Турбинно-тангенциальный датчик расхода
Использование: измерение расходов жидких и газообразных материальных продуктов. Сущность изобретения: в турбинно - тангенциальном датчике средняя окружность лопаток пересекается в одной точке с продольной осью тангенциального канала, внешний радиус лопатки определяется по формуле, приведенной в описании. 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам расходомеров жидких и газообразных продуктов, транспортируемых при их приемке или выдачи.
Известно устройство для измерения расхода жидкого продукта, содержащее тангенциальный канал, камеру, в которой установлена соосно ей турбинка с лопастями, средняя окружность которой пересекается в одной точке с продольной осью тангенциального канала, входной и выходной патрубки и узел съема сигнала [1]. Недостатком известного устройства является соединение оси лопастного колеса с электродвигателем малой мощности, снабженным муфтовым соединением, которое с помощью реостата изменяет число оборотов. Кроме того, на другом конце оси электродвигателя имеется фрикционная передача, соединяемая для производства отсчета по приборам - счетчика оборотов и секундомера, включаемых на фиксированное время счета числа оборотов лопастного колеса, снабженного в патрубке по обеим сторонам его отверстиями для присоединения трубопроводов коленчатого ртутного манометра. Однако такое устройство для определения скорости течения газа или жидкости в трубах при измерении малых расходов продуктов приводит к значительным искажениям результатов измерения скорости и не обеспечивает требуемой точности. Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается тем, что турбинно-тангенциальный датчик расхода тангенциальный канал, камеру, в которой установлена соосно ей турбинка с лопатками, причем средняя окружность лопаток пересекается в одной точке с продольной осью тангенциального канала, входной и выходной патрубки и узел съема сигнала. Внешний радиус R лопатки определяется по формуле R = , (1) где d - диаметр тангенциального канала, м; n - число лопаток турбинки, шт., а высота лопатки определяется по формуле h = , (3) где d - диаметр тангенциального канала, м; K= - отношение площади лопатки S2 к площади поперечного сечения тангенциального канала S1, о.е. На фиг. 1 изображен турбинно-тангенциальный датчик расхода, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - расчетная схема определения внешнего радиуса турбинки с лопатками. Устройство турбинно-тангенциального датчика расхода содержит тангенциальный канал 2, 3, камеру 1, в которой установлена соосно ей турбинка 4 с лопатками 8. Средняя окружность 7 лопаток 8 пересекается в одной точке с продольной осью тангенциального канала 2, 3, входной 2 и выходной 3 патрубки и узел 5 съема сигнала. Тангенциальная турбинка 4 представляет собой диск, радиус и ширина которого определяются выражением R= при заданном числе лопаток n (шт). Рабочая площадь 9 лопатки 8 по форме и ее величине повторяет форму тангенциального канала 2, 3, по которому проходит текущий продукт при задаваемом коэффициенте пропорциональности площади их сечения. На фиг.3 видно, что R - радиус внешней окружности лопаток турбинки; r - внутренний радиус ее, который равен r=R-d (м). Из ОАС определим угол , как cos =r/R, заменяя в этом выражении r=R-d, получим, что cos = или cos = 1- . Определим величину угла при заданном числе лопаток (n) как cos = . Следовательно, cos = 1- , откуда радиус внешней окружности R при заданном диаметре тангенциального канала d определяется формулой R = . Например, при заданном диаметре 0,012 м тангенциального канала 2, 3, числе лопаток 6 шт. определим радиус по выражению (1) R = = 0,024 (м), который определяет в основном конструктивные размеры турбинки. Кроме того, площадь 9 лопаток 8 турбинки 4 пропорциональна площади сечения потока 2, 3 через задаваемый коэффициент пропорциональности площадей их сечения, определяемый как отношение площади 9 лопатки S2 8 к площади сечения тангенциального S1 канала 2, 3, т.е. K= . В общем случае этот коэффициент учитывает величину рабочих зазоров турбинки в камере. Известно, что площадь тангенциального канала 2, 3 определяется выражением S1= (м2), при этом площадь 9 лопатки 8 турбинки 4 равна S2= S1+hd (м2) или S2= + hd (м2). Следовательно, K= = + , где h - высота прямоугольной части лопатки от продольной оси тангенциального канала 2, 3 до ее основания. При заданном коэффициенте пропорциональности K=const из этого выражения определим высоту прямоугольной части лопатки, т.