RU2178870C2

RU2178870C2 - Liquid flow rate converter

Info

Publication number: RU2178870C2
Application number: RU2000107986A
Authority: RU
Inventors: А.С. Дарук
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2002-01-27

Abstract

FIELD: single-jet impeller converters. SUBSTANCE: converter has housing with inlet and outlet branch pipes; each branch pipe is communicated with one of two holes available in side wall of impeller module secured inside housing. Surfaces of impeller blades are provided with grooves of fins located in parallel relative to axis of rotation. EFFECT: increased service life of flow rate meters due to wear resistance of impeller through reduction of hydrodynamic load on axle and bearing bushes. 9 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к одноструйным скоростным крыльчатым преобразователям расхода жидкости в обороты крыльчатки, и может быть использовано в счетчиках воды, расходомерах, сигнализаторах, дозаторах и других измерителях объема жидкости. The invention relates to the field of instrumentation, in particular to single-jet high-speed vane converters of fluid flow to impeller speed, and can be used in water meters, flow meters, signaling devices, dispensers and other liquid volume meters.

Известен одноструйный счетчик воды УВК, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подводящим и соответственно отводящим жидкость от камеры корпуса, в которой расположена способная вращаться крыльчатка с гладкими лопастями [1] . A single-jet UVK water meter is known, comprising a housing with inlet and outlet nozzles supplying and, accordingly, draining liquid from the housing chamber, in which a rotatable impeller with smooth blades is located [1].

Наиболее близким по технической сущности является крыльчатый одноструйный счетчик воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подводящим и соответственно отводящим жидкость от камеры корпуса, в которой расположена способная вращаться крыльчатка с гладкими лопастями [2] . The closest in technical essence is a single-wing impeller water meter containing a housing with inlet and outlet nozzles supplying and, accordingly, draining liquid from the housing chamber, in which a rotary impeller with smooth blades is located [2].

Недостатком известного счетчика воды [2] является односторонняя нагрузка опор крыльчатки силой гидродинамического взаимодействия потока с крыльчаткой. Эта нагрузка вызывает износ осей и их опорных втулок, который ограничивает межповерочный интервал и общий срок службы счетчика. A disadvantage of the known water meter [2] is the one-sided load of the impeller supports by the force of the hydrodynamic interaction of the flow with the impeller. This load causes wear on the axes and their support sleeves, which limits the calibration interval and the total life of the meter.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции крыльчатки для уменьшения гидродинамической силы воздействия на нее потока с целью повышения износоустойчивости, межповерочного интервала и общего срока службы измерителей объема жидкости, в которых оно может быть применено. The objective of the invention is to improve the design of the impeller to reduce the hydrodynamic force of the flow on it in order to increase the wear resistance, the calibration interval and the total service life of the liquid volume meters in which it can be used.

Для этого в преобразователе расхода жидкости, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и полостью, в которой укреплен модуль крыльчатого преобразователя, содержащий способную вращаться крыльчатку, в боковой стенке модуля имеются два отверстия, одно из которых сообщено с входным патрубком, а другое - с выходным, а на поверхностях лопастей крыльчатки выполнена шероховатость, например, в виде прямолинейных канавок и выступов или отдельных ребер, расположенных параллельно оси вращения крыльчатки. For this, in a liquid flow transducer containing a housing with inlet and outlet nozzles and a cavity in which the wing-converter module is mounted, which contains a rotatable impeller, there are two holes in the side wall of the module, one of which is connected to the inlet and the other to the outlet and on the surfaces of the impeller blades a roughness is made, for example, in the form of rectilinear grooves and protrusions or individual ribs located parallel to the axis of rotation of the impeller.

Предложенное изобретение в отношении известного счетчика [2] уменьшает гидродинамическую силу, нагружающую оси и опорные втулки крыльчатки, сокращает их износ и позволяет увеличить межповерочный интервал и общий срок службы измерителей. The proposed invention with respect to the known counter [2] reduces the hydrodynamic force, loading axles and supporting bushings of the impeller, reduces their wear and allows to increase the calibration interval and the total service life of the meters.

