ТУРБИННЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ С РАЗГРУЖЕННЫМИ Советский патент 1971 года по МПК G01P5/07 

Изобретение относится к измерительному приборостроению.

Известны глубинные датчики скорости с разгруженными подшипниками, содержащие корпус, турбину Каплана, установленную в подшинниках, обтекатель переднего подшипника, узел разгрузки от осевой силы заднего подшипника в виде канала, сообш,аюшего полости подшипника с пространством полного напора потока.

В известных конструкциях полный напор подводится к кормовому торцу ступицы через центральное отверстие передней опоры ротора и далее по каналу вдоль оси ступицы.

Недостатками такой конструкции являются значительные потери скоростного напора в зазоре переднего торца и возможность усиленного засорения подшипников взвешенными в потоке частицами.

Кроме того, в сушествуюших датчиках, расположенных в открытом потоке жидкости, возможны сушественные погрешности измерений от изменения местных углов скоса потока относительно оси ротора.

Для снижения порога чувствительности, увеличения эффективности компенсации осевой силы в предлагаемом датчике обтекатель переднего подшипника содержит ряд отверстий по окружности, сообщающих зону минимального давления набегающего потока с нередней

торцовой плоскостью турбины, а в торце обтекателя выполнена полость в виде усеченного конуса, меньшее основание которого совпадает с торцом, при этом в этой полости размещен передний конец турбины, обточенный в виде усеченного конуса, большее основание которого совпадает с торцом, а узгл разгрузки от осевой силы заднего нодшппника снабжен приемником полного напора, установленным вне корпуса.

Для уменьшения засорення подшипников в их вкладышах выполнены продольные пазы.

Кроме того, для уменьшения влияния местного скоса течения на точность из.мерения корпус снабжен обечайкой, окружающей переднюю часть корпуса, выполненной в виде отрезка цилиндра, коаксиального с корпусом.

На чгртеже показан описываемый датчнк, содержащий корпус 1 в виде цилиндрического патрубка с опорами 2 п 3 передпего подшипника 4 и опорами 5 задпего подшппника 6, турбину 7 с лопастями 8, кронштейн 9, элементы неконтактного преобразователя, сердечник 10, катушку 11 индуктивности и магнитопровод 12, обечайку 13.

Корпус / состопт из цилиндрического стакана и перед П1х и задних опор, каждая из которых соедппена с пплиндром радиальными ребрами, расположенными вдоль потока. Передние опоры 2 и 3 съемные, базируются на цилипдрическую поверхность корпуса м крепятся к нему винтами 14. Обводы передней и задней опор представляют xoponio обтекаемые поверхности.

Во внутренние соосные расточки опор запрессованы подшипниковые втулки скольжения из фторопласта, имеющие продольнвш пазы (см. разрез по А-Л) для выхода носторопних частиц и продуктов износа. Опоры имеют вдоль оси иарул ные резьбовые отверетия. Переднее отверстие служит для промывки подшипника и при работе закрыто заглушкой 15, а в заднее - ввернут уиорный винт 16, восприпимаюш;нй основную нагрузку на ротор при начале работы.

В одном из ребер задней опоры 5 имеетея капал, сооб1цаюш.ийся с открытым приемником 17 полного напора, укренленным снаружи ч орпуса и с конической полостью заднгй опоры.

Передние опоры 2 и 3 несут обтекатель 18 переднего подшипника. Б обгекателе 18 выполпен по окрул ности ряд отверстий 19, сообш.аюших торцовую полость опоры с щружным обводом в зоне, где давлеиие потока имеет миипмалыюе значение.

На чертеже показан контур обтекателя 18 и эпюра 20 распределения давления но контуру обтекателя в относительных единицах, постросппая в осях OZP, где OZ - раестояпие в направлсиип потока (невозмушеппого) от носка обтекателя, ОР - давление в относительных единицах, причем положительное паправленпе оси - влево. В начале оеи OZ относительное давление равно -fl, далее оно падает, и там, где оно достигает минимума, расположены отверстия 19.

Торцовая полость 2/отделяет переднюю опору от ступицы ротора в зоне цилиндра сбвода обтекателя.

Сообшение полости с кольцевым зазором по обводу осуществляется через конический лабиринт, в котором величина радиального зазора бп увеличивается с уменьшением торцового зазора. Это достигнуто выполнением в торце обтекателя переднего подшипника полости в виде усеченного конуса, меньшее основание которого совпадает с торцом, раеположеннел в этом полости переднего конца ступицы турбины и обточкой его в виде усеченного конуса, большее основание которого совпадает с торцом.

Турбина 7 состоит из оси 22 и напрессованной на нее пластмассовой втулки с лопастями 8, наклонными под углом к потоку. Вдоль концов лопастей на максимальном расстоянии от оси вмонтирована проволока 23 из антикоррозийного сплава, обладагощего магнитной проводимостью (например, из никеля), нредказпаченпая реагировать с пекоптактным преобразователем числа оборотов.

Кронштейн 9 выполнен в форме обтекаемого ребра, установленного вдоль потока и для крепления прибора к изделию при помощи фланца и накидной гайки 24, унирающейся в разрезиое пружинное кольцо 25. Внутренние

полости кронштейна используют для размещения катушки индуктивности // с сердечником 10 и магнитопроводом 12.

Для обеспечения минимального зазора между магнитопроводами в кр01Ш1тейпе и лопаетями ротора сердечник катушки и цилиндрический магнитопровод входят в углубления корпуса. Уплотнение этих деталей осуществляется резиновыми кол15цами 26 круглого еечения.

Обечайка 13, служ:ащая для уменьшения влияния местного скоса потока, установлена заподлицо с передней кро.мкой цилиндрического стакана корпуса / и центрируется относительно него при noriiOHJ,H ребер - вкладыщей 27,

через отверстия ребер проходят винты 28, скрепляющие втулку с корпусом.

Вращение ротора описаппого датчика начи 1ается при скорости потока, достаточной для иреодоления начального )1та трения в

опорах.

Под действием осевых сил сопротивления потоку ротор может перемещаться в подщипниках до упора в задиий ограничительный винт. При этом между торцом ротора и задней

опорой по ее обводу уетанавливается минимальный зазор.

Разрежение на обводе носовой опоры в зоне отверстий передается по каналам в полость

переднего торца ступицы турбины. Там устанавливается давление Р, значение которого зависит от соотношения потерь напора в отверстиях и зазоре бп, т. е. в основном, от соотношения еу.чмарной площади отверстий и сечения зазора.

В начальном положении ротора, когда бп имеет наименьшее значение, давление в передней полости близко к РМИП. При перемещении ротора навстречу потоку зазор бп увеличивается (благодаря конической форме лабиринта), следовательно увеличивается и давление в передней торцовой полости.

Давление скоростного напора через отверстие в приемнике 17 ц канал в задней опоре 5

передается на кормовой торец ступицы турбины. Пока сечение подводящих коммуникаций существенно больше сечения зазора бк по кормовому торцу турбины, потери скоростного напора малы, и ротор под воздействием ко.мпенеирующей силы отходит от ограпичительного винта иавстречу потоку под дейетвием силы

R,,F(P,-Pl,

где F - площадь ступицы ротора, PC - давление в кормовой полости ротора.

Но при этом увеличиваются зазоры бп и бк,

что вызывает увеличение давления в нередней

полости и уменьшение давления в кормовой

полости, а следовательно, уменьшение комнепсируюгцей силы.

Описанная система комиенеации соответствует схеме автоматического регулирования с отрицательной обратной связью. Хорошее демпфирование осевых колебаний ротора в