостоянен для стандартных сужающих устройств 1. В качестве измерителя объемного расхода могут использоваться тахометрические расходомеры и счетчики (турбинные, крыльчатые, камерные, роторные и др.), имеющие вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу. Они устанавливаются на трубопроводах диаметром от 4 до 750 мм, работают в широком диапазоне температур и давлений. При средних и больших числах Рейнольдса сохраняют постоянные соотношения числа оборотов к величине объемного расхода, имеют линейную статическую характеристику и малую величину погрешности 1. Турбинные тахометрические расходомеры аксиального типа могут устанавливаться в трубопроводах большого диаметра, но погрешность измерения увеличивается 1. Для обеспечения минимальной погрешности измерения перепада давлениясужающим устройством его необходимо устанавливать на прямом участке трубопровода, а расстояние между ним и измерителем объемного расхода должно быть более 15 диаметров трубопровода 1. Источники информации 1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества. Справочник. Книга первая расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики. - СПб. Политехника, 2002. - С. 142. 2. А.с. СССР 1530911, МПК 401 1/34, 1989. 3. А.с. СССР 1673844, МПК 501 1/34, 1991. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5