УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА Российский патент 1995 года по МПК G01F1/06 

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей и газов.

Известно устройство для измерения расхода жидкости или газа, содержащее корпус, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную цилиндрическую тангенциальную камеру и чувствительный элемент ротор, расположенный в камере с возможностью безопорного вращения, выполненный в виде шара с диаметром не менее 3/4 внутреннего диаметра тангенциальной камеры и снабженный герметично закрытой полостью в верхней части, причем торцовые поверхности тангенциальной камеры выполнены с вогнутым сферическим профилем, радиус которого в 10-15 раз превышает радиус ротора [1]
Недостатки известного устройства заключаются в том, что вращение ротора в нем возможно лишь при такой ориентации устройства, когда ось тангенциальной камеры незначительно отклоняется от вертикали. В противном случае ось вращения ротора не совпадает с осью камеры закрутки и стабилизация вращения ротора при малых расходах жидкости или газа затрудняется. Кроме того, известное устройство имеет высокую погрешность при измерении малых расходов жидкости или газа из-за неравномерности вращения ротора, поскольку он подвешен только гидродинамически и начинает вращаться лишь тогда, когда силы, вращающие ротор, превышают силу трения поверхности ротора о дно камеры закручивания.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расхода жидкости или газа, содержащее корпус с крышками, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную тангенциальную цилиндрическую камеру и шариковый ротор с выполненной в его верхней части воздушной полостью и размещенными внутри намагниченными стержнями, снабженный диаметральной кольцевой канавкой, размещенной в горизонтальной плоскости [2]
Недостатком известного устройства с безопорным шариковым ротором является смещение центра тяжести ротора вниз из-за наличия воздушной полости, закрытой пробкой, что исключает возможность эксплуатации устройства при отклонении его оси от вертикали на угол более 20^о. Другой недостаток состоит в том, что шариковый ротор подвешивается и стабилизируется гидродинамически под действием сложного основного двухмерного течения в камере закрутки. Ротор подвешивается при определенной величине расхода жидкости или газа через тангенциальную камеру, т.е. при малых расходах вращение ротора затруднено и происходит неравномерно, что повышает погрешность измерения. При больших расходах также увеличивается погрешность измерения за счет процессии оси вращения.

Техническим результатом использования изобретения является повышение точности измерения и стабильности градуировочной характеристики при расширении диапазона измерений.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения расхода жидкости или газа, включающем корпус с крышками, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную тангенциальную цилиндрическую камеру и шариковый ротор с выполненной в его верхней части воздушной полостью и размещенными внутри намагниченными стержнями, снабженный диаметральной кольцевой канавкой, размещенной в горизонтальной плоскости, в соответствии с заявляемым изобретением шариковый ротор дополнительно снабжен второй воздушной полостью, выполненной в его нижней части и отделенной от верхней полости перегородкой из немагнитного материала, пассивной осью, установленной в плоскости, перпендикулярной плоскости перегородки, на конических опорах, размещенных, соответственно, на верхней и нижней крышках корпуса, намагниченные стержни размещены в верхней и нижней воздушных полостях симметрично относительно пассивной оси, а дно кольцевой канавки дополнительно снабжено ребрами.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство для измерения расхода жидкости или газа; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для измерения расхода жидкости или газа содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, входной 4 и выходной 5 коллекторы, узел съема информации 6, многоструйную цилиндрическую камеру 7 с тангенциальными отверстиями 8 и шариковый ротор 9, снабженный верхней 10 и нижней 11 воздушными полостями. Верхняя воздушная полость 10 отделена от нижней воздушной полости 11 перегородкой 12 из немагнитного материла. В плоскости, перпендикулярной плоскости перегородки 21, на конических опорах 13, размещенных соответственно на верхней 2 и нижней 3 крышках корпуса 1, установлена пассивная ось 14. В верхней 10 и нижней 11 воздушных полостях симметрично относительно пассивной оси 14 размещены намагниченные стержни 15. Шариковый ротор 9 снаружи снабжен диаметральной кольцевой канавкой 16, размещенной в горизонтальной плоскости. Дно кольцевой канавки 16 снабжено ребрами 17.

