Патент на изобретение №2193757
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МАССОВЫЙ ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР
(57) Реферат: 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. 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  турбинок в известном техническом решении пропорциональна объемному расходу Q потока, а угол сдвига  турбинок друг относительно друга приблизительно пропорционален  . Произведение угла сдвига на скорость вращения приблизительно пропорционально массовому расходу Q.
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, гдена 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 турбинок и угол 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 , определяющийся плотностью жидкостного потока.
Разность гидродинамических движущих моментов  МДВ, возникающих при воздействии жидкостного потока на обе турбинки, пропорциональна плотности и квадрату объемного расхода Q жидкости [1]MДВ = K1Q2, (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 взаимного разворота турбинок.
МВМ=2 Тh3 (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 = ( гр–ж)Wгр2R, (4)где гр – плотность материала груза;ж – плотность жидкости;R – радиус центра масс груза 10 с учетом тяги 13; Wгp– объем груза 10 и тяги 13. Приравнивая МДВ и МВМ, получаем, что угол взаимного разворота турбинок однозначно определяется плотностью жидкости = f(ж). (5)Массовый расход будет определяться функцией угловой скорости вращения турбинок и угла их взаимного разворота.
Q = f(,). (6)Угловая скорость определяется посредством датчиков 6 и 7, фиксирующих частоту вращения каждой из турбинок.
Угол разворота , а затем и , 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
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
