турбинный расходомер

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.