RU2327119C2

RU2327119C2 - Flow pulsator

Info

Publication number: RU2327119C2
Application number: RU2006119763/28A
Authority: RU
Inventors: Робиндар Николаевич Каратаев (RU); Робиндар Николаевич Каратаев; Валерий Алексеевич Гогин (RU); Валерий Алексеевич Гогин; Алексей Игорьевич Сойко (RU); Алексей Игорьевич Сойко; Юрий Михайлович Макаров (RU); Юрий Михайлович Макаров; Римма Ильдашовна Ахмадеева (RU); Римма Ильдашовна Ахмадеева; Оскар Робиндарович Каратаев (RU); Оскар Робиндарович Каратаев; Олег Робиндарович Каратаев (RU); Олег Робиндарович Каратаев; Игорь Николаевич Синицын (RU); Игорь Николаевич Синицын; Ирина Михайловна Сойко (RU); Ирина Михайловна Сойко
Original assignee: Федеральное государственное учреждение "Татарстанский центр стандартизации, метрологии и сертификации"; Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006119763A

Abstract

FIELD: generators.

SUBSTANCE: invention is related to generators of alternating flow and may be used in metrological certification of blood pressure and heartbeat frequency measuring devices. Flow pulsator consists of stator with outlet windows, in which detachable cylindrical hollow rotor is installed coaxially to outlet windows, being connected to motor shaft. Outlet windows of rotor n and stator m are installed in different levels and have the shape of polygons. Total number of stator windows does not exceed (n ≥ m) or more than (m > n) total number of rotor windows.

EFFECT: creation of flow pulsations with different laws of variation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к генераторам переменного расхода, предназначенным для создания в потоке жидкости колебаний различных форм при исследовании метрологических характеристик измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений, и может найти применение в приборостроительной промышленности при метрологической аттестации этих средств измерений.The invention relates to variable flow generators designed to create oscillations of various forms in a fluid stream in the study of metrological characteristics of blood pressure and heart rate meters, and may find application in the instrument-making industry for metrological certification of these measuring instruments.

Известны генераторы переменного расхода для определения динамических характеристик расходомеров (Генератор переменного расхода. Отчет №Б060014. Всесоюзный научно-технический информационный центр. М., 1974) - [1].Known variable flow generators for determining the dynamic characteristics of flow meters (variable flow generator. Report No. B060014. All-Union Scientific and Technical Information Center. M., 1974) - [1].

Известен генератор переменного расхода, который использует изменение площади прямоугольной прорези, расположенной по образующей цилиндрического статора (Пульсатор расхода ПР-1. Техническое описание П1-00-00 ТО, 1973) - [2]. Контролируемая среда подается во внутреннюю полость статора по входному трубопроводу. Изменение размеров площади прорези происходит при вращении ротора в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси. При этом значение расхода через указанную выше прорезь при равномерном вращении ротора изменяется по синусоидальному закону. Прошедший через прорезь изменяемой площади поток поступает в испытательный участок в виде трубопровода с установленным в нем испытуемым расходомером и далее - в сливную емкость через сливной трубопровод. Частота пульсаций расхода определяется скоростью вращения ротора. Изменяя скорость вращения ротора и регистрируя показания испытуемого расходомера, можно определять частотную характеристику испытуемого расходомера. Этот известный генератор характеризуется трудностью получения пульсаций расхода требуемой амплитуды и формы в широком диапазоне частот, так как для этого необходимо управлять движением большой массы жидкости, а это требует создания значительного давления контролируемой среды, что в ряде случаев практически не осуществимо. Кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место значительные перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний, не говоря уже о наличии больших вибраций трубопровода, особенно на низких частотах.A known variable flow generator, which uses the change in the area of a rectangular slot located along the generatrix of the cylindrical stator (Flow pulsator PR-1. Technical description P1-00-00 TO, 1973) - [2]. The controlled medium is fed into the internal cavity of the stator through the inlet pipe. The change in the size of the area of the slot occurs when the rotor rotates in the form of a cylinder truncated by a plane at an angle to its longitudinal axis. In this case, the flow rate through the aforementioned slot with uniform rotation of the rotor changes according to a sinusoidal law. The stream passing through the slot of variable area enters the test section in the form of a pipeline with the test flowmeter installed in it and then into the drain tank through the drain pipe. The frequency of flow pulsations is determined by the rotor speed. By changing the speed of rotation of the rotor and recording the testimony of the test flowmeter, you can determine the frequency response of the test flowmeter. This well-known generator is characterized by the difficulty of obtaining flow pulsations of the required amplitude and shape in a wide frequency range, since for this it is necessary to control the movement of a large mass of liquid, and this requires the creation of significant pressure of a controlled medium, which in some cases is practically not feasible. In addition, in generators of this design, significant pressure drops occur, which introduces additional errors in the test results, not to mention the presence of large pipeline vibrations, especially at low frequencies.

