СЧЕТЧИК ЖИДКОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01F1/06 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к скоростным многоструйным крыльчатым счетчикам объемного количества жидкости, и может быть использовано для измерения расхода и количества протекающей в трубопроводах воды или других жидкостей.

Известен скоростной многоструйный крыльчатый счетчик жидкости, содержащий корпус, внутреннее пространство которого разделено перегородкой на две полости, одна из которых примыкает к входному патрубку корпуса, а другая - к выходному, установленный в корпус стакан, внутри которого расположена способная вращаться крыльчатка, а также выполнен один ряд входных отверстий, сообщающихся с примыкающей к входному патрубку полостью корпуса, и смещенный относительно него по оси стакана другой ряд выходных отверстий, сообщающихся с примыкающей к выходному патрубку полостью корпуса, и соединенное с крыльчаткой регистрирующее устройство [1].

Наиболее близким по технической сущности является скоростной многоструйный счетчик жидкости, содержащий регистратор и корпус с входным и выходным патрубками, в котором установлен стакан с крыльчаткой, разделяющий внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости, и имеется три перегородки, одна из которых отделяет в выходной полости корпуса первую полость, другая отделяет во входной полости корпуса вторую полость, а третья расположена с зазорами между дном корпуса и дном стакана, входная полость соединена с первой полостью зазором, образованным между дном корпуса и третьей перегородкой, а вторая полость соединена с выходной полостью зазором, образованным между третьей перегородкой и дном стакана, стакан имеет два диаметрально расположенных входных отверстия, которые соединяют полость стакана соответственно с входной и первой полостями корпуса, и два диаметрально расположенных выходных отверстия, которые соединяют полость стакана соответственно с второй и выходной полостями корпуса [2].

Недостатками известного счетчика жидкости [2] являются увеличенные габариты, усложнение конструкции и наличие боковых зазоров между стаканом и стенками корпуса, с одной стороны, третьей перегородкой и стенками корпуса, с другой стороны, а также торцевых неплотностей между нижним торцом стакана, третьей перегородкой и упорными выступами корпуса. Перетекание части измеряемой жидкости из входной полости в выходную, минуя стакан, приводит к увеличению погрешности и ее нестабильности в процессе эксплуатации из-за изменения зазоров вследствие их засорения или старения пластмассы.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание более простого по конструкции, долговечного, чувствительного и стабильного счетчика воды с наименьшей возможной погрешностью, с взаимозаменяемым универсальным измерительным механизмом и уменьшенными габаритными размерами.

Для этого в счетчике жидкости, содержащем регистратор и корпус с входным и выходным патрубками, в котором имеется перегородка и стакан с крыльчаткой, разделяющие внутреннее пространство на входную и выходную полости, стакан имеет два диаметрально расположенных входных отверстия и два диаметрально расположенных выходных отверстия, перегородка состоит из трех частей, одна расположена по одну сторону продольной оси корпуса, другая - по другую, а третья часть расположена между стаканом и выходным патрубком, перегородка вместе со стаканом и стенками корпуса образует центральную полость, соединяющуюся с входной полостью, и две боковые полости, соединяющиеся с выходной полостью, центральная полость имеет два кармана, расположенных по обе стороны стакана, одно входное отверстие стакана соединяет его полость с одним карманом, другое - с другим, а одно выходное отверстие стакана соединяет его полость с одной боковой полостью корпуса, другое - с другой боковой полостью, стакан имеет над отверстиями круговую канавку, к которой примыкают четыре боковые канавки, расположенные на боковой поверхности по одной канавке между каждыми двумя смежными отверстиями, на торце стакана имеется две торцевые канавки, попарно соединяющие боковые канавки, при этом боковая поверхность и боковые канавки стакана плавно сопрягаются соответственно с торцом и торцевыми канавками, в канавки стакана уложен уплотнитель, стакан установлен в корпусе так, что боковые канавки и соединяющие их торцевые канавки закрываются поверхностями горловины корпуса в первой и второй частях перегородки, при этом уплотнитель соприкасается со стенками канавок стакана и поверхностью горловины корпуса, в которую установлен стакан. Уплотнитель выполнен в виде кругового кольца, к которому примыкают два диаметрально расположенных ответвления, замыкающихся на круговое кольцо, круговое кольцо уложено в круговую канавку стакана, а оба ответвления уложены в боковые канавки и попарно соединяющие их торцевые канавки.