Сущность изобретения поясняется чертежами и диаграммой, где представлены:
- на фиг. 1 - разрез (в плане) заявляемого преобразователя расхода жидкости;
- на фиг. 2 - разрез (в плане) участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой известного счетчика воды в увеличенном масштабе;
- на фиг. 3 - вид по потоку на лопасть известного счетчика воды в увеличенном масштабе;
- на фиг. 4 - сечение а-а известного счетчика воды;
- на фиг. 5 - пример (в плане) выполнения участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе, разрез;
- на фиг. 6 - другой пример (в плане) выполнения участка взаимодействия рабочего потока с крыльчаткой заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе, разрез;
- на фиг. 7 - вид по потоку на лопасть крыльчатки заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе;
- на фиг. 8 - сечение б-б заявляемого преобразователя расхода в увеличенном масштабе;
- на фиг. 9 - диаграмма плана гидродинамических сил взаимодействия рабочего потока с крыльчатками известного счетчика воды и заявляемого преобразователя расхода.The invention is illustrated by drawings and a diagram, which presents:
- in FIG. 1 is a section (in plan) of the inventive fluid flow converter;
- in FIG. 2 is a sectional view (in plan) of an area of interaction of a working stream with an impeller of a known water meter on an enlarged scale;
- in FIG. 3 is an enlarged view of the flow of a known water meter on a blade;
- in FIG. 4 is a section aa of a known water meter;
- in FIG. 5 is an example (in plan) of the execution of the site of interaction of the workflow with the impeller of the inventive flow transducer on an enlarged scale, section;
- in FIG. 6 is another example (in plan) of the execution of the site of interaction of the workflow with the impeller of the inventive flow transducer on an enlarged scale, section;
- in FIG. 7 is an enlarged view of the flow to the impeller blade of the inventive flow transducer;
- in FIG. 8 is a cross-section bb of the inventive flow transducer on an enlarged scale;
- in FIG. 9 is a diagram of the hydrodynamic forces of the interaction of the workflow with the impellers of a known water meter and the inventive flow transducer.

На чертежах и диаграмме приняты следующие обозначения:
Q - расход измеряемой жидкости;
Vc - скорость рабочего потока расхода измеряемой жидкости;
Vл - линейная скорость лопасти крыльчатки;

направление вращения крыльчатки;
Qцc - центростремительная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Qцб - центробежная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Qакс - аксиальные части расхода Q, отклоняемые лопастью крыльчатки известного счетчика воды;
Vцc - скорость воды центростремительного расхода Qцс;
Vцб - скорость воды центробежного расхода Qцб;
Vакс - скорость воды аксиальных расходов Qакс;
Qцс" - центростремительная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Qцб" - центробежная часть расхода Q, отклоняемая лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Qакс" - аксиальные части расхода Q, отклоняемые лопастью крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
Vцс" - скорость воды центростремительного расхода Qцс";
Vцб" - скорость воды центробежного расхода Qцб";
Vакс" - скорость воды аксиальных расходов Qакс";

вектор тангенциальной силы взаимодействия крыльчаток известного счетчика воды и заявляемого преобразователя расхода со струей рабочего потока;

вектор радиальной силы взаимодействия центростремительной части Qцс расхода Q со ступицей крыльчатки в известном счетчике воды;

вектор радиальной силы взаимодействия центростремительной части Qцс" расхода Q со ступицей крыльчатки в заявляемом преобразователе расхода;

вектор силы, действующей на опоры крыльчатки известного счетчика воды;

