СЧЕТЧИК ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1995 года по МПК G01F1/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться для учета количества жидкостей и газов, транспортируемых по трубопроводу.

Известен турбинный счетчик, содержащий турбинку, размещенную в измерительном канале и связанную с редуктором [1].

Недостатком известной конструкции является размещение частиц редуктора в измеряемом потоке, что ограничивает диапазон его применения только чистыми средами.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является счетчик текучей среды, содержащий установленную в измерительном канале турбинку, корпус которой имеет замкнутую полость, редуктор и счетный механизм [2].

К недостаткам известного устройства относится ограниченный диапазон использования.

Целью изобретения является расширение области использования устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в счетчике текучей среды, содержащем размещенную в измерительном канале турбинку, корпус которой имеет замкнутую полость, редуктор и счетный механизм, редуктор расположен в замкнутой полости, сообщенной отверстием, выполненным в корпусе турбинки, с измерительным каналом. В отверстии установлен фильтр или отверстие выполнено в виде трубчатого канала, при этом один конец трубки расположен в осевой части корпуса турбинки, а замкнутая полость может быть заполнена жидкостью.

На фиг. 1 представлен заявленный счетчик, вариант исполнения; на фиг.2 - турбинка (показан ее часть) со сквозным отверстием в виде трубчатого канала, проходящего снаружи корпуса турбинки в осевую часть его полости.

Счетчик содержит корпус 1 с рабочим каналом 2 и турбинкой 3 в канале, счетный механизм 4. Турбинка 3 имеет лопасти 5 на корпусе 6, который выполнен с замкнутой полостью 7. В этой полости размещен редуктор 8, установленный свободно на оси 9. Входная шестерня 10 редуктора закреплена на оси 9, а выходная 11 имеет упор 12, выступающий в сторону магнита 13, поворотно установленного на той же оси 9.

Вблизи турбинки размещена герметичная трубка с контактом 14, чувствительным к магниту 13. Контакт 14 входит в электрическую цепь питания счетного механизма 4.

В корпусе 6 имеется сквозное отверстие 15 в виде зазора между его частями, сообщающее полость 7 с рабочим каналом 2.

В другом варианте исполнения в отверстие 15 устанавливается фильтр 16.

По третьему варианту исполнения полость 7 заполнена жидкостью, например чистой водой. При этом на время хранения счетчика отверстие 15 может быть закрыто твердым веществом, разрушающимся после установки счетчика в измеряемый поток под действием центробежных сил турбинки или разматываемого измеряемой средой. Например, при измерении углеводородного конденсата отверстие может закрываться твердой смазкой. Для геотермальной воды годится воск или парафин.

В четвертом варианте исполнения (фиг.2) сквозное отверстие в полость 7 выполнено в виде трубки 17, представляющей канал, проходящий снаружи корпуса турбинки в осевую часть 18 полости 7. Отверстие 15 в этом случае постоянно закрыто уплотнением 18.

Турбинка установлена на подшипниках 20 в обтекателях 21.

Счетчик работает следующим образом.

Лопатки 5, взаимодействуя с потоком измеряемой среды, приводят во вращение турбинку 3 вместе с осью 9 и входной шестерней 10 редуктора 8. Сам редуктор свободно подвешен на оси 9 и не вращается. В результате вращаются его шестерни. При этом выходная шестерня 11 с помощью упора 12 поднимает магнит 13 в вертикальное положение, который затем падает и кратковременно замыкает контакт 14. В этот момент срабатывает питание счетного механизма 4, который отмечает количество прошедшей текучей среды.

При наличии открытого сквозного отверстия 15 между полостью 7 и рабочим каналом 2 жидкая или газообразная фаза измеряемого потока заполняет полость 7. Давления в этой полости и в канале 2 выравниваются. Благодаря этому толщина стенок корпуса 6 турбинки не зависит от давления среды и может быть достаточно малой, а турбинка, соответственно, легкой, что повышает надежность и долговечность подшипников 20 вращения.

