ГЕНЕРАТОР ПУЛЬСИРУЮЩИХ ПОТОКОВ
PULSATING FLOW GENERATOR

Изобретение относится к генераторам переменного расхода, предназначенным для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды при исследовании метрологических характеристик средств измерений давления и расхода жидкости, и может найти применение в приборостроительной промышленности при метрологической аттестации этих средств измерений.
Известен генератор переменного расхода, который использует изменение площади прямоугольной прорези, расположенной по образующей цилиндрического статора (Пульсатор расхода ПР-1. Техническое описание П1-00-00 ТО, 1973) - [1]. Контролируемая среда подается во внутреннюю полость статора по входному трубопроводу. Изменение размеров площади прорези происходит при вращении ротора в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси. При этом значение расхода через указанную выше прорезь при равномерном вращении ротора изменяется по синусоидальному закону. Прошедший через прорезь изменяемой площади поток поступает в испытательный участок в виде трубопровода с установленным в нем испытуемым расходомером и далее - в сливную емкость через сливной трубопровод. Частота пульсаций расхода определяется скоростью вращения ротора. Изменяя скорость вращения ротора и регистрируя показания испытуемого расходомера, можно определять частотную характеристику испытуемого расходомера. Этот известный генератор характеризуется трудностью получения пульсаций расхода требуемой амплитуды и формы в широком диапазоне частот, так как для этого необходимо управлять движением большой массы жидкости, а это требует создания значительного давления контролируемой среды, что в ряде случаев практически не осуществимо. Кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место значительные перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний, не говоря уже о наличии больших вибраций трубопровода, особенно на низких частотах.
Известно устройство «Гидромеханический пульсатор» по авторскому свидетельству SU №1013764 A, G01F 25/00, опубликованному 23.04.83. Бюл. №15 - [2], содержащее цилиндрический корпус с входным и двумя выходными окнами прямоугольной формы, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, и с установленным в корпусе цилиндрическим ротором, который выполнен полым, с нечетным числом окон, идентичных выходным окнам корпуса, причем суммарный размер окон по окружности равен 180.
Недостатком такого пульсатора является наличие гидравлического удара при воспроизведении синусоидального пульсирующего потока, что приводит к возникновению дополнительных погрешностей.
Известно устройство «Генератор переменного расхода жидкости (варианты)» по патенту RU №G01F 25/00, опубл. 20.02.08. Бюл. №6 - [3], содержащее цилиндрический ротор, соединенный с валом двигателя, цилиндрический статор с двумя выходными прорезями по образующей цилиндра на диаметрально противоположных сторонах, связанными с трубопроводами. Изменение частоты вращения ротора осуществляется через редуктор, соединенный с блоком управления. Для получения различных характеристик форм переменного потока съемный ротор генератора переменного расхода усечен различными линейчатыми поверхностями, ограниченными направляющими кривыми согласно рассмотренным уравнениям.
Однако данное устройство генерирует колебания потока жидкости, которые сложно и трудоемко регулировать в колебательном контуре.
Известно устройство «Пульсатор Б.С. Лобанова (варианты)» по патенту RU №2240449, F15B 21/12, опубл. 20.11.04 - [4]. Он содержит корпус с отводящим, подводящим и сливными каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами, установленный в рабочей камере корпуса, питающие сопла, сообщающиеся с подводящим каналом, соосные с ними приемные сопла, сообщающиеся с отводящим каналом, при этом сопла своими торцевыми отверстиями сообщаются с рабочей камерой корпуса, а дефлекторы ротора, выполненные в виде лопастей, периодически взаимодействуют с рабочей струей с целью образования рабочего крутящего момента, приводящего во вращение ротор.
Однако для данного пульсатора свойственны высокие энергетические затраты при создании пульсирующих потоков рабочей среды, поскольку сливной и отводящий каналы на выходе пульсатора не образуют колебательный контур для регулирования ограниченной массы жидкости. Такое исполнение устройства осуществляет сложно регулируемые параметры потока жидкости в колебательном контуре.
