ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК G01F1/08 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к одноструйным скоростным крыльчатым преобразователям расхода жидкости в обороты крыльчатки, и может быть использовано в счетчиках воды, расходомерах, сигнализаторах, дозаторах и других измерителях объема жидкости.

Известен одноструйный счетчик воды УВК, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подводящим и соответственно отводящим жидкость от камеры корпуса, в которой расположена способная вращаться крыльчатка с гладкими лопастями [1] .

Наиболее близким по технической сущности является крыльчатый одноструйный счетчик воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подводящим и соответственно отводящим жидкость от камеры корпуса, в которой расположена способная вращаться крыльчатка с гладкими лопастями [2] .

Недостатком известного счетчика воды [2] является односторонняя нагрузка опор крыльчатки силой гидродинамического взаимодействия потока с крыльчаткой. Эта нагрузка вызывает износ осей и их опорных втулок, который ограничивает межповерочный интервал и общий срок службы счетчика.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции крыльчатки для уменьшения гидродинамической силы воздействия на нее потока с целью повышения износоустойчивости, межповерочного интервала и общего срока службы измерителей объема жидкости, в которых оно может быть применено.

Для этого в преобразователе расхода жидкости, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и полостью, в которой укреплен модуль крыльчатого преобразователя, содержащий способную вращаться крыльчатку, в боковой стенке модуля имеются два отверстия, одно из которых сообщено с входным патрубком, а другое - с выходным, а на поверхностях лопастей крыльчатки выполнена шероховатость, например, в виде прямолинейных канавок и выступов или отдельных ребер, расположенных параллельно оси вращения крыльчатки.

Предложенное изобретение в отношении известного счетчика [2] уменьшает гидродинамическую силу, нагружающую оси и опорные втулки крыльчатки, сокращает их износ и позволяет увеличить межповерочный интервал и общий срок службы измерителей.

Сущность изобретения поясняется чертежами и диаграммой, где представлены:
- на фиг. 1 - разрез (в плане) заявляемого преобразователя расхода жидкости;
- на фиг. 2 - разрез (в плане) участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой известного счетчика воды в увеличенном масштабе;
- на фиг. 3 - вид по потоку на лопасть известного счетчика воды в увеличенном масштабе;
- на фиг. 4 - сечение а-а известного счетчика воды;
- на фиг. 5 - пример (в плане) выполнения участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе, разрез;
- на фиг. 6 - другой пример (в плане) выполнения участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе, разрез;
- на фиг. 7 - вид по потоку на лопасть крыльчатки заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе;
- на фиг. 8 - сечение б-б заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе;
- на фиг. 9 - диаграмма плана гидродинамических сил взаимодействия рабочего потока с крыльчатками известного счетчика воды и заявляемого преобразователя расхода.

На чертежах и диаграмме приняты следующие обозначения:
Q - расход измеряемой жидкости;
Vc - скорость рабочего потока расхода измеряемой жидкости;
Vл - линейная скорость лопасти крыльчатки;
направление вращения крыльчатки;
Qцc - центростремительная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Qцб - центробежная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Qакс - аксиальные части расхода Q, отклоняемые лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Vцc - скорость воды центростремительного расхода Qцс;
Vцб - скорость воды центробежного расхода Qцб;
Vакс - скорость воды аксиальных расходов Qакс;
Qцс" - центростремительная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Qцб" - центробежная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Qакс" - аксиальные части расхода Q, отклоняемые лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Vцс" - скорость воды центростремительного расхода Qцс";
Vцб" - скорость воды центробежного расхода Qцб";
Vакс" - скорость воды аксиальных расходов Qакс";
вектор тангенциальной силы взаимодействия крыльчаток известного счетчика воды и заявляемого преобразователя расхода со струей рабочего потока;
вектор радиальной силы взаимодействия центростремительной части Qцс расхода Q со ступицей крыльчатки в известном счетчике воды;
вектор радиальной силы взаимодействия центростремительной части Qцс" расхода Q со ступицей крыльчатки в заявляемом преобразователе расхода;
вектор силы, действующей на опоры крыльчатки известного счетчика воды;
вектор силы, действующей на опоры крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
S - площадь поперечного сечения струи рабочего потока;
s - контур поперечного сечения струи рабочего потока.

Преобразователь расхода жидкости (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Во входном патрубке 2 установлена защитная сетка 4. Внутри корпуса 1 имеется полость, в которой укреплен модуль крыльчатого преобразователя 5, в котором установлена способная вращаться крыльчатка 6. На боковой стенке модуля крыльчатого преобразователя 5 имеются отверстия 7 и 8. Отверстие 7 подводным каналом 9 сообщено с входным патрубком 2, а отверстие 8 отводным каналом 10 соединено с выходным патрубком 3. На дне модуля крыльчатого преобразователя 5 имеются ребра 11 гидродинамического тормоза крыльчатки 6. На лопастях крыльчатки 6 выполнена шероховатость в виде прямолинейных ребер 12, 13 и 14 или совокупности прямолинейных насечек 15, 16 и 17 (фиг. 5). Ребра 12, 13 и 14 (фиг. 1) и насечки 15, 16 и 17 (фиг. 5) направлены параллельно оси вращения крыльчатки 5 (поперек радиальному направлению лопасти).

