CZ285052B6 - Jednoproudový kapalinoměr - Google Patents

Abstract

Průtokoměr (10) obsahuje měřicí komoru (12) mající první a druhou koncovou stěnu (14, 30), kolmé k ose měřicí komory a uložené vzájemně proti sobě, injektor (20) a ejektor (22) ve spojení s uvedenou měřicí komorou (12), turbinu mající větší počet lopatek (28), přičemž dvě po sobě následující lopatky svírají úhel .beta., přičemž nejméně jedna koncová stěna je tvořena deskou opatřenou na jedné ploše (30a) n paprstkovitě uspořádanými žebry (40), vybíhajícími do uvedené měřicí komory. Hodnota n je sudé číslo nejméně rovné čtyřem, přičemž uvedená paprskovitě uspořádaná žebra (40) jsou rozmístěna ve dvou souborech, z nichž každý odpovídá jednomu půlkruhu uvedené plochy (30a) desky a dvě po sobě následující žebra stejného souboru svírají úhel .alfa., určeném následujícími podmínkami: .alfa. = (I + 2/n) .beta. I (n/2-1), a (n/2-1).alfa. < 90.sup.o.n., přičemž I je celé číslo, větší než nula nebo rovné nule. I je menší než 3, když je rovné 30.sup.o.n., 36.sup.o.n. nebo 45.sup.o.n.. Průtokoměr oŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká jednocestného průtokoměru, zejména měřiče průtoku vody, typu pracujícího s jedním proudem.

Dosavadní stav techniky

Jednocestné průtokoměry jsou dobře známé a obsahují měřicí komoru, mající první a druhou koncovou stěnu, kolmé kose měřicí komory, injektor a ejektor ve spojení s uvedenou měřicí komorou a turbínou, která má více lopatek a která je uložena uvnitř měřicí komory.

Měřicí komora je napájena jediným proudem vycházejícím zinjektoru, který vyvolává otáčení turbíny. Takové průtokoměry obsahují horní část, nazývanou počítadlo, které počítá, zaznamenává a zobrazuje odebrané množství kapaliny z otáčení turbíny. Počítadlo může být přímo připojeno k turbíně mechanickým převodem, nebo přímo magnetickým hnacím systémem, nebo zařízením založeným na elektrofyzikálním principu. Průtokoměry tohoto typu se často vyznačují neuspokojivou citlivostí při nízkých průtočných množstvích.

Výše popsané průtokoměiy jednoproudového typu zpravidla obsahují tlačnou desku, tvořící jednu z první a druhé koncové stěny měřicí komory, a která často leží ve stěně měřicí komory, která je nejblíže k počítadlu. Tlaková deska je opatřena paprskovitě uspořádanými žebry, například dvěma žebry uloženými v úhlu 180°C.

Taková tlaková deska slouží k linearizování křivky chyb k nízkým průtočným množstvím. Když lopatka míjí žebro, jehož průřez, který je k dispozici pro průtok kapaliny, je nízký, a má-li proud kapaliny v jednocestném průtokoměru vyšší rychlost, než hnané lopatky turbíny, zajišťuje se tím, že se uděluje impuls lopatce a turbína se proto zrychluje.

Vzhledem k procesu výroby jednocestných průtokoměrů nemohou mít kromě všechny vyráběné kapalinoměry požadované vlastnosti, zejména není křivka chyb vždy vepsána do povoleného chybového kanálu. Tlačná deska dovoluje, aby takové průtokoměry byly regulovány otáčením uvedené tlačné desky okolo osy měřicí komory s daným úhlem otáčení. Toto otáčení vyvolává posun chybové křivky nahoru a dolů a tím i její vepsání do chybového kanálu.

I když průtokoměr opatřený dvěmi žebry poskytuje lepší citlivost, než jednoduchý průtokoměr bez žeber, vyznačuje se takový průtokoměr stále nevýhodou v tom, že má nedostatečnou citlivost k nízkým průtočným množstvím.

