ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01F1/10 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к измерению расхода и количества жидкости, и может быть использовано на магистральных трубопроводах, перекачивающих бензин, пропан и бутан.

Известно устройство для определения расхода бурового раствора, состоящее из корпуса, направляющего аппарата, стойки с обтекателями, ротора с крыльчаткой, установленного на подшипниках скольжения, размещенных в обтекателях, и преобразователя [1] Наличие в перекачиваемой жидкости частиц разрушенных горных пород и отсутствие смазки приводит в результате действия радиальных и осевых усилий к быстрому износу поверхностей подшипников скольжения и существенному увеличению погрешности измерения объема перекачиваемой жидкости.

Наиболее близким аналогом изобретения является турбинный расходомер, состоящий из корпуса, крыльчатки, входного и выходного обтекателей, маслонаполненной камеры подшипников, расположенной в полости выходного обтекателя и ограниченной с одной стороны уплотняющим элементом, а с другой стороны мембраной; в полости одного из обтекателей, например входного, расположен жестко укрепленный на валу крыльчатки нагнетатель, выполненный, например, в виде центробежного колеса [2]
В известном устройстве за счет жесткого соединения крыльчатки и нагнетателя создается давление масла в камере подшипников с использованием энергии контролируемого потока.

Однако указанный расходомер, обладая достаточной конструктивной сложностью, обусловленной наличием нагнетателя, не обеспечивает стабильности показаний расходомера при работе на переменных режимах (производительностях) трубопровода, т. е. в случае, когда в широком диапазоне меняется скорость вращения крыльчатки и нагнетателя, а также давление на мембрану маслонаполненной камеры.

В результате знакопеременных деформаций мембраны после выдавливания порции масла через сальниковое уплотнение в подшипниковую камеру поступает перекачиваемый по трубопроводу продукт. При недостатке или отсутствии смазки и работе на жидкостях, обладающих низкими смазывающими свойствами, таких как бензин, происходит интенсивный износ подшипников и существенное снижение точности измерения расхода жидкости.

Техническим результатом использования изобретения является уменьшение износа подшипников вала в радиальном и осевом направлениях при работе на жидкостях, обладающих низкими смазывающими свойствами, и, как следствие, уменьшение вариации показаний расходомера и повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в турбинном расходомере, содержащем корпус, входной и выходной обтекатели, установленную на валу крыльчатку и размещенную в полости выходного обтекателя камеру с опорными подшипниками вала и уплотнениями, крыльчатка и вал выполнены полыми с образованием замкнутой полости, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки и вала в измеряемой среде, а в полости входного обтекателя размещен электромагнит для взаимодействия с установленной на крыльчатке пластиной из магнитного материала, причем корпус, крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материал.

Кроме того, расходомер может быть снабжен установленным в выходном обтекателе датчиком осевых перемещений вала, подключенным через регулятор тока к электромагниту.

При использовании турбинного расходомера для измерения расхода и количества последовательно перекачиваемых по трубопроводу продуктов, таких как бензин и дизельное топливо, нулевая плавучесть обеспечивается для случая перекачки бензина продукта с наиболее низкими смазывающими свойствами.

Уменьшение радиального износа подшипников достигается за счет образования в крыльчатке и вала замкнутых полостей, заполненных воздухом, объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть (при которой вес тела, погруженного в жидкость, равен выталкивающей архимедовой силе) крыльчатки и вала в измеряемой жидкости и, как следствие, отсутствие вертикальной силовой нагрузки на подшипники. Для уменьшения износа подшипников в осевом направлении крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материала, например бронзы или алюминия, к торцу крыльчатки прикреплена пластина из магнитного материала, например из стали, а во входном обтекателе установлен электромагнит, взаимодействующий с крыльчаткой и уменьшающий горизонтальную силовую нагрузку на подшипники. Для практически полного исключения износа подшипников в осевом направлении при работе на переменных режимах (производительностях трубопровода) в выходном обтекателе установлен датчик осевых перемещений вала, подключенный к регулятору тока (например, реостату), управляющему силой притяжения крыльчатки к электромагниту и обеспечивающему отсутствие горизонтальной силовой нагрузки на подшипники.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан поперечный разрез устройства.

