RU2055323C1 - Throttle flowmeter - Google Patents

Abstract

FIELD: mining automation. SUBSTANCE: device has venturi tube with nozzle 1, two pressure taps, two bellows 10 and 11, two ohmmeters 12 and 13 and difference meter 14. Flexible members of bellows 10 and 11 are made in form of elastic cords with cores 15 and 16 made of conducting rubber, envelopes 17 and 18 made of rubber or latex; device is also provided with lower bases 19 and 20 and upper bases 23 and 24 of belows, washers 21, 22, 27 and 28 and flexible corrugations 29 and 30. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к способам и средствам автоматического контроля расхода жидких продуктов обогащения, и может быть использовано для автоматического контроля расхода минеральных пульп и суспензий, флотореагентов, оборотных шахтных вод, флотационных пульп и других продуктов на углеобогатительных, железорудных, полиметаллических и других обогатительных фабриках, на гидрошахтах и т.п. The invention relates to mining automation, and more specifically to methods and means of automatically controlling the flow of liquid enrichment products, and can be used to automatically control the flow of mineral pulps and suspensions, flotation reagents, mine shaft water, flotation pulps and other products on coal preparation, iron ore, polymetallic and other concentration plants, hydraulic shafts, etc.

Известен расходомер с ящиком и профилированной щелью, в котором одновременно измеряется уровень твердого вещества в пульпе с помощью датчика, выполненного в виде квадранта, связанного через гибкую тягу с системой рычагов, причем один рычаг снабжен грузом и соединен пружиной с датчиком уровня, а другой с расходомерным ящиком, при отсутствии пульпы ящик уравновешивается перемещением груза по рычагу, а стрелка устанавливается на нулевую отметку шкалы, причем по мере наполнения расходомерного ящика пульпой он отклоняется от горизонтального положения, при этом поворачивается и рычаг, посредством гибкой ленты изменяя положение квадранта [1]
Недостатками известного расходомера являются его высокая сложность и низкая надежность работы по внезапным отказам.A known flow meter with a box and a profiled slit in which the level of solids in the pulp is simultaneously measured using a sensor made in the form of a quadrant connected through a flexible rod with a system of levers, one lever is equipped with a load and connected by a spring to the level sensor, and the other to the flow meter box, in the absence of pulp, the box is balanced by moving the load along the lever, and the arrow is set to zero on the scale, and as the flow meter is filled with pulp, it deviates from the horizontal about the position, while the lever is rotated, by means of a flexible tape changing the position of the quadrant [1]
The disadvantages of the known flowmeter are its high complexity and low reliability for sudden failures.

Наиболее близким к предлагаемому является дроссельный расходомер, содержащий сужающее устройство, две трубки отбора давления, связанные с дифференциальным манометром, соединенным с интегратором расхода и прибором для отсчета количества вещества [2]
Недостатками известного дроссельного расходомера являются низкая точность из-за невысокой чувствительности к расходу и низкая надежность из-за высокой сложности дифференциального манометра и необходимости применения специальных средств для обработки информации от дифференциального манометра.Closest to the proposed is a throttle flow meter containing a constricting device, two pressure take-off tubes connected to a differential pressure gauge connected to a flow integrator and a device for counting the amount of substance [2]
The disadvantages of the known throttle flow meter are low accuracy due to the low sensitivity to flow and low reliability due to the high complexity of the differential pressure gauge and the need for special tools for processing information from the differential pressure gauge.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения расхода за счет увеличения чувствительности при одновременном повышении надежности за счет упрощения. The technical result from the use of the invention is to improve the accuracy of flow measurement by increasing sensitivity while increasing reliability due to simplification.

