Шариковый расходомер

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, нефтехимической, пищевой и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности. В шариковом расходомере ограничительный кольцевой элемент 5 и осесимметричная оболочка 11 разнесены по оси последней, обеспечивая большое количество типоразмеров за счет разделения контролируемого потока после патрубка 2 в корпусе 1 на два потока. Меньшая часть потока поступает по кольцевой полости 12 к тангенциальным каналам 9 и далее через полость осесимметричной оболочки 11 выходит через патрубок 3. Контролируемый поток создает вращательное движение вокруг стержня-вытеснителя 4 около кольцевой щели 7, заставляя за счет сил вязкости вращаться шар 6, число оборотов которого измеряется узлом 8 съема сигнала и которое пропорционально измеряемому объемному расходу. Большая часть потока по каналу 13 направляется непосредственно к выходному патрубку 3, создавая зону разрежения для меньшего потока. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, нефтехимической, пищевой и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - расширение области применения, повышение надежности и, как дополнительный эффект, экономичности шарикового расходомера. На фиг. 1 представлен шариковый расходомер с трангециальными каналами завихрителя в виде проточек на торце кольцевого выступа и с каналом, сообщающим патрубки, в виде кольцевой щели около второго торца осесимметричной оболочки, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - шариковый расходомер с тангенциальными каналами в виде отверстий в кольцевом выступе и с каналами, сообщающими патрубки, в виде отверстий в осесимметричной оболочке, диаметр второго торца которой равен диаметру корпуса в районе его расположения; на фиг.4 - разрез Б - Б на фиг.3; на фиг. 5 - шариковый расходомер со скошенным вторым торцом осесимметричной оболочки, снабженным кольцевым выступом со стороны корпуса. Шариковый расходомер содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 коаксиально расположены стержень-вытеснитель 4 и ограничительный кольцевой элемент 5, который образует в корпусе непроточную полость с размещенным в ней шаром 6. Последняя сообщена с проточной частью кольцевой щелью 7. В зоне размещения шара 6 на корпусе 1 расположен узел 8 съема сигнала. Для приведения во вращение шара 6 служит струенаправляющее устройство, выполненное в виде тангенциальных каналов 9, расположенных в кольцевом выступе 10, размещенном на торце ограничительного кольцевого элемента 5 со стороны проточной части корпуса 1. Каналы 9 могут быть выполнены в виде проточек на торце кольцевого выступа 10 (фиг. 1 и 5) или в виде отверстий в кольцевом выступе 10 (фиг. 3). Указанный торец кольцевого выступа присоединен к торцу осесимметричной оболочки 11, которая расположена в проточной части корпуса 1 вокруг стержня-вытеснителя 4 и образует со стенкой корпуса 1 кольцевую полость 12, к которой подключен входной патрубок 2 и которая сообщена с выходным патрубком 3 посредством канала 13, выполненного в виде кольцевой щели (фиг. 1 и 5) или отверстий в осесимметричной оболочке 11 (фиг. 3). Корпус закрыт крышкой 14 с уплотнением 15. Стержень-вытеснитель 4 может быть установлен как на крышке 14 (фиг. 3), так и на ограничительном кольцевом элементе 5 (фиг. 1 и 5), который прижат к торцу осесимметричной оболочки 11 пружиной 16. Выполнение струенаправляющего устройства заодно с ограничительным кольцевым элементом 5 позволяет унифицироватьь этот узел, что способствует расширению области применения шарикового расходомера. Соотношение проходных сечений канала 13, сообщающего патрубки, и одного тангенциального канала 9 выполнено более чем 100/б, где б (%) - допустимое значение основной погрешности. Это обеспечивает сохранение шариковым расходомером класса точности при засорении одного из тангенциальных каналов. При этом в автомодельной области течения расход через канал, сообщающий патрубки, увеличивается максимум на б (%), разрежение у второго торца осесимметричной оболочки - на 2б (%), скорость в тангенциальном канале - на б (%). Частота вращения шара пропорциональна скорости жидкости в тангенциальном канале и изменяется на б (%) при засорении одного из тангенциальных каналов 9. Таким образом, выходной сигнал шарикового расходомера, пропорциональный частоте вращения шара, изменяется также на б (%), расходомер остается в классе точности и его отказа не происходит. Проходное сечение канала 13, сообщающего патрубки, ограничено величиной проходного сечения входного патрубка 2, что необходимо для уменьшения потери давления и создания необходимого разрежения на втором торце осесимметричной оболочки. Для эффективного использования этого разрежения необходимо ориентирование второго торца в сторону выходного патрубка. Если стержень-вытеснитель 4 установлен на ограничительном кольцевом элементе 5, пружину 16 можно не использовать, поскольку последний прижимается к торцу осесимметричной оболочки 11 разностью давлений между ее полостью и полостью под крышкой 14. Данный вариант установки стержня-вытеснителя 4 предпочтительнее, так как в нем легче обеспечить центровку ограничительного кольцевого элемента 5 и стержня-вытеснителя 4. При выполнении тангенциальных каналов 9 в виде проточек (фиг. 1) торец осесимметричной оболочки должен располагаться соосно кольцевому выступу 10 и иметь равные с ним размеры в радиальном направлении. Если тангенциальные каналы 9 выполнены в виде отверстий (фиг. 3), это условие не обязательно. Для удаления газовых включений из непроточной полости в стержне-вытеснителе 4 может быть выполнен канал 17. Осесимметричная оболочка 11 может быть закреплена внутри корпуса 1 при помощи кронштейнов 18 (фиг. 1 и 5) или непосредственно присоединена своим вторым торцом к корпусу 1 (фиг. 3). Второй торец осесимметричной оболочки 11 может быть выполнен скошенным и снабжен кольцевым выступом 19 со стороны корпуса 1 (фиг. 5). Это позволяет различным образом располагать выходной патрубок относительно входного, что расширяет область применения шарикового расходомера. Угол скоса α может быть выбран в диапазоне α= 30-70^o. При меньшем значении α отрывное сечение на кромке кольцевого выступа 19 может стать неустойчивым, большее значение трудно обеспечить технологически. Шариковый расходомер работает следующим образом. Контролируемый поток входит через патрубок 2 в проточную часть корпуса 1 и делится в ней на две части. Меньшая часть по кольцевой полости 12 поступает к тангенциальным каналам 9, проходит по ним в полость осесимметричной оболочки 11 и выходит через второй торец последней к выходному патрубку 3. Струи жидкости, истекающие из тангенциальных каналов 9, инициируют вращательное движение вокруг стержня-вытеснителя 4 около кольцевой щели 7. При помощи турбулентной вязкости вращательное движение передается в непроточную полость и приводит во вращение шар 6. Частота вращения шара 6 преобразуется узлом 8 съема сигнала в электрический сигнал, частота которого равна частоте вращения шара. Большая часть контролируемого потока проходит по каналу (каналам) 13 непосредственно к выходному патрубку и, ускоряясь в узком сечении канала 13, образует зону разрежения у второго торца осесимметричной оболочки за счет подсоса потока из полости последней. Впоследствии эта часть потока расширяется и заполняет все сечение выходного патрубка, причем часть его кинетической энергии переходит в потенциальную. При этом гидравлические потери основной части потока становятся меньше перепада давления на тангенциальных каналах 9. Если во всем диапазоне измеряемых расходов течение в проточной части корпуса 1 автомодельно, то соотношение частей контролируемого потока поддерживается постоянным и измерение расхода меньшей части потока становится эквивалентным измерению расхода всего потока. Для достижения автомодельности течения во всем диапазоне измеряемых расходов проходные сечения кольцевой полости 12 и полости осесимметричной оболочки 11 выполнены значительно превышающими проходное сечение тангенциальных каналов, что позволяет пренебречь потерями на трение о стенки. Таким образом, шариковый расходомер обладает более широкой областью применения и повышенной надежностью.

