ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ

Настоящая полезная модель относится к средствам измерения расхода жидкостей, преимущественно - к средствам измерения расхода нефти и нефтепродуктов. Предлагаемое устройство является расходомером жидкости с геликоидной турбиной.
Известны турбинные расходомеры по патентам FR 2725516 (1996 г), GB 2334110 (1999 г) и заявке US 2010122584 (2010 г) компании FAURE HERMAN, по патентам РФ №№23679, 60205, отражающие последовательное развитие идеи турбинного измерителя жидкости. Представленные расходомеры содержат корпус с установленным внутри патроном, содержащим турбину, закрепленную в опорных крестовинах. При этом заявка США US 2010122584 защищает турбинный расходомер специального назначения - для измерения расхода нефтепродукта, вязкость которого искусственно снижена добавлением специального компонента, например, DRA (a drag reduction additive).
В качестве ближайшего аналога принимаем устройство по патенту GB 2334110 «Flow metering turbine», в котором турбина, имеет несколько геликоидных (винтовых) лопастей, закреплена в трубчатой гильзе между верхней (по отношению к набегающему потоку) и нижней опорами, каждая их которых представляет собой втулку (подшипник), установленную соосно гильзе на плоских продольных опорах и омывается набегающим потоком, а также патрон поточного турбинного расходомера, предназначенный для измерения расхода флюида (в данном тексте - жидкости, содержащей твердые и высоковязкие включения).
Недостатком известных механических устройств для измерения расхода является потеря давления в измеряемом потоке вязких и неоднородных жидкостей вследствие преодоления сопротивления, создаваемого омываемыми элементами конструкции расходомера, особенно, при низких температурах окружающей среды - при высокоширотной добыче и транспортировке по трубопроводам нефти и нефтепродуктов.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение негативного влияния повышения сопротивления потоку флюида, нефти или нефтепродукта при поточном измерении расхода вязких и волокнистых сред при низких температурах окружающей среды.
Задача решается, благодаря тому, что в турбинном расходомере жидкости, включающем наружный корпус с фланцами по концам, патрон, закрепленный в корпусе с использованием разъемных соединений, соосный корпусу, содержащий, гильзу, турбину с двумя или более лопастями в форме геликоида, опорные крестовины с подшипниками для крепления оси турбины, установленные на корпусе датчики оборотов, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода, при этом, гильза патрона установлена по отношению к корпусу с зазором, который сообщен через систему отверстий с проточной частью расходомера и служит теплолозащитной рубашкой, а каждая лопасть турбины выполнена с принятым для данного диапазона характеристик набегающего потока соотношением углов наклона образующей геликоида (α) и углом наклона винтовой линии (β), при этом расположенная против потока геликоидная поверхность лопасти образована восходящим винтовым движением отрезка прямой вокруг оси геликоида против часовой стрелки относительно оси, направленной навстречу потоку, а кромки срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка.
В турбинном расходомере жидкости длина лопасти турбины в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.
На корпусе расходомера установлены датчики оборотов, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода.
Для пояснения содержания настоящей заявки представлены следующие фигуры.
Фиг 1 - Турбинный расходомер жидкости в разрезе.
Фиг 2 - Двухлопастная геликоидная турбина, разрез А-А.
Фиг 3 - Двухлопастная геликоидная турбина, разрез Б-Б.
Фиг 4 - Двухлопастная геликоидная турбина, вид В.
Фиг 5 - Двухлопастная геликоидная турбина, компьютерная фотография.
На фигурах: 1 - корпус расходомера с фланцами, патрон 2, закрепленный в корпусе 1 с помощью прижимного кольца 3. Между гильзой 13 патрона 2 и корпусом 1 предусмотрен зазор 4, который сообщается с проточной частью расходомера через отверстия 5. Турбина 6, геликоидные лопасти 7 которой изготовлены зацело с осью 8, закреплена в подшипниках 9 и 10 на опорных крестовинах 11 и 12, которые присоединены неразъемно, например, приварены, к цилиндрической гильзе 13 патрона 2. На корпусе расходомера 1 установлены датчики оборотов 14, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода.
Расположенная против потока поверхность геликоида образована восходящим винтовым движением отрезка прямой вокруг оси геликоида против часовой стрелки, а кромки срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка, например - окружности.
Длина лопасти 7 турбины 6 в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.
Для стабилизации температуры измеряемой среды, в том числе при использовании расходомера в низкотемпературных условиях, на открытом воздухе, в конструкцию введена рубашка, заполняемая жидкостью через систему отверстий 5, соединяющих ее с основным потоком.
Для улучшения условий обтекания, необходимого при измерении высоковязких и волокнистых сред, кромки 15 примененных здесь геликоидных лопастей 7 со стороны набегающего потока срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка, например, окружности. Длина лопастей 7 (вдоль потока) по возможности уменьшена за счет того, что длина лопасти турбины в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.
При этом, благодаря тому, что патрон, содержащий турбину, выполнен заменяемым, появляется возможность варьировать исполнение турбины в зависимости от предполагаемых скоростей и вязкости потока, определив эмпирически оптимальные соотношения угла наклона образующей геликоида (α) и угла наклона винтовой линии (β).
Учитывая вариантность исполнений, технологический процесс изготовления турбины предполагает использование обрабатывающих станков с программным управлением, в котором заложен выбранный типоразмерный ряд исполнений (с различным соотношением углов α и β), обеспечивающий оперативный переход от одной модели турбины к другой в пределах типоразмерного ряда.