Турбінний лічильник

1. Турбінний лічильник для вимірювання витрати текучих середовищ, зокрема води, що містить корпус (1) з входом (2), виходом (3) і проточним каналом (4), вимірювальний механізм (5) для вимірювання і показування витрати, турбіну (10) в каналі (4) з маточиною (11) з множиною радіальних лопатей (12.1, 12.2) і зверненим до потоку текучого середовища фронтом (14) приблизно в формі півсфери, утримуючу вставку (20), що складається з направляючої воду хрестовини (20.1), яка містить маточину (21), радіальні розпірки (22) від маточини (21) до стінки каналу (4), корпусу (23) сопла, який оточує фронт (14) турбіни (10), при цьому залишається зазор (17) для проходження текучого середовища, і центральний отвір (24) в корпусі (23) сопла, і основного тіла (20.2) вставки, що містить маточину (21) і радіальні розпірки (26) від маточини (25) до стінки каналу (4), і пристрій (30), який визначає оберти турбіни (10) і передає у вимірювальний механізм (5, 44), який відрізняється тим, що лопаті (12.1, 12.2) розташовані поблизу корпусу (23) сопла, турбіна (10) містить соплове кільце (16), при цьому соплове кільце (16) з'єднує лопаті (12.1, 12.2) і охоплює зовнішній контур корпусу (23) сопла, так що між сопловим кільцем (16) і корпусом (23) сопла залишається сопловий зазор (18), причому сопловий зазор (18) пов'язаний із зазором (17). 2. Турбінний лічильник за п. 1, який відрізняється тим, що лежачі між маточиною (11) і сопловим кільцем (16) лопаті (12.1) вирізані в зоні корпусу (23) сопла. 3. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що кільцеподібний кінець корпусу (23) сопла виконаний у вигляді гострої обтічної кромки (28). 2 (19) 1 3 88237 4 16. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 14 або 22. Турбінний лічильник за п. 21, який відрізня15, який відрізняється тим, що лопаті (26) основється тим, що передбачені два магніти (41) і/або ного тіла (20.2) вставки встановлені протилежно. два датчики (43) магнітного поля. 17. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-16, 23. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-22, який відрізняється тим, що лопаті (22) направляякий відрізняється тим, що корпус (1) має верхній ючої воду хрестовини (20.1) виконані в формі Z. отвір (6), при цьому повністю змонтовану утриму18. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-17, ючу вставку (2) можна вводити і витягувати через який відрізняється тим, що направляюча воду цей отвір за допомогою опускання і підйому. хрестовина (20.1) і основне тіло (20.2) вставки 24. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-23, з'єднані одне з одним за допомогою штекерного який відрізняється тим, що в утримуючій вставці з'єднання. (20) знаходиться обвідний канал, при цьому рухо19. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-18, ма діафрагма забезпечує зміну вільного обвідного який відрізняється тим, що маточина (11) турбіни поперечного перерізу. несе черв'як (13), при цьому черв'як (13) знахо25. Турбінний лічильник за п. 24, який відрізнядиться в зачепленні з черв'ячним колесом (32). ється тим, що різьбовий гвинт забезпечує можли20. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-18, вість підйому і опускання діафрагми і є доступним який відрізняється тим, що маточина (11) турбіни лише при знятому рахунковому механізмі (5). несе шестірню, при цьому шестірня знаходиться в 26. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-25, зачепленні з корончатим зубчатим колесом. який відрізняється тим, що між рахунковим меха21. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-18, нізмом (5) і лопатями (12.2) турбіни прокладений який відрізняється тим, що турбіна (10) має масвітловод. точину (40) щонайменше з одним постійним магні27. Турбінний лічильник за будь-яким з пп. 1-26, том (41), поблизу маточини (40) розташована труякий відрізняється тим, що на турбіні (10) закріпбка (42) для датчиків, в трубці (42) для датчиків лена маточина (40) з двома постійними магнітами знаходиться щонайменше один датчик (43) магніт(41), поруч з маточиною (40) стоїть трубка (42) з ного поля, при цьому електронний рахунковий двома датчиками (43) магнітного поля, при цьому пристрій (44) перетворює сигнали датчика в дані електронний рахунковий пристрій (44) обчислює витрати. витрату з сигналів датчиків. Даний винахід стосується турбінного лічильника для вимірювання витрати текучих середовищ, зокрема, води, який містить корпус з входом, виходом і проточним каналом, вимірювальний механізм для вимірювання і вказівки витрати, турбіну в каналі зі маточиною з множиною радіальних лопатей на ній і зверненим до потоку текучого середовища фронтом приблизно в формі півсфери, втримуючу вставку, що складається з направляючої воду хрестовини, яка містить маточину, радіальні розпірки від маточини до стінки каналу, корпус сопла, який оточує фронт турбіни, при цьому залишається зазор для проходження текучого середовища, і центральний отвір в корпусі сопла, і основне тіло вставки, що містить маточину і радіальні розпірки від маточини до стінки каналу, і пристрій, який визначає оберти турбіни і передає у вимірювальний механізм. З RU 2082102 С1 відомий принцип дії турбінного лічильника, турбіна якого обертається у вільно зваженому стані, тобто без механічної опори, за введеним в підлягаючий вимірюванню потік рідини корпусом сопла. Оберти турбіни зчитуються електромагнітним способом. Великою перевагою цієї концепції є повна відмова від механічної опори турбіни, оскільки вона обертається повністю без зіткнення, що досягається за рахунок умілого використання виникаючого в корпусі сопла прискорення потоку текучого середовища і пов'язаного з цим зменшення тиску в текучому середовищі. Однак