Cílem vynálezu je vytvořit jediný proud kapaliny se zlepšenou citlivostí při nízkých průtočných množstvích, při udržování možnosti regulovat chybovou křivku průtokoměru.

Podstata vynálezu

Vynález přináší jednocestný průtokoměr, obsahující měřicí komoru mající první a druhou koncovou stěnu, kolmé k ose měřicí komory a uložené vzájemně proti sobě, injektor a ejektor ve spojení s uvedenou měřicí komorou, turbínu mající větší počet lopatek, přičemž dvě po sobě následující lopatky svírají úhel β, přičemž nejméně jedna koncová stěna je tvořena deskou opatřenou na jedné ploše n paprskovitě uspořádanými žebry, vybíhajícími do uvedené měřicí komory, jehož podstatou je, že n je sudé číslo nejméně rovné čtyřem, přičemž uvedená paprskovitě uspořádaná žebra jsou rozmístěna ve dvou souborech, z nichž každý odpovídá jednomu půlkruhu uvedené plochy desky a dvě po sobě následující žebra stejného souboru svírají úhel a, určeném následujícími podmínkami:

α = (I + 2/n) β I (n/2-1), a (n/2-1 )a < 90°, přičemž I je celé číslo, větší než nula nebo rovné nule.

Tyto podmínky poskytují hodnoty úhlu a mezi dvěma po sobě následujícími žebry stejného souboru, které mohou být zvoleny pro zlepšení chování kapalinoměru tekutiny při nízkých průtočných množstvích bez ztráty možnosti regulace chybové křivky uvedeného průtokoměru.

V přednostním provedení je hodnota n ve výše uvedeném vztahu rovná čtyřem.

Podle hodnoty úhlu β, zejména když je úhel β rovný 30°, 36° nebo 45°, které odpovídají dvanácti, deseti nebo osmi lopatkám turbíny, přičemž hodnota celého čísla I je nižší než tři.

Konkrétněji se I rovná jedné a a se rovná přibližně 54°, tj. v rozmezí +/-5 % uvedené hodnoty a, která odpovídá deseti lopatkám turbíny, tj. β se rovná 36°.

Podle dalšího provedení je hodnota n ve výše uvedeném vztahu rovná šesti.

Podle hodnoty úhlu β, zejména když se úhel β rovná 30°, 36° nebo 45°, které odpovídají dvanácti, deseti nebo osmi lopatkám turbíny, je hodnota celého čísla I větší než nula.

Konkrétněji se hodnota I rovná jedné a a se rovná přibližně 30°, což odpovídá osmi lopatkám turbíny, tj. β se rovná 45°.

Podle ještě dalšího průměru se n ve výše uvedeném vztahu rovná osmi.

Podle hodnoty úhlu β, zejména když se β rovná 30°, 36° nebo 45°, což jednotlivě odpovídá dvanácti, deseti nebo osmi lopatkám turbíny, je hodnota celého čísla I větší než nula.

Je výhodné, aby se nepřesáhlo osm paprskovitě uspořádaných žeber na desce, aby se udržela možnost regulování chybové křivky průtokoměru.

Průtokoměr také obsahuje počítadlo, které je uloženo u druhé koncové stěny měřicí komory.

Podle přednostního provedení vynálezu je koncová stěna, tvořená deskou opatřenou n paprskovitě uspořádanými žebry, vybíhajícími do měřicí komory, druhá koncová stěna. Tato koncová stěna může být také první koncová stěna uvedené měřicí komory, která je opačná vůči druhé koncové stěně.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 půdorysný pohled na těleso jednoproudového vodoměru podle vynálezu, obr. 2 pohled ve směru A z obr. 1, ukazující vnitřek měřiče, obr. 3 diagram znázorňující průběh relativní chyby v naměřeném průtočném množství v závislosti na úhlu, jehož tlaková deska byla otočena okolo osy XX' pro tři daná průtočná množství a pro

