HU196658B - Flow-rate tranducer for fluidal substances - Google Patents

Description

(54) ÁTFOLYÁSTÁVADÓ FLUID ANYAGOKHOZ (57) KIVONAT

A találmány tárgya átfolyástávadó, amelynek bemenő és kimenőnyílásokkal (13), valamint összekötőfuratokkal (111, 112) ellátott külső háza van, amelyben tangenciális bevezetonyilással (101) és axiális kivezetőnyílással (102) ellátott hengeres mérőkamra van elrendezve, amelyben a tangenciális bevezetőnyíláshoz (101) illesztve elrendezett turbinalapátokkal rendelkező turbina (3) van ágyazva, és a turbinalapátok magasságában fotoelektromos fordulatszámátalakító van elrendezve, továbbá a külső házban folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló csillapítóegység van elrendezve, amely a mérőkamra tangenciális bevezetőnyílásával (101) hidraulikus kapcsolatban lévő bemeneti kamrából (7), a mérökamra axiális kivezetőnyílásával (102) hidraulikus kapcsolatban lévő kimeneti kamrából (8) és a bemeneti kamrát (7) a kimeneti kamrától (8) elválasztó hajlékony membrán ból (6) van kialakítva.

A találmány lényege, hogy

- a hengeres merőkamrának hengeres háza (103) és sima belső felülete van, amely hengeres ház (103) a külső ház alapfelületébe (5) van beültetve,

- a bemeneti kamrában (7), a hajlékony membrán

196 658 (6) egyik oldalán két kamrafél (104, 105) van kiképezve, — a hengeres ház (I03) és a külső ház alapfelülete (5) közölt gyíírűkcreszlmetszctö űrszelvény (5I) van, — az egyik kamrafél (104) külső falában levezetőnyílás (I041), a másik kamrafél (I05) külső falában kompenzálónyílás (I05I) van kialakítva, amely kompenzálónyílás (1051) a hengeres mérőkamra tangenciális bevezetőnyílásával (101) szemben helyezkedik el, — a turbina (3) turbinalapátai téglalap felületű lemezként vannak kialakítva, — a hengeres mérőkamra axiáíis kivezetőnyílásában (102) terelőelem (4) van élrendezve, amelynek körcikkalakú alsó harántfelülete, körcikkalakú felső harántfelülete és ezeket összekötő spirálfelülete van, ahol az alsó harántfelület az ax.iális kivezetőnyílást (102) részben lezárja, a felső haránlfclülct az alsó liarántfeliilct cs;t hengeres merőkamra közötti űrszelvénnyel átellenben helyezkedik el, a spirálfelület kezdete pedig a hengeres mérőkamra tangenciális bevezetőnyílása (101) fölött van, és — a hengeres mérőkamra axiális kivezetőnyílása (102) és a folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló egység kimeneti kamrája (8) közé hidraulikus fojtás van beiktatva.

A találmány tárgya átfolyástávadó üzemanyagfogyasztás mérésére, különösen gépjárművek folyékony üzemanyaglögyasztásának mérésére. A találmány továbbá a vegyiparban és a gyógyszeriparban is alkalmazható.

A 38 67 840 sz. US szabadalmi leírásból (1975) olyan folyadék-átfolyástávadó ismert, amelynek bemenő- és kimenőnyílásokkal ellátott külső háza van, amelyben tangenciális bevezetőnyílássa! és axiális kivezetőnyílással ellátott hengeres mérőkamra van elrendezve, amely hengeres mérőkamrában három túr binalapáttal rendelkező turbina van ágyazva. A turbinalapátok síkjai egymással 120° szöget zárnak be. A hengeres mérőkamra belső felületén háromszögkercszlinctszctü hosszúkás kiugrások vannak kiképezve. A turbinalapátok forgássíkjában fotoelektromos átalakító van elrendezve, amely a fordulatszám elektromos jellé történő átalakítására szolgál.

A fenti folyadék-átfolyástávadó működése a turbina fordulatszáma és a mért folyadékfogyaszlás közötti lineáris kapcsolaton alapul, a mérőkamra hengeres belső felületén elrendezett kiugráspk által létrehozott lokális hidraulikus ellenállások révén.

