ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2014 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения расхода жидкостей и газов,

Известен турбинный расходомер (а.с. СССР №611113, кл. G01F 1/12, 15.06.78), содержащий корпус с измерительным каналом; входной обтекатель с устройством для снижения влияния вязкости среды; выходной обтекатель; турбинку, на лопастях которой со стороны входа потока установлено профилированное кольцо с наружной поверхностью, расширяющейся в направлении потока, образующее кольцевые зазоры со ступицей турбинки и с входным обтекателем, а на стенке измерительного канала напротив профилированного кольца выполнен кольцевой выступ.

Конструкция такого расходомера не обеспечивает полного гидродинамического уравновешивания турбинки во всем диапазоне расходов, имеет повышенные потери напора в связи с уменьшением проходного сечения в области кольцевого выступа и профилированного кольца. Эксплуатационным недостатком являются малые зазоры между профилированным кольцом и входным обтекателем.

Известен турбинный расходомер (патент на пол. мод. RU №93527 Ul G01F 1/10 от 27.04.2010, №12), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с устройством гидродинамического уравновешивания в виде одного или двух торцевых конических буртиков с закрепленными на ней лопастями и кольцевым телом сопротивления; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. В этом расходомере в торцевой части ребер струенаправляющего аппарата со стороны турбинки выполнено углубление (например, кольцевой формы), внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра кольцевого тела сопротивления, а внешний диаметр больше внешнего диаметра кольцевого тела сопротивления, при этом винтовой шаг лопастей турбинки, расположенных между кольцевым телом сопротивления и ступицей, может быть больше или меньше винтового шага лопастей турбинки на внешней стороне кольцевого тела сопротивления, а длина кольцевого тела сопротивления больше осевой длины лопастей турбинки.

Такая турбинка обладает повышенным гидравлическим сопротивлением, что оказывает негативное влияние на ее гидродинамическое уравновешивание и метрологические характеристики.

В качестве прототипа выбран турбинный расходомер (патент на пол. мод. RU №113351 U1 G01F 1/10 от 10.02.2012, №4), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно по ходу потока размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с лопастями, связанными по внешнему периметру с кольцевым телом обтекания с образованием внутреннего лопастного венца упомянутого кольцевого тела обтекания, имеющего также внешний лопастной венец; устройство гидродинамического уравновешивания в виде одного или двух конических буртиков, образованных на торцах ступицы; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. При этом кольцевое тело обтекания вместе с внешним лопастным венцом выполнено с осевым смещением по отношению к внутреннему лопастному венцу. Также внешний лопастной венец может быть выполнен с осевым смещением по отношению к внутреннему лопастному венцу в направлении к переднему или к заднему обтекателю.

В этой конструкции, наряду с тем что турбинка обладает повышенным гидравлическим сопротивлением и оказывает негативное влияние на ее гидродинамическое уравновешивание и метрологические характеристики, требуется сложная технология для изготовления турбинки вместе с буртиками для обеспечения гидродинамического уравновешивания.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, обеспечение надежности гидродинамического уравновешивания турбинки в широком диапазоне измеряемых расходов, в том числе и на максимальных расходах, расширение диапазона измерений, повышение чувствительности на малых расходах, повышение точности измерений, увеличение ресурса работы, снижении потерь напора, упрощение технологии изготовления турбинки вместе с устройством для ее гидродинамического уравновешивания.

Указанный технический результат достигается в турбинном расходомере, содержащем корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с лопастями, на которых закреплено кольцевое тело обтекания с лопастями на его внешней стороне и лопастями, закрепленными на его внутренней стороне; устройством гидродинамического уравновешивания в виде кольцевого буртика, выполненного с противоположного входу потока торце ступицы, диаметром больше диаметра ступицы с продольными сквозными каналами, проходящими через упомянутый кольцевой буртик; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. При этом высота лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, меньше или равна расстоянию между кольцевым телом обтекания и кольцевым буртиком. В кольцевом буртике выполнены продольные сквозные каналы. Продольные сквозные каналы в кольцевом буртике расположены против лопастей, на которых закреплено кольцевое тело обтекания.

На фигуре 1 схематически показано устройство предлагаемого турбинного расходомера.

На фигуре 2 показано устройство турбинки с кольцевым буртиком и сквозными каналами, проходящими через него.