-2CZ 285052 B6 kapalinoměr opatřený dvěma tlačnými deskami s paprskovitě uspořádanými žebry podle stavu techniky, přičemž obě žebra jsou umístěna ve vzájemných odstupech 180°, obr. 4 diagram znázorňující průběh průtočného množství v závislosti na úhlu XX' pro tři daná průtočná množství a pro kapalinoměr se čtyřmi paprskovitě uspořádanými žebry, rozmístěnými ve 5 vzájemných úhlech 90°, obr. 5 diagram znázorňující průběh relativní chyby v naměřeném průtočném množství v závislosti na úhlu, jehož tlaková deska byla otočena okolo osy XX' pro tři daná průtočná množství a pro provedení vynálezu podle obr. 1 a 2.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 a 2 znázorňují sestavu tělesa jednocestného průtokoměru podle vynálezu. Toto těleso obsahuje pouzdro 10, které je kruhově souměrné okolo osy XX'. Pouzdro 10 vymezuje dolní válcovou část 12 menšího průměru a vymezovanou dnem 14, tvořícím první koncovou stěnu 15 kolmou kose XX', a postranní stěnou 16, spolu s horní částí 18 většího průměru, nazývanou počítadlo. Těleso měřiče také obsahuje injektor 20, který je ve spojení s dolní částí 12, a ejektor 22, který je podobně ve spojení s uvedenou dnovou částí 12.

Jak je znázorněno na obr. 2, jsou injektor 20 a ejektor 22 nakloněné vzhledem k ose YY', která je 20 kolmá kose XX’, Injektor 20 a ejektor 22 jsou souměrné okolo roviny P, obsahující osu XX'.

přičemž osa YY' je kolmá k uvedené rovině P. Vodní proud tak proniká do dnové části 12 a opouští uvedenou část tangenciálně vzhledem ke kruhové části válcové části 12.

Dolní část 12 tvoří měřicí komoru průtokoměru, v níž je turbína 24 uložena. Turbína má náboj 25 26 a více přímých lopatek 28, upevněných k uvedenému náboji a rovnoměrně vůči sobě rozmístěných. Dvě po sobě následující lopatky 28 jsou vůči sobě umístěny v úhlu β. Například je lopatek deset a úhel β se rovná 36°.

Horní část 18 nebo počítadlo slouží k uložení záznamových a zobrazovacích prostředků, 30 neznázoměných na obr. 1 a 2. jak je zřejmé z obr. 2, jsou dolní část 12 a horní část 18 od sebe odděleny těsně vloženou druhou koncovou stěnou 30, ležící proti dolní první koncové stěně 14, a která je také kolmá k ose XX’. Tato druhá koncová stěna 30 se nazývá tlačná deska.

Náboj 26 má první koncovou plochu 26a a druhou koncovou plochu 26b, uložené proti 35 odpovídající první koncové stěně 14 a druhé koncové stěně 30. První koncová stěna 26a náboje má kolíkový dřík 32, uložený podél osy XX' pouzdra kapalinoměru. První koncová stěna 14 je opatřena ložiskovým materiálem, neznázoměným na obr. 2, vhodným pro spolupůsobení s bodem kolíkového dříku 32. Ložiskový materiál tak tvoří dnovou axiální zarážku nebo dosedací plochu pro turbínu.

Na obr. 2 je znázorněn magnetický hnací systém 33, obsahující dvě části: první část 34, uloženou na druhém konci koncové plochy 26b náboje, a plochy střední části 36 tlakové desky 30. Střední část 36 je souosá s osou XX'. Druhá část 38 magnetického hnacího systému 33 je umístěna nad střední částí 36 tlakové desky podél osy XX' a je znázorněna zčásti.

Celková funkce měřiče bude zřejmá z výše uvedeného popisu. Injektor 20 je připojen k přívodní vstupní trubici a umožňuje, že proud vniká do měřicí komory 12. V měřicí komoře 12 působí proud vody, že se turbína 24 otáčí a vodní proud potom vytéká ejektorem 22. Rychlost otáčení turbíny je úměrná rychlosti vodního proudu. Počítadlo 18 je poháněno turbínou 24 magnetickým 50 hnacím systémem 33 a slouží k zaznamenávání a zobrazování množství vody, protékající měřicí komorou 12.

