Тахометрический преобразователь расхода Советский патент 1981 года по МПК E21B47/10 

(54) ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА

Изобретение относится к скоростный тахометрическим преобразователям объемкого расхода газа или пара в число оборотов турбины с коррекцией изменений плотности измеряемой среды. Известен тахометрический преобразователь расхода, содержащий корпус и турбину в виде многозаходной витой трубчатой пружины с термометрической жидкостью. Такое устройство позволяет простыми средствами осуществлять коррекцию показаний прибора в соответствии с температурными изменениями плот ности контролируемого потока, т.е. осуществлять привязку показаний объемного расхода к меняющейся от температуры величине массового расхЬда fl J К недостаткам данного устройства относится то, что в нем отсутствует корректор изменений плотности измеряемого потока от давления, в связи с чем прибор позволяет получать сведения о массовом расходе газообразных И парообразных сред только в условиях меняющихся температур и постоянных статических давлений, что ограничивает область применения прибора. Цель изобретения - обеспечение получения информации о массовом расходе при переменных температуре и давлении. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь снабжен установленной в полости турбины поперечной перегородкой, делящей ее на две камеры, одна из которых заполнена термометрической жидкостью, а другая - отвакуумированаiНа фиг. I схематически показан скоростной тахометрический преобразователь расхода с вертикальным расположением оси в частичном разрезе; на фиг. 2 - вид турбины преобразователя, разрез А-А на фиг.1. Стрелками показано направление движения потока. Скоростной тахометрический преобразователь состоит из корпуса 1, измерительной турбины 2, вращанщейся в опорах 3 и 4, расположенных в специальных гнездах на направляющих аппара тах (струевыпрямителях ) 5 и 6. Турбина 2 выполнена в виде многозаходной витой трубчатой ттруткины (см. фиг. 1) имеющей в поперечном сечении (см. фиг. 2) конфигурацию турбины (ярко выраженные ступицы и радиально расположенные продольные профили), отличающейся от обычной турбины только наличием внутренней полости. Торцы пустотелой турбины герметично заглушены (см. фиг. 1) и снабжены опорами 3 и 4, а в средней части внутренней полости турбины установлена попе речная герметичная перегородка 7, де лящая полость на две камеры 8 и 9, одна из которых заполнена термометрической ялгдкостью (показано точками) а другая - отвакуумирована. Турбина может быть изготовлена из пружинного материала, применяемого для изготовления упругих чувствитель ных элементов давления,например из дисперСионно-твердеющего сплава 36НХТЮМ5, а для заполнения одной из камер может быть использовано оливко вое масло или другой заполнитель с требуемыми свойствами температурного расширения. Благодаря заполнению камеры термо метрическим заполнителем соответству ющая ей часть витой трубчатой пружины превращается в упругий чувствител ный элемент манометрического термометра, реагирующий на температурное изменение объема термометрической жидкости круговой (угловой) деформацией (при нагреве раскручивается с уменьшением числа витков, а при охлаждении скручивается). Рабочая характеристика манометрического термометра подобрана таким образом, что уменьшение числа витков пружины при ее развороте от нагрева заполнителя в диапазоне температур происходит пропорционально температурному уменьшению плотности рабочего вещества измеряемого потока.Умень шение числа витков витой пружины при сохранении ее длины представляет собой увеличение шага (а при многозаходной пружине - хода) винтовой поверхности. Следовательно, при нагреве заполнителя величина хода многозаходной трубчатой пружины, представ ляющей собой турбину расходомера, ув личивается пропорционально уменьшению плотности рабочего вещества измеряемого потока от температуры. Изменение же статического давления наружной среды не оказывает влияния на работу участка, так как заполняющая камеру термометрическая жидкость практически несжимаема и препятствует деформации участка под действием наружного давления. В отличие от термометрической части участок витой трубчатой пружины, соответств5пощий отвакуумированной камере, реагирует на изменение наружного статического давления деформацией s, причем при росте давления скручивается, увеличивая число своих витков, при понижении - раскручивается. Т.