Специфика размещения и работы турбинки в измеряемом потоке при этом способствует очистке среды, поступающей из канала 2 в полость 7.

Во-первых, поток скользит вдоль поверхности корпуса турбинки. Отверстие 15 выполнено в этой же поверхности. При этом большая часть твердых частиц по инерции будет пролетать мимо отверстия. Происходит первоначальная очистки среды, поступающей в полость 7. Среда, попавшая в отверстие 15, приобретает вращение вместе с корпусом 6. При этом на частицы, попавшие в отверстие, начинает действовать центробежная сила, выталкивающая твердые частицы из этого отверстия. Таким образом, осуществляется вторичная очистка.

Если какая-то часть твердых частиц все же попала в полость 7, работа редуктора не нарушается. Вращающиеся стенки полости увлекают за собой попавшую среду, в которой в результате вращения происходит сепарация. Твердые частицы под действием сил инерции скапливаются у цилиндрической стенки, вращаясь вместе с ней, и не влияют на работу редуктора. Это третья ступень очистки.

Дополнительная очистка может обеспечиваться установкой фильтра 16 в отверстие 15, как показано в нижней части турбинки на фиг.1.

Наиболее вероятно попадание твердых частиц в полость 7 или на фильтр лишь в момент пуска измеряемого потока в счетчик, когда давление в рабочем канале может оказаться много больше давления в полости 7. Большой перепад давлений приведет к кратковременному, но скоростному течению среды в полость, которое может захватить с собой твердые частицы. Этот момент может быть устранен путем плавной подачи давления в счетчик после его установки в поток.

В установившемся режиме работы, как правило, колебания давления в трубопроводе незначительны или достаточно плавны, что снижает вероятность загрязнения полости 7.

При этом колебания давления в трубопроводе могут вызвать течения среды в полость 7 и из нее в том случае, если этой средой является газ. В жидкой измеряемой среде подобные течения практически отсутствуют, поскольку давление в жидкости передается во все стороны мгновенно.

Для предотвращения загрязнения полости 7 в момент пуска счетчика можно также заполнить полость какой-либо чистой жидкостью и временно заделать отверстие 15.

Отверстие закрывается парафином, воском, пластилином, твердой смазкой или другим материалом, не обеспечивающим герметичности, а лишь удерживающим жидкость в полости 7 до установки счетчика в поток.

В потоке твердый материал растворяется или разрушается механически и выбрасывается центробежной силой. Наличие жидкости в полости 7 обеспечивает в момент пуска счетчика мгновенное выравнивание давлений в этой полости и в рабочем канале. Измеряемый поток не попадает в этот момент в полость 7.

В дальнейшем, после раскрытия отверстия 15, чистая жидкость из полости постепенно вымывается и замещается измеряемой средой.

Особое значение имеет предварительное заполнение полости 7 жидкостью, если измеряемая среда также жидкость. Это связано со спецификой работы турбинки.

Если жидкости в полости до пуска счетчика не было, то при быстром заполнении трубопровода измеряемой средой турбинка может начать вращаться до полного вытеснения воздуха из полости 7. Сила инерции отбросит попавшую в полость жидкость к цилиндрической стенке корпуса турбинки, в результате чего образуется кольцевой жидкостный затвор, который перекроет выход воздуху из полости. Воздух останется в виде пузыря в центре полости 7.

Теперь малейшие колебания давления будут вызывать сжатие или расширение этого пузыря, а следовательно, возникнут непрерывные течения в полость 7 и из нее, которых не должно быть при работе счетчика в жидкой измеряемой среде. Непрерывные течения не могут способствовать чистоте полости 7.

Кроме того, размер воздушного пузыря может меняться не только от колебаний давления, но столь же значительно и от температуры, что еще больше увеличивает интенсивность обмена среды полости 7 с измеряемой средой.

Таким образом, для счетчика жидкости предварительное заполнение полости 7 может оказаться достаточно эффективным не только на момент пуска счетчика, но и в дальнейшей работе.

