RU2678210C1 - Турбинный преобразователь расхода - Google Patents
Турбинный преобразователь расхода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678210C1 RU2678210C1 RU2018110614A RU2018110614A RU2678210C1 RU 2678210 C1 RU2678210 C1 RU 2678210C1 RU 2018110614 A RU2018110614 A RU 2018110614A RU 2018110614 A RU2018110614 A RU 2018110614A RU 2678210 C1 RU2678210 C1 RU 2678210C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- turbine
- blades
- turbines
- bevels
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/10—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении расхода и количества жидкостей и газов посредством расходомеров больших и малых диаметров. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является расширение диапазона измерения в результате увеличения чувствительности турбинки на малых расходах и упрощения конструкции турбинки. Турбинный преобразователе расхода включает корпус с проточным каналом, в котором по оси канала расположены два обтекателя, между которыми с возможностью вращения установлен чувствительный элемент, а с наружной стороны корпуса установлен узел съема сигнала. Согласно техническому решению чувствительный элемент выполнен в виде по меньшей мере двух, последовательно установленных турбинок с лопастями, жестко и соосно соединенных между собой, при этом боковые поверхности лопастей первой, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны набегающего потока выполнены со скосами, поверхности которых образуют конфузорный вход в межлопастное пространство турбинки, а боковые поверхности лопастей последней, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны, противоположной набегающему потоку, выполнены со скосами, поверхности которых образуют диффузорный выход из межлопастного пространства турбинки. Технический результат - расширение диапазона измерения в результате увеличения чувствительности турбинки на малых расходах и упрощения конструкции турбинки. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении расхода и количества жидкостей и газов посредством расходомеров больших и малых диаметров.
Известные технические решения, реализованные в турбинных расходомерах, имеют существенные недостатки – сложную конструкцию, повышенные потери напора и невысокий диапазон измерений из-за низкой чувствительности турбинки на малых расходах. Попытки устранить эти недостатки осуществлялись в расходомерах при использовании двух и более турбинок разного диаметра, установленных на одной оси при свободном вращении одной или двух турбинок (а.с. SU 1636687). Также, в датчике массового расходомера применялся способ соединения турбинок с помощью торсионной и пружинной связей (а.с. СССР №179487).
Уровень техники
Известен турбинный расходомер (а.с. SU №1312392), содержащий корпус с калиброванным каналом, измерительную крыльчатку, установленную с возможностью осевого перемещения, входной и выходной направляющие аппараты, средство для компенсации осевого усилия, расположенное перед выходным направляющим аппаратом и узел съема сигнала в котором средство для компенсации осевого усилия выполнено в виде двух жестко связанных между собой коаксиально расположенных друг относительно друга крыльчаток, причем направление закрутки лопастей внешней крыльчатки совпадает с направлением закрутки лопастей измерительной крыльчатки, а направление закрутки лопастей внутренней крыльчатки противоположно первым двум, а максимальный диаметр внутренней крыльчатки не превышает диаметра ступицы измерительной крыльчатки.
Аналогичное решение раскрыто в другом изобретении (а.с. СССР №187340). В турбинном расходомере обе крыльчатки - основная и вспомогательная - установлены в подшипниках и расположены на одной оси на осевом расстоянии, при котором возмущение потока от первой осредняется по всему сечению, а шаг винтовых лопастей второй крыльчатки больше шага винтовых лопастей первой. Это позволило уменьшить влияние изменения характера потока на метрологическую характеристику.
Тем не менее, основным недостатком приведенных выше технических решений является низкая чувствительность расходомера на малых расходах.
Известен так же компенсационный турбинный расходомер (а.с. СССР № 170704) содержащий две независимые турбинки вращающиеся вокруг общей оси на опорах качения. Одна из турбинок имеет прямые лопасти, а другая предназначена для измерения абсолютной скорости.
