ПОПЛАВКОВО-ТУРБИННЫЙ СЧЕТЧИК ГАЗА ИЛИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК G01F1/90 

Изобретение относится к приборам, измеряющим расход, массу или объем вещества, протекающего через трубопровод. Рассматриваемые счетчики количества или просто счетчики преимущественно относятся к бытовым счетчикам газа или жидкости, которые входят в группу расходомеров обтекания с непрерывно движущимся телом - вращающейся турбиной.

Известны аксиальные турбинные расходомеры и счетчики [Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989, стр. 281-291]. Они содержат аксиальную турбину, представляющую собой ступицу с лопастями в форме винтовой линии. Ступица установлена на оси, которая вращается в подшипниках. В качестве датчика-измерителя используются индукционные, индуктивные и оптические преобразователи. Недостатком такой конструктивной схемы является малый ресурс работы из-за сильной нагрузки опор турбины, низкая чувствительность к малым расходам из-за наличия момента трогания в опорах и зазоров турбины относительно корпуса, небольшой диапазон измерений.

Известны также расходомеры обтекания, у которых обтекаемое тело является поплавком [Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Л. : Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989, стр. 243-247]. Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является расходомер РЭ [Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989, рис. 131, стр. 245], состоящий из поплавка, его направляющих опор, ограничителя хода, диафрагмы (гнезда) поплавка, ферромагнитного сердечника, связанного с поплавком, и катушки. В таком расходомере практически нет недостатков турбинных расходомеров. Поплавок взвешивается в потоке, и направляющие опоры и упоры практически не нагружены. Поэтому ресурс работы такого расходомера значительно выше. Чувствительность к малым расходам также выше из-за отсутствия начальных зазоров и разгрузки опор. Однако этот прибор выдает аналоговый сигнал, пропорциональный перемещению поплавка по вертикали и, следовательно, определяет только расход и не может быть счетчиком количества, т. е. не может быть использован в качестве бытового счетчика газа или воды. Кроме того, в данном устройстве значительным оказывается влияние датчика-измерителя на показание расходомера, что, в этой части, снижает его чувствительность к малым расходам. Также сложным является устройство датчика-измерителя.

Предлагаемое устройство актуально, т. к. решает задачи замера расхода количества газа или воды потребителями в быту, что очень важно для экономии энергетических и водных ресурсов. Также оно расширяет функциональные возможности поплавкового расходомера по обеспечению его работы в качестве счетчика с регистрацией на электронном цифровом индикаторе при повышении чувствительности к малым расходам, расширении диапазона измерений и упрощении конструкции датчика-измерителя. Кроме того, обеспечивается высокая надежность показаний и регистрации счетчика за счет введения автономного режима работы со звуковым сигнализатором.

В предлагаемом устройстве поплавково-турбинного счетчика, содержащего поплавок со ступицей, расположенный в направляющих опорах, ограничитель осевого перемещения поплавка, корпус и датчик-измеритель, нижняя часть поплавка выполнена в виде аксиальной турбины, при этом верхняя часть поплавка выполнена в виде клапана с турбиной, а лопасти аксиальной турбины подведены к клапану, в корпусе перпендикулярно оси вращения поплавка установлен датчик-измеритель частоты вращения поплавка, при этом в зоне торца датчика-измерителя на лопасти аксиальной турбины установлено средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем, а датчик-измеритель подключен к цифровому электронному счетчику импульсов с цифровым индикатором, причем осевое перемещение поплавка до ограничителя выбрано из условия обеспечения требуемого максимального расхода с запасом 1,1-1,5, при этом ось вращения поплавка расположена вертикально.

