Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МАССОВЫЙ ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР
МАССОВЫЙ ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР

МАССОВЫЙ ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Массовый расходомер содержит установленные в корпусе с возможностью вращения две винтовые турбинки с различными шагами винтовой линии, связанные между собой моментосоздающим узлом, размещенным в герметичном разделительном кожухе, и два узла съема сигнала. Моментосоздающий узел выполнен по меньшей мере из двух шарнирных механизмов, каждый из которых имеет Г-образный груз, установленный одним из концов на оси первой турбинки, эксцентричной оси расходомера, с возможностью поворота и соединенный посредством тяги, вилки и компенсационной муфты со второй турбинкой. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения объемного расхода и плотности, имеет повышенную надежность. 6 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2193757
Класс(ы) патента: G01F1/82, G01F1/12
Номер заявки: 2001133051/28
Дата подачи заявки: 07.12.2001
Дата публикации: 27.11.2002
Заявитель(и): Алексеев Константин Иванович; Щедрин Евгений Борисович
Автор(ы): Алексеев К.И.; Щедрин Е.Б.; Люкевич Н.В.; Камышев Л.А.
Патентообладатель(и): Алексеев Константин Иванович; Щедрин Евгений Борисович
Описание изобретения: Изобретение относится к технике измерения массового расхода потоков жидкости или газа и может быть использовано во всех отраслях промышленности для учета и точного дозирования различных жидких сред.
Известны турбинные расходомеры, содержащие турбинки, вращающиеся под действием потока жидкости с синхронной угловой скоростью, пропорциональной объемному расходу жидкости (Г.Н.Бобровников и Л.А.Камышев. Теория и расчет турбинных расходомеров, М., Изд. стандартов, 1978, с. 128).
Ближайшим техническим решением к данному изобретению является турбосиловой расходомер, содержащий установленные в корпусе с возможностью вращения две винтовые турбинки с различными шагами винтовой линии, связанные между собой посредством моментосоздающего узла, и два узла съема сигнала (SU 1040337, кл. G 01 F 1/12, 07.07.81).
Скорость вращения ω турбинок в известном техническом решении пропорциональна объемному расходу Q потока, а угол сдвига ϕ турбинок друг относительно друга приблизительно пропорционален ρ. Произведение угла сдвига ϕ на скорость вращения ω приблизительно пропорционально массовому расходу ρQ.
Недостатком известного турбинного расходомера является размещение плохообтекаемых деталей моментосоздающего узла в объеме жидкости, что приводит к сильному гидродинамическому взаимодействию деталей муфты с потоком и, следовательно, к дополнительному закручиванию потока жидкости и, соответственно, искажению метрологических характеристик расходомера, а также к искажению измерения плотности жидкости. Кроме того, использование кулисного механизма ведет к повышенному трению деталей кулисы, а отсюда к повышенному износу и опасности заклинивания.
Целью данного изобретения является исключение воздействия деталей моментосоздающего узла на поток жидкости, исключение нежелательного воздействия гидродинамических сил на детали моментосоздающего узла, что ведет к повышению точности измерения объемных расходов и плотности, а также к повышению метрологических качеств и надежности расходомера, сокращению габаритов прибора и снижению моментов сопротивления.
Указанная цель достигается тем, что массовый турбинный расходомер, содержащий установленные в корпусе с возможностью вращения две винтовые турбинки с различными шагами винтовой линии лопастей, связанные между собой посредством моментосоздающего узла, и два узла съема сигнала, снабжен разделительным кожухом, в котором размещен моментосоздающий узел, выполненный, по меньшей мере, из двух шарнирных механизмов, каждый из которых имеет Г-образный груз, установленный одним из концов на первой турбинке на оси, эксцентричной оси расходомера, с возможностью поворота и соединенный шарнирно посредством тяги и вилки со второй турбинкой.
А также тем, что соединение тяги и вилки со второй турбинкой выполнено посредством компенсационной муфты.
А также тем, что разделительный кожух выполнен герметичным.
А также тем, что оси шарнирных механизмов выполнены в виде призматических шарниров.
А также тем, что моментосоздающий узел размещен в ступице одной из турбинок.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематически изображен массовый турбинный расходомер, в разрезе;
на фиг. 2 - то же с расположением моментосоздающего узла в ступице турбинки с герметичным кожухом;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, среднее положение грузов;
на фиг.4 - то же, конечное положение грузов;
на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3
на фиг.6 - схема распределения сил и моментов шарнирного механизма.
Массовый турбинный расходомер состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором во входном 2 и выходном 3 струевыпрямителях в подшипниковых опорах установлены винтовые турбинки 4 и 5, имеющие различный шаг винтовой линии лопастей. На корпусе расходомера размещены датчики, например, магнитоиндукционного типа 6 и 7, с помощью которых определяется угловая скорость ω турбинок и угол ϕ их взаимного разворота. Между турбинками 4 и 5 располагается моментосоздающий узел 8, размещенный в разделительном кожухе 9.
