ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР
TURBINE FLOWMETER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения расхода жидкостей и газов,
Известен турбинный расходомер (а.с. СССР №611113, кл. G01F 1/12, 15.06.78), содержащий корпус с измерительным каналом; входной обтекатель с устройством для снижения влияния вязкости среды; выходной обтекатель; турбинку, на лопастях которой со стороны входа потока установлено профилированное кольцо с наружной поверхностью, расширяющейся в направлении потока, образующее кольцевые зазоры со ступицей турбинки и с входным обтекателем, а на стенке измерительного канала напротив профилированного кольца выполнен кольцевой выступ.
Конструкция такого расходомера не обеспечивает полного гидродинамического уравновешивания турбинки во всем диапазоне расходов, имеет повышенные потери напора в связи с уменьшением проходного сечения в области кольцевого выступа и профилированного кольца. Эксплуатационным недостатком являются малые зазоры между профилированным кольцом и входным обтекателем.
Известен турбинный расходомер (патент на пол. мод. RU №93527 Ul G01F 1/10 от 27.04.2010, №12), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с устройством гидродинамического уравновешивания в виде одного или двух торцевых конических буртиков с закрепленными на ней лопастями и кольцевым телом сопротивления; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. В этом расходомере в торцевой части ребер струенаправляющего аппарата со стороны турбинки выполнено углубление (например, кольцевой формы), внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра кольцевого тела сопротивления, а внешний диаметр больше внешнего диаметра кольцевого тела сопротивления, при этом винтовой шаг лопастей турбинки, расположенных между кольцевым телом сопротивления и ступицей, может быть больше или меньше винтового шага лопастей турбинки на внешней стороне кольцевого тела сопротивления, а длина кольцевого тела сопротивления больше осевой длины лопастей турбинки.
Такая турбинка обладает повышенным гидравлическим сопротивлением, что оказывает негативное влияние на ее гидродинамическое уравновешивание и метрологические характеристики.
В качестве прототипа выбран турбинный расходомер (патент на пол. мод. RU №113351 U1 G01F 1/10 от 10.02.2012, №4), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно по ходу потока размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с лопастями, связанными по внешнему периметру с кольцевым телом обтекания с образованием внутреннего лопастного венца упомянутого кольцевого тела обтекания, имеющего также внешний лопастной венец; устройство гидродинамического уравновешивания в виде одного или двух конических буртиков, образованных на торцах ступицы; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. При этом кольцевое тело обтекания вместе с внешним лопастным венцом выполнено с осевым смещением по отношению к внутреннему лопастному венцу. Также внешний лопастной венец может быть выполнен с осевым смещением по отношению к внутреннему лопастному венцу в направлении к переднему или к заднему обтекателю.
В этой конструкции, наряду с тем что турбинка обладает повышенным гидравлическим сопротивлением и оказывает негативное влияние на ее гидродинамическое уравновешивание и метрологические характеристики, требуется сложная технология для изготовления турбинки вместе с буртиками для обеспечения гидродинамического уравновешивания.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, обеспечение надежности гидродинамического уравновешивания турбинки в широком диапазоне измеряемых расходов, в том числе и на максимальных расходах, расширение диапазона измерений, повышение чувствительности на малых расходах, повышение точности измерений, увеличение ресурса работы, снижении потерь напора, упрощение технологии изготовления турбинки вместе с устройством для ее гидродинамического уравновешивания.
Указанный технический результат достигается в турбинном расходомере, содержащем корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат, выполненный в виде ребер, расположенных на переднем обтекателе; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, представляющая из себя ступицу с лопастями, на которых закреплено кольцевое тело обтекания с лопастями на его внешней стороне и лопастями, закрепленными на его внутренней стороне; устройством гидродинамического уравновешивания в виде кольцевого буртика, выполненного с противоположного входу потока торце ступицы, диаметром больше диаметра ступицы с продольными сквозными каналами, проходящими через упомянутый кольцевой буртик; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал. При этом высота лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, меньше или равна расстоянию между кольцевым телом обтекания и кольцевым буртиком. В кольцевом буртике выполнены продольные сквозные каналы. Продольные сквозные каналы в кольцевом буртике расположены против лопастей, на которых закреплено кольцевое тело обтекания.
На фигуре 1 схематически показано устройство предлагаемого турбинного расходомера.
На фигуре 2 показано устройство турбинки с кольцевым буртиком и сквозными каналами, проходящими через него.
Предлагаемый турбинный расходомер (фиг.1) содержит корпус 1 с измерительным каналом 2, в котором расположены: струенаправляющий аппарат в виде ребер 3 с передним обтекателем 4; турбинка (фиг.2), установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, состоит из ступицы 5 с лопастями 6, на которых закреплено кольцевое тело обтекания 7 с лопастями 8 на его внешней стороне и лопастями 9 высотой А, закрепленными на его внутренней стороне, устройство для гидродинамического уравновешивания турбинки в виде кольцевого буртика 10 с продольными сквозными каналами 11; струевыпрямитель с задним обтекателем 12; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал 13.
Турбинный расходомер работает следующим образом. При движении измеряемой среды по каналу 2 через струенаправляющий аппарат 3, в зазоре между передним обтекателем 4 и ступицей 5 турбинки создается пониженное статическое давление. На торцевую часть ступицы турбинки и кольцевой буртик со стороны заднего обтекателя действует динамический напор. В результате появляется сила, действующая на турбинку против потока. Турбинка начинает перемещаться в сторону переднего обтекателя. При движении турбинки против потока увеличивается гидродинамическое сопротивления и сила, действующая на турбинку по потоку, возрастает. При этом увеличивается зазор между торцом ступицы и задним обтекателем и часть потока проходит по каналам в кольцевом буртике. Все это приводит к уменьшению силы динамического напора, действующего на турбинку против потока. Силы, действующие на турбинку по потоку и против потока, уравновешиваются и, при дальнейшем расходе, турбинка остается в уравновешенном состоянии.
В связи с тем, что лопасти, закрепленные на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, выполнены высотой А, то между упомянутыми лопастями и ступицей образуется зазор, что уменьшает гидравлическое сопротивление и совместно с наличием сквозных каналов в кольцевом буртике приводит к уменьшению силы давления на турбинку. Поток, проходящий через сквозные продольные каналы в кольцевом буртике, позволяет обеспечивать оптимальные условия для гидродинамического уравновешивания турбинки.
Кольцевое тело обтекания в турбинке делит поток на два кольцевых потока, что вместе с наличием лопастей, закрепленных на внутренней стороне кольцевого тела обтекания, и сквозных продольных каналов в кольцевом буртике дает возможность сформировать оптимальную эпюру распределения скоростей потоков, действующих на лопасти турбинки, и повысить степень турбулентности. Все это позволяет повысить чувствительность и расширить диапазон измерений в сторону малых расходов.
Указанное техническое решение позволяет получить турбинный расходомер с гидродинамически уравновешенной турбинкой в широком диапазоне расходов, расширить диапазон измерений, повысить чувствительность, уменьшить гидравлическое сопротивление турбинки, увеличить ресурс работы, упростить технологию изготовления турбинки.