RU2084828C1

RU2084828C1 - Turbine flowmeter

Info

Publication number: RU2084828C1
Application number: RU95117354A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Самойлов; А.А. Соловьянов; С.П. Зайцев; В.Я. Горская
Original assignee: Акционерная компания "Транснефтепродукт"
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: instrumentation engineering; measuring flow rates in mains handling gasoline. SUBSTANCE: turbine flowmeter includes housing 1, inlet fairing 4 and outlet fairing 5, impeller 2 mounted on shaft 3 and chamber 6 located in cavity of outlet fairing. Chamber 6 houses supporting bearings 7 of shaft and seals 9. Hollow impeller 2 and shaft 3 are made from nonmagnetic material. They form closed cavity 8 filled with air whose volume is sufficient for neutral buoyancy of impeller and shaft in medium under test. Electromagnet 11 located in cavity of inlet fairing 4 is used for interaction with plate 10 made from magnetic material and mounted on impeller 2. Flowmeter may be provided with axial shift sensor 12 mounted in outlet fairing 5 and connected to electromagnet 11 through current regulator 14. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к измерению расхода и количества жидкости, и может быть использовано на магистральных трубопроводах, перекачивающих бензин, пропан и бутан. The invention relates to the field of instrumentation, namely to measuring the flow rate and amount of liquid, and can be used on pipelines that pump gasoline, propane and butane.

Известно устройство для определения расхода бурового раствора, состоящее из корпуса, направляющего аппарата, стойки с обтекателями, ротора с крыльчаткой, установленного на подшипниках скольжения, размещенных в обтекателях, и преобразователя [1] Наличие в перекачиваемой жидкости частиц разрушенных горных пород и отсутствие смазки приводит в результате действия радиальных и осевых усилий к быстрому износу поверхностей подшипников скольжения и существенному увеличению погрешности измерения объема перекачиваемой жидкости. A device for determining the flow rate of a drilling fluid, consisting of a housing, a guide apparatus, a strut with fairings, a rotor with an impeller mounted on sliding bearings located in the fairings, and a transducer [1] the presence in the pumped fluid of particles of destroyed rocks and the absence of lubrication leads to the result of radial and axial forces to the rapid wear of the surfaces of the bearings and a significant increase in the error in measuring the volume of the pumped liquid.

Наиболее близким аналогом изобретения является турбинный расходомер, состоящий из корпуса, крыльчатки, входного и выходного обтекателей, маслонаполненной камеры подшипников, расположенной в полости выходного обтекателя и ограниченной с одной стороны уплотняющим элементом, а с другой стороны мембраной; в полости одного из обтекателей, например входного, расположен жестко укрепленный на валу крыльчатки нагнетатель, выполненный, например, в виде центробежного колеса [2]
В известном устройстве за счет жесткого соединения крыльчатки и нагнетателя создается давление масла в камере подшипников с использованием энергии контролируемого потока.The closest analogue of the invention is a turbine flow meter, consisting of a housing, an impeller, an inlet and outlet cowlings, an oil-filled bearing chamber located in the cavity of the outlet cowl and bounded on one side by a sealing element and on the other hand by a membrane; in the cavity of one of the fairings, for example the input, is located a supercharger rigidly mounted on the impeller shaft, made, for example, in the form of a centrifugal wheel [2]
In the known device due to the rigid connection of the impeller and the supercharger, oil pressure is created in the bearing chamber using the energy of a controlled flow.

Однако указанный расходомер, обладая достаточной конструктивной сложностью, обусловленной наличием нагнетателя, не обеспечивает стабильности показаний расходомера при работе на переменных режимах (производительностях) трубопровода, т. е. в случае, когда в широком диапазоне меняется скорость вращения крыльчатки и нагнетателя, а также давление на мембрану маслонаполненной камеры. However, the specified flow meter, having sufficient structural complexity due to the presence of a supercharger, does not provide stability of the meter readings when operating in variable modes (capacities) of the pipeline, i.e., in the case when the rotational speed of the impeller and supercharger changes over a wide range, as well as the pressure membrane of the oil-filled chamber.

В результате знакопеременных деформаций мембраны после выдавливания порции масла через сальниковое уплотнение в подшипниковую камеру поступает перекачиваемый по трубопроводу продукт. При недостатке или отсутствии смазки и работе на жидкостях, обладающих низкими смазывающими свойствами, таких как бензин, происходит интенсивный износ подшипников и существенное снижение точности измерения расхода жидкости. As a result of alternating deformations of the membrane after squeezing a portion of the oil through the packing, the product pumped through the pipeline enters the bearing chamber. When there is a lack or absence of lubrication and work on liquids with low lubricating properties, such as gasoline, intensive wear of bearings and a significant decrease in the accuracy of measuring fluid flow occur.

Техническим результатом использования изобретения является уменьшение износа подшипников вала в радиальном и осевом направлениях при работе на жидкостях, обладающих низкими смазывающими свойствами, и, как следствие, уменьшение вариации показаний расходомера и повышение точности измерений. The technical result of the use of the invention is to reduce the wear of shaft bearings in the radial and axial directions when working on fluids with low lubricating properties, and, as a result, reduce the variation in the flow meter readings and increase the accuracy of measurements.