A megoldás hiányossága, hogy a méréshibát a mért folyadék sűrűsége és hőmérséklete erősen befolyásolja, továbbá a folyadékáram sebességének növelése hatására keletkezett turbulencia következtében a méréstartomány korlátozott. Hátrányos továbbá, hogy a mérőkamra felépítése, amelyben a kiugrások száma, konfigurációja és elrendezése a mérendő folyadék paramétereitől függ, igen bonyolult. Pulzáló folyadék mérésekor a dinamikai hiba jelentős lehet.

Ismert olyan folyadék-átfolyástávadó a 40 11 757 sz. US szabadalmi leírásból - (1977), amely a fenti megoldáshoz hasonló konstrukcióval rendelkezik, továbbá a folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló .2 csillapítóegységgel van ellátva. Á csillapítóegység bemeneti és kimeneti kamrából, valamint merev középfelülctteí rendelkező hajlékony membránból épül fel. ihol a bemeneti kamra a hengeres mérőkamra lanjeneiális bevczctőnyílásával, a kimeneti kamra pedig a hengeres mérőkamra axiális ki vezetőnyílásával van hidraulikus kapcsolatban. A hajlékony membránt kimdulási helyzetében csavarrugó szorítja az átfolyástávadó bemenőnyílásának elülső részéhez, úgy, hogy i bevezetőnyílást részben lezárja. A csillapítóegység évén a hengeres mérőkamrába bemenő folyadéka-ara pulzálásának kiegyenlítése érhető el.

A fenti fogyasztásátalakítóval elérhető pulzáláscsilapítás azonban nem kielégítő.

A találmánnyal célunk olyan folyadék-átfolyástávadó létrehozása, amelynél a méréshiba a mért folyadék sűrűségétől cs hőmérsékletétől kevéssé függ, méréstartománya széles, egyszerű felépítésű mérőkamrát tartalmaz, és pulzáló folyadékáram mérésekor a fellépő dinamikus hibák elhanyagolhatók.

A kitűzött feladatot olyan átfolyástávadó kialakításával oldottuk meg, amelynek bemenő- és kimenőnyílással, valamint összekötőfuratokkal ellátott külső háza van, amelyben tangenciális bevezetőnyílással és axiális kivczctőnyilással ellátott hengeres mérőkamra van elrendezve, amelyben a tangenciális bevezetőnyíiáshoz illesztve elrendezett turbinalapátokkal rendelkező turbina van ágyazva, és a turbinalapátok síkjában fotoelektromos fordulatszámátalakító van elrendezve, továbbá a külső házban a folyadékáram pulzálásának csillapítására szolgáló egység van elrendezve, amely a mérőkamra tangenciális bevezetőnyílásával hidraulikus kapcsolatban lévő bemeneti kamrából, a mérőkamra axiális kivezetőnyílásával hidraulikus kapcsolatban lévő kimeneti kamrából és a bemeneti kamrát a kimeneti kamrától elválasztó hajlékony membránból van kialakítva, ahol a találmány szerint — a hengeres mérőkamrának hengeres háza és sima belső felülete van, és a hengeres ház a külső ház alapfelületébe van beültetve, — a bemeneti kamrában, a hajlékony membrán egyik oldalán két kamrafél van kiképezve, — a hengeres ház cs a külső ház alapfelülcíc között gyűrükcrcszfmctszetü űrszelvény van, — az egyik kamrafél külső falában levezeíőnytlás, a másik kamrafél külső falában kompenzálónyílás van kialakítva, amely kompenzálónyílás a hengeres mérőkamra tangenciális bevczctőnyílásával átellenben helyezkedik el, — a turbina turbinalapátjai téglalap-felületű lemezként vannak kialakítva, — a hengeres mérőkamra axiális kivezetőnyílásában terelőelem van elrendezve, amelynek körcikkalakú alsó harántfelülete, körcikkalakú felső harántfelülete és ezeket összekötő spirálfelülete van, ahol az alsó harántfelület az axiális kivezetőnyílást részben lezárja, a felső haránlfclülct az alsó harántfelülct és a hengeres mérőkamra közötti űrszelvénnyel átellenben helyezkedik el, a spirálfelület kezdete pedig a hengeres mérőkamra tangenciális bevezetőnyílása fölött van, és — a hengeres mérőkamra axiális kivezetőnyílása és a folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáié egység kimeneti kamrája közé hidraulikus fojtás van beiktatva.

