ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, в частности, для измерения расхода жидкостей и газов.
Известен турбинный преобразователь расхода (SU 1597560 А1, кл. G01F 1/10, 20.05.86), содержащий корпус, внутри которого последовательно расположены входной струенаправляющий аппарат с компенсатором осевого усилия в виде каналов, наклоненных по отношению к лопастям турбинки на угол 7-20°, при этом площадь каналов составляет 2-6% площади проходного сечения на входе крыльчатки, которая имеет профилированные передние поверхности лопастей.
Недостатком такого устройства является отсутствие гидродинамического уравновешивания турбинки.
Известен турбинный преобразователь расхода, (RU 2360218 C1, G01F 1/12, 21.11.2007), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором между двумя обтекателями с возможностью вращения и осевого перемещения расположена турбинка, выполненная в виде ступицы с прикрепленными к ней лопастями и одним или двумя торцевыми коническими буртиками, при этом лопасти турбинки выполнены с уменьшением их осевой длины по высоте лопастей от периферии к ступице так, что шаговое перекрытие по высоте лопастей с учетом их толщины уменьшается от периферии к ступице.
Недостатком такого преобразователя является недостаточная чувствительность к малым расходам.
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 (а. с.СССР №970112, кл. G01F 1/10, 28.08.80), содержащий корпус с калиброванным каналом и установленными в нем аксиальной турбинкой, имеющей возможность вращения и осевого перемещения, входным и выходным струенаправляющими аппаратами, устройством для гидродинамического уравновешивания турбинки, выполненным в виде двух колец, установленных в проточной части канала непосредственно одно против другого с зазором между торцами, причем, одно из них имеет расширяющийся в направлении потока профиль сечения и установлено неподвижно, а второе, имеющее сужающийся профиль, жестко закреплено на лопастной решетке турбинки.
В таком расходомере не обеспечивается надежное гидродинамическое уравновешивание, достаточная точность измерения и ресурс работы.
В другом расходомере (а.с. СССР №1139971 А, кл. G01F 1/10, 15.02.85.), кольца для гидродинамического уравновешивания турбинки закреплены на струевыпрямителе и лопастной решетке в пределах 0.9-1.2 среднеквадратичного диаметра турбинки.
В этом расходомере, несмотря на некоторое увеличение ресурса работы и точности измерения, не обеспечивается надежная гидродинамическая разгрузка турбинки во всем диапазоне расходов.
Известен турбинный расходомер (RU 2 350909 C1, G01F 1/10, 15.05.2007), содержащий корпус с измерительным каналом и установленными в нем аксиальной турбинкой, имеющей возможность вращения и осевого перемещения, входным и выходным струевыпрямителями с обтекателями, устройством гидродинамического уравновешивания, выполненным в виде тела обтекания, закрепленного осесимметрично на ребрах входного струевыпрямителя перед турбинкой и тела сопротивления (например, кольца), закрепленного осесимметрично на лопастях турбинки против тела обтекания. При этом, внешний диаметр тела сопротивления больше внешнего диаметра тела обтекания или внутренний диаметр тела сопротивления меньше внутреннего диаметра тела обтекания.
Недостатком такого расходомера является узкий диапазон расходов, в которых обеспечивается устойчивое гидродинамическое уравновешивание турбинки.
В качестве прототипа выбран турбинный расходомер (RU 2324146 С, G01F 1/12, 25.05.2006), содержащий корпус с измерительным каналом, в котором последовательно размещены: струенаправляющий аппарат с обтекателем; турбинка в виде ступицы с закрепленными на ней лопастями, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения с устройством гидродинамического уравновешивания в виде кольцевого тела обтекания, установленного со стороны выхода, при этом в передней части турбинки выполнено кольцевое углубление внешним диаметром больше диаметра переднего обтекателя и внутренним диаметром меньше диаметра внутреннего углубления в переднем обтекателе, а диаметр передней части ступицы турбинки может быть больше диаметра задней части ступицы турбинки.
В этом расходомере не обеспечивается достаточная радиальная устойчивость турбинки в широком диапазоне расходов.
Предложенная полезная модель направлена 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.
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 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 котором 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 может быть больше осевой длины лопастей турбинки.
Предлагаемый турбинный расходомер содержит корпус 1 с измерительным каналом 2, в котором расположены: струенаправляющий аппарат в виде ребер 3 с передним обтекателем 4; турбинка 5 с закрепленными лопастями и кольцевым телом сопротивления 6,
установленная с возможностью осевого перемещения и вращения, ступица 7 с устройством гидродинамического уравновешивания в виде конического буртика; струевыпрямитель с обтекателем 8 и преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал 9. В торцевой части ребер струенаправляющего аппарата выполнено кольцевое углубление.
Турбинный расходомер работает следующим образом. При движении измеряемой среды по каналу 2 через струенаправляющий аппарат 3, в зазоре между передним обтекателем 4 и ступицей 7 турбинки 6, создается пониженное статическое давление. На торцевую часть ступицы турбинки за коническим буртиком действует динамический напор. В результате появляется сила, действующая на турбинку против потока. Турбинка начинает перемещаться в сторону переднего обтекателя. Кольцевое тело сопротивления входит в кольцевое углубление в торцевой части ребер струенаправляющего аппарата и делит поток между измерительной камерой и передним обтекателем на два кольцевых потока. Это дает возможность сформировать оптимальную эпюру распределения скоростей потоков, действующих на лопасти турбинки, и повысить степень турбулентности. Выбор винтового шага лопастей турбинки, расположенных между кольцевым телом сопротивления и ступицей, и винтового шага лопастей турбинки на внешней стороне кольцевого тела сопротивления выравнивает статическую характеристику расходомера. Все это позволяет повысить чувствительность и расширить диапазон измерений в сторону малых расходов. 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, что приводит к уменьшению силы динамического напора, действующего на турбинку против потока. Силы, действующие на турбинку по потоку и против потока, уравновешиваются.
Указанное техническое решение позволяет получить турбинный расходомер с гидродинамически уравновешенной турбинкой в широком диапазоне расходов, расширить диапазон измерений, повысить чувствительность, увеличить ресурс работы.