е. при увеличении плотности вещества от давления, величина хода пружины (турбины) уменьшается, а при уменьшении - увеличивается. Отвакууми;рованньш участок не реагирует на изменение температуры из-за отсутствия в камере термометрического заполнителя . Скоростной тахометрический преобразователь расхода работает следую1ЦИМ образом. Поступающая в расходомер рабочая среда вращает турбину со скоростью, пропорциональной объемному расходу. При этом, скорость вращения турбины, являющаяся мерой расхода, может быть определена по формуле и sV где п„ - идеальная скорость вращения турбины; объемный расход потока через турбину; Н - величина хода винтовой поверхности, образующей лопасти турбины; S - площадь живого сечения потока в плоскости, перпендикулярной оси турбины. Допустим, что в начальный момент число оборотов расходомера пропорционально также массовому расходу. При росте температуры рабочей среды измеряемого потока происходит пропорциональное нагреву уменьшение ее плотности и уменьшение массового расхода, величина которого начинает отставать от величины объемного расхода, измеряемого турбиной и сохраняющего постоянство, т.е. нарушается пропорциональность зависимости массового расхода |и показаний расходомера. Однако одновременный с нагревом рабочей среды прогрев манометрического термометра влечет за собой увели. чение хода винтовой поверхности (крыл чатки ) турбины, пропорциональное уменьшению плотности и массового расхода вешества. При этом число оборотов турбины падает (см. формулу, где величина хода турбины находится в 5на менателе и обозначена буквой Н), т.е. скорость вршцения турбины уменьшается пропорционально уменьшению плотности и величины массового расхода в щества. Следовательно, объемный расход и показания прибора снова окажут ся пропорциональными массовому расходу. При росте давления газообразное вещество потока начинает сжиматься и происходит пропорциональное росту давления увеличение плотности вещест ва, а следовательно, и увеличение ег массового расхода, величина которого начинает опережать величину объемного расхода, т.е. опять нарушается пропорциональность зависимости массового расхода и показаний расходомера. Однако одновременно с ростом давления происходит деформация отвакууми рованной части турбины, являющейся упругим чувствительным элементом давления, влекущая за собой 5гменьшение хода винтовой поверхности (крьтьчатки) турбины, пропорциональное увеличению плотности и массового расхода вещества. При этом число оборотов тур бины возрастает (см. формулу),причем также пропорционально увеличению плотности и массового расхода вещества. Следовательно, объемный расход и показания прибора снова окажутся пропорциональными массовому расходу. Если уменьшение плотности вещества при нагреве и ее увеличение при росте статического давления окажутся равными, температурная деформадая турбины и ее деформация под действием давления среды также уравняются и 8 86 число оборотов Турбины останется неизменным. Таким образом, пс-:азания усовершенствованного расходомера в любом случае являются пропорциональными массовому расходу и прибор может быть отградуирован в единицах массового расхода. Предлагаемое устройство позволяет осуществлять коррекцию показаний прибора в соответствии с изменештем плотности вещества контролируемого потока от температуры и давления, т.е. осуществлять привязку показаний объемного расхода к менякщейся от температуры и давления величине массового расхода (получать сведения о массовом расходе газообразного вещества в условиях меняющихся температур и давлений). Это достигается простейшими средствами, без увеличения количества деталей, в связи с чем предложенная коррекция может быть применена во всех схемах известных тахометрических преобразователей расхода. Формула изобретения Тахометрический преобразователь расхода, содержащий корпус и турбину в виде многозаходной витой трубчатой пружины с термометрической жидкостью, отличающийся тем, что, 1с целью обеспечения получения инфор-мации о массовом расходе при переменных температуре и давлении, он снабжен установленной в полости турбины поперечной перегородкой, делящей ее на две каме1й 1, одна из которых заполнена термометрической жидкостью, а другая - отвакуумирована. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР о заявке 2805280/22-03, л. Е 21 В 47/10, 1979 (ПРОТОТИП) .