Счетчик жидкости

 

Изобретение относится к многоструйным крыльчатым счетчикам жидкости. В корпусе размещен двухструйный измерительный механизм, состоящий из стакана с крыльчаткой, установленной перпендикулярно продольной оси, и крышки. Внутреннее пространство корпуса с помощью трех перегородок делится на четыре полости и два канала для образования двух потоков измеряемой жидкости, первый из которых воздействует на крыльчатку с одной стороны, а второй - с другой, вращая ее в одну и ту же сторону и разгружая при этом опоры крыльчатки от сил взаимодействия с потоками. Два уплотнительных кольца, уложенные в канавки стакана и третьей перегородки, выполненной в виде шайбы, примыкающей своим торцом к дну стакана, обеспечивают герметичное разобщение потоков. Счетчик имеет высокие чувствительность и долговечность. Возможность замены модуля измерительного механизма без демонтажа корпуса повышает удобство эксплуатации счетчика. 11 ил.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к скоростным многоструйным крыльчатым счетчикам объемного количества жидкости, и может быть использовано для измерения количества протекающей в трубопроводах воды или других жидкостей.

Известен скоростной многоструйный крыльчатый счетчик жидкости, содержащий корпус, внутреннее пространство которого разделено перегородкой на две полости, одна из которых примыкает к входному патрубку корпуса, а другая - к выходному, установленный в корпусе стакан, внутри которого расположена способная вращаться крыльчатка, а также выполнен один ряд входных отверстий, сообщающихся с примыкающей к входному патрубку полостью корпуса, и смещенный относительно него по оси стакана другой ряд выходных отверстий, сообщающихся с примыкающей к выходному патрубку полостью корпуса, и соединенное с крыльчаткой регистрирующее устройство [1].

Наиболее близким по технической сущности является скоростной многоструйный счетчик жидкости, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором перпендикулярно продольной оси установлен стакан с соосной крыльчаткой, разделяющий внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости, стакан имеет входное отверстие, сообщающее входную полость корпуса с полостью стакана, и выходное отверстие, сообщающее полость стакана с выходной полостью корпуса, и регистрирующее устройство, внутри корпуса выполнены три перегородки, первая расположена со стороны выходного патрубка и в совокупности со стаканом и стенкой корпуса образует первую полость, а вторая расположена со стороны входного патрубка и в совокупности со стаканом и стенкой корпуса образует вторую полость, в стакане выполнено второе входное отверстие, осесимметричное первому входному отверстию и соединяющее первую полость с полостью стакана, и второе выходное отверстие, диаметрально противоположное первому выходному отверстию и соединяющее полость стакана со второй полостью, все отверстия стакана расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения крыльчатки, входная полость корпуса сообщена с первой полостью, а вторая полость сообщена с выходной полостью корпуса независимыми каналами, образованными третьей перегородкой, расположенной между дном корпуса и дном стакана на некотором расстоянии от них [2].