Pokud jde o tlakovou desku 30, umístěnou nad měřicí komorou 12 a oddělující tuto komoru od počítadla 18, je patrné, že dolní plocha 30a uvedené desky 30 je opatřena paprskovitě uspořádanými žebry 40, která vyčnívají z uvedené dolní plochy do měřicí komory 12. Počet n paprskovitě uspořádaných žeber 40 je sudé číslo, které je nejméně rovné čtyřem. Podle tohoto provedení je tedy n rovno čtyřem.

Paprskovitě uspořádaná žebra jsou rovnoměrně rozmístěna ve dvou souborech žeber, přičemž každý soubor žeber je umístěn v jedné půlkružnici dolní plochy 30a desky. Jak je znázorněno na obr. 1, jsou dvě po sobě následující žebra stejného souboru svírají úhel a, který je přibližně rovný 54°.

Jako příklad má každé žebro výšku 3,1 mm a šířku 3,5 mm a lopatka má výšku 12 mm.

Přihlašovatel zjistil, že úhel a dá určit z následujících podmínek, a to α = (I + 2/n) β I (n/2-1), a (n/2-1) a < 90°, přičemž I je celé číslo, za účelem zvýšení citlivosti kapalinoměru při udržování možnosti regulace chybové křivky měřiče, je-li to požadováno po výrobním a montážním procesu.

Jakmile byl jednou určen tvar turbíny, tj. úhel β má pevnou hodnotu, je teoreticky možné zvolit několik hodnot úhlu a s různými hodnotami počtu n žeber.

Když je například úhel β rovný 36°, je možné získat:

pro n = 4, α = (I + 1/2)β a a < 90°

I = 0a= 18°

I = 1 a = 54°, přičemž jiné hodnoty celého číslo I vedou k úhlům a větším nebo rovným 90°.

Pro n = 6, a = (I + 1/3)β/2 a a < 45°

I = 0 a = 6°

I = 1 a = 24°,

I = 2 a = 42°, přičemž jiné hodnoty celého čísla I vedou k úhlům a větším než 45°.

Pro n = 8, a = (I + 1/4)β/3 a a < 30° I = 0 a = 3°

1= 1 a = 15°

I = 2 a = 27°, přičemž jiné hodnoty celého čísla I vedou k úhlům a větším než 30°.

Nad n=8 je technicky obtížné uložit čtyři kovová paprskovitě uspořádaná žebra na každém půlkruhu plochy 30a tlačné desky vzhledem k potřebné šířce žeber pro zajištění dostatečné mechanické pevnosti. Kromě toho by mohlo dojít ke ztrátě možnosti regulace chybové křivky kapalinoměru.

Z výše uvedených hodnot je zjevně zřejmé, že malé hodnoty úhlu a, jako 3°, 6° a dokonce i 15° a 18° se dají obtížně realizovat vzhledem k šířce kovových žeber. Malé hodnoty úhlů a, jako 15° a

-4CZ 285052 B6

18°, mohou však vést k dobrým výsledkům, jsou-li žebra vyrobena z materiálu, způsobilého zajišťovat dostatečnou mechanickou pevnost, který tak dovoluje vytvoření tenčích žeber.

Například mohou být dosaženy velmi dobré výsledky pro hodnotu úhlu a rovného například 54° pro čtyři kovová žebra, ale další vypočítané hodnoty se změněnými počty žeber nejsou vyloučeny. Kromě toho je třeba poznamenat, že pro vypočítanou hodnotu úhlu a = 54° termín „přibližně“ znamená, že dobré výsledky regulačního účinku a citlivosti může být také dosaženy v rozmezí +/-5 % hodnoty úhlu a.

