Чувствительный элемент расходомера

Чувствительный элемент (ЧЭ) является первым звеном регулятора и предназначен для измерения входной величины. От ЧЭ требуется определение не только знака отклонения, но и его величины. Поэтому ЧЭ называют измерительным элементом или первичным преобразователем, так как измерение регулируемой величины всегда сопровождается изменением ее физической природы. Наиболее распространенными входными величинами в САУ ГТД являются давление и обороты. Для давлений измерительный элемент удачно компонуется с задатчиком командного давления. В этом случае такой объединенный узел называется элементом сравнения.

К ЧЭ предъявляются жесткие требования. Прежде всего они должны производить измерения с требуемой точностью, т.е. должны обладать требуемой чувствительностью, под которой понимают отношение

в размерной форме, или отношение

в безразмерной форме, где

– отклонения выходной и входной величин, а

– базовые значения тех же величин.

Кроме того ЧЭ должен на выходе обеспечивать достаточно большие усилия при минимальной инертности. Уплотняющие элементы не должны создавать большого трения покоя. Характеристика связи выходной и входной величин по возможности должна быть линейной. ЧЭ должны быть надежны и стойки к внешним воздействиям.

Классификация ЧЭ обычно производится по виду измеряемой величины. Рассмотрим основные типы чувствительных элементов.

Элементы для измерения давления. Конструктивные типы ЧЭ для измерения давления довольно разнообразны. Однако для пневмогидравлических регуляторов наибольшее распространение получили сильфонные и мембранные измерители. В табл. №1 приведены основные измерители давления и их динамические характеристики.

Мембранный чувствительный элемент преимущественно применяется в регуляторах с усилителями вследствие того, что имеет малую величину перемещений. Необходимые перестановочные усилия обеспечиваются выбором площади мембраны. Для увенличения перемещений и чувствительности мембраны выполняются с кольцевыми гофрами. Для увеличения стойкости к перегрузкам опорные поверхности профилируют по упругой линии мембраны с таким расчетом, чтобы под действием перегрузочных давлений материал мембраны не вытягивался в местах, близких к заделке.

Таблица №1 Чувствительные и сравнивающие элементы для измерения давления

Применяют и обратный прием, профилируя по толщине мембрану так, что при заданном максимальном перемещении упругая линия мембраны принимает заранее заданную форму, по которой выполняются ее ложементы. При таких условиях мембранные элементы имеют нелинейную статическую характеристику. Линейный участок характеристики обеспечивается лишь величиной хода мембраны, но усилие перемещения определяет только центральная часть мембраны, площадь которой называют эффективной площадью мембраны. Принимается, что для гладких мембран эффективная площадь составляет 1/3 от всей площади мембраны. Для увеличения силы перемещения мембраны ее центральную часть обычно выполняют жесткой. Рекомендуется, чтобы диаметр жесткого центра не превышал 80% от полного диаметра мембраны.

Мембранный чувствительный элемент также легко компонуется в узел сравнения.

Сильфонные элементы часто применяются в регуляторах прямого действия, т.е. в регуляторах, не содержащих усилителя. Они обеспечивают необходимые перемещения и большие перестановочные усилия на исполнительных органах, пропорциональные площади днища сильфона; обладают высокой чувствительностью, которая определяется тольщиной стенки и числом гофров сильфона; имеют линейную статическую характеристику связи выходной величины (перемещение штока) с входной (измеряемое давление). Армированный сильфон хорошо противостоит перегрузкам от сил давления. Наконец, сильфонный элемент легко компонуется с задатчиком командного воздействия в узел сравнения.

Витая манометрическая трубка как чувствительный элемент давления может применяться в регуляторах, если необходимо иметь выходной сигнал в виде углового поворота. Чаще всего эти трубки используются в реостатных датчиках давления.

Индуктивные, емкостные и пъезоэлектрические датчики применяются в специальных регуляторах, требующих на выходе электрический сигнал. Приемником давления этих датчиков является мембрана, которая обеспечивает перемещение на величину, не превосходящую ее толщины.

Элементы для измерения оборотов роторов. Элементы данного типа применяются в САР оборотов двигателей. Различают три вида измерителей – центробежные маятниковые или просто центробежные, гидроцентробежные и электрические чувствительные элементы. Наибольшее распространение на отечественных ТРД получили центробежные маятниковые чувствительные элементы. Принципиальная схема такого элемента приведена на рисунке 3.9. Входная координата для него n – обороты ротора, а выходная – перемещение муфты z.