Предложенное изобретение устраняет недостатки известного счетчика [2] и позволяет создать более простой по конструкции, долговечный, чувствительный и стабильный счетчик жидкости с наименьшей возможной погрешностью, с взаимозаменяемым универсальным измерительным механизмом и уменьшенными габаритными размерами.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами и графиками, где
на фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого счетчика;
на фиг. 2 представлено сечение по А - Б - В - В - Б - А;
на фиг. 3 представлено сечение по А - А;
на фиг. 4 представлено сечение по Г - Г;
на фиг. 5 представлено сечение по Д - Д;
на фиг. 6 представлен уплотнитель;
на фиг. 7 представлен вариант счетчика с отверстием в третьей части перегородки;
на фиг. 8 представлены графики перепадов давления для двух потоков, возникающих в результате их прохождения через стакан, и их соотношения в зависимости от расхода измеряемой жидкости;
на фиг. 9 представлены графики результатов испытания четырех экспериментальных образцов измерительного механизма в одном корпусе;
на фиг. 10 представлены графики результатов испытаний тех же четырех экспериментальных образцов измерительного механизма в другом корпусе той же конструкции.

Счетчик жидкости состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, в котором перпендикулярно продольной оси установлен стакан 4 с двумя диаметрально расположенным входными отверстиями 5 и 6 и двумя выходными отверстиями 7 и 8, все отверстия находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения крыльчатки 9, помещенной в стакан 4. Стакан 4 закрыт крышкой 10, уплотненной резиновым кольцом 11. На крышке 10 установлен регистратор 12. Стакан 4 и перегородка делят внутреннее пространство корпуса 1 на входную 13 и выходную 14 полости. Перегородка состоит из трех частей. Одна часть 15 расположена по одну сторону продольной оси корпуса 1, другая часть 16 - по другую, а третья часть 17 расположена между стаканом 4 и выходной полостью 14. Перегородка вместе со стаканом 4, дном и стенками корпуса 1 образует центральную полость 18, имеющую карманы 19 и 20, расположенные по обе стороны стакана 4, и две боковые полости 21 и 22, соединяющиеся с выходной полостью 14. На стакане 4 над отверстиями 5, 6, 7 и 8 расположена круговая канавка 23, в которую уложена кольцевая часть резинового уплотнителя 24, а на боковой поверхности между отверстиями 5, 6, 7 и 8 выполнены четыре боковые канавки 25, 26, 27 и 28, примыкающие к круговой канавке 23. Канавка 25 соединяется с канавкой 26 канавкой 29, а канавка 27 соединяется с канавкой 28 канавкой 30. Канавки 29 и 30 выполнены на торце стакана 4. Торец стакана 4 и канавки 29 и 30 плавно сопрягаются соответственно с боковой поверхностью стакана 4 и канавками 25, 26 и 27, 28, а горловина корпуса 1 под установку в нее стакана 4 обработана по контуру боковой поверхности стакана 4 и ее сопряжения с нижним торцем. Уплотнитель 24 выполнен в виде кругового кольца, к которому примыкают два диаметрально расположенных ответвления, замыкающихся на круговое кольцо. Уплотнитель 24 выполнен из эластичного материала, например из резины. Круговое кольцо уплотнителя 24 уложено в круговую канавку 23 стакана 4. В канавки 25, 26 и 29 стакана 4 уложено одно ответвление, а в канавки 27, 28 и 30 - другое. Стакан 4 установлен в корпус 1 так, что боковые канавки и попарно соединяющие их торцевые канавки закрываются поверхностями горловины корпуса в первой 15 и второй 16 частях перегородки корпуса 1. Уплотнитель перекрывает зазоры между корпусом 1 и стаканом 4, герметично разобщая центральную полость 18 с боковыми полостями 21 и 22 и исключая паразитные перетечки измеряемой жидкости. Стакан 4 дополнительно уплотнен кольцами 11 и 31, зафиксирован в корпусе 1 штырем 32 по отверстию 33 и закреплен фланцем 34 и болтами 35. Во входном патрубке 2 корпуса 1 установлена защитная сетка 36. В третьей части 17 перегородки корпуса 1 может быть выполнено отверстие 37, соединяющее центральную полость 18 с выходной полостью 14. Таких отверстий может быть и несколько.