Турбинный расходомер состоит из корпуса 1, крыльчатки 2 с валом 3, жестко закрепленной в корпус 1, входного 4 и выходного 5 обтекателей, камеры 6 подшипников 7. Крыльчатка 2 и вал 3 выполнены полыми с образованием замкнутой полости 8, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки 2 и вала 3 в измеряемой жидкости и, следовательно, отсутствие вертикальной силовой нагрузки на подшипники 7. Камера 6 подшипников 7 уплотнена сальником 9. Корпус 1, крыльчатка 2 и вал 3 выполняются из немагнитного материала, например алюминия, и к торцу крыльчатки 2 прикрепляется круговая пластина 10 из магнитного материала, например из стали, причем камера подшипников 6 располагается в полости выходного обтекателя 5, а во входном обтекателе 4 установлен электромагнит 11, взаимодействующий с пластиной 10 из магнитного материала в крыльчатке 2 для уменьшения горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. В выходном обтекателе 5 установлен датчик 12 осевых перемещений вала, соединенный электрической цепью 13 с регулятором 14 электрического тока, управляющим силой притяжения крыльчатки 2 к электромагниту 11 для обеспечения снижения горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. Электрический ток подается в электромагнит 1 по кабелю 15.

Турбинный расходомер работает следующим образом.

Набегающий поток перекачиваемой жидкости 16 вращает крыльчатку 2, обороты которой фиксируются и обрабатываются счетчиком (не показан на чертеже) для определения расхода жидкости. Поскольку крыльчатка 2 и вал 3 имеют нулевую плавучесть (имеют на воздухе вес, равный весу жидкости вытесненной ими), то при работе отсутствуют радиальные нагрузки вала 3 на подшипники 7.

Отсутствие радиальной нагрузки приводит к практическому отсутствию кольцевых (тангенциальных) сил трения на боковых поверхностях подшипников 7 и к практическому исключению их износа в радиальном направлении.

Набегающий поток перекачиваемой жидкости, вращая крыльчатку 2, оказывает на нее горизонтальное силовое воздействие, которое в конечном итоге воспринимается подшипниками 7. Установленный во входном обтекателе 4 электромагнит 11, после подачи в него электрического тока, взаимодействует с круговой пластиной 10 из магнитного материала, прикрепленной к торцу крыльчатки 2, и притягивает ее, уменьшая тем самым горизонтальную силовую нагрузку на подшипники 7. Это позволяет существенно уменьшить износ подшипников 7 в горизонтальном направлении.

Установленный в выходном обтекателе датчик 12 осевых перемещений вала соединен с регулятором электрического тока 14, который управляет силой притяжения крыльчатки 2 к электромагниту 11, обеспечивая таким образом отсутствие горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. Отсутствие осевой нагрузки приводит к практическому отсутствию сил трения на торцевых (боковых) поверхностях подшипников 7 и практическому исключению их износа в осевом направлении.

Использование: изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения расхода и количества жидкости на магистральных трубопроводах, перекачивающих бензин. Сущность изобретения: турбинный расходомер содержит корпус 1, входной 4 и выходной 5 обтекатели, установленную на валу 3 крыльчатку 2 и размещенную в полости выходного обтекателя камеру 6 с опорными подшипниками 7 вала и уплотнениями 9, крыльчатка 2 и вал 3 выполнены полыми из немагнитного материала с образованием замкнутой полости 8, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки и вала в измеряемой среде, а в полости входного обтекателя 4 размещен электромагнит 11 для взаимодействия с установленной на крыльчатке 2 пластиной 10 из магнитного материала. Расходомер может быть снабжен датчиком 12 осевых перемещений, установленным в выходном обтекателе 5 и подключенным через регулятор тока 14 к электромагниту 11. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбинный расходомер, содержащий корпус, входной и выходной обтекатели, установленную на валу крыльчатку и размещенную в полости выходного обтекателя камеру с опорными подшипниками вала и уплотнениями, отличающийся тем, что крыльчатка и вал выполнены полыми с образованием замкнутой полости, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки и вала в измеряемой среде, а в полости входного обтекателя размещен электромагнит для взаимодействия с установленной на крыльчатке пластиной из магнитного материала, причем корпус, крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материала. 2. Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен установленным в выходном обтекателе датчиком осевых перемещений вала, подключенным через регулятор тока к электромагниту.