вектор силы, действующей на опоры крыльчатки заявляемого преобразователя расхода;
S - площадь поперечного сечения струи рабочего потока;
s - контур поперечного сечения струи рабочего потока.In the drawings and diagram, the following notation:
Q is the flow rate of the measured fluid;
Vc is the flow rate of the measured fluid;
Vl - linear speed of the impeller blade;

impeller rotation direction;
Qcc is the centripetal part of the flow rate Q deflected by the impeller blade of a known water meter;
Qcb is the centrifugal part of the flow rate Q deflected by the impeller blade of a known water meter;
Qax - axial flow rate Q deflected by the impeller blade of a known water meter;
Vcc is the water velocity of the centripetal flow rate Qcc;
Vtsb - water velocity of centrifugal flow rate Qtsb;
Vax - water velocity of axial flow rate Qax;
Qcc "- the centripetal part of the flow rate Q, rejected by the impeller blade of the inventive flow transducer;
Qtsb "- the centrifugal part of the flow rate Q, rejected by the impeller blade of the inventive flow transducer;
Qax "- axial flow rate Q deflected by the impeller blade of the inventive flow transducer;
Vcc "- the water velocity of the centripetal flow rate Qcc";
Vtsb "- the water velocity of the centrifugal flow rate Qtsb";
Vax "is the water velocity of the axial flow rate Qax";

vector of the tangential force of the interaction of the impellers of a known water meter and the inventive flow transducer with a stream of the working stream;

the vector of the radial force of interaction of the centripetal part Qcc of flow Q with the impeller hub in a known water meter;

vector of the radial force of interaction of the centripetal part Qcc "flow Q with the impeller hub in the inventive flow transducer;

a force vector acting on the impeller supports of a known water meter;

the force vector acting on the impeller supports of the inventive flow transducer;
S is the cross-sectional area of the jet of the working stream;
s is the contour of the cross section of the jet of the working stream.

Преобразователь расхода жидкости (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Во входном патрубке 2 установлена защитная сетка 4. Внутри корпуса 1 имеется полость, в которой укреплен модуль крыльчатого преобразователя 5, в котором установлена способная вращаться крыльчатка 6. На боковой стенке модуля крыльчатого преобразователя 5 имеются отверстия 7 и 8. Отверстие 7 подводным каналом 9 сообщено с входным патрубком 2, а отверстие 8 отводным каналом 10 соединено с выходным патрубком 3. На дне модуля крыльчатого преобразователя 5 имеются ребра 11 гидродинамического тормоза крыльчатки 6. На лопастях крыльчатки 6 выполнена шероховатость в виде прямолинейных ребер 12, 13 и 14 или совокупности прямолинейных насечек 15, 16 и 17 (фиг. 5). Ребра 12, 13 и 14 (фиг. 1) и насечки 15, 16 и 17 (фиг. 5) направлены параллельно оси вращения крыльчатки 5 (поперек радиальному направлению лопасти). The fluid flow Converter (Fig. 1) consists of a housing 1 with input 2 and output 3 nozzles. A protective net 4 is installed in the inlet pipe 2. Inside the housing 1 there is a cavity in which the module of the wing transducer 5 is mounted, in which the rotary impeller 6 is mounted. On the side wall of the module of the wing transducer 5 there are openings 7 and 8. A hole 7 is provided by the underwater channel 9 with the inlet pipe 2, and the hole 8 by the outlet channel 10 is connected to the outlet pipe 3. At the bottom of the module of the wing transducer 5 there are ribs 11 of the hydrodynamic brake of the impeller 6. A scallop is made on the impeller blades 6 the roundness in the form of rectilinear ribs 12, 13 and 14, or a combination of rectilinear notches 15, 16 and 17 (Fig. 5). The ribs 12, 13 and 14 (Fig. 1) and the notches 15, 16 and 17 (Fig. 5) are directed parallel to the axis of rotation of the impeller 5 (across the radial direction of the blade).

Преобразователь расхода жидкости работает следующим образом. The fluid flow Converter operates as follows.