Счетчик жидкости работает следующим образом.

Измеряемая жидкость через сетку 36 и входной патрубок 2 поступает во входную полость 13, центральную полость 18 и карманы 19 и 20. Одна часть расхода измеряемой жидкости из кармана 19 через входное отверстие 5 поступает внутрь стакана 4, вращает крыльчатку 9 против часовой стрелки, через выходное отверстие 7 вытекает из стакана 4 в правую боковую полость 21 и через выходную полость 14 и выходной патрубок 3 вытекает в трубопровод. Другая часть расхода измеряемой жидкости из кармана 20 через другое входное отверстие 6 поступает внутрь стакана 4, вращает крыльчатку 9 также против часовой стрелки, через выходное отверстие 8 вытекает из стакана 4 в левую боковую полость 22 и через выходную полость 14 и выходной патрубок 3 вытекает в трубопровод. Обороты крыльчатки 9 масштабируются и представляются регистратором 12 как мера измеряемого объема жидкости в кубических метрах. Настройка счетчика осуществляется поворотом крышки 10 и не сопровождается потерей точности.

Регулирование без потери точности и герметичное уплотнение зазоров по сопрягаемым поверхностям стакана 4 и корпуса 1 решают задачу создания стабильного счетчика с наименьшей погрешностью.

Задача создания долговечного и чувствительного счетчика решается снижением сил трения в опорах крыльчатки благодаря разгрузке от гидродинамических сил ее взаимодействия с измеряемой жидкостью. Это достигается разделением общего расхода жидкости на два потока. Один поток вращает крыльчатку с одной стороны, а другой - с другой и в ту же сторону. В результате усилия на крыльчатку от этих потоков направлены навстречу и компенсируют друг друга. Это подтверждается результатами испытания экспериментального образца, представленными на фиг. 8, где кривые "а" и "б" представляют соответственно перепад давления на участке "карман 19 - отверстие 5 - отверстие 7" и на участке "карман 20 - отверстие 6 - отверстие 8", а кривая "в" их количественное соотношение, которое не превышает значения 1,12 в диапазоне расхода измеряемой жидкости от 0 до 70%. Из этого следует, что одна часть расхода, превышает другую не более чем на 12%, а поперечная сила, действующая на опоры крыльчатки 9, составляет всего лишь 9% от поперечного усилия, возникающего в одноструйном счетчике того же размера. Это решает задачу повышения чувствительности и доведения долговечности счетчика до физического срока службы пластмасс, который составляет 10...12 лет.

Стакан 4, крыльчатка 9, крышка 10, уплотнитель 24 и фланец 34, конструктивно объединенные в единый модуль, являются измерительным механизмом счетчика. Наличие в нем регулятора - крышки 10 делает его метрологические характеристики независимыми от корпуса, а исполнение в едином конструктивном модуле позволяет производить его легкую замену непосредственно на месте установки счетчика без демонтажа корпуса с трубопровода. Таким образом решается задача взаимозаменяемости измерительного механизма и сокращения расходов на эксплуатацию счетчика. На графиках фиг. 9 и фиг. 10 представлены результаты испытаний четырех измерительных механизмов в двух одинаковых корпусах. На графиках по горизонтали отложены значения расхода в %, а по вертикали - значения относительной погрешности в %. Сравнительный анализ графиков показывает, что при замене корпуса кривые погрешности всех четырех измерительных механизмов остались практически в пределах одного и того же метрологического класса "B" [3], [4].

