УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ КОЛЕБАНИЙ
OSCILLATION GENERATING DEVICE

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам, генерирующим переменный расход, предназначенным для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды при исследовании метрологических характеристик средств измерений давления и расхода жидкости, и может найти применение 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 отверстия 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 «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству СССР №637722, G01F 25/00, опублик. 15.12.78 Бюл. №46 - [2] для определения динамических характеристик расходомеров, содержащий 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, кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний.
Известно устройство «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству SU №1013764 A, G01F 25/00, опублик. 23.04.83 Бюл. №15 - [3]. Гидромеханический пульсатор содержит цилиндрический корпус с входным и двумя выходными окнами прямоугольной формы, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. В корпусе установлен цилиндрический ротор, который выполнен полым, с нечетным числом окон, идентичных выходным окнам корпуса.
Недостатком такого генератора является возможность его использования только для исследования синусоидальной формы импульса, кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний.
Известно устройство «Пульсатор Б.С.Лобанова (варианты)» по патенту RU №2240449, F15B 21/12, опублик. 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 является изобретение по патенту RU №2327119, G01F25/00, F15B21/12, опублик. 20.06.2008, бюл. №17 - [5]. Пульсатор расхода содержит статор с выходными окнами и установленный в нем соосно цилиндрический полый ротор, соединенный с валом двигателя. Выходные окна ротора n и статора m расположены на разных уровнях и имеют форму многоугольников. Общее число окон статора не превышает (m>n} или больше (n≥m) общего числа окон ротора. Изобретение обеспечивает создание в потоке жидкости пульсаций расхода с различными законами изменения.
Недостатком такого пульсатора является наличие гидравлического удара при генерировании пульсирующего потока, что приводит к возникновению погрешностей.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении погрешностей измерения расхода и давления генерируемого потока жидкости путем снижения влияния гидравлического удара при воспроизведении в испытательных участках импульсов генерируемого потока различных форм и амплитуд.
Технический результат достигается тем, что в устройстве генерации колебаний, содержащем полый ротор с выполненными в виде многоугольников выходными окнами, связанный с валом двигателя, управляемого блоком управления, цилиндрический статор с входным окном, связанным с входным трубопроводом, и двумя выходными окнами, выполненными на разных уровнях его поверхности и связанными с выходными трубопроводами, новым является то, что ротор оснащен дополнительными окнами, которые выполнены на одном уровне с выходными окнами ротора по ходу его вращения с площадью проходного сечения, не превышающей погрешности площади живого сечения потока через выходные окна. Дополнительные окна выполнены на одном уровне с выходными окнами ротора и выполнены в виде различных фигур. Дополнительные окна выполнены в виде круга или овала. Дополнительные окна выполнены в виде многоугольников: треугольника, квадрата, прямоугольник, трапеция, n-угольник. Дополнительные окна различных форм, могут быть объединены с выходными окнами ротора.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2, где:
Фиг.1 - устройство генерации колебаний.
Фиг.2 - ротор с выходными окнами.
Здесь: 1 - ротор; 2 - статор; 3 - выходные окна ротора; 4 - выходные окна статора; 5 - дополнительное окно в роторе; 6 - входной трубопровод; 7 - первый выходной трубопровод; 8 - второй выходной трубопровод; 9 - корпус; 10 - муфта; 11 - редуктор; 12 - двигатель; 13 - блок управления.
Устройство генерации колебаний содержит полый ротор 1, соединенный с помощью муфты 10 и редуктора 11 с валом двигателя 12. На роторе 1 расположены на разных уровнях два выходных окна 3 и дополнительные окна 5, выполненные на одном уровне с выходными окнами ротора по ходу его вращения. В подшипниках корпуса 9 устройства, закрепленного со статором 2, установлен вал ротора 1, который может отсоединяться от вала двигателя 12 с помощью муфты 10. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется через двигатель 12, электрически соединенный с блоком управления 13. Цилиндрический статор 2 представляет собой цилиндр с входным и двумя выходными окнами 4. Выходные окна статора расположены по образующей цилиндра на разных уровнях. Входное окно статора 2 связано с входным трубопроводом 6, его выходные окна 4 связаны с первым 7 и вторым 8 трубопроводами соответственно.
В полость ротора 1 поступает контролируемая жидкость по входному трубопроводу 6, и в зависимости от совмещений выходных окон 3 ротора 1 с выходными окнами 4 статора 2 жидкость проходит по выходным трубопроводам 7 и 8. При этом расход жидкости определяется площадью выходного окна статора, не перекрытой в данный момент ротором.
Максимальный расход жидкости в выходном трубопроводе достигается при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном статора 2, а минимальный - при перекрытии окон статора 2 стенками ротора 1 и обусловлен величиной дополнительных окон 5.
Частота пульсаций обуславливается скоростью вращения ротора 1, а амплитуды - величиной расхода. Для получения плавно изменяющихся пульсаций расхода с различными законами изменения окна ротора 1 расположены на разных уровнях, причем уровни окон ротора 1 соответствуют уровням окон статора 2. Для замены ротора 1 отсоединяют муфту 10, редуктор 11, вал двигателя 12, а затем отсоединяют и корпус 9 от статора 2. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется редуктором 11.
Для снижения влияния гидравлического удара ротор 1 имеет дополнительные окна 5, симметрично расположенные в поперечном направлении относительно выходных окон 3 ротора 1, при этом площадь его проходного сечения не превышает погрешности площади живого сечения потока через выходные окна ротора 1. Дополнительные окна 5 выполнены в виде различных фигур: в виде круга или овала, треугольника, квадрата, прямоугольника, трапеции, n-угольника. Они могут быть объединены с выходными окнами 3 ротора 1. Снижение перепада давления достигается за счет наличия небольшого объема жидкости, обусловленного площадью дополнительных окон 5 ротора 1, при перекрытии основного окна статора 2 в начальный и конечный моменты времени, что сводит к минимуму искажений формы и амплитуды колебаний расхода.
Устройство генерации колебаний работает следующим образом.
Блок управления 13 задает частоту вращения вала двигателя 12. При вращении ротора 1 импульсы генерируемого потока жидкости в выходных трубопроводах 7 и 8 находятся в противофазе, т.е. при полном совмещении одного из выходных окон 3 ротора 1 с выходным окном 4 статора 2, в этот момент времени другое окно 4 статора 2 полностью закрыто. Таким образом, если площадь одного окна статора 2 увеличивается, то площадь другого окна уменьшается и наоборот.
Таким образом, предложено устройство генерации колебаний, в котором для снижения влияния гидравлического удара при совмещении выходных окон статора с выходными окнами ротора имеются дополнительные окна. Решение устройства несложно в исполнении, просто и надежно в работе.