Это достигается тем, что в дроссельном расходомере, содержащем сужающее устройство, две трубки отбора давления, связанные с входами дифференциального манометра, дифференциальный манометр выполнен в виде двух сильфонов с работающими на растяжение упругими элементами, двух омметров и измерителя разности, причем полости сильфонов соединены с входами дифманометра, упругие элементы выполнены в виде эластичных упругих шнуров с жилой из электропроводной резины и оболочки из изоляционного эластичного упругого материала, например из резины или латекса, одни концы шнуров прикреплены к нижним основаниям сильфонов с возможностью электрического контакта жил с корпусами сильфонов, а другие концы шнуров прикреплены к верхним основаниям сильфонов с изоляцией свободных концов жил от корпусов сильфонов, при этом свободные концы жил соединены с первыми входами омметров, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов, а выходы соединены с входами измерителей разности, входы сильфонов соединены с выходами сужающего устройства. This is achieved by the fact that in the throttle flow meter containing a constricting device, two pressure take-off tubes connected to the inputs of the differential pressure gauge, the differential pressure gauge is made in the form of two bellows with tensile elastic elements, two ohmmeters and a difference meter, and the bellows cavities are connected to the inputs differential pressure gauge, elastic elements are made in the form of elastic elastic cords with a core of conductive rubber and a shell of insulating elastic material, for example, rubber and whether latex, some ends of the cords are attached to the lower bases of the bellows with the possibility of electrical contact of the cores with the bellows, and the other ends of the cords are attached to the upper bases of the bellows with insulation of the free ends of the cores from the bellows, while the free ends of the cores are connected to the first inputs of the ohmmeters, the second the inputs of which are connected to the bellows bodies, and the outputs are connected to the inputs of the difference meters, the inputs of the bellows are connected to the outputs of the constriction device.

На чертеже показан расходомер, продольный разрез (поперечные сечения шнуров даны в увеличенном размере). The drawing shows a flow meter, a longitudinal section (cross-sections of cords are given in increased size).

Дроссельный расходомер содержит сужающее устройство и дифференциальный манометр. Сужающее устройство выполнено, например, в виде трубы Вентури, состоящей из сопла 1, соединенного с напорным трубопроводом 2, и диффузора, состоящего из узкой 3 и расширяющейся 4 труб, выход которых соединен с отводящим трубопроводом 5. Труба Вентури соединена с трубопроводами фланцами 6 и 7. Выходы 8 и 9 отборов давления трубы Вентури соединены с дифференциальным манометром. The throttle flow meter contains a constricting device and a differential pressure gauge. The constricting device is made, for example, in the form of a venturi pipe, consisting of a nozzle 1 connected to a pressure pipe 2, and a diffuser, consisting of a narrow 3 and expanding 4 pipes, the outlet of which is connected to a discharge pipe 5. The venturi pipe is connected to the pipes by flanges 6 and 7. Outlets 8 and 9 of the Venturi pipe pressure takeoff are connected to a differential pressure gauge.

Дифференциальный манометр выполнен в виде двух сильфонов 10 и 11, полости которых соединены с выходами 8 и 9 отборов давления, с работающими на растяжение упругими элементами, двух омметров 12 и 13 и измерителя 14 разности. Упругие элементы выполнены в виде эластичных упругих шнуров с жилами 15 и 16 из электропроводной резины и оболочек 17 и 18 из изоляционного упругого эластичного материала, например из резины или латекса. Одни концы шнуров прикреплены к жестким нижним основаниям 19 и 20 сильфонов 10 и 11 с возможностью электрического контакта жил 15 и 16 с основаниями 19 и 20 сильфонов, например, с помощью шайб 21 и 22. Другие концы шнуров прикреплены к верхним основаниям 23 и 24 сильфонов 10 и 11 с изоляцией концов 25 и 26 жил 15 и 16 от корпусов сильфонов, например, с помощью шайб 27 и 28. Свободные концы 25 и 26 жил 15 и 16 соединены с первыми входами омметров 12 и 13, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов 10 и 11, а выходы соединены с входами измерителя 14 разности. Входы сильфонов 10 и 11 соединены с выходами 8 и 9 давления в сужающем устройстве. Тонкостенные цилиндрические оболочки сильфонов 10 и 11 выполнены с поперечными упругими гофрами 29 и 30. The differential pressure gauge is made in the form of two bellows 10 and 11, the cavities of which are connected to the outputs 8 and 9 of the pressure take-off, with tensile elastic elements, two ohmmeters 12 and 13 and a difference meter 14. The elastic elements are made in the form of elastic elastic cords with cores 15 and 16 of electrically conductive rubber and shells 17 and 18 of insulating elastic material, for example, rubber or latex. Some ends of the cords are attached to the rigid lower bases 19 and 20 of the bellows 10 and 11 with the possibility of electrical contact of cores 15 and 16 with the bases 19 and 20 of the bellows, for example, using washers 21 and 22. Other ends of the cords are attached to the upper bases of 23 and 24 bellows 10 and 11 with insulation of the ends 25 and 26 of cores 15 and 16 from the bellows bodies, for example, with washers 27 and 28. The free ends 25 and 26 of cores 15 and 16 are connected to the first inputs of ohmmeters 12 and 13, the second inputs of which are connected to the cases bellows 10 and 11, and the outputs are connected to the inputs of the difference meter 14. The inputs of the bellows 10 and 11 are connected to the outputs 8 and 9 of the pressure in the constricting device. Thin-walled cylindrical shells of bellows 10 and 11 are made with transverse elastic corrugations 29 and 30.

