RU2453814C1

RU2453814C1 - Tangential turbine-type flow rate converter

Info

Publication number: RU2453814C1
Application number: RU2010144229/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Беляков (RU); Александр Иванович Беляков; Светлана Александровна Платонова (RU); Светлана Александровна Платонова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ"
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-06-20
Also published as: RU2010144229A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed device comprises case with cylindrical measuring chamber, tangential inlet and outlet channels, straight-vane turbine arranged vertically in said measuring chamber, flow turbulisers, and differs from know designs in that said inlet and outlet channels feature rectangular shape and the following sizes: width - 1-0.85…1 of vane width, height - 1/6 of vane height. Note here that inlet and outlet channels are arranged along tangent to measuring chamber inner diameter circle so that inclination a of said channels to axis passing along center of turbine makes 45°…60°. Note also that sizes of outlet channel cross-section sizes are 1.1-time larger than those of inlet channel.

EFFECT: higher accuracy of measurement and expanded range of measurements.

3 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения расхода, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения расхода жидкости или газа, например для измерения расхода топлива в топливопроводах двигателей.The invention relates to instrumentation, namely to devices for measuring flow, and can be used in various industries for measuring the flow of liquid or gas, for example for measuring fuel consumption in fuel lines of engines.

Известен турбинный преобразователь расхода (авторское свидетельство СССР №1015251, G01F 1/10, 1983 г.), содержащий цилиндрическую камеру с входными и выходными тангенциальными каналами, тангенциальную турбинку, установленную на подшипниковых опорах соосно камере, размещенные равномерно на торцовой стенке камеры турбулизаторы потока.A known turbine flow transducer (USSR author's certificate No. 1015251, G01F 1/10, 1983), comprising a cylindrical chamber with input and output tangential channels, a tangential turbine mounted on bearing bearings coaxially to the chamber, flow turbulators placed uniformly on the end wall of the chamber.

Недостатком такого преобразователя расхода является то, что полезный угол действия потока среды на турбинку составляет не более 60°, поэтому в этом преобразователе очень маленький диапазон измерения.The disadvantage of such a flow transducer is that the useful angle of action of the medium flow on the turbine is not more than 60 °, therefore this transducer has a very small measuring range.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тангенциальный турбинный преобразователь расхода (авторское свидетельство СССР №1663436, G01F 1/10, 1991 г.), содержащий корпус с измерительной цилиндрической камерой, тангенциальными входным и выходным каналами цилиндрической формы, установленную вертикально в измерительной камере прямолопастную турбинку и турбулизатор потока в виде отверстий в стенке измерительной камеры, выходной канал расположен перед входным каналом по направлению вращения турбинки в секторе измерительной камеры с центральным углом между входным и выходным каналами не более 120°.Closest to the proposed invention is a tangential turbine flow transducer (USSR author's certificate No. 1663436, G01F 1/10, 1991), comprising a housing with a cylindrical measuring chamber, cylindrical tangential inlet and outlet channels mounted vertically in a measuring chamber, a straight-bladed turbine and a flow turbulator in the form of holes in the wall of the measuring chamber, the output channel is located in front of the inlet channel in the direction of rotation of the turbine in the sector of the measuring chamber with the central angle between the input and output channels is not more than 120 °.

Недостатком такого устройства является то, что входной и выходной каналы выполнены круглого сечения и расположены очень близко друг к другу, поэтому при малых расходах измеряемой среды происходит перетекание потока из входного канала в выходной без вращения турбинки.The disadvantage of this device is that the input and output channels are made of circular cross section and are very close to each other, therefore, at low flow rates of the medium being measured, flow flows from the input channel to the output without rotation of the turbine.

Задачей изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона измерения тангенциального турбинного преобразователя расхода.The objective of the invention is to increase the measurement accuracy and expand the measuring range of the tangential turbine flow transducer.