Известно устройство «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству СССР №637722, G01F 25/00, опубл. 15.12.78. Бюл. №46 - [3] для определения динамических характеристик расходомеров, содержащий ротор в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси, пустотелый цилиндрический статор с прорезью прямоугольной формы по образующей цилиндра на диаметрально противоположных сторонах. Ротор соединен с валом двигателя. Внутренняя полость статора соединена с входным трубопроводом, подающим контролируемую среду, и через прорези сообщается с отрезками двух трубопроводов, в одном из которых установлен испытуемый расходомер. Другие концы трубопроводов присоединены к выходному трубопроводу через дроссельное устройство.The device "Alternating flow generator" is known according to the author's certificate of the USSR No. 637722, G01F 25/00, publ. 12/15/78. Bull. No. 46 - [3] for determining the dynamic characteristics of flowmeters, containing a rotor in the form of a cylinder truncated by a plane at an angle to its longitudinal axis, a hollow cylindrical stator with a rectangular slot along the generatrix of the cylinder on diametrically opposite sides. The rotor is connected to the motor shaft. The internal stator cavity is connected to an inlet pipe supplying a controlled medium, and through slots it communicates with segments of two pipelines, in one of which a test flowmeter is installed. The other ends of the pipelines are connected to the outlet piping through a throttle device.

Недостатком такого генератора является возможность его использования только для исследования синусоидальной формы импульса, кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний.The disadvantage of this generator is the possibility of its use only for the study of the sinusoidal shape of the pulse, in addition, in the generators of this design there are pressure drops, which introduces additional errors in the test results.

Наиболее близким к заявленному изобретению является изобретение по авторскому свидетельству SU №1013764 A, G01F 25/00. Гидромеханический пульсатор, опубликованный 23.04.83. Бюл. №15 - [4], содержащий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными окнами прямоугольной формы, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, и с установленным в корпусе цилиндрическим ротором, который выполнен полым, с нечетным числом окон, идентичных выходным окнам корпуса, причем суммарный размер окон по окружности равен 180°.Closest to the claimed invention is the invention according to the copyright certificate SU No. 1013764 A, G01F 25/00. Hydromechanical pulsator, published on 04.23.83. Bull. No. 15 - [4], comprising a cylindrical body with input and two output windows of a rectangular shape located in mutually perpendicular planes, and with a cylindrical rotor installed in the body, which is hollow, with an odd number of windows identical to the output windows of the case, and the total size windows around the circumference is 180 °.

Недостатком такого пульсатора является наличие гидравлического удара при воспроизведении синусоидального пульсирующего потока, что приводит к возникновению дополнительных погрешностей.The disadvantage of such a pulsator is the presence of water hammer during the reproduction of a sinusoidal pulsating flow, which leads to the appearance of additional errors.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении возможностей получения пульсаций расхода с различными законами за счет изменения форм окон ротора и статора, расположенных на разных уровнях.The technical result to which the claimed invention is directed is to expand the possibilities of obtaining flow pulsations with various laws by changing the shapes of the rotor and stator windows located at different levels.

Технический результат достигается тем, что в пульсаторе расхода, содержащем статор с выходными окнами и установленный в нем соосно цилиндрический полый ротор, соединенный с валом двигателя и имеющий выходные окна, новым является то, что выходные окна ротора n и статора m расположены на разных уровнях, при этом окна статора и съемного ротора выполнены в виде многоугольников, а общее число окон статора не превышает (n≥m) или больше (m>n) общего числа окон ротора.The technical result is achieved by the fact that in the flow pulsator comprising a stator with output windows and a coaxially cylindrical hollow rotor installed in it, connected to the motor shaft and having output windows, it is new that the output windows of the rotor n and stator m are located at different levels, wherein the stator and removable rotor windows are made in the form of polygons, and the total number of stator windows does not exceed (n≥m) or more (m> n) the total number of rotor windows.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, 2, гдеThe invention is illustrated in figure 1, 2, where

Фиг.1 - пульсатор расхода;Figure 1 - flow pulsator;

Фиг.2а - сечение ротора плоскостью А-А;Figa - section of the rotor by plane AA;

Фиг.2б - сечение ротора плоскостью Б-Б.Figb - section of the rotor plane BB.

