Турбінно-тангенціальний витратомір

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к средствам измерения расходе газа, протекающего по трубопроводам, и может найти широкое применение в - качестве счетчиков газа преимущественно для бытовых потребителей. В современных условиях в связи с резко возросшими ценами на энергоносители актуальное значение приобретает точный учет газа как промышленными предприятиями, так и индивидуальными потребителями в быту. С уществует большое разнообразие конструкций газовых расходомеров, однако ни одна из них не удовлетворяет полностью требованиям, предъявляемым к массовому прибору подобного назначения. Известен датчик расхода топлива [Авт.св. СССР Nr 1151823, кл. G 01 F 1/06], содержащий корпус с цилиндрической рабочей камерой, тангенциальным каналом и выходным каналом, расположенным в торце рабочей камеры, чувствительный элемент в виде прямоугольной турбинки и узел съема сигнала. Турбинка, установленная на валу в подшипниках, снабжена расположенным соосно с ней кольцом, примыкающим в ступице турбины одной торцевой частью, а в другой торцевой части кольца выполнены радиальные перемычки. В корпусе и крышке камеры установлены фотодиоды для измерения оборотов турбинки фотоэлектрическим методом. Благодаря снабжению турбинки кольцом, примыкающим к ступице, удалось снизить предел измерения расхода топлива и значительно повысить точность измерения при максимальных расходах. Те хническим преимуществом расходомера является точное измерение малых расходов. Однако съем сигнала, несущего информацию о количестве оборотов турбинки, осуществляется фотоэлектрическим методом, требующим применение внешнего источника электропитания, что недопустимо в бытовых расходомерах из-за возможности преднамеренного отключения электропитания потребителем и тем самым искажения показаний счетчика. Известен тангенциальный турбинный расходомер [Авт.св.СССР №1281900, кл. G 01 F 1/06], содержащий корпус с узлом съема сигнала и измерительной камерой с размещенным в ней прямолопастным ротором, соединенной непосредственно с тангенциальным входным каналом и через аксиальные отверстия в ее боковых стенках - с общим выходным каналом. Аксиальные отверстия расположены против лопастной решетки ротора, причем суммарная площадь их сечения относится к площади сечения входного канала как 1.5. Этот расходомер имеет повышенную точность по сравнению с известными конструкциями, особенно при измерении малых расходов жидкостей и газов, расширяет диапазон измерения в сторону малых чисел Рейнольдса. Кроме того, повышается чувствительность за счет увеличения скорости вращения ротора в 1,5-2 раза без изменения общего гидравлического сопротивления прибора и снижается инерционность вследствие резкого уменьшения массы спутного ротору потока. Чувствительность данного расходомера, в основном, определяется моментом трения потока в подшипниках, на которых установлена турбинка. Поскольку в описании нет ссылок на тип применяемых подшипников, следует предположить, что чувствительность такого расходомера невелика. Так же, повидимому, узел съема информации требует внешнего электропитания, что исключает его применение в качестве массового прибора для индивидуальных потребителей. Для потребителей газа разработан счетчик газа [Авт.св. СССР №1661579, кл. G 01 F 1/00], содержащий корпус, а котором расположен исполнительный механизм, связанный со счетным механизмом. Исполнительный механизм состоит из емкости с жесткой боковой стенкой, мембранными торцевыми стенками и термочувствительным элементом, расположенным в емкости, при этом к боковой стенке присоединены газовый трубопровод и два кронштейна, установленных с возможностью перемещения вдоль направляющих, закрепленных на корпусе. Мембранные стенки соединены через подвижные "элементы с профилированным кулачком, связанным с тягой, установленной с возможностью вертикального перемещения и связанной посредством рычага с тросом, проходящим через ролики, опирающиеся на профилированные кулачки, соединенные с рукоятками панели управления, расположенной на корпусе счетчика, причем трос связан с диском, имеющим возможность перемещения по валу, связанному со счетным механизмом, а диск связан через вариатор с валом мотор-редуктора. Конструкция данного счетчика весьма сложна, а, следовательно, и дорога в изготовлении. Кроме того, применение мотор-редуктора требует, что очевидно, внешнего источника питания, что, как указывалось ранее, недопустимо для бытовых счетчиков. Известен счетчик газа [Авт.