ТАНГЕНЦИАЛЬНЫЙ ТУРБИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА
TANGENTIAL TURBINE-TYPE FLOW RATE CONVERTER

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения расхода, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения расхода жидкости или газа, например для измерения расхода топлива в топливопроводах двигателей.
Известен турбинный преобразователь расхода (авторское свидетельство СССР №1015251, G01F 1/10, 1983 г.), содержащий цилиндрическую камеру с входными и выходными тангенциальными каналами, тангенциальную турбинку, установленную на подшипниковых опорах соосно камере, размещенные равномерно на торцовой стенке камеры турбулизаторы потока.
Недостатком такого преобразователя расхода является то, что полезный угол действия потока среды на турбинку составляет не более 60°, поэтому в этом преобразователе очень маленький диапазон измерения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тангенциальный турбинный преобразователь расхода (авторское свидетельство СССР №1663436, G01F 1/10, 1991 г.), содержащий корпус с измерительной цилиндрической камерой, тангенциальными входным и выходным каналами цилиндрической формы, установленную вертикально в измерительной камере прямолопастную турбинку и турбулизатор потока в виде отверстий в стенке измерительной камеры, выходной канал расположен перед входным каналом по направлению вращения турбинки в секторе измерительной камеры с центральным углом между входным и выходным каналами не более 120°.
Недостатком такого устройства является то, что входной и выходной каналы выполнены круглого сечения и расположены очень близко друг к другу, поэтому при малых расходах измеряемой среды происходит перетекание потока из входного канала в выходной без вращения турбинки.
Задачей изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона измерения тангенциального турбинного преобразователя расхода.
Это достигается тем, что в тангенциальном турбинном преобразователе расхода, содержащем корпус с измерительной цилиндрической камерой, тангенциальным входным каналом и выходным каналом, установленную вертикально в измерительной камере прямолопастную турбинку, турбулизаторы потока, входной и выходной каналы выполнены прямоугольной формы, входной канал имеет следующие размеры: ширина 1-0,85…1 ширины лопастей турбинки, высота h - 1/6 высоты лопасти турбинки L; входной и выходной каналы расположены по касательной к окружности внутреннего диаметра измерительной камеры наклонно друг к другу таким образом, что углы наклона α входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки, составляют 45°…60°, причем размеры прямоугольного сечения выходного канала в 1,1 больше размеров входного канала.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен предлагаемый преобразователь расхода в разрезе, где α - угол наклона входного (выходного) каналов, h - высота прямоугольного сечения входного канала, L - высота лопасти турбинки; на фиг.2 - вид сбоку преобразователя расхода, где l - ширина прямоугольного сечения входного сигнала; на фиг.3 - точностные характеристики тангенциального турбинного преобразователя расхода: 1 - характеристика преобразователя расхода, выполненного в соответствии с прототипом; 2 - характеристика тангенциального турбинного преобразователя расхода с входным и выходным каналами согласно предлагаемому техническому решению.
Тангенциальный турбинный преобразователь (фиг.1) содержит корпус 1, входной тангенциальный канал 2 и цилиндрическую измерительную камеру 3, в которой вертикально располагается турбинка 4, выходной канал 5, входной и выходной каналы прямоугольной формы выполнены наклонно друг к другу по касательной к окружности боковой стенки измерительной камеры под углами наклона α=45°…60° входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки и с центральным углом не более 180°. Снаружи корпуса размещен бесконтактный узел 6 съема сигнала.
Преобразователь работает следующим образом.
Поток измеряемой среды через входной прямоугольный канал 2 попадает в измерительную камеру 3 корпуса 1, вращая турбинку 4. Далее через прямоугольный выходной канал 5 поток измеряемой среды попадает в трубопровод (фиг.1, 2). Вращение турбинки 4 фиксируется бесконтактным узлом съема сигнала 6 и в виде электрических импульсов поступает на показывающий прибор. Частота следования импульсов пропорциональна расходу измеряемой среды, а количество импульсов - объему протекающей жидкости.
При вращении среды в измерительной камере наличие отверстий на стенках камеры (турбулизаторов) приводит к уменьшению толщины пограничного слоя и тем самым к снижению влияния сил вязкого трения среды на вращение турбинки.
Выполнение входного и выходного каналов прямоугольного сечения позволяет более эффективно использовать кинетическую энергию струи измеряемой среды и точно направлять ее на лопасть турбинки, тем самым обеспечивая повышение точности измерения, расширение диапазона измерения и улучшение метрологических характеристик тангенциального турбинного преобразователя расхода.
Выполнение входного и выходного каналов по касательной к окружности внутреннего диаметра измерительной камеры наклонно друг к другу таким образом, что углы наклона α входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки, составляют 45°…60°, позволяет тем самым увеличить полезный угол вращения турбинки с 60° до 120°, что в свою очередь ведет к расширению диапазона измерения расхода.
max
2
Проведенные на предприятии-заявителе исследования позволили опытным путем определить оптимальные размеры входного канала прямоугольного сечения: ширина 1-0,85…1 ширины лопастей турбинки, высота h - 1/6 высоты лопасти турбинки L; размеры прямоугольного сечения выходного канала в 1,1 больше размеров входного канала. Такое выполнение позволяет расширить диапазон и точность измерения расхода измеряемой среды, существенно снизить потерю давления на преобразователе расхода. Перепад на расходе Q снижается с 0,5 до 0,3 кГс/см.
На фиг.3 приведены точностные характеристики измерения расхода тангенциальным турбинным преобразователем расхода, где погрешность измерения А вычисляют по следующей формуле:
где Δ - погрешность измерения, %;
прi
Q - измеренный объем по преобразователю, имп./л;
мi
Q - измеренный объем по мернику, имп./л.
Изображенная штрихпунктирной линией 1 характеристика соответствует характеристике преобразователя с турбулизаторами и тангенциальными входным и выходным каналами цилиндрической формы, выполненными в соответствии с прототипом. Изображенная сплошной линией 2 характеристика соответствует характеристике преобразователя с турбулизаторами и тангенциальными входным и выходным каналами прямоугольной формы, выполненного в соответствии с приведенным примером выполнения.
По фиг.3 видно, что благодаря выполнению входного и выходного каналов прямоугольного сечения и расположенных наклонно друг к другу под углом 45°…60° к горизонтальной оси вращения турбинки достигается наибольший диапазон измерения преобразователя расхода и, соответственно, наибольшая точность измерения расхода.