е. h = . Например d=0,012 м. K=0,98, получим h = = 0,00452 (м) Форма основания лопатки 8 представляет прямую линию, которая находится в плоскости предыдущей лопатки, длина которой определяется углом по выражению = arccos . Тангенциальная турбинка 4 снабжена n прерывателями 11 сигнала, расположенными по окружности 12 среднего радиуса между радиусом основания лопатки 8 и внешним радиусом подшипника 14. Каждый прерыватель 11 сигнала представляет собой, например, сквозные отверстия (как элемент тахометрического преобразователя), в качестве которого, например, используется фотоэлектрический преобразователь, состоящий из излучающего светодиода 13 и узла 5 съема сигнала. Количество прерывателей 11 сигнала выбирается из условия повышения разрешающей способности турбинно-тангенциального датчика. Например, в одном случае турбинка 4 имеет одно отверстие, а в другом - 10 отверстий. При этих условиях узел 5 съема сигнала вырабатывает в первом случае за один оборот турбинки 4 один импульс, а в другом - за один оборот турбинки 4 узел 5 съема сигнала вырабатывает 10 импульсов. Следовательно, цена деления одного импульса во втором случае в 10 раз больше, чем в первом случае. Таким образом, разрешающая способность турбинно-тангенциального датчика расхода зависит от количества прерывателей сигнала, которая возрастает пропорционально их количеству. Устройство работает следующим образом. Струя потока тангенциального канала 2, 3 транспортируемого продукта действует на лопатки 8 тангенциальной турбинки 4, которая вращается с определенной частотой, пропорциональной угловой скорости ее вращения, которая воспринимается узлом 5 съема сигнала. Процесс вращения турбинки 4 в динамике потока рассмотрим на примере, в котором допустим, что в определенный момент времени рабочая поверхность лопатки 8 установлена перпендикулярно потоку 2, 3, т.е. при условии заданной пропорциональности площади сечения струи потока 2, 3 и лопатки 8. В этом исходном положении видно, что струя потока 2, 3 продукта в канале разделена клиновой поверхностью одной лопатки 8. При условии замедленной скорости вращения в единичные отрезки времени видно, что при повороте лопатки 8 под действием струи потока 2, 3 на некоторый угол происходит вытеснение продукта за счет центробежных сил наклонной поверхностью лопатки 8 в выходной канал 3 при одновременном воздействии продукта на рабочую поверхность предыдущей лопатки 8, угол встречи которой со струей потока 2, 3 возрастает до величины, принятой в исходном положении, в котором рабочая поверхность лопатки 8 установится перпендикулярно потоку 2, 3, после чего процесс повторяется. При этом объемы полостей, заключенные между камерой 1 и лопатками 8, находящиеся в стороне от тангенциального канала 2, 3 представляют собой объемы продукта, находящегося под меньшим динамическим давлением, чем давление в тангенциальном канале 2, 3, что в меньшей степени изменяет момент инерции турбинки 4 при учете присоединения массы потока от изменения момента количества движения массы секундного расхода. Турбинно-тангенциальный датчик расхода при заданных параметрах тангенциальной турбинки и профилирования лопаток позволяет повысить точность измерений.
Формула изобретения
где d - диаметр тангенциального канала;
n - число лопаток турбинки,
а высота лопатки определяется по формуле
где d - диаметр тангенциального канала;
K = S2 / S1 - отношение площади лопатки к площади поперечного сечения тангенциального канала.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Турбинный расходомер // 2014566
Изобретение относится к измерению расхода жидкости, преимущественно, нефтепродуктов, а также топлива для транспортных средств
Тахометрический расходомер жидкости и газа // 1830451
Тангенциальный расходомер // 1817827
Счетчик газа // 1813200
Шариковый расходомер // 1806328
Шариковый расходомер // 1789860
Счетчик жидкости // 1778530
Турбинный расходомер // 1775608
Турбинный преобразователь расхода // 1756764
Шариковый расходомер // 1747909
Счетчик газа - расходомер // 2123666
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения объема (расхода) газожидкостной среды, преимущественно газа, протекающего по трубопроводам и поступающего потребителю под относительно низким давлением (от 20 мм вод
Счетчик жидкости // 2125241
Изобретение относится к многоструйным крыльчатым счетчикам жидкости и может быть использовано для измерения расхода и количества жидкостей, протекающих по трубопроводу
Расходомер жидкости или газа // 2138020
Одноструйный счетчик воды // 2146040
Изобретение относится к скоростным крыльчатым водосчетчикам с вертикальной крыльчаткой
Изобретение относится к способам и устройствам для измерения расхода жидкости путем пропуска ее через измерительные устройства непрерывным потоком с помощью вращающихся лопаток
Устройство для измерения расхода жидкости // 2152592
Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкости путем пропуска ее через измерительные устройства непрерывным потоком с помощью вращающихся лопаток с магнитной или электромагнитной связью с индикаторным прибором
Водомерный счетчик // 2157968
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в водоснабжении для измерения количества воды
Двухструйный счётчик воды // 2212019
Расходомер текущих продуктов // 2215996