св. СССР №1813200, кл G01 F 1/06], используемый для измерения расхода газа, протекающего по трубопроводам, и содержащий корпус, турбинку, закрепленную в подшипниках и связанную посредством механической передачи с барабанами суммирующего механизма, воронку, расположенную под турбинкой, входной и выходной патрубки, рассекатель потока, закрепленный подтурбинкой посредством стоек с возможностью осевого перемещения, причем выходной конец входного патрубка соединен с воронкой. За счет подбора при конструировании диаметра диска турбинки, ее массы и величины давления на лопатках можно свести к минимуму осевую нагр узку на опоры турбинки и таким образом повысить срок службы подшипников. Установка рассекателя потока с возможностью его осевого перемещения при градуировке счетчика позволяет изменять положение градуировочной кривой, приближая ее к значениям минимальной погрешности при достижимых максимальном и минимальном отклонениях погрешности, а также изменять линейность, добиваясь расширения диапазона измерения счетчика по расходу. Чувствительность данного счетчика, по-видимому, не высока из-за трения в подшипниках (возможно их загрязнение смолообразными фракциями газа) и применения механического суммирующего устройства, которое также подвержено загрязнению, так как находится в газовой среде (подшипники негерметичны). Ближайшим по изменению и технической сущности аналогом (прототипом) предлагаемого расходомера является турбинно-тангенциальный расходомер [Авт.св.СССР №1015251, кл. G 01 F 1/06], содержащий цилиндрическую камеру, ось которой расположена вертикально, а верхняя стенка образована крышкой, входной и выходной патрубки, расположенные в наружной боковой стенке камеры, тангенциальную турбинку, коаксиально установленную в камере на подшипниковых опорах, и измерительный узел, магнитно связанный с турбинкой. На торцевой стенке камеры равномерно размещены турбулизаторы потока, выполненные в виде цилиндрических глухи х отверстий. Недостатками этого счетчика также являются потребность во внешнем источнике электропитания для работы узла съема информации и низкая чувствительность, обусловленная применением подшипников в подвеске турбинки. Задачей настоящего изобретения является разработка расходомера-счетчика газа, преимущественно для бытовых потребителей, достаточно простого по конструкции, не требующего использования внешних источников электропитания и. обладающего высокой чувствительностью. В предлагаемом расходомере удалось функционально совместить магнитную подвеску турбинки с конструкцией бесконтактного тахогенератора, эффективно использовать только радиальные подшипники (сталь-графитовые) т.е. максимально уменьшить потери на трение и, соответственно, повысить чувствительность расходомера, исключить необходимость применения внешних источников электропитания, сохранив электрическую схему измерения, что в свою очередь определило высокие технические и эксплуатационные показатели прибора. Согласно изобретению, поставленная задача решена следующим образом. В турбинно-тангенциальном расходомере, содержащем цилиндрическую камеру, ось которой расположена вертикально, а верхняя стенка образована крышкой, входной и выходной патрубки, расположенные в наружной боковой стенке камеры, тангенциальную турбинку, коаксиально установленную в камере на подшипниковых опорах, и измерительный узел, магнитно связанный с турбинкой; тангенциальная турбинка снабжена магнитной подвеской в виде опорного кольцевого магнита с осевой намагниченностью и 6 опорных стержневых магнитов, установленных по окружности в отверстиях диска турбинки на равном расстоянии друг от друга, а измерительный узел выполнен в виде бесконтактного тахогенератора переменного тока, состоящего из закрепленных по окружности на внутренней стороне крышки камеры последовательно соединенных 6 катушек и магнитов возбуждения, которыми служат опорные стержневые магниты, а общие выводы системы последовательно соединенных катушек та хогенератора, выведенные через крышку камеры, подключены к расположенному на внешней стороне корпуса камеры измерительному устройству, представляющему собой электрохимический интегратор-накопитель. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем. Применение магнитной подвески турбинки исключает трение в подпятнике, а силу трения в стальграфитовы х подшипниках, обусловленную силой нормального давления стальной оси на графитовый подшипник, позволяет свести к минимуму. Это приводит к уменьшению момента трения турбинки и, следовательно, повышает чувстви тельность расходомера. Предложенное совмещение функций опорных магнитов и магнитной подвески с возбуждением ЭДС в катушках образует бесконтактный тахогенератор переменного тока, в котором отсутствуе т трение в системе коллектора-щетки-подшипника, присущее обычному тахогенератору. Отсутствие трения сводит к нулю момент сопротивления в узле съема информации, что, в свою очередь, повышает чувствительность расходомера. Применение электрохимического интегратора-накопителя в качестве считывающего устройства, потребляющего ток в единицы микроампер (при малых расходах), также повышает чувствительность расходомера в силу незначительной реакции якоря - в нашем случае турбинки с магнитами подвески. Модернизация измерительного узла позволила повысить чувствительность данного расходомера по сравнению с турбинным расходомером, в котором турбинка механически связана с декадным счетчиком барабанного типа, а также отказаться от использования внешнего источника электроэнергии для питания измерительного узла, как в случае расходомеров с фотоэлектрической связью между турбинкой и измерительным узлом. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - схематическое изображение предлагаемого турбинно-тангенциального расходомера; на фиг.2 - расположение опорновозбуждающих стержневых магнитов на диске турбинки; на фиг.3 - расположение катушек тахогенератора на крышке камеры; на фиг.4 - электрическая схема внешнего измерителя количества и расхода газа. Расходомер содержит корпус 1, в котором выполнена цилиндрическая камера 2 с крышкой 3 и входным и выходным патрубками 4, 5 соответственно. Внутри камеры 2 по ее оси установлена на валу 6 в графито вых подшипниковых опорах 7 тангенциальная прямолопастная турбинка 8. Осевое перемещение вала 6 ограничивается регулируемым подпятником 9. Турбинка 8 снабжена магнитной подвеской, состоящей из опорного кольцевого магнита 10 с осевой намагниченностью, расположенного под диском турбинки 8 и 6 опорных стержневых магнитов 11, установленных по окружности с диаметром D, в отверстиях диска турбинки 8 на равном расстоянии I друг от друга. Магниты 11 имеют намагниченность, совпадающую с намагниченностью опорного кольцевого магнита 10, создавая отталкивающее усилие. Измерительный узел расходомера выполнен в виде бесконтактного тахогенератора переменного тока. Он состоит из закрепленных по окружности на внутренней стороне крышки 3 камеры 2 последовательно соединенных 6 катушек 12 трапецеидальной формы, причем радиально ориентированные одноименные (левые-правые) боковые стороны всех катушек 12 равноотстоят друг от друга на расстоянии I в сечениях по окружности диаметра D расположения опорных стержневых магнитов 11, одновременно выполняющих в та хогенераторе функцию магнитов возбуждения. Общие выводы системы последовательно соединенных катушек 12 тахогенератора L, выведенные через крышку 3 камеры 2, подключены к внешнему измерителю количества и расхода газа. Он содержит выпрямитель 13, выполненный, например, по традиционной схеме с удвоением напряжения, и подключенные к нему через регулировочный переменный резистор 14 микроамперметр 15 в качестве измерителя мгновенного расхода и электрохимический накопитель 16 в качестве измерителя количества прошедшего через камеру 2 газа. Осевое положение турбинки 8 в канале регулируется подъемом или опусканием опорного магнита 10 с помощью немагнитных прокладок. Поток газа, проходя от входного тангенциального канала 4 к выходному каналу 5 через камеру 2, вра щает тангенциальную прямолопастную турбинку 8 с опорно-возбуждающими стержневыми магнитами 11. Поскольку все стержневые магниты 11 имеют одинаковое направление вектора намагниченности, они создают при вращении турбинки пульсирующее магнитное поле, наводящее в катушках 12, закрепленных на крышке 3 камеры 2, переменную ЭДС. Суммарный переменный ток, протекающий по системе последовательно соединенных катушек 12, поступает во внешнее измерительное устройство, где выпрямляется выпрямителем 13 и регистрируется микроамперметром 15 (мгновенный расход газа) и электрохимическим накопителем 16 (суммарное количество газа, прошедшего через камеру 2).