Шариковый преобразователь расхода

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для определения расхода жидкости, например, в ядерных энергетических установках. Сущность: шариковый преобразователь расхода содержит корпус (1), в котором установлена втулка (2) с элементами (3), например лопастями, создающими вращение потока измеряемой среды вокруг его вертикальной оси. Внутренняя поверхность корпуса (1) и наружная поверхность втулки (2) образуют кольцевую полость (4), в которой размещен чувствительный элемент - шар (5). С внешней стороны корпуса (1) установлен преобразователь (6) скорости (частоты) вращения шара (5) в электрический сигнал. Во втулке (2) выполнены открытые со стороны кольцевой полости (4) каналы (8), соединяющие входной участок преобразователя расхода с раскрытой кольцевой полостью (4). Дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки (9) между внутренней поверхностью корпуса (1) и наружной поверхностью ограничительной втулки (2). Технический результат: повышение точности определения расхода жидкости, увеличение ресурса работы и повышение ремонтопригодности преобразователя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к области определения расхода жидкости в ядерных энергетических установках.

Известны шариковые преобразователи расхода, содержащие корпус, внутри которого установлена втулка с завихрителем потока, кольцевую полость, образованную поверхностью корпуса и наружной поверхностью втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения в электрический выходной сигнал (см. авторское свидетельство СССР №1474471, кл. C01F 1/06, опубл. 23.04.89).

Основным недостатком известных преобразователей расхода является ограниченный во времени технический ресурс, что обусловлено износом дорожки качения шара, образованной внутренней поверхностью корпуса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является шариковый преобразователь расхода (см. патент РФ №2253843, МПК G01F 1/06, БИ №16 2005 г.), содержащий корпус со стороны раскрытия полости, имеющий кольцевое углубление, ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический сигнал.

Основной недостаток этого технического решения заключается в том, что при работе расходомера происходит постепенный износ дорожки качения и шара. При износе шара и дорожки качения показания измерительной системы изменяются и не соответствуют тем метрологическим характеристикам, которые имели место перед установкой преобразователя в канал. Износ дорожки качения и шара связан с тем, что шар интенсивно взаимодействует с поверхностью дорожки не только при его касании со стенкой, но и путем хаотичных биений шара о стенку дорожки качения. Последнее связано с тем, что в зависимости от скорости воды, ее температуры (вязкости) характер вращательного движения шара изменяется, движение шара приобретает помимо вращательного движения колебательный характер. Все это приводит к интенсивному взаимодействию шара со стенкой дорожки качения, его износу, изменению метрологических характеристик преобразователя.

В качестве второго недостатка можно отметить ограниченную «ремонтопригодность» данной конструкции. При износе дорожки качения, основным методом ремонта является напыление/нанесение/наплавка металла с последующей обработкой и шлифовкой, что достаточно трудоемкая и дорогостоящая процедура. Утилизация же «лишнего» металла, оборудования работавшего в условиях ядерных энергетических установок (твердые радиоактивные отходы), представляется еще более проблематичным.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения расхода теплоносителя, увеличение ресурса работы преобразователя и повышение «ремонтопригодности» преобразователя.

Техническая задача достигается тем, что известный шариковый преобразователь расхода, содержащий корпус со стороны раскрытия полости, имеющий кольцевое углубление, ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса, образующей дорожку качения, и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический сигнал, корпус преобразователя со стороны его касания с ограничительной втулкой содержит открытые со стороны кольцевой полости каналы, соединяющие входной участок преобразователя с раскрытой кольцевой полостью, а дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором показана конструкция шарикового преобразователя расхода.

Шариковый преобразователь расхода содержит корпус 1, в котором установлена втулка 2 с элементами 3, например лопастями, создающими вращение потока измеряемой среды вокруг его вертикальной оси. Внутренняя поверхность корпуса 1 и наружная поверхность втулки 2 образуют кольцевую полость 4, в которой расположен чувствительный элемент - шар 5. С внешней стороны корпуса установлен преобразователь скорости (частоты) вращения шара 5 в электрический сигнал 6. Кольцевая полость, за счет разницы диаметра корпуса D1 и наружного диаметра втулки 2 раскрыта в сторону кольцевого углубления корпуса 7 с диаметром D2, которое стабилизирует поток измеряемой среды и создает обратный вихрь. Во втулке выполнены открытые со стороны кольцевой полости каналы 8, соединяющие входной участок преобразователя с раскрытой кольцевой полостью. Каналы выполнены таким образом, что жидкость, поступающая с входа преобразователя, направляется по касательной внутренней поверхности открытой полости. Дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки 9 между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью ограничительной втулки 2.