A turbina két téglalap-felületű toesítéal kialski-23

196 658 tott turbinalapátjai előnyösen egymáshoz képest 180°kal elforgatott helyzetben van elrendezve.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon az

1. ábrán a hengeres merőkamra példaként! kiviteli alakjának metszetét tüntettük fel, axonometrikus nézetben; a

2. ábrán az 1. ábra szerinti A — A metszetet ábrázoltuk; a

3. ábrán a találmány szerinti átfolyástávadó példaként! kiviteli alakját tüntettük fel, tengelyirányú metszetben ; a

4. ábrán a 3. ábra szerinti B - B metszetet ábrázoltuk; az

5. ábrán a relatív hiba(A)-fogyasztás (Q)-függvényt ábrázoltuk terelőelem alkalmazása nélkül (I görbe) és terelőelem alkalmazása eseten (II görbe).

Amint az 1. ábrából kitűnik, I hengeres mérőkamrának sima belső hengerfelülettel rendelkező 103 hen geres háza van, amely 101 tangenciális bevezetőnyílással és 102 axiális kivezetőnyílással van ellátva. Az I hengeres mérőkamra belsejében ágyazott 2 tengelyen 3 turbina van elrendezve, amely 31 és 32 turbina lapátokkal rendelkezik. Az 1 hengeres mérőkamrában a 3 turbina fölött 4 terelőelem van elrendezve, amelynek 41 alsó harántfclülctc, 42 felső harántfclülcte és ezeket egymással összekötő 43 spirálfelülete van.

A 2. ábrán látható, hogy a 41 alsó harántfelület körcikkalakú, amely körcikk az I hengeres mérőkamra áramlási keresztmetszetét részben lefedi. A 41 alsó harántfelület az I hengeres mérőkamra belső felületével 106 űrszelvényt képez. Az ugyancsak körcikkalakú 42 felső harántfelület a 106 űrszelvény fölött helyezkedik el. A 4 terelőelem az I hengeres mérőkamrában úgy van elhelyezve, hogy a 43 spirálfelület kezdete a 101 tangenciális bevezetőnyílás fölé esik.

Amint a 3. ábrából kitűnik, az I hengeres mérőkamra — előnyösen infrafény-áteresztő anyagból ké szült - 103 hengeres háza az átfolyástávadó 5 alapfelületébe úgy van beültetve, hogy közöttük 51 gyűrűkeresztmetszetű űrszelvény marad. Az 5 alapfelület és a 103 hengeres ház között 6 hajlékony membrán van rögzítve, amely folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló csillapítóegység részeként annak 7 bemeneti kamráját és 8 kimeneti kamráját választja el. A 103 hengeres ház 6 hajlékony membrán felőli oldalán a csillapítóegység 7 bemeneti kamrája 104 és 105 kamrafelekre van felosztva. A 104 kamrafél külső falán 1041 levezetőnyilás, a 105 kamrafél külső falán pedig 1051 kompenzálónyílás van kialakítva. Az 1051 kompenzálónyílás az I hengeres mérőkamra 101 tangenciális bevezetőnyílásával szemben helyezkedik el.

Az 1 hengeres mérőkamra homlokfelületén 9 lemezidom fekszik fel, amelyhez 10 fotoelektromos fordulatszámátalakító sugárzó- és vevőeleme kapcsolódik (4. ábra). A sugárzóelem a vevőelemmel szemben helyezkedik el. Amint a 3, ábrán látható, a 9 lemezidom a 103 hengeres házzal együtt II fedéllel van az 5 alapfelületre szorítva. A 11 fedélben 111 és 152 összekötőfuratok vannak kiképezve.