Наиболее близким к заявленному изобретению и совпадающим с ним по назначению является «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству СССР №637722, G01F 25/00, опубл. 15.12.78. Бюл. №46 - [5], предназначенный для определения динамических характеристик расходомеров. Данное устройство содержит ротор в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси, пустотелый цилиндрический статор с прорезью прямоугольной формы по образующей цилиндра на диаметрально противоположных сторонах. Ротор соединен с валом двигателя. Внутренняя полость статора соединена с входным трубопроводом, подающим контролируемую среду. и через прорези сообщается с отрезками двух трубопроводов, в одном из которых установлен испытуемый расходомер. Другие концы трубопроводов присоединены к выходному трубопроводу через дроссельное устройство.
Недостатком такого генератора является возможность его использования только для исследования синусоидальной формы импульса.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении возможностей регулирования пульсаций расхода с различными законами.
Технический результат достигается тем, что в генераторе пульсирующих потоков, содержащем полый ротор с выходными окнами, связанный с валом первого двигателя и управляемый блоком управления, цилиндрический статор с входным трубопроводом и двумя выходными окнами, выполненными диаметрально противоположно по его поверхности и связанными с выходными трубопроводами, новым является то, что выходные трубопроводы соединены между собой дополнительным трубопроводом, в котором установлен регулятор проходного сечения потока, выполненный с возможностью поочередного перекрытия этих трубопроводов. Регулятор проходного сечения потока выполнен в виде поршня с возможностью вращательного движения, концы которого выполнены выступающими в трубопроводы, усеченными и ориентированными друг относительно друга на 90°, обеспечивая перекрытие трубопроводов в противофазе, при этом поршень соединен с помощью муфты с валом второго двигателя, управляемого блоком управления. Регулятор проходного сечения потока выполнен в виде поршня с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, концы которого выполнены выступающими в трубопроводы с перекрытием выходных трубопроводов в противофазе, при этом поршень соединен с помощью муфты с валом второго двигателя, управляемого блоком управления.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2, где:
Фиг.1 - регулятор проходного сечения потока с вращательным движением поршня;
Фиг.2 - регулятор проходного сечения потока с возвратно-поступательным и вращательным движением поршня.
1 - ротор; 2 - статор; 3 - входной трубопровод; 4 - первый трубопровод; 5 - второй трубопровод; 6 - корпус; 7 - муфта; 8 - редуктор; 9 - первый двигатель; 10 - блок управления; 11 - поршень; 12 - штоки поршня; 13 - дополнительный трубопровод; 14 - муфта; 15 - второй двигатель, 16 - поршень; 17 - штоки поршня.
Генератор пульсирующих потоков содержит ротор 1, соединенный с помощью редуктора 8 и муфты 7 с валом первого двигателя 9. Ротор 1 выполнен полым и имеет окна, расположенные на разных уровнях. Вал ротора 1 установлен в подшипниках корпуса 6 генератора, закрепленного в статоре 2, причем ротор 1 является съемным и может отсоединяться от статора 2, а так же от вала двигателя 9 с помощью муфты 7. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется через редуктор 8, соединенный с блоком управления 10, к которому электрически подключен первый двигатель 9. Цилиндрический статор 2 представляет собой цилиндр с входным и двумя выходными окнами. Выходные окна статора расположены по образующей цилиндра на разных уровнях. Входное окно статора 2 связано с входным трубопроводом 3, его выходные окна связаны с первым 4 и вторым 5 трубопроводами соответственно.
Контролируемая жидкость по входному трубопроводу 3 поступает в полость статора 2. В зависимости от совмещений окон ротора 1 с окнами статора 2 жидкость проходит по выходным трубопроводам 4 и 5. При этом расход жидкости определяется площадью окна, не перекрытой в данный момент ротором 1.
Максимальный расход жидкости в выходном трубопроводе достигается при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном статора 2, а минимальный - при полном перекрытии окна статора 2. Для получения пульсаций расхода с различными законами изменения используют роторы 1 с различными формами окон, например, в форме различных многоугольников, например прямоугольника, квадрата, параллелограмма, трапеции и т.д.
