Турбинный преобразователь расхода Советский патент 1992 года по МПК G01F1/10 G01F1/06 

/

Ё

Использование: для измерения расхода и количества газа или жидкости в различных отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения; турбинный преобразователь расхода содержит корпус с входным и выходным патрубками, измерительную крыльчатку, первый и второй струенаправляющие элементы с коаксиальными ступицами, образующие внешний и внутренний кольцевые каналы, узел съема сигнала. Крыльчатка выполнена с кольцевым бандажом, установленным на наружной поверхности ее лопастей. Лопасти выполнены с каналами. Коаксиальные ступицы струенаправляющих элементов выполнены коническими. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расхода и количества газа или жидкости в различных отраслях народного хозяйства, например, в нефтяной и газовой промышленности.

Известен турбинный преобразователь расхода, содержащий аксиальную крыльчатку, на передних лопастях которой, с целью уменьшения влияния вязкости на результаты измерений, установлены дополнительные лопасти, образующие с основными лопастями щели.

Линейность градуировочной зависимости, а следовательно и точное ь измерений недостаточно высокие, поскольку подъемная сила, определяющая движущий момент вращения крыльчатки, не пропорциональна скорости потока.

Наиболее близким к изобретению является турбинный преобразователь расхода, содержащий корпус, струенаправляющие

элементы, снабженные коаксиальными ступицами, образующими внешний и внутренний кольцевые каналы, измерительную крыльчатку, лопасти которой установлены во внешнем кольцевом канале.

Недостатком известного преобразователя является то, что дополнительные погрешности измерения, вызванные изменением вязкости среды по сравнению с вязкостью градуировочной среды (обычно воздуха и воды), недопустимо высоки, поскольку трение о боковые поверхности лопастей является превалирующим фактором, определяющим как линейность градуировочной зависимости, так и величины допол- нительных погрешностей от влияния вязкости среды. Отсюда низкая точность измерений в условиях эксплуатации, особенно для сред с высокой вязкостью и сред с переменной вязкостью.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

VJ

сл о ч

о .(Яь

Поставленная цель достигается тем, что у турбинного преобразователя расхода, содержащего корпус с входным и выходным патрубками, измерительную крыльчатку, первый и второй струенаправляющие элементы с коаксиальными ступицами, образующими внешний и внутренний кольцевые каналы и установленные соответственно до и после крыльчатки, и узел съема сигнала, крыльчатка снабжена кольцевым бандажом, установленным на наружных поверхностях ее лопастей, наружная и внутренняя поверхности бандажа расположены, соответственно, во внешнем и внутреннем кольцевых каналах, а лопасти крыльчатки выполнены с каналами, входы которых расположены на боковых поверхностях лопастей со стороны входного патрубка, а выходы - на наружной поверхности кольцевого бандажа.

Второй целью изобретения является повышение перепада давления между входными и выходными отверстиями каналов.

Поставленная цель достигается тем, что коаксиальные ступицы первого и второго струенаправляющих элементов выполнены коническими, причем вершина коаксиальной ступицы первого струенаправляющего элемента расположена со стороны входного патрубка, а вершина коаксиальной ступицы второго струенаправляющего элемента со стороны выходного патрубка.

На фиг. 1 схематично изображен турбинный преобразователь, продольный разрез; на фиг. 2 - градуировочные зависимости турбинных преобразователей расхода.

Зависимости а и б являются градуиро- вочными зависимостями известного турбинного преобразователя расхода при минимальной и максимальной в условиях эксплуатации вязкости измеряемой среды, в и г-зависимости для предлагаемого турбинного преобразователя расхода.

Турбинный преобразователь расхода (фиг. 1), содержит корпус 1, струенаправляющие элементы 2 и 3, снабженные коаксиальными ступицами 4 и 5, образующими внешний и внутренний кольцевые каналы 6,7, крыльчатку 8, установленную на подшипниковых опорах 9, на наружных поверхностях которой размещен кольцевой бандаж 10, узел 11 съема сигналов. Лопасти крыльчатки 8 расположены во внутреннем кольцевом канале 7 и имеют каналы 12, входы которых расположены на боковых поверхностях лопастей со стороны входного патрубка, а выходы - на наружной поверхности кольцевого бандажа 10.

