СЧЕТЧИК ГАЗА - РАСХОДОМЕР Российский патент 2015 года по МПК G01F1/06 

Изобретение относится к области измерения объема (расхода) газа, протекающего по трубопроводам и поступающего к потребителю под относительно низким давлением (от 0,05 кг/см²) с расходом от 0,01 до 15 м³/час. Изобретение может быть использовано в системе газоснабжения коммунального хозяйства и предприятий, а также в быту для индивидуальных потребителей.

Известен счетчик газа - расходомер турбинного типа, содержащий вертикальный датчик, корпус с калиброванным каналом, в верхней части которого смонтирован полый усеченный конус с вершиной на входе потока, вал с турбинкой, компенсационный диск подъемного элемента и электрический преобразователь; с целью обеспечения возможности измерения расхода нисходящего потока жидкости, в нем подъемный элемент выполнен в виде закрепленного на одном с турбинкой валу и помещенного в обтекатель кольцевого шнека, имеющего направление винтовой линии, аналогичное направлению винтовой линии лопаток турбинки, SU 265478, 01.01.1970.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и достаточно большая погрешность. Его применение при среднем (1-1,5 кг/см²) и низком (0,05-0,7 кг/см²) давлении, а также малых (бытовых) расходах газа (0,5-1 м³/час) практически невозможно. Устройство может работать только в вертикальном положении, при работе в горизонтальном положении погрешность измерений значительно возрастает из-за появления моментов реактивных сил в опорах вала, на который насажена турбинка.

Известен также турбинный расходомер, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенную соосно входному патрубку гидродинамически уравновешенную турбинку, выполненную в виде диска с тангенциальными окнами на боковой поверхности, при этом ее диаметр превышает диаметр входного канала, а также узел съема частоты вращения турбинки; диск со стороны выходного патрубка выполнен с глухой стенкой, а со стороны входного патрубка конусным, при этом входной патрубок по форме повторяет входной торец турбинки, SU 1691687 А1, 15.11.1991.

Недостатком данного расходомера так же, как и вышеописанного аналога, является то обстоятельство, что он может работать только в вертикальном положении из-за недопустимо больших погрешностей при работе в горизонтальном положении. Кроме того, следует отметить, что значительная часть разветвляющегося потока газа проходит в зазор между турбинкой и корпусом, в результате чего при малых расходах и давлениях газа устройство практически неработоспособно, либо результаты измерений имеют весьма большую погрешность.

Известен также счетчик газа - расходомер, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, последовательно соединенные между собой входную, выходную и промежуточную полости, опору с конической поверхностью, чувствительный элемент, выполненный в виде конуса с валом, на котором закреплена турбинка, и регистрирующее устройство; устройство содержит основание с радиальными отверстиями, жестко связанное с опорой, снабженной осесимметричными отверстиями, выполненными под углом 44-46° к оси конуса чувствительного элемента, турбинка которого установлена соосно с кольцевым зазором относительно основания и снабжена тангенциальными отверстиями, наружная поверхность конуса чувствительного элемента снабжена пазами, выполненными по винтовой линии, конус выполнен с конусностью 92°±5′, коническая поверхность опоры - с конусом 90°±15′, а части кольцевого зазора, образованные верхними и нижними цилиндрическими поверхностями основания и турбинки, связаны между собой конической частью зазора, образованного их коническими поверхностями, при этом нижняя часть зазора выполнена с величиной не менее двух пограничных слоев рабочего тела, а коническая часть зазора - с величиной, определяемой минимальным и максимальным расходом рабочего тела, RU 2123666 С1, 20.12.1998.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Устройство обеспечивает возможность функционирования при относительно малых расходах и давлениях, однако обладает удовлетворительной чувствительностью только при весьма точной его установке таким образом, что ось вращения подвижных элементов (турбинки и чувствительного элемента) строго вертикальна. Обеспечить это при первичном монтаже устройства, а также переустановке при периодических метрологических поверках практически невозможно или весьма трудоемко, особенно с учетом массового использования счетчиков в коммунальном хозяйстве. Вместе с тем даже незначительное отклонение оси вращения турбинки и чувствительного элемента от вертикального положения влечет за собой существенное увеличение погрешности измерений. Даже при отклонении этой оси на 2-3° погрешность измерений возрастает на 3-5% при допустимой погрешности не более 1,5%.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение погрешности измерений при отклонении устройства при его установке от заданного положения.