Když lopatka 28 turbíny 24 míjí žebro, zmenšuje se průřez, který je k dispozici pro vodu. Jelikož má proud vyšší rychlost, než lopatky, předá tento proud energii turbíně prostřednictvím přecházející lopatky a turbína se zrychlí. Výše uvedený vzorec zajišťuje, že dvě lopatky nemíjejí žebra ve stejnou dobu a energetické impulsy jsou předávány turbíně proudem se stejným kmitočtem. Přihlašovatel v podstatě zjistil, že zmenšení dvou průřezových ploch proudu ve stejné době má malý účinek. Energie proudu je proto podle vynálezu lépe využita, což zlepšuje citlivost.

Bylo také zjištěno, že když se počet žeber zvyšuje nebo snižuje, turbína se otáčí menší rychlostí. To zajišťuje, že rozdíl rychlosti mezi proudem a turbínou se zvyšuje, což umožňuje účinnější přenášení energie z proudu do turbíny a lepší citlivost.

Při počtu žeber rovném čtyřem a hodnotě úhlu β rovném 45°, který odpovídá osmilopatkové turbíně, je možné zvolit pro dosažení cíle vynálezu přibližně úhel a = 67,5° (I = 1).

Obr. 3 až 5 jsou diagramy, na nichž jsou znázorněny křivky, zobrazující pro dané uspořádání jednoproudového průtokoměru a předem určené hodnoty průtočných množství průběh relativní chyby v naměřeném průtočném množství jako funkce úhlu, o nějž byla tlačná deska otočena okolo osy XX'. Každý diagram obsahuje tři křivky, z nichž každá odpovídá určité hodnotě průtočného množství: Qmin je minimální průtočné množství (30 1/h), Qt je přechodové průtočné množství, které je průtočné množství, při němž se mění povolená chyba (120/1) a Qmax je maximální průtočné množství (3000 1/h). Jak je znázorněno na obr. 3, byl první diagram získán pro kapalinoměr vybavený tlačnou deskou se dvěma paprskovitě uspořádanými žebry, která jsou uložena v úhlu 180° (stav techniky).

Diagram na obr. 4 odpovídá kapalinoměru, opatřenému tlačnou deskou se čtyřmi paprskovitě uspořádanými žebry, která jsou uložena na poloměrech s intervaly 90°.

Diagram na obr. 5 odpovídá kapalinoměru podle výše uvedeného provedení vynálezu, kde kapalinoměr je opatřen tlačnou deskou se čtyřmi paprskovitě uspořádanými žebry, přičemž dvě po sobě následující žebra stejného souboru jsou uložena v úhlu 54°.

Diagram na obr. 3 ukazuje, že je možné regulovat chybové křivky kapalinoměru podle známého stavu techniky, tj. posun chyby získané pro tři různé hodnoty průtočného množství Qmin, Qt, Qmax pro jejich vepsání do chybového kanálu reprezentovaného dvěma rovnoběžkami na chybových hodnotách +5 až -5 %. Při úhlech nad 120° jsou všechny tři křivky posunuty do chybového kanálu a mají přibližně stejnou strmost sklonu při velkém regulační úhlu. Je třeba poznamenat, že ideálního průtokoměru se dosáhne, pokud všechny tři křivky splývají nebojsou přísně rovnoběžné a nejsou-li příliš strmé při velkém regulačním úhlu. Tři křivky na obr. 3 jsou strmé a nejsou přesně rovnoběžné (nebo nejsou příliš blízko u sebe). Tento diagram také ukazuje, že průtokoměr podle známého stavu techniky má nepříliš dobrou citlivost při nízkých průtočných množstvích.

-5CZ 285052 B6

Jak je patrné z obr. 4, přihlašovatel zjistil, že zvyšující se počet žeber zvyšuje citlivost průtokoměru při nízkých průtočných množstvích. Při takto vybaveném průtokoměru je však možné regulovat pouze chybové křivky mezi úhly 30° a 50°, tj. s malým regulačním úhlem, a regulační úhel není dostatečný (tři křivky nejsou příliš blízko u sebe nebo nejsou přísně rovnoběžné).

Na obr. 5 je zřetelně znázorněno, že se může dosáhnout rozsáhlá regulace v oblasti úhlů od 60° do 130° (tři křivky mají sklon splývat, aniž by byly příliš strmé), jakož i velmi dobrá citlivost při nízkých průtočných množstvích (Qmin).