Это достигается тем, что в тангенциальном турбинном преобразователе расхода, содержащем корпус с измерительной цилиндрической камерой, тангенциальным входным каналом и выходным каналом, установленную вертикально в измерительной камере прямолопастную турбинку, турбулизаторы потока, входной и выходной каналы выполнены прямоугольной формы, входной канал имеет следующие размеры: ширина 1-0,85…1 ширины лопастей турбинки, высота h - 1/6 высоты лопасти турбинки L; входной и выходной каналы расположены по касательной к окружности внутреннего диаметра измерительной камеры наклонно друг к другу таким образом, что углы наклона α входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки, составляют 45°…60°, причем размеры прямоугольного сечения выходного канала в 1,1 больше размеров входного канала.This is achieved by the fact that in a tangential turbine flow transducer containing a housing with a measuring cylindrical chamber, a tangential inlet channel and an output channel, a straight-bladed impeller mounted vertically in the measuring chamber, the flow turbulators, input and output channels are made in a rectangular shape, the input channel has the following dimensions: width 1-0.85 ... 1 of the width of the turbine blades, height h - 1/6 of the height of the turbine blade L; the input and output channels are tangent to the circumference of the inner diameter of the measuring chamber obliquely to each other so that the angles of inclination α of the input and output channels to the axis passing through the center of the turbine are 45 ° ... 60 °, and the dimensions of the rectangular section of the output channel in 1.1 larger input channel sizes.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен предлагаемый преобразователь расхода в разрезе, где α - угол наклона входного (выходного) каналов, h - высота прямоугольного сечения входного канала, L - высота лопасти турбинки; на фиг.2 - вид сбоку преобразователя расхода, где l - ширина прямоугольного сечения входного сигнала; на фиг.3 - точностные характеристики тангенциального турбинного преобразователя расхода: 1 - характеристика преобразователя расхода, выполненного в соответствии с прототипом; 2 - характеристика тангенциального турбинного преобразователя расхода с входным и выходным каналами согласно предлагаемому техническому решению.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the proposed flow transducer in the context, where α is the angle of inclination of the input (output) channels, h is the height of the rectangular section of the input channel, L is the height of the turbine blades; figure 2 is a side view of the flow transducer, where l is the width of the rectangular section of the input signal; figure 3 - accuracy characteristics of the tangential turbine flow transducer: 1 - characteristic of the flow transducer made in accordance with the prototype; 2 - characteristic of the tangential turbine flow transducer with input and output channels according to the proposed technical solution.

Тангенциальный турбинный преобразователь (фиг.1) содержит корпус 1, входной тангенциальный канал 2 и цилиндрическую измерительную камеру 3, в которой вертикально располагается турбинка 4, выходной канал 5, входной и выходной каналы прямоугольной формы выполнены наклонно друг к другу по касательной к окружности боковой стенки измерительной камеры под углами наклона α=45°…60° входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки и с центральным углом не более 180°. Снаружи корпуса размещен бесконтактный узел 6 съема сигнала.The tangential turbine transducer (figure 1) contains a housing 1, an input tangential channel 2 and a cylindrical measuring chamber 3, in which a turbine 4 is vertically located, an output channel 5, and the input and output channels of a rectangular shape are made obliquely to each other tangentially to the circumference of the side wall measuring chamber at angles of inclination α = 45 ° ... 60 ° of the input and output channels to the axis passing through the center of the turbine and with a central angle of not more than 180 °. Outside the housing is a contactless node 6 of the signal pickup.

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

Поток измеряемой среды через входной прямоугольный канал 2 попадает в измерительную камеру 3 корпуса 1, вращая турбинку 4. Далее через прямоугольный выходной канал 5 поток измеряемой среды попадает в трубопровод (фиг.1, 2). Вращение турбинки 4 фиксируется бесконтактным узлом съема сигнала 6 и в виде электрических импульсов поступает на показывающий прибор. Частота следования импульсов пропорциональна расходу измеряемой среды, а количество импульсов - объему протекающей жидкости.The flow of the measured medium through the rectangular input channel 2 enters the measuring chamber 3 of the housing 1, rotating the turbine 4. Then, through the rectangular output channel 5, the flow of the measured medium enters the pipeline (Figs. 1, 2). The rotation of the turbine 4 is fixed by a contactless signal pickup unit 6 and is supplied to the indicating device in the form of electrical pulses. The pulse repetition rate is proportional to the flow rate of the measured medium, and the number of pulses to the volume of the flowing fluid.

При вращении среды в измерительной камере наличие отверстий на стенках камеры (турбулизаторов) приводит к уменьшению толщины пограничного слоя и тем самым к снижению влияния сил вязкого трения среды на вращение турбинки.When the medium rotates in the measuring chamber, the presence of holes on the walls of the chamber (turbulators) leads to a decrease in the thickness of the boundary layer and thereby to a decrease in the influence of viscous friction forces on the rotation of the turbine.

Выполнение входного и выходного каналов прямоугольного сечения позволяет более эффективно использовать кинетическую энергию струи измеряемой среды и точно направлять ее на лопасть турбинки, тем самым обеспечивая повышение точности измерения, расширение диапазона измерения и улучшение метрологических характеристик тангенциального турбинного преобразователя расхода.The implementation of the input and output channels of a rectangular cross-section allows more efficient use of the kinetic energy of the jet of the measured medium and accurately directs it to the turbine blade, thereby improving measurement accuracy, expanding the measuring range and improving the metrological characteristics of the tangential turbine flow transducer.