Он состоит из шарнирно подвешенных грузиков, муфты и пружины. Грузики приводятся вро вращение с помощью валика, кинематически связанного с ротором двигателя. Возникающие при этом центробежные силы нагружают шток с помощью качающихся штифтов осевой силой. С противоположной стороны шток нагружен силой, действующей со стороны пружины. Величина этой силы зависит от положения муфты механизма настройки и положения золотника. Перемещением муфты изменяют силу предварительной затяжки пружины с целью настройки ЧЭ на заданное число оборотов

Рис. 3.9. Принципиальная схема центробежного маятникового

Передаточная функция такого ЧЭ имеет вид

где с –частота вращения, λ – коэффициент пропорциональности, учитываемый в силе инерции, В – коэффициент жесткости пружины, β – константа демпфирования колебаний.

Таким образом, центробежный ЧЭ удачно компонуется с задатчиком в измерительный узел числа оборотов.

Для обеспечения точности регулирования числа оборотов, прежде всего должна быть обеспечена высокая точность замера регулируемого параметра, т.е. высокая чувствительность центробежного элемента. Причиной нечувствительности измерительного элемента, как уже отмечалось, являются силы сухого трения, возникающие в механизме ЧЭ (на осях подшипников в паре шток–муфта и др.), которые препятствуют осевому смещению штока при изменении центробежной силы грузиков или силы пружины настройки.

Наличие даже небольших по величине (в несколько десятков грамм) сил сухого трения приводит к тому, что в некотором диапазоне отклонения шток не перемещается, т.е. центробежный ЧЭ не реагирует на изменение числа оборотов n до тех пор, пока приращение центробежной силы будет не меньше, чем сила сухого трения. Этот диапазон оборотов называют зоной нечувствительности.

Влияние сил сухого трения на малых оборотах сказывается значительно сильнее, чем на больших, т.е. с уменьшением числа оборотов зона нечувствительности увеличивается. Это обстоятельство является одной из причин ограничения диапазона автоматической работы регулятора числа оборотов.

Для уменьшения зоны нечувствительности предусматривают ряд конструктивных мероприятий, которые заключаются в следующем:

1. Грузики стараются приводить во вращение большим числом оборотов путем применения редукторов;

2.  Оси центробежных грузиков устанавливаются в роторе с помощью шарикоподшипников;

3. Передача усилий от грузиков на золотник осуществляется через качающиеся опорные штифты, исключающие силы трения скольжения;

4. Материалы для изготовления элементов подбирают коррозионностойкие с малым коэффициентом трения.

При малых оборотах коэффициент чувствительности у центробежных ЧЭ мал. Поэтому даже большое отклонение частоты вращения ротора от заданного не приводит к существенному перемещению штока, что свидетельствует о снижении эффективности ЧЭ с уменьшением числа оборотов.

Перемещение штока нелинейно зависит от числа оборотов n, т.е. центробежный измеритель является нелинейным. Причем при малых оборотах статическая характеристика существенно нелинейны и линеаризуется с достаточной степенью точности лишь в малой области изменения n.

Гидроцентробежный чувствительный элемент (рис. 3.10) состоит из валика, кинематически связанного с ротором двигателя, крыльчатки 1, сильфона 2, пружины 3 и регулировочной муфты 4. К крыльчатке подводится рабочая жидкость (масло или топливо) под давлением

Изменение числа оборотов n приводит к изменению давления рабочей жидкости за крыльчаткой и перемещению штока 5. Настройка ЧЭ на заданное число оборотов

Рисунок 3.10 – Схема гидроцентробежного чувствительного элемента

Гидроцентробежные ЧЭ могут применяться в регуляторах прямого действия, поскольку они могут обеспечивать необходимые перемещения и большие усилия на исполнительные органы.

Основным эксплуатационным недостатком гидроцентробежных измерителей является его чувствительность к плотности рабочей жидкости, влияющей на величину давления в рабочей полости. Причем плотность зависит как от сорта рабочей жидкости, так и от температуры. Последняя может изменяться в процессе работы двигателя.