Для газовых счетчиков предварительное заполнение жидкостью полости 7 гарантирует от загрязнения ее в момент пуска, исключая интенсивное течение в полость под действием начального перепада давлений.

Выполнение сквозного отверстия в виде трубчатого канала (трубка 17), проходящего снаружи корпуса турбинки в осевую часть его полости (фиг.2), дополнительно предохраняет полость от загрязнения. Это связано с тем, что центробежная сила действует на твердые частицы, попавшие в трубку, по всей ее длине, уменьшая вероятность прохода этих частиц в полость 7.

Особое значение имеет комбинация трубки с заполнением полости жидкостью. Жидкость в этом случае может выливаться из полости 7 только в случае, если в полость поступает воздух. Но воздух должен подаваться через ту же трубку, т. е. должны возникнуть встречные потоки жидкости и газа, что маловероятно, если трубка достаточно тонкая.

Если измеряема среда также жидкость, то воздух отсутствует, и чистая жидкость, заполняющая полость 7, остается в ней на все время эксплуатации счетчика.

Если измеряемая среда воздух или газ, то при достаточной толщине трубки возможен выброс некоторого количества жидкости из полости 7. Однако попавший в полость воздух вследствие вращения турбинки сразу образует воздушную пробку в осевой части 18 полости. Конец трубки оказывается в этой пробке и жидкость через трубку больше не вытекает.

Наличие жидкости в полости 7 при измерении газовых потоков особенно важно, так как без нее под действием колебаний температуры и давления в рабочем канале газ в полости 7 будет непрерывно сжиматься и расширяться и возникнут течения газа в полость и из нее. Наличие жидкости в полости 7 резко уменьшает подобные течения.

Поскольку жидкость при использовании трубки остается в полости, то целесообразно использовать в качестве этой жидкости маловязкие масла. Размещенный в масле редуктор будет весьма долговечным, по крайней мере, срок его службы не менее срока службы всех остальных частей счетчика.

Конкретное исполнение счетчика зависит от свойств измеряемой среды (жидкость или газ, степень загрязненности, колебания температуры и давления в трубопроводе и т.д.). Практически для любого потока из предложенных средств и их комбинаций может быть выбрано оптимальное для предотвращения засорения полости 7 и, следовательно, обеспечивающее надежную работу редуктора.

При этом благодаря сквозному отверстию в полость 7 масса турбинки не будет зависеть от давления. Она может оставаться достаточно малой для любых давлений. Это обеспечит надежность подшипников, чувствительность турбинки и точность показаний счетчика.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной аппаратуре и касается счетчиков количества жидкостей и газов, транспортируемых по трубопроводам. Сущность изобретения: счетчик содержит корпус 1 с рабочим каналом 2 и турбинкой 3 в канале, счетный механизм 4. Корпус 6 турбинки выполнен с полостью 7, в которой размещен редуктор 8 на оси 9. Выходная шестерня 11 редуктора имеет упор 12, выступающий в сторону магнита 13, поворотно установленного на оси 9. Вблизи турбинки размещена трубка с контактом 14, входящим в электрическую цепь питания счетного механизма 4. В корпусе 6 турбинки имеется сквозное отверстие в виде зазора 15. Между ними и полостью 7 возможна установка фильтра. В вариантах исполнения полость заполнена жидкостью, а сквозной проход выполнен в виде трубчатого канала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СЧЕТЧИК ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащий размещенную в измерительном канале трубопровода турбинку, корпус которой имеет замкнутую полость, редуктор и счетный механизм, установленный на трубопроводе с возможностью взаимодействия с редуктором, отличающийся тем, что в корпусе турбинки выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие, сообщающее измерительный канал с замкнутой полостью, в одной из частей которой размещен редуктор. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что та часть полости корпуса турбинки, в которой размещен редуктор, сообщена с измерительным каналом через фильтр. 3. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что полость корпуса турбинки заполнена жидкостью. 4. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что сквозное отверстие выполнено в виде трубчатого канала, связывающего измерительный канал с осевой частью полости корпуса турбинки.