Согласно изобретению счетчик газа - расходомер, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, последовательно соединенные между собой входную, промежуточную и выходную полости, чувствительный элемент в виде конуса с валом, на котором закреплена турбинка, наружная поверхность конуса снабжена пазами, выполненными по винтовой линии, а также содержащий опору конуса, выполненную с конической поверхностью, обращенной к конусу, основание с радиальными отверстиями, относительно которого турбинка установлена с зазором, и регистрирующее устройство, снабжен стаканом, сопряженным с корпусом посредством шарового шарнирного соединения, при этом регистрирующее устройство, опора конуса и основание с радиальными отверстиями размещены внутри стакана и жестко с ним соединены; корпус может быть выполнен из двух отдельных частей - верхней, содержащей стакан с расположенными в нем элементами, и нижней, содержащей входной и выходной патрубки.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков п.1 формулы изобретения достигается технический результат, состоящий в компенсации отклонений устройства при его установке от заданного положения за счет автоматического обеспечения строго вертикального положения оси вращения подвижных элементов устройства.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.

Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Выполнение корпуса из двух частей обеспечивает возможность отсоединения для метрологической проверки верхней части корпуса от нижней без снятия последней с трубопровода потребителя, что упрощает монтаж устройства после проверки, который сводится только к соединению обеих частей корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - продольный разрез устройства по оси вращения подвижных элементов;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг Л;

на фиг.3 - фрагмент Б на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1;

на фиг.5 - чувствительный элемент в виде конуса, вид спереди;

на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.5;

на фиг.7 - устройство при его отклонении на угол α от заданного положения при установке; ось вращения подвижных элементов сохраняет при этом вертикальное положение;

на фиг.8 - вариант устройства в соответствии с п.2 формулы полезной модели.

Счетчик газа - расходомер содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Входная 4, промежуточная 5 и выходная 6 полости последовательно соединены между собой. Чувствительный элемент выполнен в виде конуса 7 с валом 8, на котором закреплена турбинка 9. В верхней части корпуса 1 выполнены сквозные отверстия 10. Наружная поверхность конуса 7 снабжена пазами 11, выполненными по винтовой линии (фиг.5), придающими конусу 7 дополнительное вращение. Устройство содержит опору 12 конуса, выполненную с конической поверхностью, обращенной к конусу 7, основание 13 с радиальными отверстиями 14, относительно которого турбинка 9 установлена с зазором, и регистрирующее устройство 17.

Счетчик газа - расходомер снабжен стаканом 15, который сопряжен с корпусом 1 посредством шарового шарнирного соединения 16 через слой смазывающего вещества. Регистрирующее устройство 17 размещено внутри стакана 15 и соединено с ним посредством перегородки 21 с отверстиями 22. Также внутри стакана 15 размещены и соединены с ним опора 12 конуса 7 и основание 13. Корпус 1 закрыт съемной крышкой 18. Выходной патрубок 3 сообщается с выходной полостью посредством отверстий 19, а входной патрубок 2 сообщается с входной полостью 4 посредством отверстий 20. Для упрощения демонтажа и повторной установки счетчика корпус 1 может быть выполнен из двух отдельных, жестко между собой соединенных частей - верхней, содержащей стакан 15 с укрепленными в нем элементами, и нижней, содержащей входной 2 и выходной 3 патрубки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении (отбор газа не производится) полости 4, 5, 6 находятся под давлением газа, равным давлению в трубопроводе. Турбинка 9 чувствительного элемента находится в неподвижном состоянии. Конус 7 лежит на опоре 12.

При отборе газа потребителем понижается давление в выходном патрубке 3 и выходной полости 6. Из-за образовавшегося перепада давлений между выходной полостью 6 и входной полостью 4 газ из входного патрубка 2 через отверстия 20 в корпусе 1 и далее через радиальные отверстия 14 в основании 13 попадает в промежуточную полость 5. Проходя через радиальные отверстия в основании 13 и турбинку 9, газ начинает вращать турбинку 9 и соединенный с ней через вал 8 конус 7, при этом конус 7 приподнимается с образованием зазора между ним и опорой 12. Из промежуточной полости 5 газ попадает в зазор между конусом 7 и опорой 12. Проходя через указанный зазор, газ затем проходит через отверстия 22 в перегородке 27, отверстия 10 в корпусе 1, попадает в выходную полость 6 и через выходной патрубок поступает к потребителю.