В третьей части 17 перегородки корпуса 1 может быть выполнено одно или несколько отверстий 37. В этом случае в счетчике возникает еще третий поток от входной полости 13 в центральную полость 18, через отверстие (отверстия) 37 в выходную полость 14. Расход этого потока увеличивает общий расход измеряемой жидкости. Если соответственно изменить передаточное отношение редуктора регистратора 12, то измерительный механизм может быть использован для измерения объема жидкости в увеличенном диапазоне расходов. Так решается задача универсальности измерительного механизма.

Совокупность решаемых согласно изобретению задач позволяет создать счетчик жидкости с новым потребительским качеством, проявляющимся в увеличении межповерочного интервала до 10...12 лет (физического срока службы пластмасс) и возможности производить замену измерительного механизма непосредственно на месте установки счетчика без демонтажа корпуса счетчика с трубопровода вместо традиционной поверки. Это существенно снижает эксплуатационные расходы потребителя.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 1116419, кл. G 01/03, 1959 г.

2. Патент РФ N 1778530, кл. G 01 F 1/06, 1993 г.

3. Гост P 50193.1 - 92.

4. ISO 4064 - 1&

Изобретение относится к многоструйным крыльчатым счетчикам жидкости и может быть использовано для измерения расхода и количества жидкостей, протекающих по трубопроводу. В корпусе с установленным в нем двухструйным измерительным механизмом, состоящим из стакана, крыльчатки и крышки, имеется фигурная перегородка, одна часть которой расположена по одну сторону продольной оси корпуса, другая часть - по другую, а третья часть - между стаканом и выходным патрубком. Перегородка вместе со стаканом и стенками корпуса образует центральную полость, примыкающую к входному патрубку, и две боковые полости, примыкающие к выходному патрубку. Благодаря этому измеряемая жидкость делится на два потока, вращающих крыльчатку в одну и ту же сторону, но разрушающих при этом ее опоры от сил взаимодействия с потоками. Уплотнитель, уложенный в канавки стакана, обеспечивает герметично разобщение потоков. Изобретение позволяет увеличить срок эксплуатации до 10-12 лет и имеет простую конструкцию и уменьшенный габаритный размер по вертикали. Благодаря выполнению измерительного механизма в виде единого модуля возможна его замена без демонтажа корпуса с трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Счетчик жидкости, содержащий регистратор и корпус с входным и выходным патрубками, в котором имеется перегородка и перпендикулярно продольной оси в его горловине установлен стакан с крыльчаткой, разделяющий вместе с перегородкой внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости и имеющий два диаметрально расположенных входных отверстия и два диаметрально расположенных выходных отверстия, отличающийся тем, что перегородка состоит из трех частей, одна из которых расположена по одну сторону продольной оси корпуса, другая часть - по другую сторону, а третья часть - между выходным патрубком и стаканом, который вместе с перегородкой и стенками корпуса образует две боковые полости, соединяющиеся с выходной полостью, и центральную полость, соединяющуюся с входной полостью и имеющую два кармана, расположенные по обе стороны стакана, каждое входное отверстие которого соединяет его полость с соответствующим карманом, а каждое выходное отверстие - с соответствующей боковой полостью корпуса, стакан имеет над входными и выходными отверстиями круговую канавку, к которой примыкают четыре продольные канавки, расположенные на боковой поверхности стакана по одной канавке между каждыми двумя смежными отверстиями, а на торце стакана имеются две канавки, попарно соединяющие продольные канавки, при этом боковая поверхность и продольные канавки стакана плавно сопрягаются соответственно с торцом и расположенными на нем канавками, которые совместно с продольными канавками закрыты поверхностями горловины корпуса, а в канавки стакана уложен уплотнитель для герметичного разобщения центральной полости с боковыми полостями. 2. Счетчик жидкости по п.1, отличающийся тем, что уплотнитель выполнен в виде кольца, уложенного в круговую канавку стакана, и двух примыкающих к кольцу и замыкающихся на него диаметрально расположенных ответвлений, уложенных в продольные канавки и попарно соединяющие их канавки на торце стакана.