Частота пульсаций обуславливается скоростью вращения ротора 1, а амплитуды - величиной расхода. Вследствие того, что суммарная площадь условного прохода окон остается постоянной, перепада давления во входном трубопроводе не возникает, что сводит к минимуму искажения формы и амплитуды колебаний расхода и улучшает эксплуатационные характеристики генератора.
Для получения плавно изменяющихся пульсаций расхода с различными законами изменения и недопущения гидравлического удара окна ротора 1 расположены на разных уровнях, причем уровни окон ротора 1 соответствуют уровням окон статора 2.
Генерирование колебаний потока жидкости таким образом является нерегулируемым. С целью регулирования пульсаций расхода более сложных форм выходные трубопроводы 4 и 5 соединены между собой дополнительным трубопроводом 13, в котором установлен регулятор проходного сечения потока, выполненный в виде поршня 11 с возможностью вращательного движения, концы которого 12 выполнены выступающими в трубопроводы, усеченными и ориентированными друг относительно друга на 90° (фиг.1) или в виде поршня 16 с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, концы которого 17 выполнены выступающими в трубопроводы с перекрытием выходных трубопроводов в противофазе (фиг.2).
Регулятор проходного сечения потока, представленный на фиг.1, представляет собой поршень 11 с двумя усеченными штоками 12 на концах, которые выполнены выступающими в выходные трубопроводы с возможностью поочередного перекрытия этих трубопроводов. Поршень 11 связан через муфту 14 с валом второго двигателя 15 и управляется блоком управления 10.
Регулятор проходного сечения потока, представленный на фиг.2, выполнен в виде поршня 16, совершающий возвратно-поступательное и вращательное движение в дополнительном трубопроводе 13, который связывает два выходных трубопровода 4 и 5 генератора пульсирующего потока. Поршень 16 снабжен двумя выступающими штоками 17 в выходные 4 и 5 трубопроводы с возможностью поочередного перекрытия этих трубопроводов, при этом они периодически перекрывают выходные трубопроводы в противофазе.
Генератор пульсирующих потоков работает следующим образом.
Блок управления 10 задает частоту вращения вала первого 9 и второго двигателей 15. При вращении вала двигателя 9 с укрепленным на нем цилиндрическим ротором 1 окна ротора 1 периодически совпадают с выходными окнами статора 2, причем момент совмещения окон в первом и втором трубопроводах 4 и 5 находится в противофазе, т.е. при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном выходного трубопровода окно другого трубопровода в этот момент времени полностью закрыто. Это достигается при полном совмещении окон статора 2 с окнами ротора 1. Таким образом, если площадь одного окна статора 2 увеличивается, то площадь другого окна уменьшается и наоборот.
Выбирая ротор 1 с различными формами его окон, изменяют форму переменного генерируемого расхода. Для замены ротора 1 отсоединяют муфту 7 от вала двигателя 9, а затем отсоединяют и корпус 6. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется редуктором 8, связанным с блоком управления 10.
Одновременно с ротором 1 осуществляется и вращение поршня 11 в дополнительном трубопроводе 13 (фиг.1). Противоположное перекрытие штоками 12 поршня 11 позволяет регулировать поток жидкости в выходных трубопроводах 4 и 5 в противофазе, а также генерировать сложные формы импульсов расхода жидкости в колебательном контуре.
Одновременно с ротором 1 совершает возвратно-поступательное и вращательное движение поршень 16, установленный в дополнительном трубопроводе 13 (фиг.2). Противоположное перекрытие штоками 17 поршня 16 позволяет регулировать поток жидкости в выходных трубопроводах 4 и 5 в противофазе.
Таким образом, предложен генератор пульсирующих потоков, в котором расширение возможностей регулирования пульсаций расхода с различными законами осуществляется за счет введения регулятора проходного сечения потока, выполненного в виде поршня с возможностью поочередного перекрытия выходных трубопроводов гидравлического контура, при этом решение устройства несложно в исполнении, просто и надежно в работе.