Элементы для измерения расходов. Расход топлива для ГТД является прямым параметром при стабилизации оборотов. Определенные преимущества имеет выбор расхода в качестве косвенного параметра регулирования тяги. Однако практически все чувствительные элементы расхода обладают большой инертностью и не имеют прямого выхода с усилием, достаточным для перестановки регулирующих органов. Поэтому в автоматике ГТД расход измеряется косвенно – по давлению или перепаду давлений в магистрали подвода топлива к форсункам.

Дроссельные профилированные расходомеры (трубки Вентури) выходным сигналом имеют перепад давлений, который необходимо измерять дополнительными устройствами. Сам ЧЭ вносит дополнительное сопротивление в тракты топливоподачи. Статическая характеристика дроссельного расходомера – нелинейная (параболическая). В динамике дроссельный расходомер – ярко выраженное колебательное звено, а введение демпфирования в измерительный тракт приводит к потере быстродействия.

Таблица №2  Чувствительные элементы для измерения расхода

Ротаметрический расходомер, несмотря на прямой выход-перемещение, чрезвычайно чувствителен к продольным и боковым перегрузкам и различным шумовым помехам. Его применение возможно лишь в условиях стендовых испытаний.

Турбинный электромагнитный расходомер, принцип действия которого основан на замыкании магнитного поля многолопастным поворотным якорем (вертушкой), имеет выходной электрический сигнал в виде частоты замыкания магнитного поля.

Электромагнитный индукционный расходомер основан на эффекте индукции. При пересечении магнитных силовых линий электропроводящей жидкости в ней индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости движения жидкости. Несмотря на высокие динамические качества расходомер имеет два существенных недостатка – выходной сигнал слаб и реализуется только лишь токопроводящими жидкостями. Такими свойствами обладают не все жидкости, применяемые в автоматических системах.

Тепловой расходомер (термоанемометр) является высокочувствительным, но одновременно и инерционным измерителем. Высокая чувствительность с одновременной компенсацией инерционных свойств требует применения очень тонких проволочек (примерно 5мкм), что не обеспечивает необходимой прочности измерителя. Кроме того, для него необходима специальная измерительная аппаратура с большим коэффициентом усиления. Это приводит к понижению стабильности работы измерительного устройства. Тепловой расходомер применяется для измерения движения скорости газовых потоков.

Элементы для измерения температуры. Непосредственное измерение и регулирование температуры газа за газотурбиной в газогенераторах является одним из перспективных средств контроля и управления двигателями.

Термопары – наиболее широко распространенный тип измерителя температуры. Основным их недостатком является инерционность и слабый выходной сигнал. Однако сигнал одной термопары можно усилить последовательным включением нескольких термопар, а инертность – введением дифференцирующих корректирующих звеньев в цепи усиления сигнала.

Термометр сопротивления является достаточно точным регистратором низких температур потоков газа или жидкости, особенно с применением сетчатых сопротивлений, установленных поперек потока.

Тепловые реле как ограничители могут использоваться для управления температурой в пределах допустимых отклонений. В них применяются термоэлементы в виде биметаллических пластин.

Рассмотренные температурные датчики требуют для применения их в регуляторах специальных сравнивающих и задающих устройств.

Таблица №3 Чувствительные элементы для измерения температуры

– прибор, измеряющий объемный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объем, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счетчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счетчиком-расходомером. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний
отсчетного устройства или интегратора.

Расход вещества – это масса или объем вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени. В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т. д.), а массовый – в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).

Расходомеры с овальными шестернями – это объемные расходомеры вытеснительного типа, которые перемещают определенные части объема в отдельные измерительные камеры (рисунок 2.54). В положении левая ведомая шестерня выталкивает объём , а правая ведущая шестерня отсекла дозированный объём В положении б выталкивается объём , в то время как шестерня отсекает дозированный объём . В положении в выталкивается объём , а отсекается объём . За пол–оборота шестерен, например, от к выталкивается два дозированных объёма, а за один оборот – 4 дозированных
объёма. Выходным сигналом счётчика является число оборотов любой шестерни, которое прямо пропорционально объему прошедшей через счётчик жидкости.

• относительно высокая точность измерений;
• возможность генерации импульсного выхода, который может быть передан в систему управления;
• данные расходомеры хорошо подходят для автоматического дозирования и учета.