Жидкость через входной патрубок 2, защитную сетку 4, подводной канал 9 и отверстие 7 втекает в модуль крыльчатого преобразователя 5, а через отверстие 8 вытекает из него в отводной канал 10 и через выходной патрубок 3 вытекает из корпуса 1. При этом в модуле крыльчатого преобразователя 5 от отверстия 7 к отверстию 8 устанавливается поток жидкости, вращающий крыльчатку 6 в направлении, обозначенном символом

Благодаря ребрам 11 гидродинамического тормоза линейная скорость лопастей крыльчатки 6 меньше, примерно в два раза, скорости рабочего потока жидкости, втекающей через отверстие 7 внутрь модуля крыльчатого преобразователя 5. Следствием этой разности скоростей является метрологическое свойство, заключающееся в постоянстве объема жидкости, приходящейся на один оборот крыльчатки, в широком диапазоне расходов, что и делает подобное устройство средством измерения.The liquid through the inlet pipe 2, the protective net 4, the underwater channel 9 and the hole 7 flows into the module of the wing transducer 5, and through the hole 8 flows out of it into the exhaust channel 10 and through the output pipe 3 flows from the housing 1. In this case, in the module of the wing transducer 5 from the hole 7 to the hole 8, a fluid flow is established, rotating the impeller 6 in the direction indicated by the symbol

Due to the ribs 11 of the hydrodynamic brake, the linear speed of the impeller blades 6 is less than about two times the speed of the working fluid flow flowing through the hole 7 into the module of the vane transducer 5. The consequence of this difference in speeds is the metrological property, which consists in the constancy of the volume of fluid per revolution impellers, in a wide range of costs, which makes such a device a means of measurement.

Рабочий поток жидкости, втекающей через отверстие 7 внутрь модуля крыльчатого преобразователя 5, попадает в межлопаточное пространство крыльчатки 6, встречает движущуюся медленнее него лопасть крыльчатки 6 и растекается по ней так, как это показано на фиг. 3, 4, 7, 8, условно говоря, четыре потока растекания: центростремительный, центробежный и два аксиальных. The working fluid flowing through the hole 7 into the module of the vane transducer 5 enters the interscapular space of the impeller 6, meets the impeller blade 6 moving slower than it, and spreads along it as shown in FIG. 3, 4, 7, 8, relatively speaking, four streams of spreading: centripetal, centrifugal and two axial.

Известно, что при обтекании жидкостью твердой стенки, на нее действует сила, пропорциональная квадрату натекающего на нее расхода или, что то же самое, скорости обтекающей жидкости [3] . При сравнительном рассмотрении последствий указанного растекания для заявляемого преобразователя расхода и известного счетчика воды соблюдается условие:
Qцc"+Qцб"+2Qакс"= Qцc+Qцб+2Qакс (1)
Квадрат суммы расходов Qцс"+Qцб"+2Qакс"= Q определяет тангенциальную силу

действующую на крыльчатку заявляемого преобразователя расхода. На крыльчатку известного счетчика воды действует равная ей согласно условию (1) сила

Центростремительный поток растекания сталкивается со ступицей крыльчатки и отклоняется ею. В результате на ступицу крыльчатки действует сила

пропорциональная квадрату расхода Qцс" в заявляемом преобразователе расхода жидкости, и сила

пропорциональная квадрату расхода Qцс в известном счетчике воды. Центростремительный расход Qцc" отклоняется шероховатой лопастью, a Qцc - гладкой. Гидравлическое сопротивление шероховатой лопасти больше, а у гладкой - меньше, поэтому скорость жидкости центростремительного потока на шероховатой лопасти меньше, а на гладкой - больше, и центростремительный расход Qцс" в заявляемом преобразователе расхода меньше центростремительного расхода Qцc в известном счетчике воды. Следовательно, радиальная сила

в заявляемом преобразователе расхода жидкости меньше радиальной силы

в известном счетчике воды.It is known that when a solid wall flows around a liquid, a force is applied to it, which is proportional to the square of the flow flowing onto it or, what is the same, the velocity of the flowing liquid [3]. When comparing the consequences of this spreading for the inventive flow transducer and a known water meter, the following condition is met:
Qcc "+ Qcb" + 2Qax "= Qcc + Qcb + 2Qax (1)
The square of the amount of expenses Qcc "+ Qtsb" + 2Qax "= Q determines the tangential force

acting on the impeller of the inventive flow Converter. A force equal to it according to condition (1) acts on the impeller of a known water meter according to condition (1)

