Турбинный расходомер

 

ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус и размещенную в нем турбинку с лопастями, установленнзпо на подшипниках, завихритель потока,установленный перед турбинкой, узел съема сигнала, отличающийся тем, что, с цепью повышения динамических характеристик в широком диапазоне типоразмеров расходомера,лопасти турбинки вьшолнены в виде эллипсоидов . вращения, причем отношение большой полуоси эллипсоида к малой полуоси равно 2-3, а отношение толщины стенки эллипсоида к его малой полуоси вырат жается соотношением 1 Г0 ,5 . . .Нт где h а толщина етенки эллипсоида; большая полуось эллипсоида; b малая полуось элшипсоида; сл р(. - плотность жидкости; Рд плотность материала эллипсоис: да. 00 СО ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

1 д1

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4 (5 1 ) С 0 1 F 1 / 1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И МНРЫТИЙ (21) 3619468/24-10

1 (22) 12.07.83 (46) 30.01.85. Бюл. ¹ 4 (72) П.П; Человань (53) 681.121.2(088.8) (56) 1. Бошняк Л.Л., Бызов Л.Н. Тахометрические расходомеры. Л., "Машиностроение", 1968, с. 86-107.

2. Патент Японии № 52-26142, кл. G 01 F 1/10, 1977 (прототип). . 3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., "Машиностроение", 1975) с. 470. (54)(57) ТУРБИННЬИ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус и размещенную в нем турбинку с лопастями, установленную на подшипниках, завихритель потока, уста.новленный перед турбинкой, узел съема сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения динамических характеристик в широком диапазоне типоразмеров расходомера, лопасти турбинки выполнены в виде эллипсоидов вращения, причем отношение большой полуоси эллипсоида к малой полуоси равно 2-3, а отношение толщины стенки эллипсоида к его малой полуоси выра-, жается соотношением

4 Г,.

Ь 051

"Й1" где Й вЂ” толщина стенки эллипсоида;

3 — большая полуось эллипсоида;

b — - малая полуось эллипсоида; ), — плотность жидкости; — плотность материала эллипсои Э да.

1 1131

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации быстроменяющихся расходов.

Известны турбинные расходомеры, содержащие аксиальную турбинку, у которой лопасти закреплены на ступице под углом около 40 к оси вращения турбинки. Расходомеры такого типа, имеющие. малые размеры турбинки и, 10 соответственно, малую постоянную времени, способны регистрировать вариации расхода, частота которых достигает нескольких десятков Гд (1) .

Однако с увеличением размеров канала и диаметра турбинки, растет ее момент инерции и постоянная времени.

Расходомеры больших диаметров (50 мм и более) способны регистрировать вариации расхода, частота которых не. 20 превышает единиц Гц.

Динамические свойства турбинных расходомеров могут быть повышены за счет уменьшения момента инерции тур бинки, что может быть достигнуто за 2g счет применения материала с меньшей плотностью и за счет изготовления лопастей с меньшей толщиной..

ОДнако уменьшение толщины имеет пределы, ограниченные прочностью лопас-. ЗО тей.

Усилие, действующее на каждую из

;лопастей, раскладывается на две составляющие, одна из которых - танген-, циальная-преодолевает инерционность турбинки и силы трения, сообщает ей вращательное движение, другая — ак- сиальная составляющая. - вызывает их. изгиб. При нестационарном течении жидкости как первая, так и вторая 40 составляющие возрастают, что предъявляет повышенные требования к прочности конструкции расходомера.

Изгибные напряжения в лопасти за,висят от угла поворота их относитель-4 .но направления действия аксиальной составляющей (или оси вращения турбннки). Максимальными они будут при угле поворота равном 90О и минимальными †при угле О . В последнем слу- о

6 чае направление изгибающей силы совпадает с плоскостью лопастей. В этом направлении момент сопротивления сечения лопасти изгибу максимален, поэтому появляется возможность (бла- 55 годаря возросшему моменту сопротивления лопастей) уменьшить их толщину, а следовательно, и инерционность tvo305 2 бинки. Однако прн угле поворота окоо ло О, стремится к нулю и тангенциальная составляющая, вращающая турбинку, падает скорость вращения турбинки, что недопустимо.

Известен турбинный расходомер, содержащий корпус и размещенную в нем турбинку с лопастями, установленную на подшипниках, завихритель потока, установленный перед турбинкой, узел съема сигнала (2) .

Однако данный турбинный расходомер не полностью решает проблему инерционности, так как момент иьерции прямолопастной турбинки, особенно у турборасходомеров большого диаметра, остается значительным.

Цель изобретения — повышение динамических характеристик турбинных расходомеров в широком диапазоне их типоразмеров.

Поставленная цель достигается тем, что в турбинном расходомере, содержащем корпус и размещенную в нем турбинку с лопастями, установленную на подшипниках, завихритель потока, установленный. перед турбинкой, узел съема сигнала, лопасти турбинки выполнены в виде эллипсоидов вращения, причем отношение большой полуоси эллипсоида к малой полуоси равно 2-3, I а отношение толщины .стенки эллипсоида к его малой полуоси определяется со,отношением

1 — 05 I"(ь1 где 1 — толщина етейки эллипсоида;

0 — большая полуось эллинсоида;

Ь вЂ” малая полуось эллипсоида;

P — плотность жидкости;

Р— плотность материала эллипсоида °

На чертеже представлена схема турбинного расходомера.