Это достигается тем, что в турбинном расходомере, содержащем корпус, входной и выходной обтекатели, установленную на валу крыльчатку и размещенную в полости выходного обтекателя камеру с опорными подшипниками вала и уплотнениями, крыльчатка и вал выполнены полыми с образованием замкнутой полости, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки и вала в измеряемой среде, а в полости входного обтекателя размещен электромагнит для взаимодействия с установленной на крыльчатке пластиной из магнитного материала, причем корпус, крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материал. This is achieved by the fact that in a turbine flowmeter comprising a housing, an inlet and outlet fairings, an impeller mounted on the shaft of the impeller and a chamber with thrust bearings and seals located in the outlet fairing cavity, the impeller and the shaft are hollow to form a closed cavity filled with air with a volume providing zero buoyancy of the impeller and shaft in the measured medium, and an electromagnet is placed in the cavity of the inlet fairing to interact with a plate of magnetic material mounted on the impeller and, the housing, the impeller and the shaft are made of a nonmagnetic material.

Кроме того, расходомер может быть снабжен установленным в выходном обтекателе датчиком осевых перемещений вала, подключенным через регулятор тока к электромагниту. In addition, the flow meter can be equipped with a shaft axial displacement transducer installed in the output fairing and connected to an electromagnet through a current regulator.

При использовании турбинного расходомера для измерения расхода и количества последовательно перекачиваемых по трубопроводу продуктов, таких как бензин и дизельное топливо, нулевая плавучесть обеспечивается для случая перекачки бензина продукта с наиболее низкими смазывающими свойствами. When using a turbine flowmeter to measure the flow rate and the number of products sequentially pumped through the pipeline, such as gasoline and diesel fuel, zero buoyancy is ensured for the case of pumping gasoline of the product with the lowest lubricating properties.

Уменьшение радиального износа подшипников достигается за счет образования в крыльчатке и вала замкнутых полостей, заполненных воздухом, объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть (при которой вес тела, погруженного в жидкость, равен выталкивающей архимедовой силе) крыльчатки и вала в измеряемой жидкости и, как следствие, отсутствие вертикальной силовой нагрузки на подшипники. Для уменьшения износа подшипников в осевом направлении крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материала, например бронзы или алюминия, к торцу крыльчатки прикреплена пластина из магнитного материала, например из стали, а во входном обтекателе установлен электромагнит, взаимодействующий с крыльчаткой и уменьшающий горизонтальную силовую нагрузку на подшипники. Для практически полного исключения износа подшипников в осевом направлении при работе на переменных режимах (производительностях трубопровода) в выходном обтекателе установлен датчик осевых перемещений вала, подключенный к регулятору тока (например, реостату), управляющему силой притяжения крыльчатки к электромагниту и обеспечивающему отсутствие горизонтальной силовой нагрузки на подшипники. Reducing the radial wear of bearings is achieved due to the formation of closed cavities in the impeller and shaft, filled with air, with a volume that provides zero buoyancy (at which the weight of a body immersed in a liquid is equal to the buoyant Archimedean force) of the impeller and shaft in the measured fluid and, as a result, the absence vertical power load on bearings. To reduce axial wear of the bearings, the impeller and shaft are made of non-magnetic material, such as bronze or aluminum, a plate of magnetic material, such as steel, is attached to the end of the impeller, and an electromagnet is installed in the inlet cowl, which interacts with the impeller and reduces the horizontal force load on the bearings . To almost completely eliminate axial bearing wear during operation under variable conditions (pipeline productivity), an axial shaft displacement sensor is installed in the output cowl, connected to a current regulator (for example, a rheostat) that controls the impeller’s gravity to the electromagnet and ensures that there is no horizontal power load on bearings.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан поперечный разрез устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a cross section of the device.

