ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР
Предлагаемое в качестве полезной модели техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей.
Известен шариковый расходомер (авторское свидетельство СССР № 1117448, МКИ 3: О 01 F 1/06, БИ №37, 1984), содержащий измерительный участок трубопровода с размеш,енными в нем первичным преобразователем, состоящим из цилиндрического корпуса, струенаправляющего аппарата, струевыпрямителя и шарика, сужающим устройством, установленным соосно перед первичным преобразователем, и каналом для перепуска части потока, а также узел съема сигнала. Корпус первичного преобразователя выполнен диаметром, меньшим диаметра измерительного трубопровода, канал для перепуска части потока образован между корпусом первичного преобразователя и измерительным трубопроводом, первичный преобразователь установлен с возможностью осевого перемешения относительно сужающего устройства, а диаметр отверстия сужающего устройства выполнен не меньше максимального диаметра корпуса первичного преобразователя. В данном техническом решении возможно использование одного типоразмера первичного шарикового преобразователя расхода для измерения расхода жидкости в широком диапазоне изменений расхода.
Недостатком этого расходомера является сложность конструкции, усложненная настройка на разные диапазоны измерений.
Известен тахометрический расходомер (авторское свидетельство СССР № 690297, МКИ 2: G 01 F 1/05, G 01 F 1/10, БИ №37, 1979), содержаший корпус, в котором на входе потока установлено струенаправляющее устройство, на выходе потока - струевыпрямляющее устройство, чувствительный элемент в виде шара, ограничительные
2001121895
Illilllillllllllillllllllllililll
2 о О 1 1 2 1 S 9 5
MliK /: u Ui t i/U5; GOl F 1/06; G 01 F 1/10
элементы и узел съёма сигнала. Ограничительные элементы выполнены в виде расположенных за струенаправляющим устройством входного и выходного обтекателей, образующих своими внутренними торцевыми поверхностями радиальную щель, переходящую в аксиальную щель, образованную по крайне мере, одним (входным) обтекателем со стенкой корпуса, причем, по крайне мере, один (выходной) обтекатель имеет внутренний канал.
Этот расходомер имеет сложную конструкцию, а его ремонтопригодность ограничена, особенно в труднодоступных местах.
Известен тахометрический расходомер (патент РФ № 2066848, МПК 6: G 01 F 1/05, БИ №26, 1996), выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус расходомера, внутри которого установлен обтекатель в виде втулки с внутренним каналом, сужающимся по потоку и служащим для перепуска основного потока, первичный преобразователь, выполненный в виде кольцевой камеры с тангенциальными входами, образующими струезавихритель, и расположенным в ней шаром, и узла съема сигнала. Для установки первичного преобразователя в корпусе расходомера выполнен радиальный патрубок; причем, втулка прикреплена жестко к корпусу расходомера и установлена коаксиально с ним, а между ее наружной поверхностью и внутренней стенкой корпуса образован измерительный канал.
Недостатком этого рещения является возможное заклинивание щара при попадании в кольцевую камеру определенной формы и размеров сорных частиц, а также возникающая при некоторых частотах вращения радиальная пульсация щара, приводящая к износу поверхностей кольцевой камеры и щара.
В основу полезной модели положена задача создания тахометрического расходомера, который имел бы простую, удобную в ремонте и эксплуатации конструкцию, максимально унифицированную
для различных типоразмеров приборов с постоянным в широком диапазоне измерений расхода коэффициентом пропорциональности.
Поставленная задача решается тем, что в тахометрическом расходомере, также как и в прототипе, содержащем корпус расходомера, внутри которого установлен обтекатель с внутренним каналом, первичный преобразователь, состоящий из струезавихрителя, чувствительного элемента в виде шара, узла съема сигнала, причем в корпусе расходомера выполнен радиальный патрубок для установки первичного преобразователя, а последний выполнен в виде кольцевой камеры с тангенциальными входами, образующими струезавихритель с расположенным в ней шаром, при этом обтекатель выполнен в виде втулки с внутренним каналом, сужающимся по потоку и служащим для перепуска основного потока, причем втулка прикреплена жестко к корпусу расходомера и установлена коаксиально с ним, а между ее наружной поверхностью и внутренней стенкой корпуса образован измерительный канал.
Согласно полезной модели, в отличие от прототипа, верхняя торцевая поверхность кольцевой камеры удалена от верхней кромки тангенциальных входов на расстояние, обеспечивающее при увеличении расхода жидкости выход щара из зоны пульсирующего в радиальной плоскости потока, образованного тангенциальными входами струезавихрителя для бесконтактного со стенками кольцевой камеры вращения щара, а нижняя ограничительная торцевая поверхность кольцевой камеры выполнена конусообразной, сужающейся по потоку, причем плотность щара р,и и плотность жидкости р, заполняющей расходомер связаны соотнощением или Рш/Рж 1 или Рш/Рж 1, а средний радиус вращения шара Кщ и средний радиус входных тангенциальных каналов R связаны соотношением:
при этом наибольший радиус входных тангенциальных каналов  связан с внутренним радиусом струезавихрителя R соотношением:
0,,.
Кроме того, наружная новерхность обтекателя выполнена в виде входного и выходного усеченных конусов, скрепленных между собой в области больших оснований, а их меньшие основания направлены, соответственно, в направлении входа и выхода расходомера.
Торцевые поверхности кольцевой камеры имеют форму тел вращения и совместно с коническим выступом корпуса преобразователя, расположенном в аксиальном выходном патрубке кольцевой камеры, образуют ограничительные элементы.
Измерительный канал содержит входную полость, образованную внутренней стенкой корпуса расходомера и наружной поверхностью корпуса первичного преобразователя, и выходную полость, образованную наружной поверхностью выходного конуса и внутренней поверхностью корпуса расходомера.