Турбинный преобразователь расхода работает следующим образом.

Измеряемая среда в корпусе 1 делится коаксиальной ступицей 4 струенаправляющего элемента 2 на два потока. Первый поток проходит через внешний кольцевой канал 6. Второй поток проходит через внутренний кольцевой канал 7 и приводит во вращение крыльчатку 8, установленную на

подшипниках 9. В узле 11 съема сигналов вращение крыльчатки 8 преобразуется в электрический частотный сигнал, пропорциональный расходу измеряемой среды. Частотный сигнал поступает на вход

вычислительного устройства (не показано), в котором вычисляется текущее значение расхода измеряемой среды.

Поток вязкой среды образует на лопастях крыльчатки 8 пограничные слои, которыс являются одной из причин нелинейности градуировочной зависимости и причиной ее смещения в условиях эксплуатации. Через каналы 12, размещенные в лопастях крыльчатки 8 осуществляется автоматический отсос пограничного слоя с боковых поверхностей лопастей. Отсос пограничного слоя возможен при наличии разности давления между входными и выходными отверстиями каналов 12. Даже при

величинах расхода отсасываемой среды, составляющих 0,001 от основного расхода измеряемой среды трение о лопасти крыльчатки не зависит от вязкости среды. Поскольку наружные кромки лопастей являются турбулизаторами потока, а в условиях срыва потока возможны пульсации давления, то на наружных поверхностях лопастей установлен кольцевой бандаж 10, исключающий подобные явления.

Таким образом, указанные мероприятия значительно уменьшают нелинейность градуировочной зависимости и снижает дополнительные погрешности измерения от влияния вязкости среды, тем самым повышается точность измерения расхода.

На фиг, 2 проиллюстрировано изменение градуировочной зависимости при изменении вязкости измеряемой среды у предлагаемого турбинного преобразователя расхода ( Д К2) и у известного { Д Ki). например, у турбинного преобразователя расхода - счетчика ТУРГАС причем

Д«2 ДК1.

Отсос необходимого количества изме- ряемой среды возможен лишь при обеспечении для каналов 13 коэффициентов расхода больших предельной величины

//пред 0,001 Q Vp/ДрЛО -у) F.

где Q - расход среды через турбинный преобразователь расхода;

р - плотность среды;

АР- разность давлений между внутренним и внешним кольцевыми каналами;

у- коэффициент деления потоков;

F - площадь сечения внутреннего кольцевого канала.

Из формулы видно, что чем больше величина перепада давления между потоками в кольцевых каналах 6 и 7, тем меньше будет предельное значение коэффициента расхода. Поэтому для повышения разности давления между входными и выходными отверстиями каналов 12 коаксиальные ступицы струенаправляющих элементов 2 и 3 выполнены коническими, причем вершина коаксиальной ступицы сгруенаправляюще- го элемента 2 расположена со стороны входного патрубка, а коаксиальная ступица 5 струенаправляющего элемента 3 со стороны выходного патрубка. Это позволяет существенно увеличить скорость среды прилегающей к наружной поверхности коаксиальных ступиц 4 и 5 и соответственно снизить давление вблизи выходных отверстий канала 13. Разность давлений при этом увеличивается.

В конечном итоге указанные мероприятия позволяют значительно повысить эффект компенсации влияния вязкости на результаты измерений. Правильным подбором геометрических размеров крыльчатки 8, струенаправляющих элементов 2 и 3 каналов 12 (в том числе их формой, количеством и расположением на лопасти) можно

достичь практически полной компенсации влияния вязкости в широком спектре эксплуатационных условий.

Формула изобретения

струенаправляющих элементов выполнены коническими, причем вершина коаксиальной ступицы первого струенаправляющего элемента расположена со стороны входного патрубка, а вершина коасиальной ступицы

второго струенаправлящего элемента - со стороны выходного патрубка.

К

Ди&ПЪзОН иЗ ЧЕрЈНЦД

Фиг. 2..