ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР

Предложенное техническое решение «Полезная модель» относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения расхода жидкостей и газов.
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 №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 2350909 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 котором обеспечивается устойчивое гидродинамическое уравновешивание турбинки.
Известен 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.
В качестве прототипа выбран турбинный расходомер (RU 93527 U1, G01F 1/10 (2006.01), 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, отличающийся тем, что 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.
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, снижение потерь напора.
Указанный технический результат достигается в турбинном расходомере, содержащем 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 расположенный так, что кольцевое тело обтекания вместе с внешним лопастным венцом выполнено с осевым смещением по отношению к внутреннему лопастному венцу, устройством гидродинамического уравновешивания в виде одного или двух конических буртиков на торцах турбинки; струевыпрямитель с задним обтекателем; преобразователь вращения турбинки в выходной сигнал.
Технический результат достигается также, когда внешний лопастной венец выполнен с осевым смещением по отношению внутреннему лопастному венцу в направлении к переднему обтекателю.
Технический результат достигается также, когда внешний лопастной венец выполнен с осевым смещением по отношению внутреннему лопастному венцу в направлении к заднему обтекателю.
На представленной фигуре (осевой разрез) показан турбинный расходомер с осевым смещением кольцевого тела обтекания с внешним лопастным венцом по отношению к внутреннему лопастному венцу.
Позициями на фигуре обозначены.
1 - корпус;
2 - измерительный канал;
3 - струенаправляющий аппарат в виде ребер;
4 - передний обтекатель;
5 - ступица турбинки;
6 - лопасти турбинки (внутренний лопастной венец);
7 - кольцевое тело обтекания;
8 - внешний лопастной венец;
9 - задний обтекатель;
10 - преобразователь вращения;
11 - передний конический буртик;
12 - задний конический буртик.
Описание работы и составляющих элементов устройства.
Предлагаемый турбинный расходомер содержит корпус 1 с измерительным каналом 2, в котором по ходу потока (показан стрелкой) расположены: струенаправляющий аппарат в виде ребер 3 с передним обтекателем 4; турбинка, установленная с возможностью осевого перемещения и вращения в виде ступицы 5 с лопастями 6, связанными по своему внешнему периметру с кольцевым телом обтекания 7 и образующими внутренний лопастной венец 6 по отношению к кольцевому телу обтекания 7, внешний лопастной венец 8 кольцевого тела обтекания 7, средство гидродинамического уравновешивания в виде конических буртиков 11, 12 на торцах ступицы 5, струевыпрямитель с задним обтекателем 9, преобразователь вращения 10 турбинки в выходной сигнал.
Турбинный расходомер работает следующим образом. При движении измеряемой среды по каналу 2 через струенаправляющий аппарат 3 в зазоре между передним обтекателем 4 и передним торцом ступицы 5 турбинки создается пониженное статическое давление. На торцевую часть ступицы 5 турбинки за задним коническим буртиком 12 со стороны заднего обтекателя 9 действует динамический напор. В результате появляется сила, действующая на турбинку против потока. Турбинка начинает вращаться и перемещаться в сторону переднего обтекателя 4. При этом за турбинкой давление понижается. На некотором расстоянии от обтекателей силы, действующие на турбинку в осевом направлении, уравновешиваются, и она остается в уравновешенном состоянии при дальнейшем увеличении расхода до максимального. Так как кольцевое тело обтекания 7 делит поток на два коаксиальных кольцевых потока, это дает возможность сформировать оптимальную эпюру распределения скоростей потоков, действующих на лопасти 6, 8 (внешний лопастной венец) турбинки, а осевое смещение кольцевого тела обтекания 7 с внешним лопастным венцом 8, как и осевое смещение внешнего лопастного венца 8 повышает степень турбулентности. Все это позволяет повысить чувствительность турбинки к потоку 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, увеличить ресурс работы.