SK280802B6 - Jednoprúdový prietokomer - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka prietokomera, hlavne merača prietoku vody, typu pracujúceho s jedným prúdom.

Doterajší stav techniky

Jednoprúdové prietokomery sú dobre známe a obsahujú meraciu komoru, majúcu prvú a druhú koncovú stenu, kolmé na os meracej komory, injektor a ejektor v spojení s uvedenou meracou komorou a turbínou, ktorá má viacero lopatiek a ktorá je uložená vnútri meracej komory.

Meracia komora je napájaná jediným prúdom vychádzajúcim z injektora, ktorý vyvoláva otáčanie turbíny. Takéto prietokomery obsahujú hornú časť, nazývanú počítadlo, ktorá počíta, zaznamenáva a zobrazuje odobrané množstvo kvapaliny z otáčania turbíny. Počítadlo môže byť priamo pripojené k turbíne mechanickým prevodom alebo priamo magnetickým hnacím systémom alebo zariadením založeným na elektroíyzikálnom princípe. Prietokomery tohto typu sa často vyznačujú neuspokojivou citlivosťou pri nízkych prietokových množstvách.

Opísané prietokomery jednoprúdového typu spravidla obsahujú tlačnú dosku, tvoriacu jednu z prvej a druhej koncovej steny meracej komory a ktorá často leží v stene meracej komory, ktorá je najbližšie k počítadlu. Tlaková doska je vybavená lúčovite usporiadanými rebrami, napríklad dvoma rebrami uloženými v uhle 180°.

Takáto tlaková doska slúži na linearizovanie krivky chýb k nízkym prietokovým množstvám. Keď lopatka obchádza rebro, ktorého prierez, ktorý je k dispozícii na prietok kvapaliny, je nízky a ak má prúd kvapaliny v jednoprúdovom prietokomeri vyššiu rýchlosť ako hnané lopatky turbíny, zaisťuje sa tým, že sa udeľuje impulz lopatke a turbína sa preto zrýchľuje.

Vzhľadom na proces výroby jednoprúdových prietokomerov nemôžu mať všetky vyrábané prietokomery požadované vlastnosti, hlavne nie je krivka chýb vždy vpísaná do povoleného chybového kanálu. Tlačná doska dovoľuje, aby takéto prietokomery boli regulované otáčaním uvedenej tlačnej dosky okolo osi meracej komory s daným uhlom otáčania. Toto otáčanie vyvoláva posun chybovej krivky nahor a dole, a tým i jej vpísanie do chybového kanálu.

I keď prietokomer vybavený dvoma rebrami poskytuje lepšiu citlivosť ako jednoduchý prietokomer bez rebier, vyznačuje sa takýto prietokomer stále nevýhodou v tom, že má nedostatočnú citlivosť k nízkym prietokovým množstvám.

Cieľom vynálezu je vytvoriť jediný prúd kvapaliny so zlepšenou citlivosťou pri nízkych prietokových množstvách, pri udržiavaní možnosti regulovať chybovú krivku prictokomeru.

Podstata vynálezu

Vynález prináša jednoprúdový prietokomer, obsahujúci meraciu komoru majúcu prvú a druhú koncovú stenu, kolmé na os meracej komory a uložené vzájomne proti sebe, injektor a ejektor v spojení s uvedenou meracou komorou, turbínu majúcu väčší počet lopatiek, pričom dve po sebe nasledujúce lopatky zvierajú uhol β, pričom najmenej jedna koncová stena je tvorená doskou vybavenou na jednej ploche n lúčovito usporiadanými rebrami, vybiehajúcimi do uvedenej meracej komory, ktorého podstatou je, že n je párne číslo najmenej rovnajúce sa štyrom, pričom uvedené lú čovite usporiadané rebrá sú rozmiestnené v dvoch súboroch, z ktorých každý zodpovedá jednému polkruhu uvedenej plochy dosky a dve po sebe nasledujúce rebrá rovnakého súboru zvierajú uhol a, určený nasledujúcimi podmienkami:

α = (1 + 2/n) β 1 (n/2 -1), a (n/2 -1) a < 90°, pričom I je celé číslo, väčšie ako nula alebo sa rovná nule.