Предлагаемый турбинный расходомер (фиг.1) содержит корпус 1 с измерительным каналом 2, в котором расположены: струенаправляющий аппарат в виде ребер 3 с передним обтекателем 4; турбинка (фиг.2), установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, состоит из ступицы 5 с лопастями 6, на которых закреплено кольцевое тело обтекания 7 с лопастями 8 на его внешней стороне и лопастями 9 высотой А, закрепленными на его внутренней стороне, устройство для гидродинамического уравновешивания турбинки в виде кольцевого буртика 10 с продольными сквозными каналами 11; струевыпрямитель с задним обтекателем 12; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал 13.

Турбинный расходомер работает следующим образом. При движении измеряемой среды по каналу 2 через струенаправляющий аппарат 3, в зазоре между передним обтекателем 4 и ступицей 5 турбинки создается пониженное статическое давление. На торцевую часть ступицы турбинки и кольцевой буртик со стороны заднего обтекателя действует динамический напор. В результате появляется сила, действующая на турбинку против потока. Турбинка начинает перемещаться в сторону переднего обтекателя. При движении турбинки против потока увеличивается гидродинамическое сопротивления и сила, действующая на турбинку по потоку, возрастает. При этом увеличивается зазор между торцом ступицы и задним обтекателем и часть потока проходит по каналам в кольцевом буртике. Все это приводит к уменьшению силы динамического напора, действующего на турбинку против потока. Силы, действующие на турбинку по потоку и против потока, уравновешиваются и, при дальнейшем расходе, турбинка остается в уравновешенном состоянии.

В связи с тем, что лопасти, закрепленные на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, выполнены высотой А, то между упомянутыми лопастями и ступицей образуется зазор, что уменьшает гидравлическое сопротивление и совместно с наличием сквозных каналов в кольцевом буртике приводит к уменьшению силы давления на турбинку. Поток, проходящий через сквозные продольные каналы в кольцевом буртике, позволяет обеспечивать оптимальные условия для гидродинамического уравновешивания турбинки.

Кольцевое тело обтекания в турбинке делит поток на два кольцевых потока, что вместе с наличием лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, и сквозных продольных каналов в кольцевом буртике дает возможность сформировать оптимальную эпюру распределения скоростей потоков, действующих на лопасти турбинки, и повысить степень турбулентности. Все это позволяет повысить чувствительность и расширить диапазон измерений в сторону малых расходов.

Указанное техническое решение позволяет получить турбинный расходомер с гидродинамически уравновешенной турбинкой в широком диапазоне расходов, расширить диапазон измерений, повысить чувствительность, уменьшить гидравлическое сопротивление турбинки, увеличить ресурс работы, упростить технологию изготовления турбинки.

Турбинный расходомер содержит корпус с измерительным каналом, в котором между двумя обтекателями, соответственно струенаправляющего аппарата и струевыпрямителя, с возможностью осевого перемещения и вращения расположена турбинка, а также узел съема сигнала. На ступице турбинки расположены лопасти, на которых закреплено кольцевое тело обтекания с лопастями на его внешней стороне и лопастями, закрепленными на внутренней стороне упомянутого кольцевого тела обтекания. Для обеспечения гидродинамического уравновешивания турбинки на торце ступицы с противоположной входу стороне расположен кольцевой буртик, в котором выполнены продольные сквозные каналы, расположенные против лопастей, на которых закреплено кольцевое тело обтекания. Высота лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, меньше или равна расстоянию между кольцевым телом обтекания и кольцевым буртиком. Технический результат - обеспечение надежности гидродинамического уравновешивания турбинки в широком диапазоне измеряемых расходов, в том числе и на максимальных расходах, расширение диапазона измерений, повышение чувствительности на малых расходах, повышение точности измерений, увеличение ресурса работы, снижение потерь напора, упрощение технологии изготовления турбинки вместе с устройством для ее гидродинамического уравновешивания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с лопастями, на которых закреплено кольцевое тело обтекания с лопастями на его внешней стороне и лопастями, закрепленными на его внутренней стороне; устройством гидродинамического уравновешивания в виде кольцевого буртика, выполненного с противоположного входу потока торце ступицы, диаметром больше диаметра ступицы, со сквозными продольными каналами, проходящими через упомянутый буртик; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал, отличающийся тем, что высота лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, меньше или равна расстоянию между кольцевым телом обтекания и кольцевым буртиком.

2. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом буртике выполнены продольные сквозные каналы.

3. Турбинный расходомер по п.2, отличающийся тем, что продольные сквозные каналы в кольцевом буртике расположены против лопастей, на которых закреплено кольцевое тело обтекания.