ШАРИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно, к шариковым преобразователям расхода жидкости и к устройствам измерения расхода.
Известен шариковый преобразователь расхода, содержащий корпус, расположенную внутри него ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси устройства, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический входной сигнал и выполненное в корпусе кольцевое углубление (патент России №2253843, МПК: G01F 1/06, опубл. 10.06.2005 г.
Данное решение выбрано в качестве прототипа для заявляемого изделия согласно настоящей полезной модели.
Основным недостатком известного преобразователя является ограниченный во времени технический ресурс, что обусловлено, прежде всего, износом дорожки качения шара, образованной внутренней поверхностью корпуса в итого возникает необходимость замены расходомера через каждые 12-20 тыс. часов работы. Это ведет к значительным экономическим издержкам (свыше 90 млн. рублей), что обусловлено заменой изделий в действующем реакторе, с последующей утилизацией в качестве отходов облученных радиоактивных материалов в количестве свыше 60 тонн ежегодно.
Задачей описываемой полезной модели, является создание изделия, предназначенного для вертикальной установки с любым подводом потока
жидкости (боковым, вертикальным, под углом), конструкция которого обеспечит более устойчивое вращение шара в кольцевой полости, образованной внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, а также повышение точности измерения и технического ресурса преобразователя с одновременной экономией дорогостоящего металла и снижение объема радиоактивных отходов.
2
1
Указанный технический результат исполнения достигается тем, что в шариковом преобразователе расхода, содержащем корпус, ограничительную втулку с элементом, создающим вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, кольцевую полость, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, кольцевое углубление и узел преобразования сигнала, между кольцевой полостью и углублением выполнен кольцевой выступ, высота которого соответствует соотношению: h=D-D, где h - высота выступа,
2
D - внутренний диаметр кольцевого углубления,
1
D - диаметр средней части корпуса,
при этом внутренняя поверхность кольцевой полости образована сопряжением эллипсоидной поверхности корпуса и параболической поверхности ограничительной втулки, на наружной поверхности втулки выполнен ряд впадин и выступов, элемент, создающий вращение, может быть выполнен в виде втулки с рядом тангенциальных отверстий, диаметр которых равен 2,0-2,4 радиуса шара качестве завихрителя используется втулка, имеющая ряд тангентальных отверстий с диаметром равным 2,0-2,4 радиуса шара, с углом наклона и с шагом 360/n, где n - количество отверстий, или в виде втулки с вмонтированной в нее винтовой лопастной крыльчаткой, корпус выполнен разъемным из основной и головной частей, а внутри основной части корпуса установлен струенаправитель.
При этом внутренняя поверхность кольцевой полости создается образующей корпуса, которая представляет собой кривую, образованную отрезком прямой перпендикулярным продольным оси преобразователя, сопряженным с дугой окружности радиуса R1, в свою очередь сопряженным с дугой окружности радиуса R2, при радиусах R1 и R2 имеющих размеры: R1=(1,25-1,62) Rш и R2=(l,50-3,20)Rш, при значениях R1<R2, при ширине кольцевого углубления корпуса L:=(0,5-2,2)Rш.
1
2
2
1
1
2
Шариковый преобразователь расхода состоит из корпуса 1, выполненного разъемным из головной 2 и основной 3 частей. Внутри головной части 2 установлена втулка 4, с элементами, создающими вращение потока измеряемой среды вокруг его вертикальной оси. Элементы, создающие вращение потока, могут быть выполнены в виде лопастей 5 крыльчатки (см. фиг.1) или в виде ряда тангенциальных отверстий 6. Внутренняя поверхность головной части корпуса и наружная поверхность втулки 4 образуют кольцевую полость 7, в которой размещен чувствительный элемент - шар 8. В головной части 2 корпуса выполнено также кольцевой углубление 9. В основной части 3 корпуса струенаправитель 10. С внешней стороны головной части 3 корпуса установлен преобразователь 11 скорости (частоты) вращения шара в электрический сигнал. В поперечном сечении кольцевой полости 7, проходящем через продольную ось преобразователя 11 образующая внешней эллипсоидной поверхности 12 головной части корпуса, представляет собой кривую переменной кривизны, содержащую отрезок прямой, перпендикулярный продольной оси преобразователя 11, сопряженный с дугой окружности радиусом R, в свою очередь сопряженной с дугой окружности радиуса R при R>R. Кольцевая полость 7 (фиг.3), за счет разницы диаметра средней части головной части корпуса D и внутреннего диаметра кольцевого углубления 9, раскрыта в сторону углубления 9 головной части корпуса 1 с диаметром D, которое стабилизирует поток
измеряемой среды и служит для дополнительного выравнивания эпюры скоростей и сглаживания пульсаций скорости во вращающемся вихре, образованном элементами втулки 4, закручивающими поток, на наружной поверхности втулки, обращенной к шару, расположенному в кольцевой полости, выполнен ряд впадин и выступов 13, ухудшающих циркуляцию потока в поперечном сечении кольцевой полости. Разница в размерах этих двух диаметров образует величину уступа перегородки величиной R=D2 -D1, при правильном выборе параметров и конфигураций других элементов конструкция преобразователя расхода приобретает законченный вид и показывает стабильную, долговременную работу. Элемент, создающий вращение потока вокруг преобразователя 11 может быть выполнен в виде крыльчатки 14 или втулки с тангентальными отверстиями 15.
Соединение головной части 2 и основной части 3 корпуса 1 может осуществляется посредством стопорного кольца 16, которое помещается в кольцевой паз, проходящий через соответствующие части корпуса.
Работа шарикового преобразователя происходит следующим образом: поток измеряемой среды протекает через решетку лопастей крыльчатки 14 (фиг.1) или тангенциальных отверстий 15 втулки 4 (фиг.2) закручивается вокруг оси преобразователя, образуя в кольцевом углублении 9 устойчивый вращающийся вихрь. Движение жидкости за счет силы вязкого трения и турбулентного перемещения передается из кольцевого углубления корпуса в кольцевую полость 7 с расположенным в ней шаром 5. Находящаяся в кольцевой полости жидкость приобретает вращательное движение вокруг оси преобразователя и передает движение находящемуся в полости 7 шара 8, который катится по внутренней поверхности корпуса. Преобразователь 11, преобразует скорость вращающегося шара в электрический сигнал. При качении шара в кольцевой полости, в результате выступа приложение центробежной силы происходит в центре шара и он начинает катиться равномерно поступательно. Выполнение профиля наружной поверхности
кольцевой камеры в виде кривой переменной кривизны, позволяет существенно понизить или исключить энергию колебательного движения шара, предотвратить увеличение амплитуды колебаний шара при резонансных явлениях. В рассматриваемой конструкции резкие изменения пространственного положения оси вращения шара, вызывающие его проскальзывания по дорожке качения, полностью устраняются.
Описываемая конструкция шарикового преобразователя обеспечивает повышение точности измерения и технического ресурса преобразователя с одновременной экономией дорогостоящего металла и снижение объема радиоактивных отходов.