Tieto podmienky poskytujú hodnoty uhla a medzi dvoma po sebe nasledujúcimi rebrami rovnakého súboru, ktoré môžu byť zvolené kvôli zlepšeniu správania prietokomeru tekutiny pri nízkych prietokových množstvách bez straty možnosti regulácie chybovej krivky uvedeného prietokomeru.

V prednostnom vyhotovení sa hodnota n v uvedenom vzťahu rovná štyrom.

Podľa hodnoty uhla β, hlavne keď sa uhol β rovná 30°, 36° alebo 45°, ktoré zodpovedajú dvanástim, desiatim alebo ôsmim lopatkám turbíny, pričom hodnota celého čísla I je nižšia ako tri.

Konkrétnejšie sa I rovná jednej a a sa rovná približne 54°, t. j. v rozmedzí +7-5 % uvedenej hodnoty a, ktorá zodpovedá desiatim lopatkám turbíny, t. j. β sa rovná 36°.

Podľa ďalšieho vyhotovenia sa hodnota n v uvedenom vzťahu rovná šiestim.

Podľa hodnoty uhla β, hlavne keď sa uhol β rovná 30°, 36° alebo 45°, ktoré zodpovedajú dvanástim, desiatim alebo ôsmim lopatkám turbíny, je hodnota celého čísla 1 väčšia ako nula.

Konkrétnejšie sa hodnota I rovná jednej a ct sa rovná približne 30°, čo zodpovedá ôsmim lopatkám turbíny, t. j. β sa rovná 45°.

Podľa ešte ďalšieho priemeru sa n v uvedenom vzťahu rovná ôsmim.

Podľa hodnoty uhla β, hlavne keď sa β rovná 30°, 36° alebo 45°, čo jednotlivo zodpovedá dvanástim, desiatim alebo ôsmim lopatkám turbíny, je hodnota celého čísla I väčšia ako nula.

Je výhodné, aby sa nepresiahlo osem lúčovito usporiadaných rebier na doske, aby sa udržala možnosť regulovania chybovej krivky prietokomeru.

Prietokomer tiež obsahuje počítadlo, ktoré je uložené pri druhej koncovej stene meracej komory.

Podľa prednostného vyhotovenia vynálezu je koncová stena, tvorená doskou vybavenou n lúčovito usporiadanými rebrami, vybiehajúcimi do meracej komory, druhá koncová stena. Táto koncová stena môže byť tiež prvá koncová stena uvedenej meracej komory, ktorá je opačná proti druhej koncovej stene.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príkladoch vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 pôdorysný pohľad na teleso jednoprúdového vodomeru podľa vynálezu, obr. 2 pohľad v smere A z obr. 1, ukazujúci vnútro merača, obr. 3 diagram znázorňujúci priebeh relatívnej chyby v nameranom prietokovom množstve v závislosti od uhla, ktorého tlaková doska bola otočená okolo osi XX' pre tri dané prietokové množstvá a pre prietokomer vybavený dvoma tlačnými doskami s lúčovito usporiadanými rebrami

SK 280802 Β6 podľa stavu techniky, pričom obidve rebrá sú umiestnené vo vzájomných odstupoch 180°, obr. 4 diagram znázorňujúci priebeh prietokového množstva v závislosti od uhla XX' pre tri dané prietokové množstvá a pre prietokomer so štyrmi lúčovito usporiadanými rebrami, rozmiestnenými vo vzájomných uhloch 90°, obr. 5 diagram znázorňujúci priebeh relatívnej chyby v nameranom prietokovom množstve v závislosti od uhla, ktorého tlaková doska bola otočená okolo osi XX' pre tri dané prietokové množstvá a pre vyhotovenie vynálezu podľa obr. 1 a 2.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 a 2 znázorňujú zostavu telesa jednoprúdového prietokomeru podľa vynálezu. Toto teleso obsahuje puzdro 10, ktoré je kruhovo súmerné okolo osi XX'. Puzdro 10 vymedzuje dolnú valcovú časť 12 menšieho priemeru a vymedzovanú dnom 14, tvoriacim prvú koncovú stenu kolmú na os XX' a bočnou stenou 16, spolu s hornou časťou 18 väčšieho priemeru, nazývanou počítadlo. Teleso merača obsahuje aj injektor 20, ktorý je v spojení s dolnou časťou 12 a ejektor 22, ktorý je podobne v spojení s uvedenou dnovou časťou 12.

