RU2037142C1

RU2037142C1 - Device for measuring flow rate of liquid or gas

Info

Publication number: RU2037142C1
Application number: RU92012981A
Authority: RU
Inventors: С.П. Казьмин; В.Е. Бунин; В.Н. Воротилин
Original assignee: Малое предприятие N 3 при Центре научно-технических услуг "Сатурн"
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: device has housing 1 with top cover 2 and bottom cover 3, inlet 4 collector and outlet collector 5, unit 6 for receiving information, cylindrical chamber 7 with tangential openings 8, ball rotor 9 with top 10 and bottom 11 air spaces and nonmagnetic baffle 12 interposed between them, two conical supports 13, passive axle 14, and two magnetized rods. The ball has diametrical ring groove 16 with ribs. EFFECT: improved accuracy of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей и газов. The invention relates to measuring the flow rate of liquids and gases.

Известно устройство для измерения расхода жидкости или газа, содержащее корпус, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную цилиндрическую тангенциальную камеру и чувствительный элемент ротор, расположенный в камере с возможностью безопорного вращения, выполненный в виде шара с диаметром не менее 3/4 внутреннего диаметра тангенциальной камеры и снабженный герметично закрытой полостью в верхней части, причем торцовые поверхности тангенциальной камеры выполнены с вогнутым сферическим профилем, радиус которого в 10-15 раз превышает радиус ротора [1]
Недостатки известного устройства заключаются в том, что вращение ротора в нем возможно лишь при такой ориентации устройства, когда ось тангенциальной камеры незначительно отклоняется от вертикали. В противном случае ось вращения ротора не совпадает с осью камеры закрутки и стабилизация вращения ротора при малых расходах жидкости или газа затрудняется. Кроме того, известное устройство имеет высокую погрешность при измерении малых расходов жидкости или газа из-за неравномерности вращения ротора, поскольку он подвешен только гидродинамически и начинает вращаться лишь тогда, когда силы, вращающие ротор, превышают силу трения поверхности ротора о дно камеры закручивания.A device for measuring the flow rate of a liquid or gas, comprising a housing, input and output collectors, an information pickup unit, a multi-jet cylindrical tangential chamber and a rotor sensing element located in the chamber with the possibility of supportless rotation, made in the form of a ball with a diameter of at least 3/4 of the inner the diameter of the tangential chamber and provided with a hermetically sealed cavity in the upper part, and the end surfaces of the tangential chamber are made with a concave spherical profile, the radius of which 10-15 times the radius of the rotor [1]
The disadvantages of the known device are that the rotation of the rotor in it is possible only with such an orientation of the device, when the axis of the tangential chamber deviates slightly from the vertical. Otherwise, the axis of rotation of the rotor does not coincide with the axis of the swirl chamber and stabilization of the rotation of the rotor at low flow rates of liquid or gas is difficult. In addition, the known device has a high error in measuring small flow rates of liquid or gas due to the uneven rotation of the rotor, since it is suspended only hydrodynamically and begins to rotate only when the forces rotating the rotor exceed the friction force of the rotor surface against the bottom of the swirl chamber.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расхода жидкости или газа, содержащее корпус с крышками, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную тангенциальную цилиндрическую камеру и шариковый ротор с выполненной в его верхней части воздушной полостью и размещенными внутри намагниченными стержнями, снабженный диаметральной кольцевой канавкой, размещенной в горизонтальной плоскости [2]
Недостатком известного устройства с безопорным шариковым ротором является смещение центра тяжести ротора вниз из-за наличия воздушной полости, закрытой пробкой, что исключает возможность эксплуатации устройства при отклонении его оси от вертикали на угол более 20^о. Другой недостаток состоит в том, что шариковый ротор подвешивается и стабилизируется гидродинамически под действием сложного основного двухмерного течения в камере закрутки. Ротор подвешивается при определенной величине расхода жидкости или газа через тангенциальную камеру, т.е. при малых расходах вращение ротора затруднено и происходит неравномерно, что повышает погрешность измерения. При больших расходах также увеличивается погрешность измерения за счет процессии оси вращения.Of the known analogues, the closest to the claimed technical essence and the achieved result is a device for measuring the flow of liquid or gas, comprising a housing with covers, inlet and outlet manifolds, an information pickup unit, a multi-jet tangential cylindrical chamber and a ball rotor with an air cavity and magnetized rods placed inside, provided with a diametrical annular groove placed in the horizontal plane [2]
A disadvantage of the known device with an unsupported ball rotor is the displacement of the center of gravity of the rotor down due to the presence of an air cavity closed by a plug, which excludes the possibility of operating the device when its axis deviates from the vertical by an angle of more than 20 ^about . Another disadvantage is that the ball rotor is suspended and stabilized hydrodynamically under the influence of a complex main two-dimensional flow in the swirl chamber. The rotor is suspended at a certain flow rate of a liquid or gas through a tangential chamber, i.e. at low flow rates, the rotation of the rotor is difficult and occurs unevenly, which increases the measurement error. At high costs, the measurement error also increases due to the procession of the rotation axis.