Моментосоздающий узел 8 выполнен, по меньшей мере, из двух шарнирных механизмов, каждый из которых имеет Г-образный груз 10, установленный одним из концов на оси 11, эксцентричной оси 12 турбинки 4 с возможностью поворота. При этом груз 10 посредством тяги 13 и вилки 14 соединен с турбинкой 5.
Вилка 14 соединена с турбинкой 5 посредством компенсационной муфты 15.
Разделительный кожух 9 может быть выполнен герметичным и заполнен жидкой смазывающий средой. Герметичность достигается размещением уплотнения 16 между кожухом 9 и валом 17 турбинки 5.
Оси 18 шарнирных механизмов выполнены в виде призматических шарниров.
Моментосоздающий узел 8 может быть размещен в ступице 19 одной из турбинок.
Работает массовый турбинный расходомер следующим образом.
Под воздействием протекающего через корпус 1 расходомера потока жидкости обе турбинки вращаются в одну сторону. Правая турбинка 5, имеющая меньший шаг винтовой линии, будет стремиться вращаться с большей скоростью, чем левая турбинка 3, имеющая больший шаг винтовой линии.
Противодействовать угловому развороту турбинок друг относительно друга будет момент центробежных сил Г-образных грузов 10 (включая и тяги 13), находящихся в моментосоздающем узле 8. Разделительный кожух обеспечивает вращение заключенного в нем объема жидкости совместно с грузами, чем исключается гидродинамическое взаимодействие грузов с измеряемым потоком.
В случае неменяющегося расхода жидкости момент центробежных сил Г-образных грузов 10 относительно оси вращения будет уравновешен разностью движущих моментов турбинок.
В результате обе турбинки будут вращаться с одинаковой угловой скоростью, пропорциональной объемному расходу жидкости Q, но сдвинутые относительно друг друга в отличие от начального положения на некоторый угол ϕ, определяющийся плотностью жидкостного потока.
Разность гидродинамических движущих моментов ΔМДВ, возникающих при воздействии жидкостного потока на обе турбинки, пропорциональна плотности ρ и квадрату объемного расхода Q жидкости [1]
ΔMДВ = K1ρQ2, (1)
где K1 - константа, характеризующая геометрические параметры турбинок.
Момент МВМ, возникающий от грузов шарнирного механизма согласно схеме фиг. 6, создается силой Т на плече h3, зависящем от угла ϕ взаимного разворота турбинок.
МВМ=2•Т•h3 (2)
Сила Т, возникающая на тяге 13, связывающей правую турбинку 5 с Г-образным грузом 10 на левой турбинке 4, определяется центробежной силой F грузов 10
T=F•hF/hT. (3)
Благодаря наличию кожуха заполняющая его жидкость вращается совместно с деталями муфты. При этом на грузы наряду с силами инерции действуют Архимедовы силы известной величины, а действие неопределенных гидродинамических сил исключается.
Общая сила F для одного груза:
F = (ρгрж)•Wгр•ω2•R, (4)
где ρгр - плотность материала груза;
ρж - плотность жидкости;
R - радиус центра масс груза 10 с учетом тяги 13;
Wгp- объем груза 10 и тяги 13.
Приравнивая ΔМДВ и МВМ, получаем, что угол взаимного разворота ϕ турбинок однозначно определяется плотностью жидкости
ϕ = f(ρж). (5)
Массовый расход будет определяться функцией угловой скорости ω вращения турбинок и угла ϕ их взаимного разворота.
ρQ = f(ω,ϕ). (6)
Угловая скорость ω определяется посредством датчиков 6 и 7, фиксирующих частоту вращения каждой из турбинок.
Угол разворота ϕ, а затем и ω, ϕ определяются по сигналам с датчиков в электронной части прибора.
В результате на показывающей части прибора дается информация о величине массового расхода, массового количества измеряемого продукта, объемных расхода и количества, плотности.
Использование предлагаемого массового турбинного расходомера позволит с очень высокой точностью одновременно измерять комплекс параметров: массовый расход, объемный расход, плотность жидкости, весовое и объемное количество.
Прибор может использоваться для сжиженного газа и криопродуктов, нефти, светлых нефтепродуктов и других жидкостей при значительных перепадах температуры окружающей среды.
Формула изобретения: Массовый турбинный расходомер, содержащий установленные в корпусе с возможностью вращения первую и вторую винтовые турбинки с различными шагами винтовой линии, связанные между собой моментосоздающим узлом, и два узла съема сигнала, отличающийся тем, что он снабжен герметичным разделительным кожухом, в котором размещен моментосоздающий узел, выполненный по меньшей мере из двух шарнирных механизмов, каждый из которых имеет Г-образный груз, установленный одним из концов на первой турбинке на оси, эксцентричной оси расходомера, с возможностью поворота и соединенный посредством тяги, вилки и компенсационной муфты со второй турбинкой.