The centripetal spreading flow collides with the impeller hub and is deflected by it. As a result, force acts on the impeller hub

proportional to the square of the flow rate Qcc "in the inventive fluid flow converter, and the force

proportional to the square of the flow rate Qcc in the known water meter. The centripetal flow rate Qcc "is deflected by the rough blade, and Qcc - smooth. The hydraulic resistance of the rough blade is greater, and the smooth one is less, therefore, the centripetal flow rate on the rough blade is lower, and on the smooth one it is greater, and the centripetal flow rate Qcc" in the inventive flow converter less centripetal flow Qcc in a known water meter. Therefore radial force

in the inventive fluid flow Converter less radial force

in a famous water meter.

Радиальные силы, возникающие на шероховатой части лопасти от центростремительного и центробежного расходов растекания рабочего потока, действуют прямо противоположно друг другу и поэтому взаимно компенсируются. Уменьшение центростремительного и центробежного расходов растекания компенсируется соответствующим увеличением аксиальных расходов согласно условию (1). The radial forces arising on the rough part of the blade from the centripetal and centrifugal expenses of the spreading of the working stream, act directly opposite to each other and therefore are mutually compensated. The decrease in centripetal and centrifugal spreading costs is compensated by a corresponding increase in axial costs in accordance with condition (1).

На фиг. 9 представлены совмещенные параллелограммы сил

действующих на крыльчатку известного счетчика воды, и

действующих на крыльчатку заявляемого преобразователя расхода. Сопоставление сил

показывает, что сила

нагружающая опорные детали крыльчатки заявляемого преобразователя, меньше силы

нагружающей опорные детали известного счетчика воды.In FIG. 9 shows combined parallelograms of forces

acting on the impeller of a known water meter, and

acting on the impeller of the inventive flow Converter. Juxtaposition of forces

shows that strength

loading supporting parts of the impeller of the inventive Converter, less force

loading supporting parts of a known water meter.

Таким образом, применение заявляемого преобразователя расхода жидкости с шероховатыми лопастями крыльчатки позволит создать расходомеры и счетчики жидкости с увеличенным межповерочным интервалом, более высокими показателями износоустойчивости и долговечности и поэтому требующими меньших затрат на их эксплуатацию по сравнению с существующими. Thus, the use of the inventive fluid flow converter with rough impeller blades will allow the creation of flow meters and fluid meters with an increased calibration interval, higher rates of wear resistance and durability and therefore require lower operating costs compared to existing ones.

Источники информации
1. П. П. Кремлевский. "Расходомеры и счетчики количества" Ленинград, Машиностроение, 1989, стр. 292, рис. 160.Sources of information
1. P.P. Kremlevsky. "Flowmeters and counters of quantity" Leningrad, Mechanical Engineering, 1989, p. 292, Fig. 160.

2. П. В. Лобачев, Ф. А. Шевелев. "Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации". М. : Стройиздат, 1985, стр. 12, рис. 2.2. а). 2. P.V. Lobachev, F.A. Shevelev. "Measurement of the flow of liquids and gases in water supply and sanitation." M.: Stroyizdat, 1985, p. 12, Fig. 2.2. a).

3. Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов, О. В. Байбаков, Ю. Л. Кирилловский, "Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы". М. : Машиностроение, 1970, стр. 67. 3. T. M. Bashta, S. S. Rudnev, B. B. Nekrasov, O. V. Baibakov, Yu. L. Kirillovsky, "Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives." M.: Mechanical Engineering, 1970, p. 67.

Claims

A fluid flow converter comprising a housing with inlet and outlet nozzles, each of which communicates with one of two openings in the side wall of the impeller converter mounted in the cavity of the housing of the module with the impeller installed in it, characterized in that grooves or ribs are made on the surface of the impeller blades, located parallel to the axis of rotation of the impeller.