Устройство для измерения расхода жидкости или газа работает следующим образом.

При появлении расхода жидкость или газ проходит через отверстия входного коллектора 4 и поступает в камеру 7, где происходит закручивание жидкости вокруг оси шарикового ротора 9. На поверхности ротора 9 при вращении среды создается пограничный слой. Благодаря возникновению силы трения ротор начинает взаимодействовать со средой (жидкость или газ), вращаясь в ней. Для увеличения степени взаимодействия среды с шариковым ротором дно кольцевой канавки 16 снабжено ребрами 17, повышающими силу трения ротора со средой. Благодаря наличию ребер 17 вращение ротора 9 начинается при меньших расходах, чем в случае неоребренной кольцевой канавки 16. Поскольку ротор 9 при помощи пассивной оси 14 и конических опор 13 располагается в центре камеры 7 таким образом, что кольцевая канавка 16 с ребрами 17 постоянно находится в плоскости входных тангенциальных отверстий 8, а сам ротор 9 гидростатически уравновешен (т.е. плотность ротора равна плотности измеряемой среды), трение оси 14 в опорах 13 является минимальным. Благодаря этому ротор 9 начинает вращаться при самых минимальных расходах жидкости или газа, что значительно повышает порог чувствительности заявляемого устройства по сравнению с известными аналогами.

При увеличении расхода жидкости или газа дополнительно происходит гидродинамическая стабилизация и уравновешивание ротора 9, вследствие чего трение оси 14 в опорах 13 практически отсутствует, благодаря осевым зазорам порядка 0,2-0,3 диаметра оси.

При больших расходах жидкости или газа пассивная ось 14 исключает возможность возникновения явления прецессии ротора 9, что обеспечивает расширение диапазона измеряемых расходов в сторону увеличения.

При работе на переменных расходах наличие ребер 17 кольцевой канавки 16 способствует уменьшению скольжения ротора 9 относительно измеряемой среды, вращающейся в камере 7, что также повышает точность измерения расхода по сравнению с известными аналогами.

Съем информации осуществляется за счет того, что в теле ротора 9 запрессованы, по меньшей мере, два намагниченных стержня 15, а на нижней крышке 3 установлен узел съема информации 6 в виде катушек индуктивности. Частота получаемых электрических сигналов пропорциональна расходу жидкости или газа.

Технические преимущества заявляемого устройства состоят в том, что оно сохраняет работоспособность при любой ориентации оси 14 вращения ротора 9 в пространстве, что значительно упрощает условия монтажа. Четное количество впускных тангенциальных отверстий 8 обеспечивает возможность применения заявляемого устройства в системах, подверженных гидроударам, а наличие пассивной оси, несущей очень малые нагрузки, позволяет использовать его в загрязненных средах с размерами частиц порядка 0,1 диаметра впускных отверстий. Кроме того заявляемое устройство имеет расширенный диапазон измерений расхода жидкостей или газов.

Использование: в области измерения расходов. Сущность: устройство содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, входной 4 и выходной 5 коллекторы, узел съема информации 6, цилиндрическую камеру 7 с тангенциальными отверстиями 8, шариковый ротор 9 с верхней 10 и нижней 11 воздушными полостями и перегородкой 12 между ними из немагнитного материала, две конические опоры 13, пассивную ось 14, два намагниченных стержня. Шарик выполнен с диаметрально кольцевой канавкой 16 с ребрами. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, включающее корпус с крышками, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную тангенциальную цилиндрическую камеру и шариковый ротор с выполненной в его верхней части воздушной полостью и размещенными внутри намагниченными стержнями, снабженный диаметральной кольцевой канавкой, размещенной в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что шариковый ротор дополнительно снабжен второй воздушной полостью, выполненной в его нижней части и отделенной от верхней полости перегородкой из немагнитного материала, пассивной осью, установленной в плоскости, перпендикулярной плоскости перегородки, на конических опорах, размещенных соответственно на верхней и нижней крышках корпуса, намагниченные стержни размещены в верхней и нижней воздушных полостях симметрично относительно пассивной оси, а дно кольцевой канавки дополнительно снабжено ребрами.