К его недостаткам можно отнести сложность конструкции, невысокий диапазон измерений и повышенные потери напора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является турбинный расходомер (а.с. СССР №475505), содержащий чувствительный элемент крыльчатого типа - винтовую крыльчатку, в которой межлопастные каналы выполнены конфузорными, а шаг винтовой поверхности рабочей стороны лопастей меньше шага винтовой поверхности тыльной стороны.
В известном расходомере авторам удалось снизить влияние числа Рейнольдса на характеристику прибора и уменьшить погрешность измерения обусловленную влиянием вязкости. Тем не менее, среди недостатков можно отметить невысокую чувствительность винтовой крыльчатки к малым расходам и значительно увеличение осевого давления на турбинку при возрастании расхода.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости создания измерительного устройства – типа турбинного расходомера, обеспечивающего возможность более точного измерения расхода на малых расходах.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является расширение диапазона измерения в результате увеличения чувствительности турбинки на малых расходах и упрощения конструкции турбинки за счет использования однотипных деталей.
Поставленная задача решается тем, что в турбинном преобразователе расхода, включающем корпус с проточным каналом, в котором по оси канала расположены два обтекателя, между которыми с возможностью вращения установлен чувствительный элемент, а с наружной стороны корпуса установлен узел съема сигнала, согласно техническому решению, чувствительный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух, последовательно установленных турбинок с лопастями, жестко и соосно соединенных между собой, при этом боковые поверхности лопастей первой, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны набегающего потока выполнены со скосами, поверхности которых образуют конфузорный вход в межлопастное пространство турбинки, а боковые поверхности лопастей последней, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны, противоположной набегающему потоку выполнены со скосами, поверхности которых образуют диффузорный выход из межлопастного пространства турбинки. Соседние турбинки могут быть установлены таким образом, что их лопасти образуют объединенную совместную лопастную решетку. Иными словами, лопасти соседних турбинок могут соприкасаться торцами со стороны выхода предыдущей турбинки с торцами со стороны входа последующей турбинки. При этом каждая из турбинок чувствительного элемента может быть выполнена с шаговым перекрытием лопастей меньше единицы. Скосы, поверхности которых образуют конфузорный вход в межлопастное пространство турбинки, могут быть выполнены на боковых поверхностях лопастей всех турбинок. Скосы, поверхности которых образуют диффузорный выход из межлопастного пространства турбинки, могут быть выполнены на боковых поверхностях лопастей всех турбинок. Соседние турбинки могут быть расположены с зазором друг от друга. Лопасти турбинок могут быть выполнены как винтовыми, так и косыми. Соседние турбинки могут быть установлены со смещением лопастей.
Краткое описание чертежей.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 схематично представлено продольное сечение заявляемого преобразователя расхода с двумя турбинками.
На фиг. 2 представлена межлопастная решетка чувствительного элемента из трех турбинок.
На фиг.3 представлено объемное изображение чувствительного элемента заявляемого устройства.
На фиг.4 представлены сравнительные метрологические характеристики турбинных преобразователей расхода ДУ 40 со скосами лопастей (А) и без скосов (Б).
Позициями на чертежах обозначены:
1. корпус преобразователя расхода,
2. входной обтекатель со струенаправляющим аппаратом,
3. первая (входная) турбинка,
4. последняя (выходная) турбинка,
5. выходной обтекатель со струевыпрямляющим аппаратом,
6. узел съема сигнала,
7. промежуточная турбинка.
Осуществление изобретения
Заявляемый преобразователь расхода представляет собой устройство, предназначенное для измерения расхода и количества жидкостей и газов.
