Шариковый расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/10 

(54) ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР

I

Изобретение относится к области измерения расхода, а именно, к шариковым расходомерам. Прибор может быть использован в химической, нефтяной, энергетической и других областях промышленности.

Известна конструкция шарикового расходомера, содержашего корпус, ступицу, струенаправляющий аппарат, чувствительный элемент в виде шара, ограничительное кольцо и струевыпрямитель 1. В данном расходомере с целью повышения надежности, срока службы и точности измерения в торцовой части ограничительного кольца направленной к чувствительному элементу, или в ступице выполнено кольцевое сопло, создаюшее поток, отжимающий шар от ограничительного кольца.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что шар не освобожден от влияния центробежной силы, которая вызывает трение шара о внутреннюю стенку корпуса. Это влечет за собой износ шара, а, следовательно, оказывает сушественное влияние на срок службы прибора.

Известен шариковый расходомер для измерения расхода жидкости, содержащий полый немагнитный корпус, с входным и выходным патрубками, обтекатель, причем диаметр корпуса и обтекателя больше диаметра входного и выходного патрубков, ферромагнитный шар, струенаправляющее устройство и узел съема сигнала, расположенный снаружи корпуса вблизи шараС2},

В известном расходомере ферромагнитный шар, не разруженный от воздействия центробежной силы, вращается в плотно его облегающем торроидальном канале, который выполнен в обтекателе. Из-за этого шар испытывает значительное трение и износ по наружной поверхности, что снижает срок службы расходомера.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы расходомера.

Эта цель достигается тем, что кольцевой измерительный канал выполнен в виде радиального зазора между стенкой корпуса и обтекателем со стороны выходного патрубка, в стенке корпуса и в обтекателе выполнены ограничительные канавки, а перед чувствительным элементом в выходном радиальном зазоре и во входном радиальном зазоре расположены направляющие лопасти.

Направляющие лопасти выполнены поворотными вокруг осей, перпендикулярных радиусу обтекателя.

На фиг. 1 представлена схема описанного расходомера; на фиг. 2 - картина сил, действующих на щар.

Расходомер содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, обтекатель 3, образующий с корпусом входной радиальный канал 4 и выходной канал 5 в виде радиального зазора между стенкой корпуса и обтекателем со стороны выходного патрубка. Во входном и выходном радиальных каналах расположены направляющие лопасти 6 и 7, в выходном радиальном канале расположен чувствительный элемент (щарик) 8. В обтекателе и стенке корпуса выполнены направляющие канавки 9 и 10. Вблизи от щара на корпусе расположен узел съема сигнала 11, связанный с преобразователем 12.

Расходомер работает следующим образом.

Поток измеряемой среды через патрубок 1 попадает в корпус и далее, обходя со всех сторон обтекатель 3, в результате взаимодействия с лопастями струенаправляющего устройства - лопастей 6 и 7 приобретает винтообразное движение. Движущийся поток увлекает за собой щар 8, свободно расположенный в канавках. Скорость вращения шара, пропорциональная расходу, фиксируется в виде электрических импульсов бесконтактным узлом съема сигнала 11 и по линии связи передается в преобразователь 12, в котором преобразуется в один из стандартных электрических сигналов.

Использование в конструкции направляющих лопастей 6 позволяет осуществить предварительную закрутку потока перед основными направляющими лопастями 7 и тем самым более плавно воздействовать на поток измеряемой среды, отклоняя его на требуемый узел. Это позволяет снизить потери напора в расходомере. Для изменения степени воздействия закрутки на шар лопасти выполнены поворотными вокруг осей, перпендикулярных радиусу обтекателя.

Картина сил, действующих на шар, следующая (фиг. 2).

Со стороны потока на шар действует сила динамического воздействия (F), увлекающая шар за потоком. Кроме того на шар будут действовать: центробежная сила(Ри,), сила веса, силы трения шара о детали корпуса, а также силы Магнуса и Кориолиса.

Однако, благодаря использованию для изготовления шаров материалов с плотностью, близкой к плотности измеряемой среды, а также с малым коэффициентом трения относительно деталей корпуса расходомеров, действие на шар силы веса, силы трения, а также сил Магнуса и Кориолиса можно свести к минимуму.

В этом случае наибольшее влияние на шар будут оказывать сила динамического

воздействия потока РП и центробежная силаРц Угол Д под которым на щар действует сила динамического воздействия Fp , определяется углом наклона лопастей 6 и 7. Сила Fn может быть разложена на две составляющие: одна из низ - заставляет шар вращаться по окружности, другая FJ-JQ - действует по радиусу к центру вращения, т. е. в сторону, противоположную действию на шар центробежной силы F.

Угол наклона лопастей направляющего

аппарата () шарикового расходомера выбирается таким образом, чтобы соблюдалось равенство FU, Fno . В результате этого на шар будет действовать только та часть силы „, которая заставляет его вращаться по круговой орбите, и одновременно устраняется действие сил и FU, , которые вызывают трение и износ шара, в результате этого увеличивается срок службы расходомера.

Проведение испытания на макетах шариковых расходомеров с шарами из различного материала показали, что существуют такие углы наклона лопаток направляющего аппарата, при которых происходит уравновешивание радиальных сил, действующих на шар. Величина углов Д от 35° до 57°. Как показали проведенные испытания, в этом случае практически устраняется износ шара в расходомере и ресурс работы приборов составляет не менее 25000 часов. Формула изобретения

0 1. Шариковый расходомер, содержащий немагнитный корпус с входным и выходным патрубками, расположенный в корпусе обтекатель, причем корпус и обтекатель выполнены с диаметром, большим, чем диаметр -входного и выходного патрубков, а

5 обтекатель образует с корпусом входной радиальный канал, чувствительный элемент в виде щара, расположенный в кольцевом измерительном канале, и узел съема сигнала, расположенный снаружи корпуса вблизи щара, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения срока службы расходомера, кольцевой измерительный канал выполнен в виде радиального зазора между стенкой корпуса и обтекателем со стороны выходного патрубка, в

5 стенке корпуса и (или) в обтекателе выполнены ограничительные канавки, а перед чувствительным элементом в выходном радиальном зазоре и (или) во входном радиальном зазоре расположены направляющие лопасти.

J принятые во внимание при экспертизе

кл. 108 D 2, G 01 F 1/10, 1969 (прототип).