• потеря напора от установки счётчика составляет примерно 0,02МПа;
• узкий диапазон измерений величины расхода (от 0,8 до 36 м3/ч при рабочем давлении 1,57 МПа);
• небольшие диаметры трубопроводов (диаметры условных проходов 15–50 мм);
• снижение точности, связанное с просачиванием вещества через внутреннюю изолированную поверхность.

Скоростной счётчик (рисунок 2.55) содержит крыльчатку или ротор, которые вращаются под действием протекающего потока жидкости или газа. Число оборотов будет пропорционально объёму вещества, прошедшему через счётчик.

• просты по конструкции;
• обладают малой потерей давления.

• зависимость показаний от вязкости измеряемой жидкости;
• менее надежны в эксплуатации вследствие одностороннего износа опоры;
• значительного изменения показаний при засорении.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

Измерение расхода напорными трубками (см. рисунок 2.56 а) основано на измерении динамического напора потока вещества. В минусовой трубке 1 имеется только статическое давление потока, а в плюсовой 2 к статическому напору добавляется динамический напор. По скорости движения при известном сечении S трубы определяется расход вещества как: vS, м3/с. Дифманометром ДМ измеряется динамический напор, но шкала может быть проградуирована в единицах расхода.

Более точными и, поэтому, чаще всего применяемыми на практике являются расходомеры на основе сужающих устройств типов диафрагмы (рисунок 2.56 б) и сопла (рисунок 2.56 в). На диафрагме поток сжимается и под действием сил инерции продолжает сжиматься на некотором расстоянии после диафрагмы. Движущей силой потока, определяющей скорость движения вещества через диафрагму, является перепад давлений. В самом узком сечении потока давление минимальное, а перед диафрагмой давление – максимальное. Перепад давления измеряется дифманометром.

На точность измерения расхода диафрагмами оказывают завихрения после диафрагмы. У сопел Вентури таких завихрений нет, поэтому их точность существенно выше.

• метод применяется для измерения расход практически любых сред: жидкостей, газа, пара;
• низкая первоначальная стоимость;
• беспроливная методика поверки;
• отсутствие движущихся частей;
• измерение расхода в условиях высокого давления (до 40 МПа);
• измерение расхода в условиях высоких и низких температур. (–200 до +1000 °С);
• широкий диапазон типоразмеров (Ду = 15–2000 мм);
• простота конструкции;
• возможность расчетным путем определять расход без натурной градуировки расходомера в случае трубопроводов диаметрами 50–1000 мм.

• небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений;
• значительные потери давления на гидравлическом сопротивлении и связанные с этим дополнительные затраты энергии;
• узкий динамический диапазон (1:3);
• высокая стоимость эксплуатации из-за периодического обслуживания: измерение геометрических размеров сужающего устройства, прочистка импульсных линий, прогрев импульсных линий, установка нуля на датчике дифференциального давления;
• небольшой межповерочный интервал (стандартный межповерочный интервал расходомера составляет – 1 год).

Расходомеры постоянного перепада давления

Расходомеры постоянного перепада давления – ротаметры (рисунок 2.57 а) – предназначены для измерения расхода чистых жидкостей и газов. Они состоят из вертикальной конической трубы, выполненной из металла, стекла или пластика, в которой свободно перемещается вверх и вниз специальный поплавок. Поток движется по трубе в направлении снизу вверх, заставляя поплавок
подниматься до уровня, на котором все действующие силы находятся в состоянии равновесия. На поплавок воздействуют три силы:

• Выталкивающая сила, которая зависит от плотности среды и объёма поплавка.
• Сила тяжести, которая зависит от массы поплавка.
• Сила потока, которая зависит от формы поплавка и скорости потока, проходящего через сечение ротаметра между поплавком и стенками трубы.

Каждая величина расхода соответствует определённому переменному сечению, зависящему от формы конуса измерительной трубы и конкретного положения поплавка. В случае стеклянных конусов, значение расхода может быть считано прямо со шкалы на уровне поплавка. В случае конусов, выполненных из металла, положение поплавка передаётся на дисплей при
помощи системы магнитов. Не требуется никакого дополнительного источника питания. Различные диапазоны измерения достигаются за счёт многообразия размеров и форм конуса, а также возможности выбора различных форм и материалов изготовления поплавка.