Результат измерения турбинного расходомера во многом зависит от профиля скорости набегающего на турбинку потока и конструктивного исполнения самой турбинки. Профиль скорости набегающего на турбинку потока зависит от конструкции входного обтекателя со струенаправляющим аппаратом, которые выбираются оптимальными для каждого типоразмера расходомера. Однако наиболее существенную роль играет чувствительный элемент преобразователя расхода, в качестве которого может выступать одна или более соединенных вместе турбинок. Как правило, турбинка рассчитывается по известным методикам, описанным в литературе (например, Бобровников Г.Н., Камышев Л.А., «Теория и расчёт турбинных расходомеров», М.: Стандартиздат, 1978). Практика показывает, что изготовленные по расчетным методикам турбинные преобразователи расхода не всегда удовлетворяют необходимым метрологическим характеристикам. При этом, зачастую, при изготовлении таких преобразователей расхода производитель сталкивается с технологическими проблемами их изготовления. Например, возникают существенные трудности изготовления турбинок, обладающих повышенной чувствительностью, с шаговым перекрытием больше единицы. Это является одной из причин, по которой измерительные турбинки изготавливают с шаговым перекрытием меньше единицы. Проблема частично решается в случае выполнения чувствительного элемента в виде комплекта, например, из двух турбинок, (входной и выходной), каждая из которых выполнена с шаговым перекрытием меньше единицы, жестко и соосно соединенных между собой. В результате на объединенной совместной лопастной решетке общее шаговое перекрытие лопастей может быть достигнуто более единицы.
Заявляемое устройство выполнено в виде корпуса 1, с наружной стороны которого смонтирован узел съема сигнала 6. Внутри корпуса выполнен проточный канал, в котором по оси расположены входной обтекатель со струенаправляющим аппаратом 2 и выходной обтекатель 5 со струевыпрямителем. Между обтекателями по оси установлен чувствительный элемент, выполненный в виде комплекта, по меньшей мере, из двух турбинок, жестко и соосно закрепленных друг к другу. Соосное жесткое соединение нескольких турбинок с шаговым перекрытием лопастей меньше единицы позволяет создать преобразователь расхода с шаговым перекрытием совместной лопастной решетки больше единицы, которое обеспечивает требуемые метрологические характеристики, позволяет повысить чувствительность прибора к малым расходам и при этом упростить технологию их изготовления. Используемые в комплекте турбинки выполнены в одной пресс-форме, одинакового диаметра, что существенно способствует упрощению технологии изготовления. Турбинки могут быть установлены таким образом, что соответствующие лопасти соседних турбинок образуют объединенную совместную лопастную решетку. Турбинки могут быть изготовлены как с винтовыми, так и с косыми лопастями. Турбинки могут быть расположены как вплотную друг к другу, так и с зазором не превыщающим 2.5 толщины лопасти. Лопасти турбинок имеют боковые и торцевые поверхности. При этом на первой (входной) турбинке, со стороны набегающего потока боковые поверхности лопастей турбинки выполнены со скосами. За счет этого образуется конфузорный вход в межлопастное пространство. На последней (выходной) турбинке, со стороны, противоположной набегающему потоку, боковые поверхности лопастей турбинки выполнены со скосами. За счет этого образуется диффузорный выход из межлопастного пространства. Промежуточные турбинки, в случае их наличия, также могут быть выполнены с лопастями, имеющими скосы боковых поверхностей, как со стороны набегающего потока, так и с противоположной стороны. Углы скоса лопастей турбинки составляют не более 17° относительно плоскости лопасти, а толщина лопасти в ее торце составляет не менее 0,25 толщины лопасти в среднем сечении. Углы скоса могут быть выполнены как плоскими по отношению к плоскости лопасти турбинки, так и винтовыми. В одном из вариантов осуществления изобретения возможно выполнение всех турбинок, составляющих чувствительный элемент с лопастями, имеющими скосы боковых поверхностей как со стороны набегающего потока, так и с противоположной стороны. Турбинки могут быть расположены также со смещением лопастей. Переход от предыдущей турбинки к последующей образует поворот межлопастного пространства (фиг.2 участок Б).
Исходя из анализа взаимодействия потока с лопастями турбинки, можно выделить следующие характерные участки (фиг.2): участок (А) конфузорного входа в межлопастное пространство, образованный в результате выполнения скосов на поверхности лопастей турбинки с ее торцовой стороны со стороны набегающего потока; участок (Б) поворота межлопастного пространства, образованный в результате перехода от выходной части диффузорного участка межлопастного пространства предыдущей турбинки к конфузорному участку межлопастного пространства последующей турбинки; участок (В) диффузорного выходного межлопастного пространства образованного скосами, выполненными со стороны выходных торцов лопастей на плоскостях лопастей противоположных набегающему потоку.