Az 5 alapfelületben, az 1 hengeres mérőkamra 102 axiális kivezetőnyílása és a csillapítóegység 8 kimeneti kamrája között 52 hidraulikus fojtás van kiképezve

A csillapítóegység 7 bemeneti kamrája és az 55 gyűrükeresztmetszetű űrszelvény az átfolyástávadó) bemenőnyílásával, a csillapítóegység 8 kimeneti kamrája pedig az átfolyástávadó 13 kimenőnyílásával van összekötve.

A Tcnti átfolyástávadó a következőképpen működik

A 101 tangenciális bevezetőnyíláson beáramló folyadék az 1 hengeres mérőkamrába kerül, ahol a 102 axiális kivezetőnyilás irányába mutató spirálalakú áramlás jön létre. A folyadék részecskék emelkedése hatására az 1 hengeres mérőkamra alsó részében szekur dér áramlás jön létre, amelynek forgási szögsebessége az útáramló folyadék mennyiségével - a folyadékfogyasztással - arányos. A spirálalakú áramlásnak és a szekunder áramlásnak köszönhetően a 3 turbina a mérendő fogyasztástól függő fordulatszámmal forog. A ciklonális és centripetális hatások követke? (eben a főáramlás irányában a kis és nagy fogyasztásértékek tartományában jelentős különbségek mutatkoznak, amelyek következtében ez a függvény nem lineáris (5. ábra, I görbe). A 4 terelőelem alkalmazásává' a föáramlás iránya a fogyasztásváltozásoktól függeilenül tartható. így, kis fogyasztásértékeknél, a 43 sp ráifelületnek és a 41 alsó harántfelületnek köszönhetően a föáramlás spirális pályára van kényszerítve, ahol a 31 cs 32 turbinalapátokra mintegy 270’ szögben hal. Λ föáramlás ezért mindiga két turbinalapát egyikével áll kölcsönhatásban, ami a 3 turbina egyenletes forgását biztosítja.

A fogyasztás növekedésekor, a 4 terelőelem fölötti és alatti folyadéknyomás közötti megnövekedett különbség hatására — a nyomáskülönbség a 4 terelöel ;m 41 alsó harántfelülete és 42 felső harántfelülete közötti különbségnek köszönhetően jön létre - a főáramlás forgómozgása az 1 hengeres mérőkamra 102 axiális kivezetőnyílásában egyenes vonalú mozgásba rr egy át, aminek hatására a ciklonális és centripetális h itások kompenzálódnak. A 4 terelőelem 1 hengeres mérőkamrában való optimális elhelyezkedése esetén tehát a 3 turbina fordulatszáma cs a mérendő fogyasztás között egyenes arányosság áll fenn. A 10 fotoelektramos fordulatszámátalakító érzékeli amikor a 3 turbina 31 és 32 turbinalapátjai a kibocsátott fénysugarat megszakítják, így a fordulatszámot elektromos jellé alakítja.

A folyadékáramlás 1 hengeres mérőkamrán belüli optimális irányítása révén, valamint a hidraulikus veszteségek kiküszöbölésének köszönhetően a találmány szerinti átfolyástávadó a folyadék sűrűségének és hőmérsékletének változásaira érzéketlen, és széles méréstartományban nagy pontossággal működik.

Pulzáló folyadék fogyasztásmérésénél — például .vorlasztós belsőégésű motorok incmbránszivattyúinál - a találmány szerinti átfolyástávadó a következőképpen működik:

A folyadéknyomás 12 bemenőnyilásban való ugrásszerű megnövekedése a 6 hajlékony membránt deformálja. cs ennek révén az ugrásszerű nyomásváltozást a 13 kimcnönyílásba közvetíti. Az 52 hidraulikus fojtásnak, valamint az 1 hengeres mérőkamra, a 111 összekötőfurat és a 112 összekötőfurat eredő hidraulikus ellenállásának köszönhetően a folyadék sebessége az 1 hengeres mérőkamrában lényegesen lassabban növekszik. Ennek köszönhetően, mielőtt még a fogyasztásváltozás gradiense a megengedettnél magasabb értékre növekedne, amely növekedés már dina3

196 658 inikus hibákhoz vezethetne, a I2 bevezctőnyílás és a 13 kivezetőnyílás közölt nyomáskiegyeníítődés játszódik le. A soron következő ugrásszerű nyomáscsökkenés a 12 bemenőnyílásban á 6 hajlékony membránt, annak rugalmasságát kihasználva, nyugalmi helyzetébe téríti vissza, és ezáltal a hirtelen nyomáscsökkenés a fentiekkel analóg módon kompenzálódik.