Кроме того:
- турбина в верхней части поплавка выполнена в виде дугообразных пазов на рабочей поверхности клапана, которые размещены группами между лопастями аксиальной турбины, с началом у ступицы аксиальной турбины и с выходом на периферии клапана;
- датчик-измеритель выполнен в виде индуктивного датчика;
- средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем выполнено в виде флажка из магнитомягкой стали;
- предусмотрено подключение электрической схемы счетчика к электрической сети и снабжение ее автономным источником электрического питания, преимущественно аккумулятором, кнопкой включения цифрового индикатора в автономном режиме, звуковым сигнализатором режима автономной работы и электронным автоматом переключения на автономный режим при отключении электрической сети.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что взвешенный в потоке газа или жидкости поплавок приводится во вращение в направляющих опорах турбинами в верхней и нижней частях поплавка. Турбина в верхней части поплавка, имеющая форму дугообразных пазов на рабочей поверхности клапана, начинает создавать вращающий момент в начале открытия клапана, т.е. в начале осевого перемещения поплавка, поэтому она особенно эффективна при малых расходах. При увеличении осевого перемещения поплавка (увеличении расхода) эффективность этой турбины мала и основной вращающий момент создает аксиальная турбина в нижней части поплавка. Регистрируемые при вращении поплавка импульсы тока с помощью датчика-измерителя, например, индукционного типа регистрируются на цифровом индикаторе. Импульсы оттарированы в единицах объема измеряемого вещества. Для сохранения показаний цифрового индикатора при случайном отключении электрической сети предусмотрено автоматическое переключение на автономный режим питания от аккумулятора.

На фиг.1 показан общий вид счетчика с разрезом корпуса и опор поплавка, на фиг. 2 показан счетчик в сборе, на фиг.3 показан разрез по А-А фиг.1 по аксиальной турбине с видом на дугообразные пазы клапана.

На фиг. 1 пластмассовый поплавок 1, состоящий из аксиальной турбины 2 и клапана 3, установлен на стальных полуосях 4 в нижней 5 и верхней 6 направляющих опорах, которые укреплены в стальном корпусе 7. В верхней части корпуса 7 размещен ограничитель 8 осевого перемещения поплавка. В корпусе 7 установлен с зазором от аксиальной турбины 2 датчик-измеритель 9, например, индукционного типа (фиг. 2), а на лопасти аксиальной турбины 2 установлено средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем, которое выполнено в виде флажка 10 из магнитомягкой стали. Датчик-измеритель 9 соединен экранированными проводниками 11 с пластмассовой коробкой, в которой размещены цифровой индикатор 12, электронная схема счетчика 13, аккумулятор 14, кнопка включения индикатора в автономном режиме 15 и звуковой сигнализатор работы счетчика в автономном режиме 16. Для работы от электрической сети электронная схема счетчика подключена через соединительную коробку, имеющую возможность пломбирования.

На фиг. 3 между лопастями аксиальной турбины 2 на клапане 3 выполнены группы пазов 17 с началом у ступицы аксиальной турбины 2 и с выходом на периферии клапана 3.

Работа прибора происходит следующим образом. При открытии трубопровода, связанного с верхней частью корпуса 7, создается перепад давлений, под действием которого поплавок 1 поднимается и начинается движение потока газа или жидкости по стрелке "Б" и воздействие динамического давления на поплавок 1. Движущий поток создает вращающий момент поплавку 1 посредством аксиальной турбины 2. Поплавок 1 начинает вращаться. При этом флажок 10, проходя возле торца датчика-измерителя индуктивного типа 9, создает в нем импульс тока, который запоминается в электронной схеме счетчика 13. Пачка импульсов, соответствующая единице измерения газа или жидкости, например одному кубическому метру, посредством электронного счетчика 13 высвечивается на цифровом индикаторе 12. Для исключения сброса показаний цифрового индикатора 12 при случайном отключении электрической сети в электрической схеме счетчика 13 предусмотрен автомат переключения на автономный режим питания от аккумулятора 14. При этом в целях экономии энергии аккумулятора 14 цифровой индикатор 12 включается только на время съема показаний счетчика кнопкой 15. Автономный режим работы также сопровождается прерывистыми сигналами звука от зуммера 16, напоминающими о необходимости принятия мер по восстановлению работы электрической сети и регистрации показаний счетчика на момент ее отключения. Последнее необходимо при длительном отключении сети, превышающем ресурс работы аккумулятора. При небольших расходах, когда скорость потока мала, основной вращающий момент поплавку 1 создается турбиной в верхней части поплавка 1, имеющей форму дугообразных пазов 17 (фиг.3) на клапане 3. Это связано с тем, что дугообразные пазы 17 выведены на плоскости клапана 3 непосредственно к месту его посадки в гнездо корпуса 7. Чувствительность поплавка 1 к малым расходам также обеспечивается "оживлением" опор снятием момента трогания за счет его перемещения вверх и вибрацией от дугообразных пазов 17. При больших расходах за счет динамического давления поплавок 1 может перемещаться на расстояние до ограничителя 8 осевого перемещения поплавка. Для исключения этого осевое перемещение поплавка должно быть выбрано из условия обеспечения требуемого максимального расхода с запасом 1,1-1,5. Минимальная величина запаса 1,1 обеспечивает гарантированное отсутствие контакта верхней полуоси 4 и ограничителя 8 осевого перемещения поплавка при вращении поплавка. Практика показывает, что в этих случаях достаточно коэффициента 1,1. Максимальная величина запаса 1,5 обеспечивается необходимостью в некоторых случаях обезопасить от соударения верхнюю полуось 4 с ограничителем 8 осевого перемещения поплавка при резком включении расхода.

Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии с фиг.1-3, позволяет, с одной стороны, расширить функциональные возможности поплавкового расходомера, т.е. после взвешивания в потоке вещества заставить поплавок вращаться и по импульсам от его вращения определить объем вещества, а с другой стороны, повысить чувствительность счетчика к малым расходам и расширить диапазон измерений. Кроме того, взвешенный вращающийся поплавок имеет большой ресурс работы за счет разгрузки опор. Счетчик прост в изготовлении. Турбина изготавливается из пластмассового литья, корпус - стальное литье. Комплектующие элементы для электрической схемы: цифровой индикатор, микросхемы электронного счетчика, аккумулятор, кнопка, звуковой сигнализатор - выпускаются серийно. Введение в счетчик автономного режима повышает надежность показаний счетчика за счет сохранения их при случайном отключении электрической сети. Прибор может найти широкое применение в качестве бытового счетчика жидкости или газа.

Изобретение относится к приборам, измеряющим расход, массу или объем вещества, протекающего через трубопровод. Технический результат выражается в повышении чувствительности прибора к малым расходам. Поплавково-турбинный счетчик газа или жидкости содержит поплавок со ступицей, расположенный в направляющих опорах, ограничитель осевого перемещения поплавка, корпус и датчик-измеритель. Нижняя часть поплавка выполнена в виде аксиальной турбины, а верхняя часть поплавка - в виде клапана с турбиной, выполненной в форме дугообразных пазов на рабочей поверхности клапана. Лопасти аксиальной турбины подведены к клапану, а дугообразные пазы турбины в верхней части поплавка размещены группами между лопастями аксиальной турбины с началом у ступицы аксиальной турбины и с выходом на периферии клапана. В корпусе перпендикулярно к оси вращения поплавка установлен датчик-измеритель электрических импульсов и в зоне его торца на лопасти аксиальной турбины установлено средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поплавково-турбинный счетчик газа или жидкости, содержащий поплавок со ступицей, расположенный в направляющих опорах, ограничитель осевого перемещения поплавка, корпус и датчик-измеритель, отличающийся тем, что нижняя часть поплавка выполнена в виде аксиальной турбины, при этом верхняя часть поплавка выполнена в виде клапана с турбиной, а лопасти аксиальной турбины подведены к клапану, при этом в корпусе перпендикулярно к оси вращения поплавка установлен датчик-измеритель частоты вращения поплавка, а в зоне торца датчика-измерителя на лопасти аксиальной турбины установлено средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем, при этом датчик-измеритель подключен к цифровому электронному счетчику импульсов с цифровым индикатором, причем осевое перемещение поплавка до ограничителя выбрано из условия обеспечения требуемого максимального расхода с запасом 1,1-1,5, при этом ось вращения поплавка расположена вертикально. 2. Поплавково-турбинный счетчик по п. 1, отличающийся тем, что турбина в верхней части поплавка выполнена в виде дугообразных пазов на рабочей поверхности клапана, которые размещены группами между лопастями аксиальной турбины, с началом у ступицы аксиальной турбины и с выходом на периферии клапана. 3. Поплавково-турбинный счетчик по п. 1, отличающийся тем, что датчик-измеритель выполнен индуктивным. 4. Поплавково-турбинный счетчик по п. 1, отличающийся тем, что средство взаимодействия поплавка с датчиком-измерителем выполнено в виде флажка из магнитомягкой стали, размещенного на лопасти аксиальной турбины. 5. Поплавково-турбинный счетчик по п. 1, отличающийся тем, что электрическая схема счетчика подключена к электрической сети и снабжена автономным источником электрического питания, кнопкой включения цифрового индикатора в автономном режиме, звуковым сигнализатором режима автономной работы и электронным автоматом переключения на автономный режим при отключении электрической сети.