Шариковый расходомер

 

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патептам и товарным знакам (21) 4786523/10 (22) 29.0190 (46) 15.1193 Бюл. Na 41-42 (71) Саратовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск (72) Лбсулов ВФ„Москалев В.В„Федорец Н.В. т73) Саратовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск имгенералMBAOp3 AM JlH3NKOBB (64) ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР (67) Использование: при измерении расхода жидкости в различных отраслях промышленности.

Сущность изобретениях поток измеряемой среды, (19> КЦ (1ц 20 (5I) 5 СОЛАР 2 1О поступающий через входной патрубок корпуса приводит во вращение шар, число оборотов которого фиксирует узел сьема сигнала. За счет введения механизма осевого перемещения шара, выполненного в виде поршня с пружиной и штоком, установленных в стакан, происходит расширение диапазона измерения расхода При изменении расхода перемещается поршень, который изменяет положение осесимметричных колец разного диаметра и вместе с кольЦами. положение шара Число оборотов шара и его положение дают значение измеряемого расхода 6 ип.

2003046

Изобретение относится к средствам измерения расхода жидкости и может быть

MGf10llb3GBBHo в различных областях MGLUинастроения, где необходимо измерять расходы компонентов топлива в магистралях гидравлических систем с широким диапазонам их изменения.

Известны расходомеры, состоящие иэ корпуса, чувствительного элемента, выполненного в виде шара и узла съема сигнала.

Одним из существенных их недостатков является малый диапазон измеряемых расходов.

Частично данный недостаток устранен в тех устройствах, корпус которых имеет коническую форму, Наиболее близким по принципу работы и техническому исполнению является шариковый расходомер па авт,св. И. 237408; кл. 6 01 F 1/00, 1969 и пат. . Великобритании М 1165398 кл, G.01 F 1/04, 1969, В нем полость, в. которой вращается шар, образована сменными прафилираванными втулками и выполнена сужающейся по потоку. При постоянной плотности измеряемого расхода жидкости изменение скорости ее движения однозначна связано с изменением частоты вращсния шара. Кроме тога, данная конструкция расходомера позволяет учитывать изменение плотности измеряемой среды. При изменении плотности измеряемого расхода шар перемещается па поверхности втулки, чта сопровождается изменением радиуса его вращений и соответственно часта|ы.

Однако и данное устройство имеет ограниченный диапазон измеряемых расходов.

Например, обеспечить им измерение расхода, изменяемого в пять и более раз. практически не представляется возможным. Это абьясняется тем, что при измерении больших значений расхода импульсы, снижав мые с узла съема сигнала с большой частотой, практически сливаются друг с другом, а при измерении малых значений расхода - резко уменьшается точность измерения и расходомер становится практически нечувствительным к дальнейшему уменьшению расхода.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона измерений расхода, Поставленная цель достигается тем, что расходомер дополнительно снабжен механизмом осевого перемещения шара, выполненным в виде поршня с пружиной и штокам. установленным в стакан, на боковой поверхности которого установлен датчик осевого перемещения поршня, надпоршневая полость стакана соединена с выходным патрубком, а падпаршневая — с внутренней полостью корпуса. к штоку прикреплен набор асесимметричных колец разного диаметра, соединенных между собой палужесткими связями, при этом внутрен.ний диаметр каждого последующего кольца меньше наружного диаметра предыдущего.

На фигЛ представлена схема шарикового расходомера; на фиг,2 а, б, s — различные положения подвижных частей механизма осевого перемещения шара; на фиг,За, б и 4

10 а, б — различные положения его подвижных частей при наличии только одного кольца, жестко закрепленного к штоку; на фиг.5— макет расходомера.

Основными элементами расходомера

"5 являются корпус 1, механизм осевого пере. мещения шара 2, узел съема сигнала 3 и шар 4.

Корпус 1 является основным силовым элементом расходомера и выполняется ка20 нической формой, сужающейся по потоку, Он имеет тангенциально выполненные подводящий и отводящий патрубки са струенаправляющим аппаратом и струевыпрямителем (на чертеже не покаэа25 ны), Внутри корпуса 1 размещен механизм осевого перемещения шара 2, который совместно с корпусом 1 обеспечивает взаимно-однозначное соответствие между поступательным движением подвижных частей этого механизма 2 и измеряемым расходом, Механизм осевого перемещения шара 2 выполнен в виде поршня 5 с пружиной 6 и штоком 7, установленным в стакан 5 8. Для удержания шара 4 в горизонтальной плоскости и обеспечения изменения радиуса его вращения к штоку 7 прикреплен набор осесимметричных .колец 9 разного диаметра, соединенных между собой пол"О ужесткими связями. При этом внутренний диаметр каждого последующего кольца меньше наружного диаметра предыдущего.