В качестве регистрирующего устройства 17 в конкретном примере использован датчик вращения MRUS74X производства фирмы Texas Intstruments, США. Устройство 17 регистрирует обороты конуса 7 и выдает соответствующий сигнал на микроконтроллер (на чертежах не показан). В данном примере использован микроконтроллер STM32L100C6U6 (Китай). Микроконтроллер преобразует сигнал, поступающий от регистрирующего устройства 17, в значение объема газа, прошедшего через счетчик, либо в расход газа. Информация об объеме/расходе газа отображается на цифровом индикаторе.

При прекращении отбора газа давление в полостях 4,5,6 выравнивается. Конус 7 опускается на опору 12 под действием собственного веса и веса, соединенной с ним турбинки 9, перекрывая зазор между конусом 7 и опорой 12. В случае неточности установки счетчика газа - расходомера на трубопроводе эта неточность компенсируется за счет поворота стакана 15, поскольку при смещении вертикальной оси симметрии корпуса 1 на угол α на стакан 15 действует крутящий момент, величина которого зависит от расстояния L и массы внутренних элементов (стакана 15, конуса 7, турбинки 9, опоры 12, основания 13, перегородки с регистрирующим устройством 17).

М_кр=mgLsin(α)-M_тр,

где М_кр - крутящий момент, действующий на стакан 15;

m - суммарная масса стакана 15 и находящихся в нем элементов;

g - ускорение свободного падения;

L - координата общего центра тяжести стакана 15 и закрепленных в нем элементов относительно центра сферической поверхности 16;

α - угол отклонения оси корпуса 1 от вертикали;

М_тр - момент трения в слое смазывающего вещества между сопрягаемыми сферическими поверхностями стакана 15 и корпуса 1.

В результате действия на стакан 15 крутящего момента М_кр сохраняется вертикальное положение оси 23 вращения подвижных элементов устройства, что обеспечивает уменьшение погрешности измерений при отклонении устройства от заданного положения при его установке на трубопроводе.

Изготовлены и испытаны опытные образцы устройства. Испытания показали, что счетчик функционирует без дополнительной погрешности при значениях угла α в пределах ±14°.

Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к области измерения объема (расхода) газа, протекающего по трубопроводам и поступающего к потребителю под относительно низким давлением (от 0,05 кг/см²) с расходом от 0,01 до 15 м³/час. Изобретение может быть использовано в системе газоснабжения коммунального хозяйства и предприятий, а также в быту для индивидуальных потребителей. Счетчик газа - расходомер, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, последовательно соединенные между собой входную, промежуточную и выходную полости, чувствительный элемент в виде конуса с валом, на котором закреплена турбинка, наружная поверхность конуса снабжена пазами, выполненными по винтовой линии, а также содержащий опору конуса, выполненную с конической поверхностью, обращенной к конусу, основание с радиальными отверстиями, относительно которого турбинка установлена с зазором, и регистрирующее устройство, снабжен стаканом, сопряженным с корпусом посредством шарового шарнирного соединения, при этом регистрирующее устройство, опора конуса и основание с радиальными отверстиями размещены внутри стакана и жестко с ним соединены; корпус может быть выполнен из двух отдельных частей - верхней, содержащей стакан с расположенными в нем элементами, и нижней, содержащей входной и выходной патрубки. Технический результат - уменьшение погрешности измерений при отклонении устройства при его установке от заданного положения. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Счетчик газа - расходомер, содержащий корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, последовательно соединенные между собой входную 4, промежуточную 5 и выходную 6 полости, чувствительный элемент в виде конуса 7 с валом 8, на котором закреплена турбинка 9, наружная поверхность конуса 7 снабжена пазами 11, выполненными по винтовой линии, опору 12 конуса 7, выполненную с конической поверхностью, обращенной к конусу 7, основание 13 с радиальными отверстиями 14, относительно которого турбинка 9 установлена с зазором, и регистрирующее устройство 17, отличающийся тем, что снабжен стаканом 15, сопряженным с корпусом 1 посредством шарового шарнирного соединения 16, при этом регистрирующее устройство 17, опора 12 конуса 7 и основание 13 с радиальными отверстиями 14 размещены внутри стакана 15 и жестко с ним соединены.

2. Счетчик газа - расходомер по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух отдельных частей - верхней, содержащей стакан 15 с расположенными в нем элементами, и нижней, содержащей входной и выходной патрубки.