Формула изобретения

1. Шариковый расходомер, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенные внутри корпуса коаксиально стержень-вытеснитель и ограничительный кольцевой элемент с чувствительным элементом-шаром, размещенным в его непроточной полости, сообщенной с проточной частью корпуса кольцевой щелью, образованной ограничительным кольцевым элементом и стержнем-вытеснителем, а также струенаправляющее устройство и узел съема сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения, струенаправляющее устройство выполнено заодно с ограничительным кольцевым элементом в виде тангенциальных каналов в кольцевом выступе, расположенном со стороны проточной части корпуса, в которой размещена осесимметричная оболочка, расположенная вокруг стержня-вытеснителя, присоединенная торцом к торцу кольцевого выступа и образующая с корпусом кольцевую полость, сообщенную с входным и выходным патрубками, второй торец осесимметричной оболочки расположен между патрубками и ориентирован в сторону выходного патрубка, а проходное сечение канала, сообщающего патрубки, меньше проходного сечения входного патрубка, но превышает проходное сечение одного тангенциального канала более, чем в 100/б раз, где б(%) - допустимое значение основной погрешности. 2. Расходомер по п.1, отличающийся тем, что канал, сообщающий патрубки, выполнен в виде кольцевой щели, образованной корпусом и кольцевым выступом, расположенным на скошенном втором торце осесимметричной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5