Ako je znázornené na obr. 2, sú injektor 20 a ejektor 22 naklonené vzhľadom na os YY', ktorá je kolmá na os XX'. Injektor 20 a ejektor 22 sú súmerné okolo roviny P, obsahujúcej os XX', pričom os YY' je kolmá na uvedenú rovine P. Vodný prúd tak preniká do dnovej časti 12 a opúšťa uvedenú časť tangenciálne vzhľadom na kruhovú časť valcovej časti 12.

Dolná časť 12 tvorí meraciu komoru prietokomeru, v ktorej je turbína 24 uložená. Turbína má náboj 26 a viac priamych lopatiek 28, upevnených k uvedenému náboju a rovnomerne proti sebe rozmiestnených. Dve po sebe nasledujúce lopatky 28 sú proti sebe umiestnené v uhle β. Napríklad je desať lopatiek a uhol β sa rovná 36°.

Horná časť 18 alebo počítadlo slúži na uloženie záznamových a zobrazovacích prostriedkov, neznázomených na obr. 1 a 2. Ako je zrejmé z obr. 2, sú dolná časť 12 a horná časť 18 od seba oddelené tesne vloženou druhou koncovou stenou 30, ležiacou proti dolnej prvej koncovej stene 14 a ktorá je tiež kolmá na os XX'. Táto druhá koncová stena 30 sa nazýva tlačná doska.

Náboj 26 má prvú koncovú plochu 26a a druhú koncovú plochu 26b, uložené proti zodpovedajúcej prvej koncovej stene 14 a druhej koncovej stene 30. Prvá koncová stena 26a náboja 26 má kolíkový driek 32, uložený pozdĺž osi XX' puzdra prietokomeru. Prvá koncová stena 14 je vybavená ložiskovým materiálom, neznázomeným na obr. 2, vhodným na spolupôsobenie s bodom kolíkového drieku 32. Ložiskový materiál tak tvorí dnovú axiálnu zarážku alebo dosadaciu plochu na turbínu.

Na obr. 2 je znázornený magnetický hnací systém 33, obsahujúci dve časti: prvú časť 34, uloženú na druhom konci koncovej plochy 26b náboja, a plochy strednej časti 36 tlakovej dosky 30. Stredná časť 36 je súosová s osou XX'. Druhá časť 38 magnetického hnacieho systému 33 je umiestnená nad strednou časťou 36 tlakovej dosky pozdĺž osi XX' aje znázornená sčasti.

Celková funkcia merača bude zrejmá z uvedeného opisu. Injektor 20 je pripojený k prívodnej vstupnej trubici a umožňuje, že prúd vniká do meracej komory 12. V meracej komore 12 spôsobí prúd vody, že sa turbína 24 otáča a vodný prúd potom vyteká ejektorom 22. Rýchlosť otáčania turbíny je úmemá rýchlosti vodného prúdu. Počítadlo 18 je poháňané turbínou 24 magnetickým hnacím systémom 33 a slúži na zaznamenávanie a zobrazovanie množstva vody, pretekajúcej meracou komorou 12.

Pokial ide o tlakovú dosku 30, umiestnenú nad meracou komorou 12 a oddeľujúcu túto komoru od počítadla 18, je zrejmé, že dolná plocha 30a uvedenej dosky 30 je vybavená lúčovito usporiadanými rebrami 40, ktoré vyčnievajú z uvedenej dolnej plochy do meracej komory 12. Počet n lúčovito usporiadaných rebier 40 je párne číslo, ktoré sa najmenej rovná štyrom. Podľa tohto vyhotovenia sa teda n rovná štyrom.