Преобразователь расхода работает следующим образом. При движении измеряемой среды через проточный канал и выходе ее из струенаправляющего аппарата, среда воздействует на лопасти каждой турбинки чувствительного элемента и приводит их во вращение. Поскольку турбинки жестко соединены между собой, то при измерении расхода они действуют как единое целое – чувствительный элемент, имеющий единую лопастную решетку с шаговым перекрытием больше единицы. Скорость вращения турбинок пропорциональна расходу. Узел съема сигнала преобразует обороты турбинок чувствительного элемента в показания расхода и\или количества протекающей среды. Наличие скосов на лопастях турбинки с ее входной торцовой стороны со стороны набегающего потока увеличивает вращающий момент, действующий на лопасти турбинки. При выходе измеряемой среды из межлопастного пространства первой турбинки на поворотном участке межлопастного пространства и входе в межлопастное пространство следующей турбинки происходит дополнительное увеличение вращательного момента от воздействия динамического напора на поверхность скоса лопастей каждой последующей турбинки, что так же оказывает положительное влияние на увеличение чувствительности турбинки. При выходе измеряемой среды из выходного диффузорного участка, в связи с утонением лопастей в торцевом направлении, а также за счет того, что поверхности лопастей, образованные плоскостями скоса, совпадают с направлением вращения турбинки, уменьшается сопротивление ее вращению. Все это повышает чувствительность турбинки в диапазоне расходов не более (0,015÷0,006)·Qn, что соответствует расходам от переходного до минимального.
Пример конкретного выполнения
Изготовлен счетчик воды класса “С” на Ду 40 мм. Присоединение счетчика к трубопроводу муфтовое. В счетчике использован заявляемый турбинный преобразователь расхода, выполненный из двух соосно и жестко соединенных между собой турбинок. Турбинки имеют равные углы скоса (100) как на поверхностях лопастей со стороны набегающего потока, образующие конфузорный вход в межлопастное пространство, так и со стороны, противоположной набегающему потоку, образующие диффузорный выход из межлопастного пространства. Счетчик предназначен для работы в диапазоне расходов от 20 м3/ч до 0,05 м3/ч. Погрешность прибора составляет ± 2% в диапазоне расходов от 20 м3/ч до 0,12 м3/ч и ± 5% в диапазоне расходов от 0,12 м3/ч до 0,05 м3/ч. Преобразователь расхода учитывает расход от 0,025 м3/ч. Корпус счетчика выполнен из коррозионно-стойкой стали и обладает надежной защитой от воздействия электрического и магнитного полей.
На фиг.4 показаны метрологические характеристики турбинного преобразователя расхода с лопастями со скосами (А), с характеристиками, приведенными в примере конкретного выполнения, и без скосов (Б). Минимальный расход турбинного преобразователя расхода со скосами составляет 0,05 м3/ч. Минимальный расход турбинного преобразователя расхода без скосов составляет 0,12 м3/ч.
Заявленное техническое решение позволяет создать технологичный прибор для измерения расхода и количества текучей среды с высокими метрологическими характеристиками.
Claims (9)
1. Турбинный преобразователь расхода, включающий корпус с проточным каналом, в котором по оси канала расположены два обтекателя, между которыми с возможностью вращения установлен чувствительный элемент, а с наружной стороны корпуса установлен узел съема сигнала, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде по меньшей мере двух, последовательно установленных турбинок с лопастями, жестко и соосно соединенных между собой, при этом боковые поверхности лопастей первой, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны набегающего потока выполнены со скосами, поверхности которых образуют конфузорный вход в межлопастное пространство турбинки, а боковые поверхности лопастей последней, по направлению движения потока в расходомере, турбинки со стороны, противоположной набегающему потоку, выполнены со скосами, поверхности которых образуют диффузорный выход из межлопастного пространства турбинки.
2. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что скосы, поверхности которых образуют конфузорный вход в межлопастное пространство турбинки, выполнены на боковых поверхностях лопастей всех турбинок.
3. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что скосы, поверхности которых образуют диффузорный выход из межлопастного пространства турбинки, выполнены на боковых поверхностях лопастей всех турбинок.
4. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что соседние турбинки расположены с зазором друг от друга.
5. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что турбинки чувствительного элемента расположены с образованием объединенной совместной лопастной решетки.
6. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что лопасти турбинок выполнены винтовыми.
7. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что лопасти турбинок выполнены косыми.
8. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что соседние турбинки установлены со смещением лопастей.
9. Турбинный преобразователь расхода по п.1, отличающийся тем, что турбинки чувствительного элемента выполнены с шаговым перекрытием лопастей меньше единицы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110614A RU2678210C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Турбинный преобразователь расхода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110614A RU2678210C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Турбинный преобразователь расхода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2678210C1 true RU2678210C1 (ru) | 2019-01-24 |
Family
ID=65085208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018110614A RU2678210C1 (ru) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | Турбинный преобразователь расхода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2678210C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU475505A1 (ru) * | 1965-07-31 | 1975-06-30 | Научно-Исследовательский Институ Теплоэнергетического Приборосроения | Турбинный расходомер |
RU2337321C1 (ru) * | 2007-01-15 | 2008-10-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
RU2350908C1 (ru) * | 2007-05-15 | 2009-03-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
RU93527U1 (ru) * | 2009-11-17 | 2010-04-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
-
2018
- 2018-03-26 RU RU2018110614A patent/RU2678210C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU475505A1 (ru) * | 1965-07-31 | 1975-06-30 | Научно-Исследовательский Институ Теплоэнергетического Приборосроения | Турбинный расходомер |
RU2337321C1 (ru) * | 2007-01-15 | 2008-10-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
RU2350908C1 (ru) * | 2007-05-15 | 2009-03-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
RU93527U1 (ru) * | 2009-11-17 | 2010-04-27 | Петр Федорович Коротков | Турбинный расходомер |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4365518A (en) | Flow straighteners in axial flowmeters | |
US6463810B1 (en) | Method and device for bi-directional low-velocity flow measurement | |
CN105067049B (zh) | 一种基于旋流原理的差压式流量测量装置及方法 | |
US9372106B2 (en) | Non-circular flowmeter | |
US7607361B2 (en) | Sonar circumferential flow conditioner | |
WO2018121134A1 (zh) | 具有采集切向速度测量流量的方法及装置 | |
CN101881640A (zh) | 涡街质量流量计 | |
US9297679B2 (en) | Flowmeter with a flow conditioner formed by a protrusion having restriction provided upstream of the measurement section | |
AU2013308378B2 (en) | Flow meter with acoustic array | |
US3307396A (en) | Fluid flow measuring device | |
JP2002520583A (ja) | マルチコード流量計 | |
RU2678210C1 (ru) | Турбинный преобразователь расхода | |
CN202304911U (zh) | 旋进漩涡质量流量计 | |
CN203704996U (zh) | 一种超声波热量表管道 | |
EP3588016A3 (en) | A method of measuring the flow based on the action of a reaction force and a reaction flowmeter performed according to the method thereof | |
CN206269870U (zh) | 具有采集切向速度测量流量装置 | |
CN210036845U (zh) | 基于动力旋转离心压差法和流量计的油水两相流测量装置 | |
CN209878046U (zh) | 基于动力旋转螺旋流技术的油水两相流实时测量装置 | |
US3144768A (en) | Fluid meter construction | |
JP3122984B2 (ja) | 絞り流量計 | |
RU2337319C1 (ru) | Тангенциальный турбинный расходомер | |
EP3798582B1 (en) | Ultrasonic flowmeter and fluid pipeline | |
CN105115549A (zh) | 一种大口径多喉流量计 | |
CN220251089U (zh) | 一种可快速计算截面流量的结构 | |
RU2670212C1 (ru) | Парциальный расходомер |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200327 |