Шариковый преобразователь расхода работает следующим образом. Поток теплоносителя протекает через решетку лопастей 3, закручивается вокруг оси преобразователя, образуя в кольцевом углублении 7 корпуса 1 устойчивый обратный вихрь. Движение жидкости за счет силы вязкого трения передается из кольцевого углубления корпуса в кольцевую полость 4 с расположенным в ней шаром 5. Находящаяся в кольцевой полости 4 жидкость приобретает вращательное движение вокруг оси преобразователя и передает движение находящемуся в полости 4 шару 5 вращательное движение. В то же время жидкость, поступающая через каналы с входа преобразователя, создает транзитный поток, движущийся вдоль внутренней поверхности открытой полости. В результате взаимодействия транзитного и закрученного потоков возникают вторичные микровихри, сообщающие жидкости поперечный импульс, пропорциональный плотности жидкости ρ, циркуляции скорости вихря Г, расстоянию между осями соседних вихрей. Благодаря образованию вторичных вихрей при вращательном движении шара в полости шар будет значительно меньше взаимодействовать со стенкой. Таким образом, благодаря такому взаимодействию износ шара и поверхности полости будет значительно меньше, ресурс преобразователя и гарантированная точность определения расхода будут увеличены.

Выполнение дорожки качения в виде отдельной детали позволяет при изготовлении использовать все возможные технологические приемы, адаптирующие деталь к тем тяжелым эксплуатационным условиям (высокое давления и температура), в которых работает преобразователь (термообработка, специальные материалы, упрочнение поверхности и т.д.).

Кроме того, отдельное изготовление дорожки качения от корпуса технологически проще. Упрощаются операции по финишной, термической и химической обработке/упрочнению. Для данного изобретения возможна закалка дорожки качения до значений, которые невозможны в случае корпусных деталей.

Замена одной детали значительно быстрее и дешевле замены корпуса преобразователя.

В работах по исследованию кризиса теплоотдачи в каналах с закрученным и транзитным потоком показано (Boltenko E. Heat Transfer Crisis and Liquid Distribution Between the Flow Core and Film in Steam Generating Channels with Swirling. Tenth International Conference on Nuclear Engineering. April 14-18, 2002. Arlington, Virginia, USA. ICONE 10, paper 22385), что при взаимодействии транзитного и закрученного потока образуются вторичные вихревые структуры. Поскольку размер вихрей, образующихся при взаимодействии транзитного и закрученного потока, намного меньше радиуса обратного вихря, сформированного в кольцевой полости, интенсивность вторичных вихрей выше интенсивности основного закрученного потока. Действительно, размер вихрей основного закрученного потока порядка d/2, где d - диаметр кольцевой полости, а тангенциальная скорость W~(π·d/T)·U, где U - продольная составляющая скорости потока теплоносителя на входе в преобразователь. Радиус вторичных вихрей намного меньше d и равен ~r, где r радиус полостей, соединяющих входной участок преобразователя с раскрытой кольцевой полостью. В связи с этим, величина центробежных ускорений g≈W2/r>>W2/(d/2).

Как известно (Милович А.Я. Теория динамического взаимодействия тел и жидкости. 2-е изд. исп. и доп. М.: Гос. изд. лит. по строительству и архитектуре, 1950), пара таких вихрей в соответствии с теоремой Н.Е.Жуковского сообщает жидкости поперечный импульс, пропорциональный плотности жидкости ρ, циркуляции скорости вихря Г, расстоянию между осями соседних вихрей. Таким образом, благодаря образованию вторичных вихрей при вращательном движении шара в полости шар будет значительно меньше взаимодействовать со стенкой. В пределе, при оптимальном соотношении закрученного и транзитного потоков, шар практически не будет взаимодействовать со стенкой.

Использование изобретения позволяет повысить ремонтопригодность и повышение ресурса работы за счет того, что дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки.

Шариковый преобразователь расхода, содержащий корпус, со стороны раскрытия полости имеющий кольцевое углубление, ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса, образующей дорожку качения, и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический сигнал, отличающийся тем, что корпус преобразователя со стороны его касания с ограничительной втулкой выполнен с открытыми со стороны кольцевой полости каналами, соединяющими входной участок преобразователя с раскрытой кольцевой полостью, а дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в расходометрии электропроводных жидкостей, например кислот, щелочей, растворов солей, в химической, фармацевтической, фармацевтической, пищевой и других областях промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Изобретение относится к устройствам очистки сточных вод ливневой канализации от нефтепродуктов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения направления и величины скорости потока жидкости или расплава в областях науки и техники, где необходимы исследования гидродинамических процессов, может применяться при определении распределений полей скоростей потока расплава алюминия при электролизе, что имеет первостепенное значение при разработке энергосберегающих технологий получения металла.

Изобретение относится к измерительной технике и прикладной метрологии и может быть использовано для передачи размера единицы расхода материальной среды от расходомера, являющегося предметом настоящего изобретения, рабочему расходомеру, стационарно установленному на трубопроводе.