1 - ротор; 2 - статор; 3 - левые окна ротора; 4 - правые окна ротора; 5 - входной трубопровод; 6 - правый трубопровод; 7 - левый трубопровод; 8 - корпус; 9 - муфта; 10 - редуктор; 11 - двигатель; 12 - блок управления.1 - rotor; 2 - stator; 3 - left rotor windows; 4 - the right window of the rotor; 5 - inlet pipeline; 6 - the right pipeline; 7 - the left pipeline; 8 - case; 9 - coupling; 10 - gear; 11 - engine; 12 - control unit.

Пульсатор расхода содержит входной трубопровод 5, два выходных трубопровода 6 и 7, статор 2, в котором установлен вращающийся вал двигателя 11 с закрепленным на нем цилиндрическим ротором 1. Входной трубопровод 5 соединен с правым 6 и левым 7 трубопроводами при помощи статора 2. Ротор 1 выполнен полым и имеет n-число окон, расположенных на разных уровнях. Статор 2 представляет собой пустотелый цилиндр с окнами, расположенными по образующей цилиндра на разных уровнях. Число окон статора 2 равно m. Статор 2 закреплен с корпусом 8, в котором в подшипниках установлен вал ротора 1. Ротор 1 является съемным и отсоединяется от статора 2, а также от вала двигателя 11 с помощью муфты 9. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется через редуктор 10, соединенный с блоком управления 12, к которому электрически подключен и двигатель 11.The flow pulsator comprises an inlet pipe 5, two output pipes 6 and 7, a stator 2, in which a rotating shaft of the engine 11 is mounted with a cylindrical rotor 1 mounted on it. The inlet pipe 5 is connected to the right 6 and left 7 pipelines using a stator 2. Rotor 1 made hollow and has an n-number of windows located at different levels. The stator 2 is a hollow cylinder with windows located along the generatrix of the cylinder at different levels. The number of stator windows 2 is m. The stator 2 is fixed to the housing 8, in which the rotor shaft 1 is mounted in the bearings. The rotor 1 is removable and is disconnected from the stator 2, as well as from the motor shaft 11 by means of a coupling 9. The speed of the rotor 1 is changed through a gearbox 10 connected to the block control 12, to which the motor 11 is electrically connected.

С целью получения различных форм пульсирующего потока жидкости число окон ротора 1 и статора 2 может быть различным. Так число окон ротора 1 может быть больше числа окон статора 2 (n>m) или наоборот, (n≤m).In order to obtain various forms of pulsating fluid flow, the number of windows of the rotor 1 and stator 2 may be different. So the number of windows of the rotor 1 may be greater than the number of windows of the stator 2 (n> m) or vice versa (n≤m).

Контролируемая жидкость по входному трубопроводу 5 поступает в полость статора 2. В зависимости от совмещений окон ротора 1 с окнами статора 2 жидкость проходит по выходным трубопроводам 6 или 7. При этом расход жидкости определяется площадью окна, не перекрытой в данный момент ротором 1.The controlled fluid through the inlet pipe 5 enters the cavity of the stator 2. Depending on the alignment of the windows of the rotor 1 with the windows of the stator 2, the fluid passes through the outlet pipes 6 or 7. In this case, the fluid flow rate is determined by the area of the window that is not currently blocked by the rotor 1.

Максимальный расход жидкости в выходном трубопроводе достигается при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном статора 2, а минимальный - при полном перекрытии окна статора 2.The maximum flow rate of the liquid in the outlet pipe is achieved when one of the windows of the rotor 1 is fully aligned with the window of the stator 2, and the minimum when the window of the stator 2 is completely blocked.