Исследованиями установлено, что при определенном сочетании положения оси входных каналов, числа каналов и геометрии кольцевой камеры, существует устойчивая область частот вращения, когда создаются условия подъема шара в осевом направлении пропорционального росту величины расхода, причем подъем шара вдоль оси вращения происходит без касания шаром стенок кольцевой камеры и без пульсаций среднего радиуса вращения шара, что предотвращает износ элементов устройства.
Экспериментально установлено, что при рш  рж шар не имеет устойчивую среднюю траекторию вращения при неизменном расходе жидкости, а занимает соверщенно произвольное положение в кольцевой камере и, следовательно, имеет переменную частоту вращения для заданного расхода жидкости.
l - -//2/f5r
обеспечивают бесконтактное устойчивое вращение шара в заданном диапазоне расходов жидкости.
Благодаря наличию вышеуказанных отличительных признаков предложенное техническое решение позволило создать простую, унифицированную, технологичную и обладающую повышенной ремонтопригодностью конструкцию, работающую в широком диапазоне измерения расхода.
Как показала экспериментальная проверка, предложенная конструкция обеспечивает достаточно высокую степень постоянства коэффициента пропорциональности (куб.м/импульс) в широком диапазоне измерения расхода. Например, для прибора с диаметром (условного прохода) трубы, на которой установлен расходомер  мм при изменении расхода от 1,0 до 30 куб.м/час (большем, чем у других подобных приборов) коэффициент пропорциональности изменился не более чем ±1,5%.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически изображен предлагаемый расходомер в продольном разрезе; на фиг.2 показана конструктивная схема преобразователя в разрезе с расположением элементов в его корпусе; на фиг.З схематически изображена кольцевая камера в разрезе.
Тахометрический расходомер содержит цилиндрический корпус 1 расходомера, внутри которого размещен обтекатель 2 и первичный преобразователь 3. Обтекатель 2 выполнен в виде конической втулки, имеющей внутренний основной канал 4, сужающийся по потоку и служащий для перепуска основного потока.
В корпусе 1 расходомера выполнен радиальный патрубок 5 для установки первичного преобразователя 3, обтекатель 2 прикреплен жестко к корпусу 1 расходомера и установлен коаксиально с ним. Между наружной поверхностью обтекателя 2 и внутренней стенкой корпуса 1 образован измерительный канал 6.
Первичный преобразователь 3 содержит корпус 7, имеющий кольцевую камеру 8 с расположенным в ней чувствительным элементом в виде шара 9, струезавихритель 10 и узел съема сигнала 11.
Ось первичного преобразователя 3 расположена вертикально так, что плоскость вращения щара в кольцевой камере располагается горизонтально; в этом случае требования к точности изготовления щара будут менее жесткими.
Кольцевая камера 8 выполнена с тангенциальными входами 12 имеющими верхнюю кромку 13 и образующими струезавихритель 10.
Коническая нижняя 14 и плоская верхняя 15 торцевые поверхности, имеющие форму тела вращения, образуют нижний и верхний ограничительные элементы кольцевой камеры 8.
Для обеспечения равномерного входа измерительного потока в кольцевую камеру 8 по тангенциальным каналам 12 между наружной поверхностью корпуса 7 первичного преобразователя 3 и внутренней цилиндрической стенкой радиального патрубка 5 образована буферная камера 16.
Коническая поверхность 17 корпуса 7 первичного преобразователя 3, а также цилиндрическая поверхность переходящая в коническую 18, сопряженные с нижней опорной поверхностью 14, образуют аксиальный выходной патрубок, соединенный с полостью 19 примыкающей к камере смещения 20, в которой соединяются на выходе из расходомера основной и измерительный потоки.
Расходомер работает следующим образом. Поток измеряемой жидкости поступает в расходомер и попадает в обтекатель 2, жестко установленный в корпусе расходомера 1. При этом поток разделяется на измерительный 6 и основной 4. Основной поток проходит по сужающемуся по потоку внутреннему основному каналу 4 обтекателя 2. Измерительный поток проходит через канал 6, буферную камеру 16, через каналы 12 струезавихрителя 10 в кольцевую камеру 8. Закрученный
гх ь-/-е/ .5Г
струезавихрителем 10 измерительный иоток воздействует на установленный в кольцевой камере 8 шар 9 в тангенциальном направлении (для придания ему вращательного движения) и радиальном (для уравновешивания центростремительной силы) и выходит через аксиальный выходной патрубок, в полость 19, где за счет эжектирующего эффекта обеспечивается стабильность истечения и постоянство зависимости между количеством прошедшей через прибор жидкости и числом оборотов шара. В камере смешения 20 измерительный поток соединяется с основным потоком и выходит из расходомера. Вращающийся в кольцевой камере шар 9, за счет подъемной силы поднимается пропорционально величине расхода вдоль оси кольцевой камеры в сторону верхней ограничительной торцевой поверхности и каждый оборот проходя мимо узла съема сигнала 11, возбуждает в нем электрический импульс, который регистрируется и обрабатывается вторичным прибором, например, частотомером, преобразующим его в ток или напряжение, пропорциональное измеряемому расходу. Подъем шара вдоль оси кольцевой камеры обеспечивает выход шара из зоны пульсирующего потока, образованного наличием дискретно расположенных по окружности каналами 12 струезавихрителя 10.
Предлагаемая полезная модель может найти широкое применение при изготовлении расходомеров, счетчиков жидкости с различными диаметрами условного прохода. Построенные на базе этого технического решения приборы отличаются высокой работоспособностью, технологичностью, высокой степенью унификации.
/ Г- у / / { о Г
;vi С / /   Ь }