Узел сьема сигнала 3 представляет два независимых датчика 10 и 11, один из которых (датчик 10) измеряет окружную частоту вращения шара 4 в виде синусоидальнаго сигнала или импульсов, а с другой (датчик

11) — радиус ега вращения в виде сигнала непрерывной формы. Датчик 10 размещен на боковой коничеСкой поверхности корпуса 1 расходомера, а датчик 11 осевого перемещения поршня — на боковой цилиндрической поверхности стакана 8, надпоршневая полость которого соединена с выходным патрубком, а подпоршневая — с . внутренней полостью корпуса. Причем выходной сигнал устройства пропорционален произведению выходных сигналов снимаемых с датчиков 10 и 11 приведенных к единому виду, 2003046

Исходное положение расходомера: ось корпуса 1 — вертикальная,шар 4 находится в крайнем нижнем положении (фиг,2,а).

При подаче расхода измеряемой жидкости на вход расходомера под действием центробежной составля ощей силы шар 4 начинает вращаться, постоянно. прижимаясь к торцовой поверхности вышележащего кольца 9, а под действием осевой составляющей скорости потока — к поверхности нижнего кольца. Одновременно поршень 5 за счет силы, возникающей из-за разности давлений, действующих на него, начинает перемещаться вверх, сжимая настроечную пружину 6 (фиг.2, в).

Подвижные части механизма 2 также перемещаются вверх. При равенстве сил, действующих на подвижные части, произойдет их равновесие и перемещение прекратится. увеличение расхода измеряемой жидкости приводит к дальнейшему повышению перепада давлений на поршне 5 и подвижные части вновь перемещаются вверх. Одновременно увеличивается радиус вращения шара 4, поэтому увеличение центробежной силы не приводит к изменению частоты его вращения. При уменьшении расхода измеряемой жидкости подвижные части перемещаются вниз, радиус вращения шара 4 уменьшается таким образом, что частота его вращения практически не изменяется.

Таким образом, измеряемый расход жидкости будет зависеть как От радиуса вращения шара 2, так и от частоты его вращения на этом радиусе f, т.е. Q=Q{r) Q (fI. Обе . величины взаимосвязаны. Причем f u r связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Например, при неизменном расходе Q увеличить частоту f можно путем уменьшения радиуса вращения r. Для технической реализации данной зависимости расходомер имеет два датчика

10 и 11, Один из них измеряет первую составляющую Q(r), а другой — вторую Q(f), Так как непосредственно измерить радиус вращения шара не представляется возможным, Формула изобретения

45 (56) Авторское свидетельство СССР

N 237408, кл. G 01 F 1/00, 1969.

Патент Великобритании N 1165398, кл.

G 01 F 1/04, 1969, пружиной, и штоком, установленным в ста50,KàN, на боковой поверхности которого установлен датчик осевого перемещения поршня, надпоршневая полость стакана соединена с выходным патрубком, а подпоршневая с внутренней полостью корпу55 са, к штоку прикреплен набор осесимметричных колец разного диаметра, соединенных между собой полужесткими связями, при этом внутренний диаметр каждого последующего кольца меньше наружного диаметра предыдущего.

ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус с шаром и входным и выход. ным патрубками, на наружной поверхности которого расположен узел сьема сигнала, а внутренняя боковая поверхность выполнена переменного радиуса, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен механизмом осевого перемещения шара, выполненным в виде поршня с

ro он косвенно определяется через величину осевого перемещения, Такой вид перемещения можно измерить в любом диапазоне различными датчиками, т,е. его реализация

5 не представляет технической сложности.

Для этого могут быть использованы различные как по устройству, так и по принципу действия датчики. Вторая составляющая скорости потока жидкости Q(f) изменяется в

10 малых пределах даже при значительном изменении расхода жидкости и может быть измерена любым тахометрическим датчиком. При определенном профиле внутренней поверхности корпуса 1 расходомера

15 можно добиться взаимно-однозначного соответствия между поступательным движением подвижных частей механизма осевого перемещения шара и измеряемым расхоДОМ, 20 На фиг.2 в показано положение подвижных частей расходомера при измерении максимального значения расхода, При уменьшении расхода скатывание шара 4 с предыдущего кольца происходит за счет

25 действия двух сил: силы тяжести и осевой составляющей гидродинамической силы, действующей на шар, Конструктивно это обеспечивает выполнение ширины колец размером меньшим, чем радиус шара 4.

30 Положительный эффект от использования разработан ioro устройства заключается в значительном расширении диапазона измеряемых расходов (в 5 и более раз). Конструкция предложенного уст35 ройства безусловно усложнится за счет дополнительных подвижных устройств.

Однако, выигрыш от положительного,эффекта при внедрении предложенной конструкции будет выше, чем проигрыш от ее

40 усло>кнения за счет сокращения числа расходомеров и соответствующей вторичной регистрирующе-измерительной аппаратуPbl.

2003046

Составитель 8. Абсулов

Редактор Н. Сильнягина Техред М, Моргентал КорректоР A. Мотыль

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/б

Заказ 3228

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