Преобразователь расхода жидкости работает следующим образом.

Жидкость через входной патрубок 2, защитную сетку 4, подводной канал 9 и отверстие 7 втекает в модуль крыльчатого преобразователя 5, а через отверстие 8 вытекает из него в отводной канал 10 и через выходной патрубок 3 вытекает из корпуса 1. При этом в модуле крыльчатого преобразователя 5 от отверстия 7 к отверстию 8 устанавливается поток жидкости, вращающий крыльчатку 6 в направлении, обозначенном символом Благодаря ребрам 11 гидродинамического тормоза линейная скорость лопастей крыльчатки 6 меньше, примерно в два раза, скорости рабочего потока жидкости, втекающей через отверстие 7 внутрь модуля крыльчатого преобразователя 5. Следствием этой разности скоростей является метрологическое свойство, заключающееся в постоянстве объема жидкости, приходящейся на один оборот крыльчатки, в широком диапазоне расходов, что и делает подобное устройство средством измерения.

Рабочий поток жидкости, втекающей через отверстие 7 внутрь модуля крыльчатого преобразователя 5, попадает в межлопаточное пространство крыльчатки 6, встречает движущуюся медленнее него лопасть крыльчатки 6 и растекается по ней так, как это показано на фиг. 3, 4, 7, 8, условно говоря, четыре потока растекания: центростремительный, центробежный и два аксиальных.

Известно, что при обтекании жидкостью твердой стенки, на нее действует сила, пропорциональная квадрату натекающего на нее расхода или, что то же самое, скорости обтекающей жидкости [3] . При сравнительном рассмотрении последствий указанного растекания для заявляемого преобразователя расхода и известного счетчика воды соблюдается условие:
Qцc"+Qцб"+2Qакс"= Qцc+Qцб+2Qакс (1)
Квадрат суммы расходов Qцс"+Qцб"+2Qакс"= Q определяет тангенциальную силу действующую на крыльчатку заявляемого преобразователя расхода. На крыльчатку известного счетчика воды действует равная ей согласно условию (1) сила
Центростремительный поток растекания сталкивается со ступицей крыльчатки и отклоняется ею. В результате на ступицу крыльчатки действует сила пропорциональная квадрату расхода Qцс" в заявляемом преобразователе расхода жидкости, и сила пропорциональная квадрату расхода Qцс в известном счетчике воды. Центростремительный расход Qцc" отклоняется шероховатой лопастью, a Qцc - гладкой. Гидравлическое сопротивление шероховатой лопасти больше, а у гладкой - меньше, поэтому скорость жидкости центростремительного потока на шероховатой лопасти меньше, а на гладкой - больше, и центростремительный расход Qцс" в заявляемом преобразователе расхода меньше центростремительного расхода Qцc в известном счетчике воды. Следовательно, радиальная сила в заявляемом преобразователе расхода жидкости меньше радиальной силы в известном счетчике воды.

Радиальные силы, возникающие на шероховатой части лопасти от центростремительного и центробежного расходов растекания рабочего потока, действуют прямо противоположно друг другу и поэтому взаимно компенсируются. Уменьшение центростремительного и центробежного расходов растекания компенсируется соответствующим увеличением аксиальных расходов согласно условию (1).

На фиг. 9 представлены совмещенные параллелограммы сил действующих на крыльчатку известного счетчика воды, и действующих на крыльчатку заявляемого преобразователя расхода. Сопоставление сил показывает, что сила нагружающая опорные детали крыльчатки заявляемого преобразователя, меньше силы нагружающей опорные детали известного счетчика воды.

Таким образом, применение заявляемого преобразователя расхода жидкости с шероховатыми лопастями крыльчатки позволит создать расходомеры и счетчики жидкости с увеличенным межповерочным интервалом, более высокими показателями износоустойчивости и долговечности и поэтому требующими меньших затрат на их эксплуатацию по сравнению с существующими.

Источники информации
1. П. П. Кремлевский. "Расходомеры и счетчики количества" Ленинград, Машиностроение, 1989, стр. 292, рис. 160.

2. П. В. Лобачев, Ф. А. Шевелев. "Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации". М. : Стройиздат, 1985, стр. 12, рис. 2.2. а).

3. Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов, О. В. Байбаков, Ю. Л. Кирилловский, "Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы". М. : Машиностроение, 1970, стр. 67.

Изобретение относится к одноструйным крыльчатым преобразователям расхода жидкости. Устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, каждый из которых сообщен с одним из двух отверстий в боковой стенке модуля крыльчатки, укрепленного в полости корпуса. На поверхности лопастей крыльчатки выполнены канавки или ребра, расположенные параллельно оси ее вращения. Изобретение обеспечивает увеличение срока службы измерителей расхода и количества жидкости за счет повышения износостойкости крыльчатки путем снижения гидродинамической нагрузки на ось и опорные втулки. 9 ил.

Преобразователь расхода жидкости, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, каждый из которых сообщен с одним из двух отверстий в боковой стенке укрепленного в полости корпуса модуля крыльчатого преобразователя с установленной в нем крыльчаткой, отличающийся тем, что на поверхности лопастей крыльчатки выполнены канавки или ребра, расположенные параллельно оси вращения крыльчатки.