Поплавковый расходомер постоянного перепада давления (см. рисунок 2.57 б) состоит из поплавка 1 и конического седла 2 расположенных в корпусе прибора. Коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка ротаметра. Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у ротаметров длина конической трубки значительно больше ее
диаметра.

Втулка имеет входное отверстие 5 и выходное отверстие 4, которое является диафрагмой переменного сечения. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 3. Протекающая через расходомер жидкость поступает под поршень и поднимает его. При этом открывается в большей или меньшей степени отверстие выходной диафрагмы.
Жидкость, протекающая через диафрагму, одновременно заполняет также пространство над поршнем, что создает противодействующее усилие.

• простота конструкции;
• возможность измерений в широком диапазоне значений расхода;
• возможность измерений в широком диапазоне диаметров трубопроводов (от десятков до 3000 мм и более);
• возможности применения для различных по составу и агрессивности жидкостей и газов при температурах до 350–400 °С и давлениях до 100 МПа;
• возможности расчетным путем определять расход без натурной градуировки расходомера в случае трубопроводов диаметрами 50–1000 мм.

• небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений (3:1);
• значительные потери давления на гидравлическом сопротивлении и связанные с этим дополнительные затраты энергии.

В основе электромагнитных расходомерах (рисунок 2.58) лежит закон электромагнитной индукции, известный как закон Фарадея. Когда проводящая жидкость, например вода, проходит через силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила. Она пропорциональна скорости движения проводника, а направление тока – перпендикулярно направлению движения
проводника.

В электромагнитных расходомерах жидкость течет между полюсами магнита, создавая электродвижущую силу. Прибор измеряет напряжение между двумя электродами, рассчитывая тем самым объем проходящей через трубопровод жидкости. Это надежный и точный метод, потому что сам прибор не влияет на скорость течения жидкости, а за счет отсутствия движущихся частей
оборудование долговечное.

При движении проводников в магнитном поле в них возникает электродвижущая сила равная

где – индукция магнитного поля внутри трубы; – длина проводников, равная внутреннему диаметру трубы; – скорость движения жидкости.

• умеренная стоимость;
• нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении;
• большой динамический диапазон измерений.

• необходимость изолирования трубопровода в месте измерения;
• невозможность измерения расхода непроводящих сред (газ, спирт, легкие нефтепродукты);
• расходомеры (особенно с постоянным магнитом) могут забивать трубопровод металлическим мусором – для этого их приходится периодически отключать;
• очень чувствителен к различного рода неоднородностям потока.

В ультразвуковом расходомере (см. рисунок 2.59) имеется два излучателя И1 и И2 и два приёмника П1 и П2 ультразвука. Время прохождения t2 звуковой волной расстояния между И2 и П2 больше, чем время прохождения t1 звуковой волной расстояния между И1 и П1, так как в первом случае волна звука распространяется навстречу потоку жидкости, а во втором – согласно с потоком.

По разности Δt=t2 – t1 определяется скорость а затем при известном сечении трубы определяется расход

• отсутствие гидродинамического сопротивления;
• отсутствие подвижных элементов;
• значительное быстродействие – незаменимы для систем регулирования, где не допускается запаздывание;
• чистка узла без демонтажа;
• физико–химические свойства (температура, плотность, вязкость) не влияют на точность измерения (если они не изменяют электропроводность);
• возможность измерения расхода агрессивных и абразивных сред;
• применяются для измерения чрезвычайно малых расходов вплоть до 3∙10–9 м3/с и для больших – 3 м3/с;
• широчайший диапазон для однотипного устройства 500:1.

• чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам;
• чувствительность к вибрациям;
• чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов. Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам: калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур; теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя; термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.

Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.

Чувствительными элементами термоанемометрического расходомера (рисунок 2.60) являются резисторы и , помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы и служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения. Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель , где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя , который, производя перестановку движка компенсирующего переменного резистора Rp, изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра или положение движка

С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена точность измерения расхода вязких продуктов ±2÷2,5 %.