Дроссельный расходомер работает следующим образом. Throttle flowmeter operates as follows.

При протекании исследуемой жидкости (газа, суспензии, флотореагента или другого жидкого материала) через сужающее устройство увеличивается скорость потока по сравнению с его скоростью до сужения. Благодаря этому давлению потока на выходе сужающего устройства уменьшается и на сужающем устройстве создается перепад давления, измеряемый дифманометром, который зависит от расхода флюида. When the test fluid (gas, suspension, flotation reagent or other liquid material) flows through the narrowing device, the flow rate increases compared to its speed before narrowing. Due to this pressure, the flow at the outlet of the constriction device decreases and a pressure drop is created on the constriction device, measured by a differential pressure gauge, which depends on the flow rate of the fluid.

На выходе 8 давления формируется повышенное давление Р₁, а на выходе 9 пониженное давление Р₂, по разности которых однозначно определяется расход жидкости через трубопровод
G kd²

(1) где G объемный расход несжимаемой жидкости;
d диаметр узкой трубы 3;
k коэффициент расхода, определяемый экспериментально и зависящий от коэффициента гидравлических потерь, коэффициента сужения струи, относительной площади сужающего устройства (его модуля);
ρ плотность жидкости.At the pressure outlet 8, an increased pressure P _{1 is formed} , and at the exit 9, a reduced pressure P _{2 is formed} , by the difference of which the liquid flow through the pipeline is uniquely determined
G kd ²

(1) where G is the volumetric flow rate of an incompressible fluid;
d diameter of narrow pipe 3;
k flow coefficient, determined experimentally and depending on the coefficient of hydraulic losses, the coefficient of narrowing of the jet, the relative area of the narrowing device (its module);
ρ is the density of the liquid.

Повышенное давление Р₁ жидкости передается через выход 8 внутрь сильфона 10, а пониженное давление Р₂ через выход 9 подается внутрь сильфона 11. Под действием давлений Р₁ и Р₂ сильфоны 10 и 11 растягиваются так, что их подвижные основания 23 и 24 перемещаются вверх на расстояния, пропорциональные давлениям Р₁ и Р₂ соответственно. Перемещение оснований 23 и 24 продолжается до тех пор, пока силы давления жидкости на основания 23 и 24 не будут уравновешены упругими силами шнуров из жил 15 и 16 и оболочек 17 и 18 и упругими свойствами гофр 29 и 30 сильфона 10 и 11. Таким образом, в любой момент времени длины жил 15 и 16 прямо пропорциональны давлениям Р₁ и Р₂ соответственно.The increased pressure P _{1 of the} liquid is transmitted through the outlet 8 inside the bellows 10, and the reduced pressure P ₂ through the outlet 9 is fed inside the bellows 11. Under the influence of the pressures P ₁ and P _{2, the} bellows 10 and 11 are stretched so that their movable bases 23 and 24 move up at distances proportional to the pressures P ₁ and P _2, respectively. The movement of the bases 23 and 24 continues until the pressure forces of the liquid on the bases 23 and 24 are balanced by the elastic forces of the cords from the cores 15 and 16 and the shells 17 and 18 and the elastic properties of the corrugations 29 and 30 of the bellows 10 and 11. Thus, at any moment in time, the lengths of cores 15 and 16 are directly proportional to the pressures P ₁ and P _2, respectively.

Жесткости гофр 29 и 30 сильфонов 10 и 11 и жесткости шнуров из жил 15 и 16 и оболочек 17 и 18 выбраны таким образом, чтобы при изменениях в пределах измеряемых расходов давлений Р₁ и Р₂ удлинения и сокращения шнуров и сильфонов происходили в пределах их упругих деформаций, т.е. чтобы после самых максимальных значений давлений сильфоны возвращались в исходные состояния при минимальных давлениях.The stiffnesses of the corrugations 29 and 30 of the bellows 10 and 11 and the stiffness of the cords from the cores 15 and 16 and the sheaths 17 and 18 are selected so that, when the pressure flow rates P ₁ and P ₂ change, the elongation and reduction of the cords and bellows occur within their elastic deformations, i.e. so that after the highest pressure values, the bellows return to their original state at minimum pressure.

