Турбинный расходомер

Изобретение относится к счетным приборам, в частности, к турбинным расходомерам для учета расхода теплоносителя. Заявлен турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно установлены струевыпрямитель, турбинка, катушка самоиндукции, узел съема сигналов и микромощный генератор. Турбинка расходомера содержит термочувствительные элементы из сплава с эффектом памяти формы. Лопасти турбинки закреплены консольно в меньшем ее основании. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к приборам для измерения расхода теплоносителя - жидкости или газа - в закрытых напорных трубопроводах и может быть использовано в коммунально-бытовом хозяйстве для учета тепловой энергии и соответствующего расхода теплоносителя, а также совершенствования расчетов между производителями и потребителями тепловой энергии.

Известны устройства подобного типа: турбинный расходомер, патенты 2042924, 2042925, 1995 г., турбинный расходомер потока жидкости (газа), патент 2062992, 1996 г., турбинный расходомер, патент 2084828, 1997 г.

В качестве прототипа выбран турбинный счетчик жидкости, описанный в патенте 2042925, RU БИ №24 от 27 08.95 г, стр. 222. Устройство содержит корпус, струевыпрямитель, турбинку, ферритовый стержень, запрессованный в ступицу турбинки, катушку самоиндукции, узел съема сигнала, микромощный генератор тока, аккумулятор, электронный блок, соединенный с цифровым табло. При вращении турбинки движущимся потоком жидкости ферритовый стержень, перемещаясь относительно витков катушки самоиндукции, генерирует в них электрический ток, импульсы которого, преобразуемые в электронном блоке, в виде цифровых показателей расхода жидкости выводятся на табло. Микромощный генератор и аккумулятор служат для питания электронного блока.

Недостатком описанного устройства является учет и измерение общего расхода теплоносителя, в том числе и в тех случаях, когда его температура не соответствует заданным нормативам, стандартам и т.п., что может приводить к нарушениям технологических процессов, дискомфорту в жилых, учебных и рабочих помещениях и увеличивает расходы потребителей на оплату недопоставленной энергии, удорожая стоимость продукции.

Задачей заявляемого устройства является “жесткая” специализация турбинного расходомера на измерении и учете только той части расхода теплоносителя, температура которого соответствует действующим нормативам, стандартам и т.п.

Поставленная задача достигается тем, что турбинный расходомер содержит корпус измерительным каналом, в котором последовательно установлены струевыпрямитель, лопастная турбинка, в ступицу которой запрессован ферритовый стержень, катушка самоиндукции, узел съема сигнала и микромощный генератор с собственной крыльчаткой. Вне корпуса расходомера располагаются электронный блок с аккумулятором и цифровое табло.

Особенность заявляемого устройства состоит в том, что турбинка содержит термочувствительные элементы из сплава с эффектом памяти формы (ЭПФ), а лопасти закреплены консольно в меньшем основании ступицы турбинки.

Другой особенностью заявляемого устройства является то, что лопасти турбинки изготовлены из упругих стальных пластин, а термочувствительные элементы, выполненные в виде, по меньшей мере, двух отклоняющих стержней из сплава с ЭПФ, установлены у большего основания ступицы турбинки.

Третьей особенностью заявляемого устройства является то, что количество отклоняющих стержней соответствует количеству лопастей.

Четвертой особенностью заявляемого устройства является то, что лопасти турбинки выполнены в виде плоского пакета, изготовленного из двух плотно прилегающих и скрепленных между собой частей, одна из которых - упругая стальная пластина, а вторая - термочувствительная пластина из сплава с ЭПФ.

В заявляемом устройстве деформация термочувствительных элементов с ЭПФ при понижении температуры теплоносителя ниже порогового значения происходит в интервале термоупругих мартенситных превращений, под воздействием внешних напряжений, генерируемых элементами турбинки, изготовленными из упругих стальных пластин.

На фиг.1, 2 схематически изображен заявляемый турбинный расходомер.

На фиг.1а схематически изображен общий вид предлагаемого турбинного расходомера с лопастями, изготовленными в виде упругих стальных пластин. Расходомер содержит корпус с измерительным каналом 1, струевыпрямитель 2, лопастную турбинку 3, термочувствительные элементы 4, запрессованный в ступицу турбинки 3 ферритовый пруток 5, катушку самоиндукции 6, узел съема сигнала 7, микромощный генератор с собственной крыльчаткой 8.

Электронный блок, цифровое табло на схеме не показаны.

Лопасти турбинки 3, изготовленные из упругих стальных пластин, консольно закреплены на малом основании ступицы турбинки и расположены вдоль боковой конической поверхности ступицы параллельно оси ее вращения. У большего основания ступицы турбинки установлены контактирующие с лопастями термочувствительные элементы 4.