Lúčovito usporiadané rebrá sú rovnomerne rozmiestnené v dvoch súboroch rebier, pričom každý súbor rebier je umiestnený v jednej polkružnici dolnej plochy 30a dosky. Ako je znázornené na obr. 1, dve po sebe nasledujúce rebrá rovnakého súboru zvierajú uhol a, ktorý sa približne rovná 54°.

Ako príklad má každé rebro výšku 3,1 mm a šírku 3,5 mm a lopatka má výšku 12 mm.

Prihlasovateľ zistil, že uhol a sa dá určiť z nasledujúcich podmienok, a to: α = (I + 2/n) β I (n/2 -1), a (n/2- 1) ct < 90°, pričom I je celé číslo, na zvýšenie citlivosti prietokomeru pri udržiavaní možnosti regulácie chybovej krivky merača, ak sa to požaduje po výrobnom a montážnom procese.

Ak už bol raz určený tvar turbíny, t. j. uhol β má pevnú hodnotu, je teoreticky možné zvoliť niekoľko hodnôt uhla a s rôznymi hodnotami počtu n rebier.

Keď sa napríklad uhol β rovná 36°, je možné získať: pre n = 4, α = (I + 1/2) β, a a < 90°, 1 = 0 a =18°

1=1 a = 54°, pričom iné hodnoty celého čísla I vedú k uhlom a väčším alebo rovnajúcim sa 90°.

Pre n = 6, α = (I + 1/3) β/2, a a < 45°, = 0 a = 6°,

1=1 a = 24°, = 2 a = 42°, pričom iné hodnoty celého čísla I vedú k uhlom α väčším ako 45°.

Pren = 8,a = (I+ 1/4) β/3, aa<30° = 0 a = 3°

1=1 a=15°, = 2 a = 27°, pričom iné hodnoty celého čísla I vedú k uhlom a väčším ako 30°.

Nad n = 8 je technicky namáhavé uložiť štyri kovové lúčovito usporiadané rebrá na každom polkruhu plochy 30a tlačnej dosky vzhľadom na potrebnú šírku rebier kvôli zaisteniu dostatočnej mechanickej pevnosti. Okrem toho by mohlo dôjsť k strate možnosti regulácie chybovej krivky prietokomeru.

Z uvedených hodnôt je zjavne zrejmé, že malé hodnoty uhla α ako 3°, 6° a dokonca i 15° a 18° sa dajú ťažko realizovať vzhľadom na šírku kovových rebier. Malé hodnoty uhlov a, ako 15° a 18° môžu však viesť k dobrým výsledkom, ak sú rebrá vyrobené z materiálu, spôsobilého zaisťovať dostatočnú mechanickú pevnosť, ktorý tak dovoľuje vytvorenie tenších rebier.

Napríklad sa môžu dosiahnuť veľmi dobré výsledky pre hodnotu uhla a rovnajúcu sa napríklad 54° pre štyri kovové

SK 280802 Β6 rebrá, ale ďalšie vypočítané hodnoty so zmenenými počtami rebier nie sú vylúčené. Okrem toho je potrebné poznamenať, že pre vypočítanú hodnotu uhla a = 54° termín približne znamená, že dobré výsledky regulačného účinku a citlivosti môžu byť tiež dosiahnuté v rozmedzí +/- 5 % hodnoty uhla a.

Keď lopatka 28 turbíny 24 obchádza rebro, zmenšuje sa prierez, ktorý je k dispozícii pre vodu. Pretože má prúd vyššiu rýchlosť ako lopatky, odovzdá tento prúd energiu turbíne prostredníctvom prechádzajúcej lopatky a turbína sa zrýchli. Uvedený vzorec zaisťuje, že dve lopatky neobchádzajú rebrá v rovnaký čas a energetické impulzy sú odovzdávané turbíne prúdom s rovnakým kmitočtom. Prihlasovateľ v podstate zistil, že zmenšenie dvoch prierezových plôch prúdu v rovnakom čase má malý účinok. Energia prúdu je preto podľa vynálezu lepšie využitá, čo zlepšuje citlivosť.