Недостатком известного счетчика жидкости [2] является наличие боковых зазоров между стаканом и стенкой корпуса, с одной стороны, третьей перегородкой и стенками корпуса, с другой стороны, а также торцевых зазоров между третьей перегородкой, стаканом и упорными выступами корпуса. Наличие этих зазоров приводит к перетеканию части измеряемой воды из входной полости корпуса в выходную и вторую полости, а из первой полости корпуса во вторую и в выходную полости, минуя полость стакана. Эти утечки приводят к увеличению погрешности счетчика и ее нестабильности в процессе эксплуатации из-за изменения размера зазоров вследствие засорения или старения пластмассы.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание чувствительного и долговечного счетчика с малой погрешностью и высокой стабильностью. Для этого в счетчике жидкости, содержащем регистратор и корпус с входным и выходным патрубками, в котором перпендикулярно к продольной оси установлен стакан с соосной крыльчаткой, разделяющий внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости, и имеется три перегородки, одна из которых отделяет в выходной полости корпуса первую полость, другая отделяет во входной полости вторую полость, а третья расположена с зазорами между дном корпуса и дном стакана, входная полость соединена с первой полостью посредством зазора, образованного между дном корпуса и третьей перегородкой, а вторая полость соединена с выходной полостью посредством зазора, образованного между третьей перегородкой и дном стакана, стакан имеет два диаметрально расположенных входных отверстия, одно из которых соединяет входную полость корпуса с полостью стакана, а другое соединяет первую полость с полостью стакана, и два диаметрально расположенных выходных отверстия, одно из которых соединяет полость стакана со второй полостью, а другое соединяет полость стакана с выходной полостью корпуса, третья перегородка выполнена в виде круглой шайбы, имеющей на примыкающем к стакану торце центральный паз, образующий зазор между третьей перегородкой и дном стакана, по обе стороны центрального паза имеются две канавки, на противоположном торце имеются две канавки, а на боковой поверхности имеются четыре канавки, все канавки последовательно соединены и в них уложено уплотнительное кольцо, а стакан имеет над отверстиями круговую канавку, к которой примыкают четыре продольные канавки, расположенные на боковой поверхности по одной канавке между каждыми двумя смежными отверстиями, на торце стакана имеется две канавки, расположенными над канавками шайбы и попарно соединяющие продольные канавки, в канавки стакана уложен уплотнитель, выполненный в виде кругового кольца, к которому примыкают два диаметрально расположенных полуокружья, круговое кольцо уложено в круговую канавку, а обе полуокружные части уплотнителя уложены в боковые канавки и попарно соединяющие их канавки на торце стакана.

Наличие указанных канавок на стакане и шайбе с уложенными в них уплотнителем и уплотнительным кольцом устраняет зазоры между корпусом, стаканом и шайбой. В результате этого устраняются паразитные перетечки жидкости и вызываемая ими дополнительная погрешность измерения и ее нестабильность, а следовательно, и указанный недостаток известного счетчика жидкости [2].

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого счетчика; на фиг. 2 представлено сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 представлено сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 представлено сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 представлен вид на стакан без уплотнителя со стороны шайбы; на фиг. 6 представлен вид на стакан с уплотнителем со стороны шайбы; на фиг. 7 представлен вид на шайбу без уплотнительного кольца со стороны стакана; на фиг. 8 представлен вид на шайбу с уплотнительным кольцом со стороны стакана; на фиг. 9 представлен уплотнитель; на фиг. 10 представлен график кривой погрешности экспериментального образца для трубопроводов с диаметром условного прохода 25 мм;
на фиг. 11 представлен график кривой погрешности экспериментального образца для трубопроводов с диаметром условного прохода 40 мм.

Счетчик жидкости состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, в котором перпендикулярно продольной оси установлен стакан 4, в котором выполнены два осесимметричных входных 5, 6 и два осесимметричных выходных 7, 8 отверстия, расположенных в одной плоскости, перпендикулярно оси вращения крыльчатки 9, помещенной соосно в стакан 4. Стакан 4 закрыт крышкой 10, на которой установлен регистратор 11 с уплотнительной прокладкой 12. Стакан делит внутреннее пространство корпуса на входную 13 и выходную 14 полости. Внутри корпуса выполнены перегородки 15 и 16. Перегородка 15 расположена со стороны выходного патрубка 3 и в совокупности со стаканом 4 и стенкой корпуса образует первую полость 17, перегородка 16 расположена со стороны входного патрубка 2 и в совокупности со стаканом 4 и стенкой корпуса образует вторую полость 18.

Входное отверстие 5 стакана 4 соединяет входную полость 13 с полостью стакана 4, а выходное отверстие 7 стакана 4 соединяет полость стакана 4 с выходной полостью 14.