V dalším provedení vynálezu, neznázoměném na obrázcích, může být průtokoměr mokrého typu a náboj 26 je nastaven dříkem, který prochází druhou koncovou stěnou přes otvor. Konec dříku je ozuben a zapadá do vstupu počítadla.

Při dalším uspořádání turbíny odpovídající 8 lopatkám, uloženým v úhlu 45°, je podle vynálezu možné například vytvořit tlačnou desku se šesti žebry, kde dvě z po sobě následujících žeber stejného souboru tří žeber jsou uložena v úhlu přibližně 30° (1=1).

Při dalším uspořádání turbíny, odpovídající 12 lopatkám uloženým v úhlu 30°, je podle vynálezu možné například vytvořit tlačnou desku se čtyřmi žebry, kde dvě po sobě následující žebra stejného souboru dvou žeber jsou uložena v úhlu přibližně 45° (1=1). Například může být také použita pro dosažení cíle vynálezu tlačná deska se šesti žebry, uloženými přibližně v úhlu 35° (1=2), s dvanáctilopatkovým uspořádáním turbíny.

Ve výše uvedených příkladech znamená „přibližně“, že hodnota a leží v rozmezí +/-5 % vypočítané hodnoty a.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Jednocestný průtokoměr (10), obsahující měřicí komoru (12) mající první a druhou koncovou stěnu (14, 30), kolmé kose měřicí komory a uložené vzájemně proti sobě, injektor (20) a ejektor (22) ve spojení s uvedenou měřicí komorou (12), turbínu mající větší počet lopatek (28), přičemž dvě po sobě následující lopatky jsou svírají úhel β, přičemž nejméně jedna koncová stěna je tvořena deskou opatřenou na jedné ploše (30a) n paprskovitě uspořádanými žebry (40), vybíhajícími do uvedené měřicí komory, vyznačený tím, že n je sudé číslo nejméně rovné čtyřem, přičemž uvedená paprskovitě uspořádaná žebra (40) jsou rozmístěna ve dvou souborech, z nichž každý odpovídá jednomu půlkruhu uvedené plochy (30a) desky a dvě po sobě následující žebra stejného souboru svírají úhel a, určeném následujícími podmínkami:

   α = (I + 2/n) β I (n/2-1), a (n/2-1) a < 90°, přičemž I je celé číslo, větší než nula nebo rovné nule.
2. 2. Průtokoměr podle nároku 1, vyznačený tím, ženje rovné čtyřem.
3. 3. Průtokoměr podle nároků 1 nebo 2, vyznačený tím, želje menší než tři, když je β rovné 30°, 36° nebo 45°.

   -6CZ 285052 B6
4. 4. Průtokoměr podle nejméně jednoho z nároků laž3, vyznačený tím, želje rovné jedné a a se rovná přibližně 54°, tj. v rozmezí +/-5% uvedené hodnoty a.
5. 5. Průtokoměr podle nároku 1, vyznačený tím, ženje rovné šesti.
6. 6. Průtokoměr podle nároků 5 nebo 6, v y z n a č e n ý tím, že n je rovné osmi.
7. 7. Průtokoměr podle nároků 5 nebo 6, vyznačený tím, želje větší než nula, když je β rovné 30°, 36° nebo 45°.
8. 8. Průtokoměr podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že dále obsahuje počítadlo (18), které je uloženo u druhé koncové stěny (30) měřicí komory (12).
9. 9. Průtokoměr podle nároku 8, vyznačený tím, že koncová stěna, tvořená deskou opatřenou n paprskovitě uspořádanými žebry (40), vybíhajícími do měřicí komory (12), je druhá koncová stěna (30).
10. 10. Průtokoměr podle nároku 8, vyznačený tím, že uvedená pouze jedna koncová stěna, tvořená deskou opatřenou n paprskovitě uspořádanými žebry (40), vybíhajícími do měřicí komory (12), je první koncová stěna (14).