Для измерения расхода газов используют калориметрические расходомеры, представленные на рисунке 2.61. В состав расходомера входят: 1,2 – термометры сопротивления, 3 – электрический нагреватель. Если пренебречь теплотой, отдаваемой потоком в окружающую среду, то уравнение теплового баланса имеет вид:

количество теплоты, отдаваемое нагревателем жидкости или газу, k – поправочный коэффициент на неравномерность распределения температур по сечению трубы, QM – массовый расход вещества, cp – удельная массовая теплоёмкость при температуре

Существует два способа измерений расхода: измерение по мощности, потребляемой нагревателем и обеспечивающей постоянную разность температур ; измерение по разности температур при постоянной мощности нагревателя (разность температур измеряется термометрами сопротивления, выполненных в виде сетки, что позволяет измерять среднюю температуру по сечению трубопровода). Второй способ является более экономичным, т.к. контролируемая среда нагревается на 1–3 ºС, поэтому даже при больших расходах потребляемая мощность невелика.

• высокая точность измерений (±0,5÷1%);
• большой диапазон измерений (10:1);
• измерение пульсирующих и малых расходов.

Литература

1296842Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения расхода,Цель изобретения – повышение точности измерения расхода путем уменьшения влияния вязкости рабочейсреды,На фиг, 1 схематически показанчувствительный элемент турбинногорасходомера вид спереди,” на фиг.2 – Осечение А-А на фиг, 1, на фиг, 3 -коаксиальное сечение Б-Б на фиг. 1,Чувствительный элемент турбинного расходомера содержит ступицу 1 илопатки 2, выполненные в виде паке” 5тов одинаковых пластин 3, Пластиныв пакете смещены относительно однадругой вокруг оси ступицы, для чегов ступице выполнены спиральные пазы4 для установки пластин, Для фиксации пластин 3 на ступице служитвинт 5, являющийся обтекателем, и упругая прокладка б.Между основными геометрическимипараметрами чувствительного элемента турбинного расходомера существуетзависимость вида180 а “са РД ЭВ Эфф (1)3 К 2Пластины могут, например, иметьпрямоугольное поперечное сечение.Толщина пластин может составлять0,1-1,5 мм.Устройство работает следующим образом,При создании расхода под действием набегающего потока чувствительныйэлемент приводится во вращение. Приэтом благодаря выступам на поверхности лопаток 2, образованным засчет смещения пластин 3 относительно одна другой вокруг оси ступицы,пограничный слой на поверхности ло” .паток интенсивно турбулиэируется,Тем самым обеспечивается турбулентная структура пограничного слоя вовсем диапазоне работы, что снижаетвлияние вязкости на частоту вращениячувствительного элемента и, такимобразом, повышается точность изме”рения расходаКроме того, выполнениечувствительного элемента турбинногорасходомера в виде пакета одинаковых пластин, смещенных относительноодна другой на некоторый угол, создает густоту турбинки, уменьшающуюсявдоль радиуса, что также способствуетповышению точности измерения расхода формула изобретенияЧувствительный элемент турбинного расходомера, содержащий ступицу с винтовыми пазами и установленными в них лопатками, о т л и ч а ю” щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения расхода за счет уменьшения влияния вязкости рабочей среды, каждая лопатка выполнена в виде пакета одинаковых пластин, смещенных относительно одна другой на угол, определенный из выражения 180 а ссуд .+Е3 К где о(2)55 где ф – угол между соседними пластинами пакета относительно осиступицы, град;а – толщина пластин, мм;- угол наклона лопаток в коаксиальном сечении на радиусеК, град;К – текущий радиус, мм. Уголнаклона лопаток, обеспечивающий требуемую быстроходность чув” ствительного элемента, как правилоолежит в пределах 20-70 . Угол р на” клона принимает свое наименьшее значение при радиусе, равном радиусу чувствительного элемента К,. Лопатки, представляющие собой пакет пластин, целесообразно применять в чув” ствительных элементах, радиус которых превышает 40 мм. Тогда максимальная величина угла Ы смещения сосецмих пластин относительно одна другой составляет 1805 сер 20ф 1 йакс340 угол между соседними пластинами пакета относительно оси ступицы, град;толщина пластин, мм; угол наклона лопаток на радиусе К в коаксиальном сечении, град;текущий радиус, мм.196842 оставитель Б.1(узнецов ехред М.Ходанич рректор С.йекмар едактор С,Лиси Проектная, 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. аказ 766/42 Тираж 694 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушск

Заявка

Научно-производственное объединение “Сфера”, Завод “Прибор”