Для получения пульсаций расхода с различными законами изменения используют роторы 1 с различными формами окон, например, в форме различных многоугольников, например, прямоугольника, квадрата, параллелограмма, трапеции и т.д. Ширина прямоугольного окна в 2 раза больше радиуса цилиндра R, а длина окна составляет πR. Суммарный размер окон по окружности ротора 1 равен 2πR.To obtain flow pulsations with different laws of change, rotors 1 with various window shapes are used, for example, in the form of various polygons, for example, a rectangle, square, parallelogram, trapezoid, etc. The width of the rectangular window is 2 times the radius of the cylinder R, and the window length is πR. The total size of the windows around the circumference of the rotor 1 is 2πR.

Частота пульсаций обуславливается скоростью вращения ротора 1, а амплитуды - величиной расхода. Вследствие того что суммарная площадь условного прохода окон при работе пульсатора остается постоянной (при n=m), перепада давления во входном трубопроводе не возникает, что сводит к минимуму искажения формы и амплитуды колебаний расхода и улучшает эксплуатационные характеристики пульсатора.The ripple frequency is determined by the speed of rotation of the rotor 1, and the amplitude is determined by the flow rate. Due to the fact that the total area of the conditional passage of the windows during the operation of the pulsator remains constant (at n = m), there is no pressure drop in the inlet pipe, which minimizes distortions in the shape and amplitude of flow fluctuations and improves the operational characteristics of the pulsator.

Для получения плавно изменяющихся пульсаций расхода с различными законами изменения и недопущения гидравлического удара окна ротора 1 расположены на разных уровнях, причем уровни окон ротора 1 соответствуют уровням окон статора 2.To obtain smoothly changing flow pulsations with different laws of change and to prevent water hammer, the windows of the rotor 1 are located at different levels, and the levels of the windows of the rotor 1 correspond to the levels of the windows of the stator 2.

Пульсатор работает следующим образом.The pulsator operates as follows.

В блок управления 12 задают частоту вращения вала двигателя 11. При вращении вала двигателя 11 с укрепленным на нем цилиндрическим ротором 1 окна 3 и 4 ротора 1 периодически совпадают с выходными окнами статора 2, причем момент совмещения окон в левом и правом трубопроводах 6 и 7 находится в противофазе, т.е. при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном выходного трубопровода окно другого трубопровода в этот момент времени полностью закрыто. Это достигается при полном совмещении окон статора 2 с окнами ротора 1. Таким образом, если площадь одного окна статора 2 увеличивается, то площадь другого окна уменьшается и наоборот.In the control unit 12, the rotational speed of the motor shaft 11 is set. When the motor shaft 11 is rotated with the cylindrical rotor 1 mounted on it, the windows 3 and 4 of the rotor 1 periodically coincide with the output windows of the stator 2, and the moment when the windows are combined in the left and right pipelines 6 and 7 is in antiphase, i.e. when one of the windows of the rotor 1 is fully combined with the window of the outlet pipeline, the window of the other pipeline is completely closed at this point in time. This is achieved by fully combining the windows of the stator 2 with the windows of the rotor 1. Thus, if the area of one window of the stator 2 increases, then the area of the other window decreases and vice versa.

Выбирая ротор 1 с различными формами его окон, изменяют форму переменного генерируемого расхода. Для замены ротора 1 отсоединяют муфту 9 от вала двигателя 11, а затем отсоединяют и корпус 8.Choosing the rotor 1 with various forms of its windows, change the shape of the variable generated flow. To replace the rotor 1, the clutch 9 is disconnected from the shaft of the engine 11, and then the housing 8 is disconnected.

Таким образом, предложен пульсатор расхода, в котором расширение возможностей получения пульсаций расхода с различными законами изменения осуществляется за счет изменения форм окон ротора, расположенных на разных уровнях, при этом решение пульсатора не сложно в исполнении, просто и надежно в работе.Thus, a flow pulsator is proposed in which the expansion of the possibility of obtaining flow pulsations with different laws of change is carried out by changing the shapes of the rotor windows located at different levels, while the solution of the pulsator is not difficult to implement, simple and reliable in operation.

Claims

A flow pulsator comprising a stator with output windows and a coaxially cylindrical hollow rotor installed in it, connected to the motor shaft and having output windows, characterized in that the output windows of the rotor n and stator m are located at different levels, while the windows of the stator and the removable rotor are made in the form of polygons, and the total number of stator windows does not exceed (n≥m) or more (m> n) the total number of rotor windows.