Турбинный расходомер
Изобретение может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов в закрытых напорных трубопроводах. В измерительном канале корпуса расходомера расположены входной и выходной струевыпрямители с обтекателями, между которыми на стенке канала закреплен сопловой участок, и в подшипниковых опорах установлена с возможностью вращения и осевого перемещения аксиальная турбинка. К лопастям турбинки осесимметрично прикреплено кольцевое тело, выполненное с возможностью оказывать гидродинамическое сопротивление. Внутренний диаметр кольцевого тела меньше внутреннего диаметра соплового участка. Скорость вращения турбинки регистрирует узел съема сигнала. Благодаря гидродинамическому уравновешиванию турбинки изобретение повышает чувствительность на малых расходах, обладает увеличенным рабочим ресурсом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов.
Известен турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом и установленными в нем на входе и выходе струевыпрямителями, между которыми в измерительном канале выполнено сужение в виде двух последовательно расположенных сопловых участков с переходом одного к другому, находящемуся против лопастной решетки турбинки (а.с. СССР №1493871, кл. G01F 1/12, 1989).
Известен также турбинный расходомер (а.с. СССР №892215, кл. G01F 1/10, 1981), содержащий корпус с сопловым участком в измерительном канале, турбинку со ступенчатой лопастной решеткой, часть которой, имеющая меньший диаметр, расположена в сопловом участке.
В этих приборах происходит сужение потока по ходу движения жидкости, что приводит к понижению статического давления за турбинкой и увеличению силы, действующей на турбинку по потоку. Поэтому в таких приборах не обеспечивается осевая разгрузка турбинки.
Известна конструкция турбинного расходомера (декларационный патент UA №3416, кл. G01F 1/10, 2004), содержащего корпус, в проточной части которого, выполненного в виде конфузорной и диффузорной частей, расположен узел ротора с аксиальной турбинкой, которая имеет заднее тело обтекания, являющееся частью турбинки.
Недостатками такого прибора являются повышенные потери напора, недостаточная радиальная устойчивость турбинки, возможность засорения подводящих каналов и переднего подшипника.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является система баланса ротора для турбинных расходомеров (патент США №3518881, кл. G01F 1/10, 1970). В этом приборе для уравновешивания турбинки исцользуется отбор жидкости, которая передается в пустотелые обтекатели через отверстия в ребрах струенаправляющих аппаратов. В результате создается разность давлений, действующая на переднюю и заднюю части турбинки, за счет которой компенсируется осевое усилие. Для обеспечения более равномерного потока перед турбинкой в канале выполнено коническое сужение, а на турбинке закреплено кольцо диаметром больше диаметра конического сужения.
Недостатками этого прибора являются: повышенные потери напора; возможность засорения отверстий для отбора жидкости; неэффективность уравновешивания турбинки в широком диапазоне расходов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение гидродинамического уравновешивания турбинки в широком диапазоне расходов, расширение диапазона измеряемых расходов, повышение точности измерения и ресурса работы.
Указанный результат в турбинном расходомере, содержащем корпус с измерительным каналом и расположенными в нем входным и выходным струевыпрямителями с обтекателями, между которыми на стенке канала закреплен сопловой участок, и установлена в подшипниковых опорах с возможностью вращения и осевого перемещения аксиальная турбинка с осесимметрично прикрепленным к ее лопастям кольцевым телом, а также узел съема сигнала, достигается тем, что внутренний диаметр кольцевого тела, выполненного с возможностью оказывать гидродинамическое сопротивление, меньше внутреннего диаметра соплового участка.
Технический результат достигается также в другом случае, когда кольцевое тело выполнено в виде дугообразных участков, прикрепленных к лопастям турбинки.
Благодаря такому сочетанию элементов расходомера обеспечивается гидродинамическое уравновешивание турбинки в широком диапазоне расходов, что позволяет снизить или исключить механическое трение в подшипниках, повысить чувствительность турбинки на малых расходах, расширить диапазон и повысить точность измерения и ресурс работы расходомера.
Изобретение поясняется графическим материалом, где на чертеже показан общий вид турбинного расходомера. Он содержит корпус 1, измерительный канал 2, входной 3 и выходной 8 струевыпрямители с обтекателями 4 и 9 соответственно, турбинку 6, со ступицей 5 и кольцевым телом сопротивления 7, установленную в подшипниковых опорах, узел съема сигнала 10, сопловой участок 11.
Турбинный расходомер работает так. При движении жидкости по каналу 2 через входной струевыпрямитель 3, турбинка 6 начинает вращаться со скоростью, пропорциональной расходу, что регистрируется узлом съема сигнала 10. Скоростной напор, действующий на турбинку, стремится переместить ее в направлении потока. Одновременно с этим, поток, проходя через канал между сопловым участком и передним обтекателем 4, имеющий меньшее проходное сечение, ускоряется, а за турбинкой, где проходное сечение больше, замедляется. По закону Бернулли в зазоре между передним обтекателем и турбинкой происходит уменьшение давления, а за ней - восстановление давления. Разность статических давлений, действующих на ступицу турбинки 5, перемещает ее против потока. Турбинка вместе с кольцевым телом сопротивления приближается к сопловому участку 11. Поскольку внутренний диаметр кольцевого тела сопротивления 7 меньше внутреннего диаметра соплового участка, то происходит уменьшение проходного сечения. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления и возрастанию силы, действующей на турбинку по потоку. Одновременно турбинка попадает в зону больших скоростей потока, выходящего из соплового участка, что увеличивает динамическое давление на лопасти турбинки и тело сопротивления. Силы, действующие на турбинку по и против потока, уравновешиваются, и она устанавливается на некотором расстоянии от переднего обтекателя и торца соплового участка. Турбинка сохраняет это положение практически неизменным при увеличении расхода до максимального. Наличие кольцевого тела гидродинамического сопротивления уменьшает перетечки жидкости по периферийной части канала в обход лопастей турбинки, тем самым увеличивает чувствительность турбинки на малых расходах, повышает точность и расширяет диапазон измерений.
1. Турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом и расположенными в нем входным и выходным струевыпрямителями с обтекателями, между которыми на стенке канала закреплен сопловой участок и установлена в подшипниковых опорах с возможностью вращения и осевого перемещения аксиальная турбинка с осесимметрично прикрепленным к ее лопастям кольцевым телом, а также узел съема сигнала, отличающийся тем, что внутренний диаметр кольцевого тела, выполненного с возможностью оказывать гидродинамическое сопротивление, меньше внутреннего диаметра соплового участка.
2. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что кольцевое тело выполнено в виде дугообразных участков.