Так как шнуры работают в пределах их упругих деформаций, то при удлинениях шнуров в 2 раза ровно в 2 раза уменьшаются и поперечные сечения жил 15 и 16. При увеличении длины жил в n раз их поперечные сечения также уменьшаются ровно в n раз. Сопротивление любой жилы определяется по формуле
R r · l/S, (2) где l длина жилы;
S сечение жилы;
r удельное сопротивление электропроводной резины жилы.Since the cords work within their elastic deformations, when the cords are elongated 2 times, the cross sections of the cores 15 and 16 are reduced exactly 2 times, and when the cores are extended n times, their cross sections also decrease exactly n times. The resistance of any core is determined by the formula
R r · l / S, (2) where l is the length of the core;
S section of a vein;
r resistivity of the conductive rubber of the core.

Поэтому с увеличением длины жилы в 2 раза сопротивление увеличивается в 4 раза, а с ростом длины в n раз сопротивление жилы увеличивается в n² раз. Таким образом, в расходомере реализовано n-кратное увеличение чувствительности к давлениям Р₁ и Р₂. Это позволяет при прочих равных условиях в n раз уменьшить погрешность измерения давлений и, следовательно, в n раз уменьшить погрешность измерения расхода.Therefore, with an increase in the length of the core by 2 times, the resistance increases by 4 times, and with an increase in length by n times, the resistance of the core increases by ² times. Thus, an n-fold increase in pressure sensitivity P ₁ and P _{2 is} implemented in the flow meter. This, ceteris paribus, allows n times to reduce the error in measuring pressure and, therefore, n times to reduce the error in measuring flow.

В любой момент времени омметры 12 и 13 измеряют сопротивления жил 15 и 16, а значит, и значения давлений Р₁ и Р₂. Омметры 12 и 13 градуируются в единицах давлений Р₁ и Р₂. Значения сигналов с омметров подаются на входы измерителя разности, который формирует на выходе сигнал, соответствующий объемному (или массовому) расходу жидкости в соответствии с формулой (1).At any time, ohmmeters 12 and 13 measure the resistances of cores 15 and 16, and therefore the pressure values P ₁ and P ₂ . Ohmmeters 12 and 13 are graduated in units of pressure P ₁ and P ₂ . The values of the signals from ohmmeters are fed to the inputs of the difference meter, which generates a signal at the output that corresponds to the volume (or mass) flow rate of the liquid in accordance with formula (1).

Техническими преимуществами расходомера являются увеличение в n раз точности измерения расхода и увеличение надежности расходомера по внезапным отказам. Technical advantages of the flowmeter are an increase in n times the accuracy of flow measurement and an increase in the reliability of the flowmeter in case of sudden failures.

Claims (3)

1. ДРОССЕЛЬНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий сужающее устройство, две трубки отбора давления, размещенные до и после сужающего устройства и связанные с входами дифманометра, отличающийся тем, что дифманометр выполнен в виде двух сильфонов с упругими элементами, двух омметров и измерителя разности, причем полости сильфонов соединены с входами дифманометра, упругие элементы выполнены в виде эластичных шнуров с жилой из электропроводной резины и оболочкой из изоляционного эластичного материала, одни концы шнуров присоединены к нижним основаниям сильфонов с обеспечением электрического контакта жил с корпусами сильфонов, а другие концы шнуров присоединены к верхним основаниям сильфонов с обеспечением изоляции свободных концов жил от корпусов сильфонов, при этом свободные концы жил соединены с первыми входами омметров, вторые входы которых соединены с корпусами сильфонов, а выходы омметров соединены с входами измерителя разности. 1. THROTTLE FLOWMETER containing a constricting device, two pressure sampling tubes located before and after the constricting device and connected to the inputs of the differential pressure gauge, characterized in that the differential pressure gauge is made in the form of two bellows with elastic elements, two ohmmeters and a difference meter, and the bellows cavities are connected with the inputs of the differential pressure gauge, the elastic elements are made in the form of elastic cords with a core of conductive rubber and a sheath of insulating elastic material, one ends of the cords are attached to the lower bases bellows to ensure electrical contact of the cores with the bellows bodies, and the other ends of the cords are connected to the upper bases of the bellows to ensure isolation of the free ends of the cores from the bellows bodies, while the free ends of the cores are connected to the first inputs of ohmmeters, the second inputs of which are connected to the bellows bodies, and the outputs ohmmeters connected to the inputs of the difference meter. 2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изоляционного эластичного материала использована резина. 2. The flow meter according to claim 1, characterized in that rubber is used as an insulating elastic material. 3. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изоляционного эластичного материала использован латекс. 3. The flow meter according to claim 1, characterized in that latex is used as an insulating elastic material.