Второе входное отверстие 6 стакана 4 соединяет первую полость 17 с полостью стакана 4, а второе выходное отверстие 8 соединяет полость стакана 4 со второй полостью 18. Между дном корпуса 1 и дном стакана 4 выполнена перегородка 19, образующая каналы 20 и 21; при помощи канала 21 входная полость 13 корпуса сообщается с первой полостью 17, а при помощи канала 20 выходная полость 14 сообщается со второй полостью 18.

На боковых поверхностях стакана 4 между отверстиями 5, 6, 7 и 8 выполнены продольные канавки 22, 23, 24 и 25, соединяющиеся с кольцевой канавкой 26, расположенной над отверстиями 5, 6, 7 и 8. Продольные канавки 22 и 25 соединены друг с другом канавкой 27, а продольные канавки 23 и 24 соединены друг с другом канавкой 28, расположенными на нижнем торце стакана 4. Уплотнитель 29 выполнен в виде круглого кольца 30, к которому примыкают диаметрально противоположные полуокружья 31 и 32. Уплотнитель выполнен из эластичного материала, например резины. Круглое кольцо 30 уплотнителя 29 укладывается в кольцевую канавку 26 стакана 4, а полуокружья 31 и 32 укладываются в канавки 22, 25, 27 и 23, 24, 28 соответственно.

Перегородка 19 выполнена в виде круглой шайбы, имеющей на примыкающем к стакану 4 торце центральный канал 20, по обе стороны которого имеются две канавки 33 и 34. На боковой поверхности шайбы расположены продольные канавки 35, 36, 37 и 38 как продолжение канавок 33 и 34. На противоположном торце канавка 35 соединяется с канавкой 36 благодаря канавке 39, а канавка 37 соединяется с канавкой 38 благодаря канавке 40. Таким образом все канавки шайбы последовательно соединены и в них уложено круговое уплотнительное кольцо 41 из эластичного материала, например резины.

Шайба и стакан устанавливаются в корпус таким образом, чтобы продольные канавки 25, 26, 27 и 28 стакана совпадали с продольными канавками 35, 36, 37 и 38 попарно друг с другом, а центральный канал 20 сообщался со второй полостью 18 корпуса 1 с одной стороны и с выходной полостью 14 корпуса 1 с другой. Это взаимное расположение стакана 4 и шайбы 19 относительно корпуса 1 фиксируется, например, при помощи штифтов. Благодаря этому изменяемая жидкость может проходить через счетчик от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 по двум герметично разобщенным друг от друга каналам. Первый канал составляют: полость 13, отверстие 5 стакана 4, внутренняя полость стакана 4, отверстие 7 стакана 4 и полость 14 корпуса. Второй канал составляют: полость 13, канал 21, полость 17, отверстие 6 стакана 4, внутренняя полость стакана 4, отверстие 8 стакана 4, полость 18, канал 20 и полость 14 корпуса.

Уплотнение счетчика осуществляется круговым кольцом 30 уплотнителя 29 и прокладкой 12, а давление измеряемой жидкости воспринимается фланцем 42.

Счетчик жидкости работает следующим образом.

Измеряемая жидкость через входной патрубок 2 поступает во входную полость 13 корпуса 1. Из входной полости 13 одна часть потока по первому каналу проходит в выходную полость 14 и вытекает из корпуса в трубопровод, вращая при этом крыльчатку 9 против часовой стрелки. Другая часть потока по второму каналу проходит в выходную полость 14 и вытекает из корпуса в трубопровод, вращая при этом крыльчатку 9 также против часовой стрелки.

Обе части потока равны друг другу. Это обеспечивается тем, что площади поперечного сечения отверстий 5 и 7, с одной стороны, и 6 и 8, с другой стороны, равны между собой, а скорости в каналах 20 и 21 малы, что делает гидравлические сопротивления первого и второго каналов близкими друг другу. Поэтому обе струи, вращающие крыльчатку, и силы их воздействия на нее примерно одинаковы по величине и взаимопротивоположны по направлению, что в конечном итоге приводит к существенной разгрузке опор трения крыльчатки от радиального усилия. Поскольку система отверстий 5, 6, 7 и 8 стакана расположена в плоскости, перпендикулярной оси вращения крыльчатки, то крыльчатка и ее опоры не испытывают на себе и осевой силы.