Турбинный расходомер состоит из корпуса 1, крыльчатки 2 с валом 3, жестко закрепленной в корпус 1, входного 4 и выходного 5 обтекателей, камеры 6 подшипников 7. Крыльчатка 2 и вал 3 выполнены полыми с образованием замкнутой полости 8, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки 2 и вала 3 в измеряемой жидкости и, следовательно, отсутствие вертикальной силовой нагрузки на подшипники 7. Камера 6 подшипников 7 уплотнена сальником 9. Корпус 1, крыльчатка 2 и вал 3 выполняются из немагнитного материала, например алюминия, и к торцу крыльчатки 2 прикрепляется круговая пластина 10 из магнитного материала, например из стали, причем камера подшипников 6 располагается в полости выходного обтекателя 5, а во входном обтекателе 4 установлен электромагнит 11, взаимодействующий с пластиной 10 из магнитного материала в крыльчатке 2 для уменьшения горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. В выходном обтекателе 5 установлен датчик 12 осевых перемещений вала, соединенный электрической цепью 13 с регулятором 14 электрического тока, управляющим силой притяжения крыльчатки 2 к электромагниту 11 для обеспечения снижения горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. Электрический ток подается в электромагнит 1 по кабелю 15. The turbine flowmeter consists of a housing 1, an impeller 2 with a shaft 3, rigidly mounted in the housing 1, an input 4 and an output 5 fairings, a chamber 6 of bearings 7. The impeller 2 and the shaft 3 are hollow with the formation of a closed cavity 8 filled with air, with a volume of providing zero buoyancy of the impeller 2 and shaft 3 in the measured fluid and, therefore, the absence of vertical power load on the bearings 7. The chamber 6 of the bearings 7 is sealed with a stuffing box 9. The housing 1, the impeller 2 and the shaft 3 are made of non-magnetic material, such as aluminum, and a circular plate 10 of magnetic material, such as steel, is attached to the end of the impeller 2, the bearing chamber 6 being located in the cavity of the exit fairing 5, and an electromagnet 11 installed in the input fairing 4, which interacts with the plate 10 of magnetic material in the impeller 2 to reduce the horizontal force load of bearings 7. In the output fairing 5, a sensor 12 of axial shaft displacements 12 is connected, connected by an electric circuit 13 to an electric current regulator 14, which controls the force of attraction of the impeller 2 to the electromagnet 11 in order to reduce the horizontal power load on the bearings 7. Electric current is supplied to the electromagnet 1 via cable 15.

Турбинный расходомер работает следующим образом. Turbine flowmeter operates as follows.

Набегающий поток перекачиваемой жидкости 16 вращает крыльчатку 2, обороты которой фиксируются и обрабатываются счетчиком (не показан на чертеже) для определения расхода жидкости. Поскольку крыльчатка 2 и вал 3 имеют нулевую плавучесть (имеют на воздухе вес, равный весу жидкости вытесненной ими), то при работе отсутствуют радиальные нагрузки вала 3 на подшипники 7. The incoming flow of the pumped liquid 16 rotates the impeller 2, the revolutions of which are recorded and processed by a counter (not shown in the drawing) to determine the flow rate of the liquid. Since the impeller 2 and the shaft 3 have zero buoyancy (they have a weight in air equal to the weight of the liquid displaced by them), during operation there are no radial loads of the shaft 3 on the bearings 7.

Отсутствие радиальной нагрузки приводит к практическому отсутствию кольцевых (тангенциальных) сил трения на боковых поверхностях подшипников 7 и к практическому исключению их износа в радиальном направлении. The absence of radial load leads to the practical absence of annular (tangential) friction forces on the side surfaces of the bearings 7 and to the practical exclusion of their wear in the radial direction.

Набегающий поток перекачиваемой жидкости, вращая крыльчатку 2, оказывает на нее горизонтальное силовое воздействие, которое в конечном итоге воспринимается подшипниками 7. Установленный во входном обтекателе 4 электромагнит 11, после подачи в него электрического тока, взаимодействует с круговой пластиной 10 из магнитного материала, прикрепленной к торцу крыльчатки 2, и притягивает ее, уменьшая тем самым горизонтальную силовую нагрузку на подшипники 7. Это позволяет существенно уменьшить износ подшипников 7 в горизонтальном направлении. The incoming flow of the pumped liquid, rotating the impeller 2, exerts a horizontal force on it, which is ultimately perceived by the bearings 7. The electromagnet 11 installed in the inlet fairing 4, after supplying electric current to it, interacts with a circular plate 10 made of magnetic material attached to the end face of the impeller 2, and attracts it, thereby reducing the horizontal power load on the bearings 7. This can significantly reduce the wear of the bearings 7 in the horizontal direction.

Установленный в выходном обтекателе датчик 12 осевых перемещений вала соединен с регулятором электрического тока 14, который управляет силой притяжения крыльчатки 2 к электромагниту 11, обеспечивая таким образом отсутствие горизонтальной силовой нагрузки на подшипники 7. Отсутствие осевой нагрузки приводит к практическому отсутствию сил трения на торцевых (боковых) поверхностях подшипников 7 и практическому исключению их износа в осевом направлении. The axial displacement sensor 12 of the shaft mounted in the output cowl is connected to an electric current regulator 14, which controls the attractive force of the impeller 2 to the electromagnet 11, thus ensuring the absence of horizontal power load on the bearings 7. The absence of axial load leads to the practical absence of friction forces on the end (side ) the surfaces of the bearings 7 and the practical exclusion of their wear in the axial direction.

Claims

1. A turbine flowmeter comprising a housing, an inlet and outlet fairings, an impeller mounted on the shaft of the impeller, and a chamber with thrust bearings and seals located in the outlet fairing cavity, characterized in that the impeller and the shaft are hollow to form a closed cavity filled with air with a volume providing zero buoyancy of the impeller and shaft in the medium being measured, and an electromagnet is placed in the cavity of the inlet fairing to interact with a plate of magnetic material mounted on the impeller, The casing, the impeller and the shaft are made of non-magnetic material.

2. The flow meter according to claim 1, characterized in that it is equipped with an axial shaft displacement sensor installed in the output cowl, connected to an electromagnet through a current regulator.