ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2003 года по МПК G01F1/10 

Предлагаемый расходомер относится к приборостроению, в частности к устройствам, предназначенным для измерения объемного расхода текучих сред, и может найти применение в различных областях промышленности.

Известны турбинные расходомеры (авт. свид. СССР 422960, 896418, 979859, 1273749, 1763892, 1797692, 1830135; патенты РФ 2017067, 2030713; патенты США 3204457, 3693439, 3807230, 4417479, 4704967; патент Великобритании 2166550; патент ФРГ 2756873; патент Японии 56-565; Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., 1989 и другие).

Из известных расходомеров наиболее близким к предлагаемому является "Турбинный расходомер" (авт. свид. СССР 979859, G 01 F 1/10, 1981), который и выбран в качестве ближайшего аналога.

Указанный расходомер позволяет выравнивать профиль скорости в широком диапазоне расхода и применять его для измерения объемного расхода жидкостей, содержащих взвешенные частицы. Кроме того, выполнение турбулизирующего элемента в виде неподвижно установленной конической спирали позволяет использовать его в расходомерах с малым сечением проходного канала (d=4мм).

Недостатком данного расходомера является низкая чувствительность и точность измерения объемного расхода текущих сред при малой скорости.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности и точности измерения объемного расхода текущих сред в широком динамическом диапазоне их скоростей.

Поставленная задача решается тем, что турбинный расходомер, содержащий корпус с калиброванным каналом для контролируемой среды, чувствительный элемент в виде турбинки и турбулизирующий элемент, установленный перед турбинкой и выполненный в виде конической упругой спирали, большой виток которой закреплен на входе калибровочного канала, по его периметру, а сужающаяся часть ориентирована в направлении потока среды, снабжен герконом, источником питания и счетчиком, причем корпус выполнен из пластмассы, крыльчатка турбинки выполнена из немагнитного материала, а некоторые ее лопасти снабжены магнитными вставками, у выпуклой части корпуса снизу установлен геркон, соединенный одним выводом с плюсовой шиной источника питания, а другой - через счетчик с минусовой шиной источника питания.

Предлагаемый турбинный расходомер схематично представлен на чертеже.

Турбинный расходомер состоит из корпуса 1 с проходным калиброванным каналом 2 для контролируемой среды. В рабочей полости корпуса 1 размещена гидравлическая турбинка 3, установленная на подшипниковых опорах 4. В проходном канале перед турбинкой 3 установлен турбулизирующий элемент 6, представляющий собой коническую спираль, сужающуюся по направлению потока и неподвижно закрепленным на входе канала, по его периметру, витком, лежащим в основании конуса. Коническая спираль выполняется из упругой проволоки круглого поперечного сечения и может иметь цилиндрическую часть, служащую для фиксации ее во входном канале. Корпус 1 выполнен из пластмассы и вставлен в разрыв трубопровода 8 с помощью стяжных хомутов 7. Крыльчатка турбинки 3, выполнена из немагнитного материала, а некоторые ее лопасти имеют магнитные вставки 5. У выпуклой части корпуса 1 снизу установлен геркон 9, соединенный одним выводом с плюсовой шиной источника 10 питания, а другой - через счетчик 11 с минусовой шиной источника 10 питания.

Расходомер работает следующим образом.

Принцип действия расходомера основан на реактивном действии струи контролируемой среды, воздействующей на крыльчатку турбинки 3. Учитывая, что объем контролируемой среды, ограниченный лопатками трубинки, имеет фиксированную величину, число оборотов крыльчатки оказывается пропорциональным объему контролируемой среды, проходящему через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.

Таким образом, подсчитав число оборотов крыльчатки, можно определить объем контролируемой среды, протекающей через поперечное сечение трубопровода.

При протекании контролируемого потока через участок канала с конической спиралью, поток как бы разбивается на струи: непосредственные витки спирали создают сопротивление потоку, вследствие чего позади них образуется след с уменьшенной скоростью течения жидкости, а между витками скорость струй потока увеличивается. За спиралью струи стремятся проникнуть в зону с меньшей скоростью, происходит перемешивание жидкости, что приводит к выравниванию скоростей течения жидкости, т.е. профиль эпюры скоростей становится более равномерным по течению, чем до спирали. При попадании мелких частиц в спираль ее гидравлическое сопротивление потоку увеличивается, вследствие чего спираль упруго растягивается в осевом направлении, шаг ее увеличивается и попавшие частицы проходят между ее витками.

Под действием потока турбинка 3 вращается с угловой скоростью ω, пропорциональной расходу Q.

Уравнение равномерного движения турбинки 3 имеет вид
M_дв = ∑ M_c,
где М_дв - движущий момент на роторе турбинки;
M_с - сумма моментов сопротивления вращению турбинки.

На основе уравнения Эйлера для осевого входа
M_дв = a•ρ•Q²-b•ρ•Q•ω,
где a, b - коэффициенты, определяемые конструктивными параметрами турбинки.

На турбинку действуют моменты сил трения жидкости, трения в опорах и ряд других. Действие этих моментов определяет зону нечувствительности расходомера, которая определяется тем наименьшим расходом Q_min, который необходим для того, чтобы преодолеть моменты сопротивления и сдвинуть турбинку 3 с места или изменить ее установившуюся скорость вращения. С учетом этого можно записать:
ω = (Q-Q_min)•A,
где
Коэффициенты А и Q_min определяются в процессе градуировочного расчета. При этом область линейной зависимости ω=f(Q) определяется зоной наименьшего коэффициента А и величиной Q_min.

Для реализации подсчета числа оборотов крыльчатки турбинки 3 в нее впресованы магнитные вставки 5, которые проходя вблизи расположенного с внешней стороны корпуса 1 геркона 9, приводят к замыканию его контактов. Число крыльев крыльчатки, а также число магнитных вставок 5 определяется требуемой точностью измерения объема контролируемой среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода.

Число оборотов крыльчатки турбинки 3 подсчитывается счетчиком 11, который подсчитывает число замыканий геркона 9. Счетчик 11 может быть выполнен на базе реле.

Таким образом, предлагаемый расходомер по сравнению с прототипом обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения объема расхода текущих сред в широком динамическом диапазоне их скоростей.

Предлагаемый расходомер относится к приборостроению, в частности к устройствам, предназначенным для измерения объемного расхода текучих сред, и может найти применение в различных областях промышленности. Технической задачей изобретения является повышение чувствительности и точности измерения объемного расхода текущих сред в широком динамическом диапазоне их скоростей. Сущность: турбинный расходомер содержит корпус 1, калиброванный канал 2, гидравлическую турбину 3, подшипниковые опоры 4, магнитные вставки 5, турбулизирующий элемент 6, стяжные хомуты 7, трубопровод 8, геркон 9, источник 10 питания и счетчик 11. 1 ил.

Турбинный расходомер, содержащий корпус с калиброванным каналом для контролируемой среды, чувствительный элемент в виде турбинки и турбулизирующий элемент, установленный перед турбинкой и выполненный в виде конической упругой спирали, большой виток которой закреплен на входе калиброванного канала, по его периметру, а сужающаяся часть ориентирована в направлении потока среды, отличающийся тем, что он снабжен герконом, источником питания и счетчиком, причем корпус выполнен из пластмассы, крыльчатка турбинки выполнена из немагнитного материала, а некоторые ее лопасти снабжены магнитными вставками, у выпуклой части корпуса снизу установлен геркон, соединенный одним выводом с плюсовой шиной источника питания, а другой - через счетчик с минусовой шиной источника питания.