Вертикальный датчик шарикового расходомера

 

Изобретение относится к вертикальным датчикам. Цель изобретения - расширение диапазона измерения расхода, повышение точности и увеличение ресурса устройства. Датчик содержит корпус с кольцевой дорожкой качения и размещения в ней шариком с ограничителем положения, входным и выходным патрубками, в котором размещен направляющий аппар, узел съема сигнала. Кольцевая дорожка образована вращением сторон угла , и ограничена коаксиальной продольной оси датчика цилиндрической поверхностью . 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

471 А1 (19) . (11) (д1) G 01 F 1 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3683212/24-10 (22) 13.12.84 (46) 23.04.89. Бюл. N - 15 (7 1) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) С.А. Золотаревский, И,Н. Иванов и В.И. Федоров (53) 621.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 690297, кл. G Oi F 1/05, 1974.

Авторское свидетельство СССР

В 315930, кл. G Oi F 1/00, 1970. (54)(57) 1. ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ШАРИКОВОГО РАСХОДОМЕРА, содержащий корпус с кольцевой дорожкой качения и размещенным в ней шариком с ограничителем положения, входным и выходным патрубками, в котором размещен направляющий аппарат, узел съема сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения расхода, кольцевая дорожка качения образована вращением сторон угла оС обращенного вершиной от центра вращения, симметричного относительно горизонтальной плоскости и сопряженного нижней стороной с дугой окружности радиуса не менее радиуса шарика R, вокруг продольной оси датчика, причем расстояние от вершины угла oL до точки сопряжения окружности с его нижней стороной не менее R/tgnC/2.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что расстояние от вершины угла оа до точки сопряжения окружности с его нижней стороной составляет

R(- — — + а)

tg eL/2 где а = 0,1-0,4.

3. Датчик попп. 1 и 2, отли— ч а ю шийся тем, что кольцевая дорожка качения ограничена коаксиальной продольной оси датчика цилиндрической поверхностью, расстояние от которой до вершины угла с4, меньше или равно

R(— — — — i). я по(./2

Изобретение относится к вертикальным датчикам.

Цель изобретения . — расширение диапазона измерения расхода, повышение точности и увеличение ресурса устройства.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема вертикального датчика шарикового расходомера; на фиг. 2 профиль дорожки качения; на фиг.3— то же, вариант.

Вертикальный датчик шарикового расходомера (фиг. 1) содержит корпус 1 с кольцевой дорожкой 2 качения, входным 3 и выходным 4 патрубками, в котором размещены втулка 5 с направляющим аппаратом 6 и ограничитель 7 положения шарика 8. На втул-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1474471 ке 5 закреплены струевыпрямитель 9 и втулка 10, обеспечивающая независимость показаний датчика при,его развороте относительно продольной

5 оси.

Датчик работает следующим образом.

Поток измеряемой жидкости через входной патрубок 3 подается через струевыпрямитель 9 в центральный канал втулки 10 и через выходной патрубок 4 отводится на слив. Одновременно за счет эжектирующего действия потока на выходе из указанного канала часть потока поступает через коль- 15 цевой канал, образованный втулками 5 и 10, в направляющий аппарат 6, выполненный в виде равномерно расположенных в горизонтальной плоскости тангенциальных отверстий, приобретая враща.гельное движение, и также через выходной патрубок 4 уходит на слив, сообщая одновременно за счет сил вязкостного трения вращательное движение жидкости в полости, ограниченной кольцевой дорожкой 2 качения и ограничителем 7. Указанное вращательное движение воздействует на шарик 8, заставляя его вращаться с частотой, пропорциональной .протекающему через датчик расходу измеряемой жидкости. Частота вращения шарика 8 регистрируется расположенным на наружной поверхности датчика (или технологического трубопровода, куда устанавливается датчик) узлом съема сигнала (не показан)..

Кольцевая дорожка качения (фиг.2) образована вращением угла ACD, равного о обращенного вершиной С от

Э

40 центра вращения, симметричного относительно горизонтальной плоскости

СК и сопряженного нижней стороной

АС с дугой АЕ окружности радиуса, не.менее радиуса R, шарика 8.

При малых частотах вращения шарика 8 (малых расходах через датчик) он катится по участку кольцевой дорожки 2 качения, принадлежащему дуге

AE окружности, поднимаясь по ней на угол, определяемый соотношением действующих на него нескомпенсированной выталкивающей силы измеряемой жидкости, силы тяжести и центробежной силы. При этом, колебания шарика 8 в направлении, перпендикулярном 55 направлению основного кольцевого движения, малы, так как малы действующие на него возмущающие гидродинамические силы, и резонанс шарика 8 не происходит.

При увеличении расхода через датчик и частоты вращения шарика 8 он достигает точки А, где дуга АЕ окружности сопряжена со стороной СА угла ACD, т.е. касательная к ней в этой точке совпадает со стороной АС, наклон которой к горизонтали и определяет угол подъема шарика 8. Величина отрезка АС выбрана так, что в случае касания шариком 8 кольцевой дорожки 2 качения в точке А между шариком 8 и стороной CD угла ACD появляется зазор, равный или больший нуля, что математически можно записать в виде АС-К/tgd/2.

Для того, чтобы избежать периодических ударов шарика 8 о сторону

CD угла ACD при его колебаниях в направлении, перпендикулярном направлению его основного кольцевого движения, целесообразно при касании шариком 8 точки А установить между ним и стороной CD угла ACD .зазор .à, оптимальная величина которого, позволяющая устранить указанные удары шарика 8 о сторону CD угла ACD и одновременно предотвратить появление гистерезиса в статической характеристике датчика, составляет (О, 1

0,4)R. Математически это условие можно записать в виде

АС = R(----- + а), tgoc/2 где а = 0,1-0,4.

Достигнув точки А, шарик 8 без остановки катится до стороны CD угла ACD так как на участке АС угол наклона кольцевой дорожки 2 качения к горизонтали неизменен, а шарик 8 при неизменной частоте вращения переходит на несколько больший радиус вращения, что позволяет ему удержаться даже.при несколько большем угле наклона кольцевой дорожки 2 качения к горизонтали. Таким образом, при переходе шарика 8 с участка АЕ на участок АС имеет место положительная обратная связь, обеспечивающая его надежный прижим к сторонам АС и

CD угла АСВ.

При этом, так как угол ACD симметричен относительно горизонтальной плоскости СК, пути качения шарика 8 по сторонам АС и CD одинаковы, а его

5 1474471

6 ось вращения при качении перемещает- ным параллельной продольной оси ся параллельно самой себе. Это обес- датчика прямой (фиг. 3). При этом печивает минимальное трение при ка- необходимо, чтобы шарик 8 не касался чении шарика 8 по кольцевой дорожке

5 упомянутой усеченной стороны. Мате2 качения и увеличивает точность из- матически это условие записывается в мерения расхода и ресурс устройства. виде

Для упрощения технологии изготовления угол ACD кольцевой дорожки 2 качения может быть выполнен усечен- я хпЫ72

2

8 б юг.1

Фиг.2

1474471

Составитель В. Шалагин

Техред JI.Ñåðäþêîâà

Корректор М. Самборская

Редактор И. Дербак

Тираж 660

Заказ 1883/38

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101