A pulzáló folyadékáramlás forrása cs a 6 hajlékony membrán közötti kölcsönhatás okozta káros rezo nanciajelenségek a 104 és 105 kamrafelek 7 bemeneti kamrán belüli részleges hidraulikus elválasztása révén - a képződő lokális hidraulikus ellenállások révén kiküszöbölhetők. Ugyanezt a célt szolgálja a 105 kamrafclbcn kialakított 1051 kompcnzálónyílás is, amelyen keresztül a folyadékáram egy része az 51 gyürükeresztmetszetű űrszelvényből az 1 hengeres mérőkamra 101 tangenciális bevezetőnyílásba áram lik.

Claims (2)

1. Átfolyástávadó fluid anyagokhoz, amelynek bemenő- és kimenőnyílásokkal, valamint összekötőfu ratokkal ellátott külső háza van, amelyben langcnciális bcvczclőnyílással és axiális kivczctőnyilással ellátott hengeres mérőkamra van elrendezve, amelyben a tangenciális bevezetőnyíláshoz illesztve elrendezett turbinalapátokkal rendelkező turbina van ágyazva, és a turbinalapátok magasságában fotoelektromos fosdulatszámátalakító van elrendezve, továbbá a külső házban folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló csillapítóegység van elrendezve, amely a mérőkamn; tangenciális bevezctőnyílásával hidraulikus kapcso latban lévő bemeneti kamrából, a mérőkamra axiális kivezetőnyilásával hidraulikus kapcsolatban lévő ki meneti kamrából és a bemeneti kamrát a kimeneti kamrától elválasztó hajlékony membránból van kialakítva, azzal jellemezve, hogy

- a hengeres mérőkamrának (!) mérőkamra háza (103) cs sima belső felülete van, amely hengeres ház ₅ (103) a külső ház aiapfelületébe (5) van beültetve,

- a bemeneti kamrában (7), a hajlékony membrán (6) egyik oldalán két kamrafcl (104, 105) van kiképezve,

- a hengeres ház (103) és a külső ház alapfelülete (5) között gyürükeresztmetszetű űrszelvény (51) van,

- az egyik kamrafél (104) külső falában levezetőnyílás (1041), a másik kamrafcl (105) külső falában kompcnzálónyílás (1051) van kialakítva, amely kompéivá kinyílás (1051) a hengeres mérőkamra (I) tanig genciális bevezetőnyílásával (101) szemben helyezkedik el,

- a turbina (3) turbinaiapátai (31, 32) téglalap felületű lemezként vannak kialakítva,

- a hengeres mérőkamra (1) axiális kivezetőnyilá20 sában (102) terelőelem (4) van elrendezve, amelynek köreikkalakú alsó harántfclülete (41), körcikkalakú Ff i’sö harántfelülete (42) és ezeket összekötő felső harántfelülete (42) és ezeket összekötő spirálfelűlete (43) van, ahol az alsó harántfelület (41) az axális kivezető₂₅ nyílást (102) részben lezárja, a felső harántfelület (42) az alsó harántfcliilet (41) cs a hengeres mérőkamra (I) közötti űrszelvénnyel (106) átcllenben helyezkedik el, a spirál fel ü let (43) kezdete pedig a hengeres mérőkam ra (1) tangenciális bevezetőnyílása (101) fölött van, és

30 - a hengeres mérőkamra (1) axiális kivezetőnyílása (102) és a folyadékáram-pulzálás csillapítására szolgáló egység kimeneti kamrája (8) közé hidraulikus fojtás (52) van beiktatva.

2. Az 1. igénypont szerinti átfolyástávadó, azzal

30 jellemezve, hogy a turbina (3) két téglalap-felületű lemezként kialakított turbinalapáttal (31, 32) van ellátva, amelyek felületei egymással Í80’-os szöget zárnak be.