Taktiež sa zistilo, že keď sa počet rebier zvyšuje alebo znižuje, turbína sa otáča menšou rýchlosťou. To zaisťuje, že rozdiel rýchlosti medzi prúdom a turbínou sa zvyšuje, čo umožňuje účinnejšie prenášanie energie z prúdu do turbíny a lepšiu citlivosť.

Pri počte rebier rovnajúcom sa štyrom a hodnote uhla β rovnajúceho sa 45°, ktorý zodpovedá osemlopatkovej turbíne, je možné zvoliť na dosiahnutie cieľa vynálezu približne uhol a = 67,5° (1=1).

Obr. 3 až 5 sú diagramy, na ktorých sú znázornené krivky, zobrazujúce pre dané usporiadanie jednoprúdového vodomeru a vopred určenej hodnoty prietokových množstiev priebeh relatívnej chyby v nameranom prietokovom množstve ako funkcia uhla, o ktorý bola tlačná doska otočená okolo osi XX'.

Každý diagram obsahuje tri krivky, z ktorých každá zodpovedá určitej hodnote prietokového množstva. Q_mi_n je minimálne prietokové množstvo (30 1/h), Q_t je prechodové prietokové množstvo, ktoré je prietokové množstvo, pri ktorom sa mení povolená chyba (120/1) a Q_miLX je maximálne prietokové množstvo (3 000 1/h). Ako je znázornené na obr. 3, bol prvý diagram získaný pre prietokomer vybavený tlačnou doskou s dvoma lúčovito usporiadanými rebrami, ktoré sú uložené v uhle 180° (stav techniky).

Diagram na obr. 4 zodpovedá prietokomeru, vybavenému tlačnou doskou so štyrmi lúčovito usporiadanými rebrami, ktoré sú uložené na polomeroch s intervalmi 90°.

Diagram na obr. 5 zodpovedá prietokomeru podľa uvedeného vyhotovenia vynálezu, kde prietokomer je vybavený tlačnou doskou so štyrmi lúčovito usporiadanými rebrami, pričom dve po sebe nasledujúce rebrá rovnakého súboru sú uložené v uhle 54°.

Diagram na obr. 3 ukazuje, že je možné regulovať chybové krivky prietokomeru podľa známeho stavu techniky, t.j. posun chyby získanej pre tri rôzne hodnoty prietokového množstva Q_min, Q,, Q_max na ich vpísanie do chybového kanálu reprezentovaného dvoma rovnobežkami na chybových hodnotách +5 a -5 %. Pri uhloch nad 120° sú všetky tri krivky posunuté do chybového kanálu a majú približne rovnakú strmosť sklonu pri veľkom regulačnom uhle. Je potrebné poznamenať, že ideálny prietokomer sa dosiahne, pokiaľ všetky tri krivky splývajú alebo sú prísne rovnobežné a ak nie sú príliš strmé pri veľkom regulačnom uhle. Tri krivky na obr. 3 sú strmé a nie sú presne rovnobežné (alebo nie sú príliš blízko pri sebe). Tento diagram tiež ukazuje, že prietokomer podľa známeho stavu techniky má nepríliš dobrú citlivosť pri nízkych prietokových množstvách.

Ako je zrejmé z obr. 4, prihlasovateľ zistil, že zvyšujúci sa počet rebier zvyšuje citlivosť prietokomeru pri nízkych prietokových množstvách. Pri takto vybavenom prietokomere je však možné regulovať iba chybové krivky medzi uhlami 30° a 50°, t. j. s malým regulačným uhlom a regulačný uhol nie je dostatočný (tri krivky nie sú príliš blizko pri sebe alebo nie sú prísne rovnobežné).