Разгрузка опор трения крыльчатки позволяет предельно повысить чувствительность и ресурс работы счетчика, который определяется только физическим сроком службы конструкционных материалов и в случае применения, в частности, пластмасс он может составлять 8-10 лет, по истечении которых крыльчатка 9, стакан 4, крышка 10 и уплотнитель 29 должны заменяться.

Обороты крыльчатки 9 масштабируются и представляются регистратором 11 в кубических метрах.

Настройка счетчика осуществляется поворотом крышки 10 и не сопровождается потерей точности. Благодаря непосредственному совмещению механизма регулирования со стаканом и крыльчаткой становится возможным достичь взаимозаменяемости измерительного модуля, конструктивно скомпонованного из стакана, крыльчатки, крышки и скрепляющего их какого-либо фланца. Поэтому периодическая поверка счетчика в данном случае сводится к замене этого модуля через 8-10 лет на месте установки счетчика без демонтажа корпуса с трубопроводами. Снижение частоты замены модуля и упрощение процедуры делает удобной эксплуатацию счетчика и существенно сокращает эксплуатационные расходы.

Результаты испытаний экспериментальных образцов счетчика представлены на фиг. 10 и 11. По оси ординат отложена относительная погрешность счетчика в %, а по оси абсцисс - относительный расход в % в логарифмической шкале с обозначением пределов относительной погрешности согласно метрологического класса точности "С" по ИСО 4064. Они показывают, что экспериментальные образцы соответствуют метрологическому классу С по ИСО 4064 и ГОСТ Р 50193.1-92. Динамический диапазон по фактической погрешности соответствует 350:1 для диаметра условного прохода 25 мм и 500:1 для диаметра условного прохода трубопровода 40 мм, а по чувствительности он может достигать соответственно 700:1 и 1000:1.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 1116419, кл. G 01 F 1/06, 1959 г.

2. Патент РФ N 1778530, кл. G 01 F 1/06, 1992 г.

Формула изобретения

Счетчик жидкости, содержащий регистратор и корпус с входным и выходным патрубками, в котором перпендикулярно продольной оси установлен стакан с крыльчаткой, разделяющий внутреннее пространство корпуса на входную и выходную полости, и имеются три перегородки, одна из которых отделяет в выходной полости корпуса первую полость, другая отделяет во входной полости корпуса вторую полость, а третья перегородка расположена между дном корпуса и дном стакана и образует каналы, соединяющие входную полость с первой полостью, а вторую полость - с выходной полостью, стакан имеет два диаметрально расположенных входных отверстия, соединяющие полость стакана соответственно с входной и первой полостями корпуса, и два диаметрально расположенных выходных отверстия, соединяющие полость стакана соответственно со второй и выходной полостями корпуса, отличающийся тем, что третья перегородка выполнена в виде шайбы, имеющей на примыкающем к стакану торце две канавки по обе стороны канала, соединяющего выходную полость со второй полостью, на противоположном торце - две канавки, а на боковой поверхности - четыре канавки, все канавки шайбы последовательно соединены и в них уложено уплотнительное кольцо, стакан имеет над входными и выходными отверстиями круговую канавку, к которой примыкают четыре продольные канавки, расположенные на боковой поверхности стакана по одной канавке между каждыми двумя смежными отверстиями, на торце стакана имеются две канавки, расположенные над канавками шайбы и попарно соединяющие продольные канавки стакана, при этом в канавки стакана уложен уплотнитель, выполненный в виде кольца, уложенного в круговую канавку, и двух примыкающих к нему диаметрально расположенных частей, уложенных в продольные канавки и попарно соединяющие их канавки на торце стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11