Термочувствительные элементы 4 выполнены из сплава с ЭПФ (например, на основе никелида титана с содержанием никеля, близким к эквиатомному), в виде прямых отрезков стержня, которые предварительно, для придания им необходимой величины возвращаемой при нагреве деформации, помещают в оправку специальной формы и подвергают отжигу при температуре 500-600°С. После охлаждения ниже интервала температур мартенситного превращения (до комнатной температуры, в случае использования никелида титана), термочувствительные элементы 4 вновь деформируют для придания им прямой первоначальной формы и в таком виде закрепляют у большего основания турбинки 3. После такой обработки термочувствительные элементы 4 в дальнейшем, когда температура теплоносителя достигнет своего порогового значения, будут деформироваться и, упираясь в лопасти турбинки 3, отклонять их на заданный угол атаки (фиг.1в). При понижении температуры теплоносителя ниже норматива жесткость термочувствительных элементов 4 уменьшается, а сила упругости лопастей турбинки возвращает термочувствительные элементы 4 в первоначальное положение.

На фиг.2а схематически изображен предлагаемый расходомер с лопастями, изготовленными в виде пакета из двух пластин. Расходомер содержит корпус с измерительным каналом 1, струевыпрямитель 2, турбинку 3, ферритовый пруток, запрессованный в ступицу турбинки, и все другие составные части, упомянутые выше.

Лопасти турбинки 3 выполнены в виде плоского пакета, состоящего из двух плотно соединенных между собой одинаковых по форме частей (пластин), одна из которых изготовлена из упругой стали, а вторая, термочувствительная, - из сплава с ЭПФ, например, на основе никелида титана.

Предварительно термочувствительной пластине из сплава с ЭПФ придается форма, адекватная заданному углу атаки лопастей при температуре теплоносителя, соответствующей стандартам и нормативам. В таком виде термочувствительная пластина заневоливается в оправке специальной формы и подвергается отжигу при температуре 500-600°С. После охлаждения ниже интервала температур мартенситного превращения, термочувствительная пластина деформируется для придания ей плоской первоначальной формы. Затем термочувствительная пластина плотно соединяется со стальной пластиной и полученный пакет консольно и симметрично оси вращения закрепляется в меньшем основании ступицы турбинки 3.

В этом случае стальная пластина, являясь частью лопасти, служит в качестве упругого возвратного элемента и подбирается с таким расчетом, чтобы величина силы ее упругости была выше силовых характеристик термочувствительного элемента из сплава с ЭПФ по достижении температуры начала прямого мартенситного превращения, но была меньше его силовых характеристик по достижении величины температуры начала обратного мартенситного превращения.

Трансформация лопастей турбинки расходомера, изображенного на фиг.2, при переходе температуры теплоносителя через определенное пороговое значение происходит следующим образом.

При температуре теплоносителя ниже величины установленного норматива лопасти турбинки 3, выполненные в виде плоского пакета, расположены параллельно направлению движения потока теплоносителя. При повышении температуры теплоносителя до уровня заданного норматива, термочувствительный элемент из сплава с ЭПФ деформируется, преодолевая сопротивление упругой стальной пластины, и пакет пластин в целом приобретает заданный угол атаки.

В зависимости от величины температуры теплоносителя будет меняться и режим работы турбинки 3. При соответствии температуры теплоносителя определенному нормативу лопасти турбинки имеют заданный угол атаки (фиг.1в и 2в), что побуждает турбинку к вращению при разборе теплоносителя.

При несоответствии температуры теплоносителя существующему нормативу лопасти турбинки расходомера имеют нулевой угол атаки (фиг 1б и 2б).

Работает заявляемый расходомер следующим образом (см. фиг.1, 2). По существующим нормативам температура горячей воды, например, для бытового потребления (ванные комнаты, кухни) должна быть не менее 60°С. В случае, когда температура воды не соответствует нормативам (менее 60°С), лопасти расположены (фиг 1б, 2б) параллельно направлению движения потока теплоносителя и турбинка 3 не вращается.

При разборе теплоносителя, температура которого соответствует установленному нормативу, лопасти имеют заданный угол атаки, и поток жидкости, проходя в полости корпуса 1 через струевыпрямитель 2, вращает турбинку 3. Запрессованный в ступицу турбинки 3 ферритовый пруток 5, перемещаясь относительно катушки самоиндукции 6, генерирует в ней импульсы электрического тока. Возникающие при вращении турбинки 3 импульсы электрического тока улавливаются узлом съема сигнала 7, поступают в электронный блок и после обработки выводятся в виде цифровой информации на табло. Микромощный генератор 8 с крыльчаткой служит для питания электронного блока.

Применение подобного устройства позволит жестко контролировать соответствие величины температуры теплоносителя принятым нормам, обеспечит учет его расхода, упорядочит расчеты между производителями и покупателями тепловой энергии.

1. Турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно установлены струевыпрямитель, турбинка, катушка самоиндукции, узел съема сигналов и микромощный генератор, отличающийся тем, что турбинка содержит термочувствительные элементы из сплава с эффектом памяти формы, а лопасти закреплены консольно в меньшем основании ступицы турбинки.

2. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что лопасти изготовлены из упругих стальных пластин, а термочувствительные элементы, выполненные в виде, по меньшей мере, двух отклоняющих стержней из сплава с эффектом памяти формы, установлены у большего основания ступицы турбинки.

3. Турбинный расходомер по п.2, отличающийся тем, что количество отклоняющих стержней соответствует количеству лопастей.

4. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что лопасти турбинки изготовлены в виде плоского пакета, изготовленного из двух плотно прилегающих и скрепленных между собой частей, одна из которых - упругая стальная пластина, а вторая - термочувствительный элемент из сплава с эффектом памяти формы.