Na obr. 5 je zreteľne znázornené, že sa môže dosiahnuť rozsiahla regulácia v oblasti uhlov od 60° do 130° (tri krivky majú sklon splývať bez toho, aby boli príliš strmé), ako i veľmi dobrá citlivosť pri nízkych prietokových množstvách (Qmin)·

V ďalšom vyhotovení vynálezu, neznázomenom na obrázkoch, môže byť prietokomer mokrého typu a náboj 26 je nastavený driekom, ktorý prechádza druhou koncovou stenou cez otvor. Koniec drieku je ozubený a zapadá do vstupu počítadla.

Pri ďalšom usporiadaní turbíny zodpovedajúcej 8 lopatkám, uloženým v uhle 45° je podľa vynálezu možné napríklad vytvoriť tlačnú dosku so šiestimi rebrami, kde dve z po sebe nasledujúcich rebier rovnakého súboru troch rebier sú uložené v uhle približne 30° (I = 1).

Pri ďalšom usporiadaní turbíny zodpovedajúcej 12 lopatkám uloženým v uhle 30°, je podľa vynálezu možné napríklad vytvoriť tlačnú dosku so štyrmi rebrami, kde dve po sebe nasledujúce rebrá rovnakého súboru dvoch rebier sú uložené v uhle približne 45° (1 = 1). Napríklad môže byť tiež použitá kvôli dosiahnutiu cieľa vynálezu tlačná doska so šiestimi rebrami, uloženými približne v uhle 35° (I = 2), s dvanásťlopatkovým usporiadaním turbíny.

V uvedených príkladoch znamená približne, že hodnota a leží v rozmedzí +/-5 % vypočítanej hodnoty a.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Jednoprúdový prietokomer (10), obsahujúci meraciu komoru (12) majúcu prvú a druhú koncovú stenu (14, 30), kolmé na os meracej komory a uložené vzájomne proti sebe, injektor (20) a ejektor (22) v spojení s uvedenou meracou komorou (12), turbínu, ktorá má väčší počet lopatiek (28), pričom dve po sebe nasledujúce lopatky zvierajú uhol β, pričom najmenej jedna koncová stena je tvorená doskou vybavenou na jednej ploche (30a) n lúčovito usporiadanými rebrami (40), vybiehajúcimi do uvedenej meracej komory, vyznačujúci sa tým, že n je párne číslo najmenej rovnajúce sa štyrom, pričom uvedené lúčovito usporiadané rebrá (40) sú rozmiestnené v dvoch súboroch, z ktorých každý zodpovedá jednému polkruhu uvedenej plochy (30a) dosky a dve po sebe nasledujúce rebrá rovnakého súboru zvierajú uhol a, určený nasledujúcimi podmienkami:

   a = (I + 2/n) β I (n/2 -1), a (n/2 -1) a < 90°, pričom I je celé číslo, väčšie ako nula alebo sa rovná nule.
2. 2. Prietokomer podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že n sa rovná štyrom.
3. 3. Prietokomer podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že I je menšie ako tri, keď sa β rovná približne 30°, 36° alebo 45°.
4. 4. Prietokomer podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 3,vyznačujúci sa tým, že I sa rovná jednej a a sa rovná približne 54°, t. j. v rozmedzí +/-5 % uvedenej hodnoty a.
5. 5. Prietokomer podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že n sa rovná šiestim.

   SK 280802 Β6
6. 6. Prietokomer podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že n sa rovná ôsmim.
7. 7. Prietokomer podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa t ý m , že I j väčšie ako nula, keď sa β rovná približne 30°, 36° alebo 45°.
8. 8. Prietokomer podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje počítadlo (18), ktoré je uložené pri druhej koncovej stene (30) meracej komory (12).
9. 9. Prietokomer podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m , že koncová stena tvorená doskou vybavenou n lúčovito usporiadanými rebrami (40), vybiehajúcimi do meracej komory (12), je druhá koncová stena (30).
10. 10. Prietokomer podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m , že uvedená iba jedna koncová stena, tvorená doskou vybavenou n lúčovito usporiadanými rebrami (40), vybiehajúcimi do meracej komory (12), je prvá koncová stena (14).