Шариковый роторный расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике и.может быть применено в различных отраслях народного хозяйства для измерения расхода агрессивных и нейтральных жидкостей.

Известен тахометрический расходомер с плавающей (безопорной) турбинкой, снабженной двумя конусами, где гидродинамическое.уравновешивание осуществляется двумя расходящимися кольцевыми потоками жидкости 1.

Недостаток расходомеров с ротором в виде турбинки - сравнительно низкая надежность при работе на загрязненных жидкостях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шариковый роторный расходомер, содержащий сочленяемый с трубопроводом корпус с бесконтактным.узлом съема сигнала и проточной цилиндрической камерой, имеющей сопловый входной участок и выходной цилиндрический участок с установленным перед- ним

ограничителем, и свободно расположенный в камере шар, в теле которого выполнено сквозное отверстие. При работе такого расходомера шар внутри камеры обретает гидродинамически взвешенное состояние и вращается вокруг собственной оси, не .касаясь стенок камеры и, других находящихся в ней элементов (соплового участка и ограничителя). Частота .

10 вращения шарового ротора при этом пропорциональна расходу контролируемой среды С 2J.

Недостаток известного расходо15мера - повышенные гидравлические потери, обусловленные наличием на выходе расходомера функционального сужения проточного канала цилиндрической камеры, а также узкий диапазон

20 измерений.

Цель изобретения - уменьшение гидравлических потерь и расширение диапазона измерений. 392 Поставленная мель достигается тем, что в шариковом роторном расходомере, содержащем сочленяемый с тру бопроводом корпус с бесконтактным узлом съема сигнала и проточной цилиндрической камерой, имеющей сопловый входной участок и выходной цилин рический участок с установленным перед ним ограничителем,и свободно расположенный в камере шар, в теле которого выполнено сквозное отверстие, выходной цилиндрический участок и проточная цилиндрическая камера выполнены одинакового диаметра, не превышающего внутренний диаметр соединяемого с выходом расходомера трубопровода, при этом отношение диа метра соплового участка к диаметру ц линдрической камеры составляет 0,10,6, а отношение диаметра шара к диа метру цилиндрической камеры - 0,,60. Отсутствие сужающего устройства н выходе проточной части корпуса снижа ет гидравлическое сопротивление расходомера и упрощает его конструкцию. При этом подбором оптимальных соотно шений диаметра соплового участки, ди метра шара (шарового ротора) и проточной части обеспе чивается расширение диапазона измерения расходомера. На фиг,1 представлен шариковый ро торный расходомер, общий вид-; на фиг.2 - кривая распределения сил, де ствующих на шар при его различных положениях по оси цилиндрического ка нала проточной камеры. Расходомер содержит корпус 1 , сочленяемый с контролируемым трубопроводом 2, цилиндрическое сопло 3, установленное на входном участке, стержень-ограничитель , расположенный перед выходным цилиндрическим участком, и свободно помещенный в цилиндрическую проточную камеру 5 (между ними) шар 6 с диаметральным сквозным отверстием 7 в теле, выполняющий роль ротора. Вне корпуса Г установлен бесконтактный узел съема сигнала (индукционный преобразователь 8),связанный электрически с измерительным блоком (не показан). Выходной цилиндрический участок проточного канала (за стержнем-ограничителем, по потоку) выполнен по диаметру равным диаметру цилиндрической камеры 5. При этом, исходя из условий оптимальности подвески ша ра, отношение диаметра отверстия . цилиндрического сопла к диаметру цилиндрического канала принято 0,10,6, а отношение диаметра шара к диаметру цилиндрического канала в диапазоне 0,.. Расходомер работает следующим образом. При истечении жидкости из сопла 3 вследствие резкого расширения потока образуется струя, действующая на некоторую масть лобовой поверхности шара 6, и кольцевой замкнутый вихрь, стесняющий струю, В объеме канала за шаром происходит восстановление гидростатического давления, которое, действуя по всей поверхности кормовой части шара против потока, уравновешивает гидродинамическое давление струи. Перемещение шара в радиальном направлении к оси потока в первоначальный момент обусловлено подъемной силой струи. При этом гидродинамическое подвешивание шара, как следует из опыта, осуществляется при указанных выше соотношениях диаметров. При движении жидкости шар 6 получает вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной оси сквозного отверстия 7 и к направлению потока. Вращение шара 6 обусловлено наличием в нем отверстия, причем скорость его вращения пропорциональна расходу жидкости. На выходе индукционного преобразователя 8 появляется синусоидальное напряжение, частота которого пропорциональна скорости вращения. При перемещении шара из точки гидравлического взвешивания (точка d ) против потока (участок а - 5) и по потоку (участок О -С) на него действует возвращающая сила таким образом, что шар в итоге как бы оказывается в потенциальной яме (в точке q). За точкой с шар уносится потоком, ввиду чего стержень-ог- , раничитель устанавливается за точкой с- , что гарантирует гидродинамическое взвешивание шара при любой пространственной ориентации расходомера. С целью исключения влияния магистрали трубопровода 2 в которой установлен предлагаемый расходомер, на гидродинамическое взвешивание шарового ротора диаметры проточной части расходомера и трубопровода должны быть одного размера (фиг.1). При 592 достаточно длинном корпусе расходомера диаметр трубопровода, с которым его соединяют, не оказывает влияния на гидродинамическое взвешивание ротора. Например, при диаметре про- . точной части расходомера,равном 5б мм длина корпуса должна быть не менее 220 мм. Расходомер, как и ближайший его аналог, работает при любой пространственной ориентации. Отсутствие сужающего устройства на выходе уменьшает гидравлическое сопротивление расходомера, при этом упрощается его конструкция. Предлагаемая форма проточной увеличивает предел изменения диаметров сопла и ротора относительно диаметра цилиндрического канала,, и как следствие этого, расширяет диапазон измеряемых расходов. Изменение диапазона измеряемого ра 1хода осуществляется сменой сопла или шара, т.е. один и тот же расходо мер можно использовать для измерения различных расходов. Экономический эффект от реализации предлагаемого расходомера достигается за счет упрощения конструкции и расширения диапазона его использования при измерениях расхода. Формула изобретения Шариковый роторный расходомер, содержащий сочленяемый с трубопроводом корпус с бесконтактным узлом съема сигнала и проточной цилиндрической камерой, имеющей сопловый входной участок и выходной цилиндрический участок с установленным перед ним ограничителем, и свободно расположенный в камере шар, в теле которого выполнено сквозное отверстие, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь и расширения диапазона измерений, выходной цилиндрический участок и проточная цилиндрическая камера выполнены одинакового диаметра, не превышающего внутренний диаметр соединяемого с выходом расходо мера трубопровода, при этом отношение диаметра соплового участка к диаметру цилиндрической камеры составляет 0,1-0,6, а отношение диаметра шара к диаметру цилиндрической камеры - 0,3t-0,60. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1975, с. 2.Авторское свидетельство СССР N 89951, кл. G 01 F 1/10, 1973.