Техническим результатом использования изобретения является повышение точности измерения и стабильности градуировочной характеристики при расширении диапазона измерений. The technical result of using the invention is to increase the accuracy of measurement and the stability of the calibration characteristics while expanding the measurement range.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения расхода жидкости или газа, включающем корпус с крышками, входной и выходной коллекторы, узел съема информации, многоструйную тангенциальную цилиндрическую камеру и шариковый ротор с выполненной в его верхней части воздушной полостью и размещенными внутри намагниченными стержнями, снабженный диаметральной кольцевой канавкой, размещенной в горизонтальной плоскости, в соответствии с заявляемым изобретением шариковый ротор дополнительно снабжен второй воздушной полостью, выполненной в его нижней части и отделенной от верхней полости перегородкой из немагнитного материала, пассивной осью, установленной в плоскости, перпендикулярной плоскости перегородки, на конических опорах, размещенных, соответственно, на верхней и нижней крышках корпуса, намагниченные стержни размещены в верхней и нижней воздушных полостях симметрично относительно пассивной оси, а дно кольцевой канавки дополнительно снабжено ребрами. The technical result is achieved due to the fact that in the device for measuring the flow of liquid or gas, including a housing with covers, inlet and outlet manifolds, an information pickup unit, a multi-jet tangential cylindrical chamber and a ball rotor with an air cavity made in its upper part and magnetized inside rods provided with a diametrical annular groove placed in a horizontal plane, in accordance with the claimed invention, the ball rotor is further provided with a second air with a cavity made in its lower part and separated from the upper cavity by a partition made of non-magnetic material, with a passive axis mounted in a plane perpendicular to the plane of the partition, on conical supports located, respectively, on the upper and lower covers of the housing, magnetized rods are placed in the upper and lower air cavities symmetrically with respect to the passive axis, and the bottom of the annular groove is additionally provided with ribs.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство для измерения расхода жидкости или газа; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 presents the inventive device for measuring the flow of liquid or gas; in FIG. 2, section AA in FIG. 1.

Устройство для измерения расхода жидкости или газа содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, входной 4 и выходной 5 коллекторы, узел съема информации 6, многоструйную цилиндрическую камеру 7 с тангенциальными отверстиями 8 и шариковый ротор 9, снабженный верхней 10 и нижней 11 воздушными полостями. Верхняя воздушная полость 10 отделена от нижней воздушной полости 11 перегородкой 12 из немагнитного материла. В плоскости, перпендикулярной плоскости перегородки 21, на конических опорах 13, размещенных соответственно на верхней 2 и нижней 3 крышках корпуса 1, установлена пассивная ось 14. В верхней 10 и нижней 11 воздушных полостях симметрично относительно пассивной оси 14 размещены намагниченные стержни 15. Шариковый ротор 9 снаружи снабжен диаметральной кольцевой канавкой 16, размещенной в горизонтальной плоскости. Дно кольцевой канавки 16 снабжено ребрами 17. A device for measuring the flow of liquid or gas comprises a housing 1 with upper 2 and lower 3 covers, input 4 and output 5 collectors, an information pickup unit 6, a multi-jet cylindrical chamber 7 with tangential openings 8, and a ball rotor 9 provided with upper 10 and lower 11 air cavities. The upper air cavity 10 is separated from the lower air cavity 11 by a partition 12 of non-magnetic material. In the plane perpendicular to the plane of the partition 21, on the conical bearings 13 located respectively on the upper 2 and lower 3 covers of the housing 1, a passive axis 14 is installed. In the upper 10 and lower 11 air cavities symmetrically relative to the passive axis 14 are magnetized rods 15. Ball rotor 9 is provided externally with a diametrical annular groove 16 located in a horizontal plane. The bottom of the annular groove 16 is provided with ribs 17.

Устройство для измерения расхода жидкости или газа работает следующим образом. A device for measuring the flow of liquid or gas works as follows.