Турбинный расходомер состоит из корпуса 1, в котором размещен завихри-, тель потока 2, за которым расположена турбинка 3, лопасти которой выполнены в виде эллипсоидов вращения 4 с отношением большой полуоси к малой равным

2-3.

На корпусе 1 раз 1ещен узел съема сигнала 5, с помощью которого регистрируется скорость вращения турбинки.

Турбинный расходомер работает слецующнм образом.

При прохождении жидкости через за>вихритель потока 2, жидкость закручи3 1137305 4, вается.В ней возникает тангенциальное шения осей эллипсоида свьш е трех не ! ускорение и соответствующий ему гра- целесообразно, так как при неизменном диент давления. значении коэффициента лобового сопроБлагодаря наличию в жидкости тан- тивпения(0,06-0,07)существенно возрасгенциального градиента давления на 5 тают трудности по изготовлению эллипсоэ тлипсоиды 4 действует выталкивающая идов (вытяжкой, токарной обработкой) . тангенциальная сила, создающая крутя- Расчет эллипсоидов на прочность щий момент, который лри рекомендуемом и устойчивость при воздействии внешвыборе параметров эллипсоида уравно- него давления по формулам теории совешивает момент, создаваемый при ус- fp противления материалов показывает, коренном вращении инерционностью что эллипсоиды обладают высокой прочтурбинки 3. Эффект инерционности тур- ностью и устойчивостью при одновребинки 3, становится минимальным и тур- менном соблюдении условия компенсации бинка 3 вращается синхронно с жид- инерционного момента турбинки. костью (без отставания от нее). 15 Так, например, эллипсоид, выполненный

Момент инерции турбинки в основ- из алюминиевого сплава с параметрами ном (на 90-95X) определяется моментом инерции массы эллипсоидов, а компен- Ъ .Ъ вЂ” = 3; —. = 0,17 (где и — толщина обосирующий момент, создаваемый выталки- лочки эллипсоида), прочен и устойчив вающими силами — массой жидкости, вы-20 ао давления 500 10 Па (500 кгс/cM2), тесняемой эллипсоидами что удовлетворяет большинство практиС увеличением размеров турбинки и ческих случаев. Упрощенная формула, Радиуса, на котором размещены эллип- дающая в интервале отношений- = 2-3 саиды, оба эти момента в равной мере возможность вычислить величину — — с

b возрастают и условие компенсации 25 отклонением от точного решения, не

b инерционного момента турбинки сохра- превышающим 1-27 имеет вид няется, что позволяет обеспечить вы- . h 1 сокие динамические-характеристики Ь 0«8 — 0,5

1 1,4— рааходомеров как средних, так и боль- Ь ших. (1 00 мм и выше) диаметров . Лопат- 30 Предлагаемая форма лопастей явки турбинки должны выдерживать внеш- ляется оптимальной с точки зрения однее давление .среды и иметь минималь- новременного обеспечения условия комное лобовое сопротивление по отноше- пенсации, их прочности по отношению нию к осевой составляющей скорости к действию внешнего давления и, в то закрученного потока жидкости. же время, относительно низкого (по

33 сравнению, например, со сферой) коэфНаибольшей пРочностью и Устойчи- фицие„та ициента лобового сопротивления в навостью по отношению к действию давле- правлении большой оси. ния обладает сфера и эллипсоиды вра- В процессе испытаний опытного обt щения.. Однако сфера обладает большим. Разца предлагаемого расходомера с дикоэффициентом лобового сопротивления, аметром 50 мм частота пульсаций меня40 чем эллипсоиды, поэтому предпочтение лась от 0 до 90 Гц, амплитуда пульсаследует отдавать эллипсоидам вращения. ций составляла 3-6Х от среднего рас Б соответствии с экспериментальными хода, величина которого поддерживалась данными отношение большой оси эллип- равной 9 л/с (рабочая среда — вода). соида к малой следует брать равным 45

Й

Сигналы исследуемого и контрольного

Ь вЂ” = 2-3. При таком отношении осей Расходомеров записывались на магнитнУю ленту и подвергались обработке гармокоэффициент лобового сопротивления

1 ническим анализатором (следящим фильт.эллипсоида (например, при числе Рей- ром). нольдса равном 10 ) равен от 0,07 до 50 Из полученной амплитудно-частотной

О,1. При уменьшении отношения осей характеристики следует, что постоян" эллипсоида до единицы (сфера) величи- ная времени предлагаемого расходомена коэффициента лобового сопротивле- ра не превысила 0,0016 = 0,002 с. ния (при том же числе Рейнольдса) воз- Такими высокими динамическими растает до 0,5, что, ведет к значи- 55 свойствами и столь малой постоянной трельному увеличению напряжений в кон- времени Т обладают лишь микрорасхострукции ротора, нагрузок на подшип- домеры типа ДР-2Б, у которых диаметр ники, потере напора. Увеличение отно- канала составляет 4 мм (3) .