Антонов А. С

МПК / Метки

МПК: G01F 1/10

Метки: расходомера, турбинного, чувствительный, элемент

ЦЕНТРАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ГОССТАНДАРТА

ДАНИЛОВ МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ, ГЕРШМАН ДИМЕНТ ЯКОВЛЕВИЧ, НИКИТИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ, ГУЩИН АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

Текст

3) А 1 9) Я 1 (11) 1325091)б С 01 Г 110 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВедОмстВО сссР (ГОспАтент сссР)пг) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ вторскому свидетельств ИНи Мю 12зводственное объединенирибор” дов жидспечения металла из ленты, угопьника и Бызов Л.Н. Технопогические Машиностроение, 1968.идетепьство СССР М 1296842, кп(54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТУР НОГО РАСХОДОМЕРА(57) Испопьзование: при измерении расхо кости Сущность изобретения дпя обе технологичности и уменьшения расхода лопасть турбинки предлагается выполнять согнутой в виде правипьного много звездчатой формы. 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов жидкости, например нефтепродуктов,Целью изобретения является повышение технологичности конструкции.На фиг. 1, 2 и 3 приведена конструкция чувствительного элемента турбинного датчика расхода.Чувствительный элемент турбинного датчика расхода состоит из ступицы 1 с закрепленными на ней лопастями 2. Ступица 1 выполнена из обоймы 3 в виде стакана и втулки 4. В стенке обоймы 3 прорезаны радиальные пазы 5, которые расположены в порядке, определяемом геометрией лопастного венца, например с равнЬмерным угловым шагом. Лента 6 иэ упругого материала шириной, равной длине паза 5, сгибается так, чтобы линии сгиба, перпендикулярные длинным краям ленты 6, делили ее на чередующиеся участки, при этом между парами участков равной длины располагаются участки неравные им, а направления сгибов чередуются, с тем чтобы между участками равной длины сгибы были направлены противоположно сгибам между одинаковыми участками.Согнутая лента 6 вставляется в пазы 5 обоймы 3 и закрепляется втулкой 4, например, в результате посадки с натягом Н 7/р 6. Закрепленная в обойме 3 лента 6 образует лопасти 2 в виде звездчатого правильного многоугольника. Ось 1 крепится в обойме 3, Геометрические размеры лопастей 2 определяются размерами участков ленты 6 и расположением пазов 5 по окружности обоймы 3,Заявляемый чувствительный элемент турбинного датчика расхода работает слеФормула изобретения ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТУРБИННОГО РАСХОДОМ ЕРА,содержащий ступицу с закрепленными на ней лопа 5 10 15 20 25 30 35 40 дующим образом. Поток жидкости, предварительно закрученный в струенаправляющем аппарате датчика, поступает на лопасти 2, образованные согнутой лентой 6. Каждая плоскость ленты 6, образующая лопасть 2, обтекается набегающим потоком жидкости, при этом на лопастях 2 создается тангенциальная сила, вращающая турбинку, Величина суммарного вращающего момента в установившемся движении равна сумме моментов сопротивления.Лопасти 2 заявляемого чувствительного элемента турбинного датчика расхода можно представить в виде двух прямых лопастей, имеющих противоположные углы наклона относительно радиуса и установленные так, что фронты лопастей совпадают, а торцы соединяются. Каждая отдельно взятая турбинка с лопастями одинакового наклона, установленная после струенаправляющего аппарата, в результате взаимодействия с предварительно закрученным потоком жидкости будет вращаться в одном и том же направлении со скоростью, пропорциональной величине расхода. Очевидно, что составная турбинка, лопасти которой образуют многоугольник звездчатого типа так же будет вращаться со скоростью, пропорциональной величине расхода.В результате применения чувствительного элемента турбинного датчика расхода с лопастями из упругой ленты, согнутой и закрепленной в виде звездчатого многоугольника, сохраняются свойства прямолопастной турбинки, упрощается процесс изготовления лопастей и снижаются материальные затраты на ее изготовление,стями из упругого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, лопасти выполнены из ленты, согнутой в виде правильного многоугольника звездчатой формы.1825097 Уог. .Составитель Н. Бурбе Техред М.Моргентал Коррект Кравцов едакто аз 22 Тираж Подписное НПО “Поиск” Роспатента035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат “Патент”, г. Уж ул, Гагарина, 101