При появлении расхода жидкость или газ проходит через отверстия входного коллектора 4 и поступает в камеру 7, где происходит закручивание жидкости вокруг оси шарикового ротора 9. На поверхности ротора 9 при вращении среды создается пограничный слой. Благодаря возникновению силы трения ротор начинает взаимодействовать со средой (жидкость или газ), вращаясь в ней. Для увеличения степени взаимодействия среды с шариковым ротором дно кольцевой канавки 16 снабжено ребрами 17, повышающими силу трения ротора со средой. Благодаря наличию ребер 17 вращение ротора 9 начинается при меньших расходах, чем в случае неоребренной кольцевой канавки 16. Поскольку ротор 9 при помощи пассивной оси 14 и конических опор 13 располагается в центре камеры 7 таким образом, что кольцевая канавка 16 с ребрами 17 постоянно находится в плоскости входных тангенциальных отверстий 8, а сам ротор 9 гидростатически уравновешен (т.е. плотность ротора равна плотности измеряемой среды), трение оси 14 в опорах 13 является минимальным. Благодаря этому ротор 9 начинает вращаться при самых минимальных расходах жидкости или газа, что значительно повышает порог чувствительности заявляемого устройства по сравнению с известными аналогами. When a flow rate occurs, liquid or gas passes through the openings of the inlet manifold 4 and enters the chamber 7, where the fluid is twisted around the axis of the ball rotor 9. A boundary layer is created on the surface of the rotor 9 during medium rotation. Due to the occurrence of friction, the rotor begins to interact with the medium (liquid or gas), rotating in it. To increase the degree of interaction of the medium with the ball rotor, the bottom of the annular groove 16 is equipped with ribs 17 that increase the friction force of the rotor with the medium. Due to the presence of ribs 17, the rotation of the rotor 9 begins at lower costs than in the case of a non-ribbed annular groove 16. Since the rotor 9 is located in the center of the chamber 7 with the help of the passive axis 14 and the conical bearings 13 so that the annular groove 16 with the ribs 17 is constantly located the plane of the tangential inlet openings 8, and the rotor 9 itself is hydrostatically balanced (i.e., the density of the rotor is equal to the density of the medium being measured), the friction of the axis 14 in the bearings 13 is minimal. Due to this, the rotor 9 begins to rotate at the lowest possible flow rates of liquid or gas, which significantly increases the sensitivity threshold of the claimed device in comparison with known analogues.

При увеличении расхода жидкости или газа дополнительно происходит гидродинамическая стабилизация и уравновешивание ротора 9, вследствие чего трение оси 14 в опорах 13 практически отсутствует, благодаря осевым зазорам порядка 0,2-0,3 диаметра оси. With an increase in the flow rate of liquid or gas, hydrodynamic stabilization and balancing of the rotor 9 occur additionally, as a result of which the friction of the axis 14 in the bearings 13 is practically absent due to axial clearances of the order of 0.2-0.3 of the diameter of the axis.

При больших расходах жидкости или газа пассивная ось 14 исключает возможность возникновения явления прецессии ротора 9, что обеспечивает расширение диапазона измеряемых расходов в сторону увеличения. At high flow rates of liquid or gas, the passive axis 14 eliminates the possibility of the occurrence of the precession of the rotor 9, which ensures the expansion of the range of measured costs in the direction of increase.

При работе на переменных расходах наличие ребер 17 кольцевой канавки 16 способствует уменьшению скольжения ротора 9 относительно измеряемой среды, вращающейся в камере 7, что также повышает точность измерения расхода по сравнению с известными аналогами. When operating at variable flow rates, the presence of ribs 17 of the annular groove 16 helps to reduce the sliding of the rotor 9 relative to the measured medium rotating in the chamber 7, which also increases the accuracy of the flow measurement in comparison with the known analogues.

Съем информации осуществляется за счет того, что в теле ротора 9 запрессованы, по меньшей мере, два намагниченных стержня 15, а на нижней крышке 3 установлен узел съема информации 6 в виде катушек индуктивности. Частота получаемых электрических сигналов пропорциональна расходу жидкости или газа. Information is removed due to the fact that at least two magnetized rods 15 are pressed into the body of the rotor 9, and an information retrieval unit 6 in the form of inductors is mounted on the bottom cover 3. The frequency of the received electrical signals is proportional to the flow rate of the liquid or gas.

Технические преимущества заявляемого устройства состоят в том, что оно сохраняет работоспособность при любой ориентации оси 14 вращения ротора 9 в пространстве, что значительно упрощает условия монтажа. Четное количество впускных тангенциальных отверстий 8 обеспечивает возможность применения заявляемого устройства в системах, подверженных гидроударам, а наличие пассивной оси, несущей очень малые нагрузки, позволяет использовать его в загрязненных средах с размерами частиц порядка 0,1 диаметра впускных отверстий. Кроме того заявляемое устройство имеет расширенный диапазон измерений расхода жидкостей или газов. The technical advantages of the inventive device are that it maintains operability for any orientation of the axis of rotation of the rotor 9 in space 9, which greatly simplifies the installation conditions. An even number of tangential inlet openings 8 makes it possible to use the inventive device in systems subject to water hammer, and the presence of a passive axis carrying very small loads allows it to be used in contaminated media with particle sizes of about 0.1 inlet openings. In addition, the inventive device has an extended range of measurements of flow rates of liquids or gases.

Claims

DEVICE FOR MEASURING LIQUID OR GAS CONSUMPTION, including a housing with covers, inlet and outlet manifolds, an information pickup unit, a multi-jet tangential cylindrical chamber and a ball rotor with an air cavity formed in its upper part and magnetized rods inside, provided with a diametrical annular groove placed in horizontal plane, characterized in that the ball rotor is additionally provided with a second air cavity, made in its lower part and separated from the upper polo with a partition made of non-magnetic material, a passive axis installed in a plane perpendicular to the plane of the partition, on conical supports located respectively on the upper and lower covers of the housing, magnetized rods are placed symmetrically with respect to the passive axis in the upper and lower air cavities, and the bottom of the annular groove is additionally equipped ribs.