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в химической, нефтяной, нефтехимической отраслях промышленности, а также в ядерной энергетике и медицине.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также в медицине.

Изобретение относится к технике измерения объемного расхода жидкости или газа. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к почвоведению и экологии, в частности к способам измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений с использованием камер для отбора проб. Устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений выполнено разъемным и состоит из цилиндрических камеры и основания. Камера крепится к основанию посредством двух горизонтальных пластин с зажимами. Пластины смонтированы в верхней части основания и нижней части камеры. По центру пластин выполнены отверстия, диаметром равные диаметру цилиндра. Нижняя часть основания выполнена со скосами, а в верхней части камеры герметично установлена крышка с эластичной пробкой. Камера содержит приспособление для вентилирования в ней воздуха. Камера может быть выполнена, например, из непрозрачного пластика. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Измерительное устройство кориолисова типа дополнительно снабжено возбудителем крутильных колебаний, приемником крутильных колебаний, блоком вычисления передаточной функции крутильных колебаний с подключенным к его выходу блоком аппроксимации передаточной функции крутильных колебаний, а также блоком вычисления температуры. При этом генератор широкополосных сигналов выполнен двухканальным с обеспечением генерации на первом канале сигнала в окрестности резонансной частоты изгибных колебаний, а на втором канале - в окрестности резонансной частоты крутильных колебаний. Причем выход второго канала подключен к возбудителю крутильных колебаний, приемник крутильных колебаний соединен с входом блока вычисления передаточной функции крутильных колебаний, входы блока вычисления температуры подключены к соответствующим выходам блоков аппроксимации изгибных и крутильных колебаний, а его выходы подключены к соответствующим входам блоков вычисления передаточной функции изгибных и крутильных колебаний, при этом во впускном и выпускном разъемах с внутренней стороны симметрично между расходомерными трубками выполнены щелевые прорези, возбудитель и приемник крутильных колебаний выполнены соответственно каждый в виде двух противофазно включенных пьезоэлементов, вмонтированных симметрично между расходомерными трубками в щелевые прорези соответствующих разъемов, а сенсорные приемники выполнены в виде пьезоэлектрических пластин, вмонтированных в центральные области соответствующих щелевых прорезей. Технический результат - повышение точности и стабильности измерений. 1 ил.

Способ автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах включает измерение скорости и высоты потока материала, причем скорость потока пульпы определяют по скорости вращения полого мерного колеса, выполненного в виде свободно подвешенного поплавка и приводимого в движение силой сцепления рельефной поверхности колеса с верхним слоем потока пульпы. Устройство для автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах содержит вычислительный блок, приспособление для измерения скорости потока и уровнемер. Указанное приспособление для измерения скорости потока выполнено в виде полого мерного колеса, при этом ось вращения мерного колеса подвижно закреплена во втулках, расположенных на нижнем конце вильчатого рычага, на котором дополнительно установлены форсунки для подачи воды, а на верхнем конце вильчатого рычага горизонтально размещена отражающая площадка. Ось вращения мерного колеса связана с крыльчаткой датчика импульсов. Вильчатый рычаг при помощи параллелограммного механизма закреплен на неподвижной Г-образной стойке. Технический результат - повышение надежности и точности измерений расхода пульпы в открытых каналах за счет устранения влияния на результаты измерений абразивного воздействия пульпы и физических свойств измеряемого материала. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам контроля объёмного расхода и плотности пульпы в напорных трубопроводах и может быть использовано в области обогащения руд полезных ископаемых, а также в горно-металлургической, строительной и других областях промышленности. Способ автоматического контроля расхода и плотности пульпы в напорных трубопроводах включает измерение плотности по перепаду давления в восходящем потоке материала. Согласно изобретению на восходящей части напорного трубопровода выделяют два равновеликих участка, геометрические центры которых разнесены по ходу потока на величину, не превышающую 3 расстояния между нижней и верхней границами первого по ходу потока участка измерения. На нижней и верхней границах выделенных участков осуществляют отбор давления, для каждой пары границ участков измеряют перепады давлений, вычисляют взаимнокорреляционную функцию случайных сигналов, характеризующих изменение величин измеренных перепадов давлений во времени, находят абсциссу τ максимума взаимнокорреляционной функции, определяющую время взаимного сдвига по фазе полученных случайных сигналов. По величине расстояния между геометрическими центрами участков и времени τ определяют скорость потока и по известной площади внутреннего сечения трубопровода и найденной скорости потока вычисляют его расход. Технический результат - повышение надёжности и точности измерений расхода пульпы в закрытых трубопроводах за счёт устранения влияния на результаты измерений абразивного воздействия пульпы, физических свойств измеряемого материала и осуществления прямого измерения скорости потока. 3 ил.

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для определения расхода жидкости, например, в ядерных энергетических установках

Наверх