Выполнение входного и выходного каналов по касательной к окружности внутреннего диаметра измерительной камеры наклонно друг к другу таким образом, что углы наклона α входного и выходного каналов к оси, проходящей через центр турбинки, составляют 45°…60°, позволяет тем самым увеличить полезный угол вращения турбинки с 60° до 120°, что в свою очередь ведет к расширению диапазона измерения расхода.The implementation of the input and output channels tangent to the circumference of the inner diameter of the measuring chamber is inclined to each other so that the angles of inclination α of the input and output channels to the axis passing through the center of the turbine are 45 ° ... 60 °, thereby increasing the useful rotation angle turbines from 60 ° to 120 °, which in turn leads to the expansion of the range of flow measurement.

Проведенные на предприятии-заявителе исследования позволили опытным путем определить оптимальные размеры входного канала прямоугольного сечения: ширина 1-0,85…1 ширины лопастей турбинки, высота h - 1/6 высоты лопасти турбинки L; размеры прямоугольного сечения выходного канала в 1,1 больше размеров входного канала. Такое выполнение позволяет расширить диапазон и точность измерения расхода измеряемой среды, существенно снизить потерю давления на преобразователе расхода. Перепад на расходе Q_max снижается с 0,5 до 0,3 кГс/см².The studies carried out at the applicant enterprise made it possible to experimentally determine the optimal dimensions of the input channel of rectangular cross section: width 1-0.85 ... 1 of the width of the turbine blades, height h - 1/6 of the height of the turbine blade L; the dimensions of the rectangular section of the output channel are 1.1 larger than the dimensions of the input channel. This embodiment allows you to expand the range and accuracy of measuring the flow rate of the measured medium, significantly reduce the pressure loss on the flow transducer. The difference in flow rate Q _max decreases from 0.5 to 0.3 kgf / cm ² .

На фиг.3 приведены точностные характеристики измерения расхода тангенциальным турбинным преобразователем расхода, где погрешность измерения А вычисляют по следующей формуле:Figure 3 shows the accuracy characteristics of the flow measurement by a tangential turbine flow transducer, where the measurement error A is calculated by the following formula:

где Δ - погрешность измерения, %;where Δ is the measurement error,%;

Q_прi - измеренный объем по преобразователю, имп./л;Q _pri is the measured volume of the transducer, _imp./l ;

Q_мi - измеренный объем по мернику, имп./л.Q _mi - the measured volume according to the _{measurer, imp./l} .

Изображенная штрихпунктирной линией 1 характеристика соответствует характеристике преобразователя с турбулизаторами и тангенциальными входным и выходным каналами цилиндрической формы, выполненными в соответствии с прототипом. Изображенная сплошной линией 2 характеристика соответствует характеристике преобразователя с турбулизаторами и тангенциальными входным и выходным каналами прямоугольной формы, выполненного в соответствии с приведенным примером выполнения.Depicted by the dash-dotted line 1, the characteristic corresponds to the characteristic of the transducer with turbulators and tangential inlet and outlet channels of a cylindrical shape made in accordance with the prototype. The characteristic depicted by the solid line 2 corresponds to the characteristic of the transducer with turbulators and tangential input and output channels of a rectangular shape, made in accordance with the given embodiment.

По фиг.3 видно, что благодаря выполнению входного и выходного каналов прямоугольного сечения и расположенных наклонно друг к другу под углом 45°…60° к горизонтальной оси вращения турбинки достигается наибольший диапазон измерения преобразователя расхода и, соответственно, наибольшая точность измерения расхода.Figure 3 shows that due to the implementation of the input and output channels of rectangular cross-section and located obliquely to each other at an angle of 45 ° ... 60 ° to the horizontal axis of rotation of the turbine, the largest measurement range of the flow transducer and, consequently, the highest accuracy of flow measurement are achieved.

Claims

A tangential turbine flow transducer comprising a housing with a measuring cylindrical chamber, a tangential inlet channel and an output channel, a straight-bladed turbine mounted vertically in the measuring chamber, flow turbulators, characterized in that the input and output channels are made in a rectangular shape, the input channel has the following dimensions: width 1 -0.85 ... 1 the width of the blades of the turbine, the height h - 1/6 of the height of the blades of the turbine L; the input and output channels are tangent to the circumference of the inner diameter of the measuring chamber obliquely to each other so that the angle of inclination α of the input and output channels to the axis passing through the center of the turbine is 45 ° ... 60 °, and the dimensions of the rectangular section of the output channel in 1.1 larger input channel sizes.