на практиці ця концепція має, на жаль, значні недоліки. Передусім, електромагнітна передача швидкості обертання часто неможлива без перешкод, зокрема, коли корпус лічильника, як звичайно, і при високому тиску в трубопроводі обов'язково складається з сталі або чавуна. Крім того, принцип вільно зваженого стану починає діяти лише тоді, коли текуче середовище досягає певної мінімальної швидкості потоку. Якщо швидкість потоку дорівнює нулю або близька до нуля, то положення турбіни є повністю невизначеним. При повільному збільшенні швидкості потоку від нуля турбіна захоплюється потоком і втрачає тим самим необхідне для принципу зависання оптимальне положення за корпусом сопла. За рахунок цього не забезпечується вимірювання при невеликій витраті. Аналогічний турбінний лічильник відомий з US 2709388. Він має змонтовану нерухомо в центрі проточного каналу вісь, на якій обертається забезпечена двома опорами подовжена турбіна. Кінець турбіни, що лежить нижче по потоку, виконаний розширеним. Перед цим розширенням проточний канал вужчає доповнюючим чином. За рахунок цього утворюється зазор, в якому прискорюється весь потік текучого середовища. Виникаюче в результаті зменшення тиску забезпечує осьове позиціонування турбіни. Однак зазор є лише дуже коротким, так що позиціонування відбувається лише при великих витратах, а при нормальних витратах не відбувається. При цьому недоліком є те, що турбіна має центральний отвір для осі. На основі різниці тиску перед і за турбіною частина текучого середовища протягається через центральний отвір. За рахунок цього може відбуватися відкладення зважених 5 88237 6 речовин і розчинених в текучому середовищі мінемогою втримуючої вставки, яка складається з двох ралів, наприклад, вапна і магнію. Це відкладення частин, а саме, з розташованої спереду направгальмує турбіну, особливо при малих витратах. ляючої воду хрестовини і заднього основного тіла У турбінних лічильниках широко поширена мевставки. Обидва елементи забезпечені маточиханічна передача обертів турбіни на рахунковий ною. З'єднання між проточним каналом і корпусом механізм. У конструкції WP передача, що застососопла, відповідно, маточинами здійснюється за вується для цього, повинна відхиляти напрям обедопомогою радіальних розпірок. ртання на 90°. Тому звичайно застосовують черЗгідно з одним варіантом виконання винаходу, в'ячні передачі, оскільки вони забезпечують не ці розпірки виконані у вигляді направляючих потік тільки відхилення, але і одночасне зменшення лопатей, при цьому лопаті направляючої воду високої швидкості обертання турбіни до допустихрестовини встановлені так, що вони оптимально мого для рахункового механізму значення. Однак направляють потік рідини на лопаті турбіни. черв'ячні передачі мають велике тертя, оскільки Згідно з однією модифікацією винаходу, лопаті передавальні колеса ковзають один по одному. Це основного тіла вставки встановлені в протилежнотакож знижує чутливість вимірювального приладу му напрямі. За рахунок цього забезпечується можпри малих витратах. ливість компенсації більшої частини падіння тиску, В основу даного винаходу поставлена задача що відбувається на лопатях направляючої воду створення турбінного лічильника вказаного на похрестовини і турбіни. Це значно зменшує падіння чатку виду, який забезпечує механічну передачу тиску усього турбінного лічильника. обертів турбіни на рахунковий механізм і має виЗгідно з іншим варіантом виконання винаходу, соку чутливість вимірювального приладу. лопаті направляючої воду хрестовини розташовані Ця задача вирішена за допомогою турбінного не посередині. За рахунок цього потік можна перелічильника з ознаками пункту 1 формули винаховажно направляти в певному напрямі, коли це баду. жано. Даний винахід забезпечує підвищену чутлиКрім того, лопаті направляючої воду хрестовивість відліку при мінімальній швидкості потоку за ни і, за необхідності, основного тіла вставки морахунок того, що прискорений в зазорі між корпужуть бути виконані із зламом в формі Z. Це також сом сопла і фронтом турбіни потік текучого сереслужить напряму потоку і підвищує чутливість видовища надає на текуче середовище, що знахомірювального приладу. диться в зазорі між корпусом сопла і сопловим Направляюча воду хрестовина і основне тіло кільцем, інжекторну дію. За рахунок цього ця кількеруючої вставки переважно зднані одне з одним кість рідини додатково прискорюється. Таким чиза допомогою штекерного з'єднання. За рахунок ном, об'єднана маса текучого середовища попацього підвищується точність позиціонування і подає з підвищеною швидкістю на лопаті турбіни і ліпшується легкість в користуванні. приводить турбіну в обертання. Якщо щільність текучого середовища змінюДля забезпечення можливо короткої довжини, ється згодом, наприклад, за рахунок температури, турбінні лопаті необхідно зміщати якомога далі що змінюється, то компенсація за рахунок вирівуперед. Для забезпечення цього можна вирізати нювання питомої ваги і балансування більше нележачі між маточиною і сопловим кільцем внутріможлива. Для цього випадку турбіна забезпечена шні лопаті в зоні кінця корпусу сопла. Несподівавалом, який обертається в опорних втулках, при ним чином було встановлено, що, незважаючи на цьому опорні втулки розташовані, з одного боку, в виникаюче при цьому укорочення внутрішніх турматочини направляючої воду хрестовини і, з іншобінних лопатей, чутливість турбіни не меншає. го боку, в маточини заднього основного тіла вставОптимальна функціональність і чутливість доки. сягається, коли кільцеподібний кінець корпусу соАльтернативне рішення передбачає, що опорпла виконується у вигляді гострої обтічної кромки. ні втулки розташовані в турбіні, в той час як наЯк вказувалося вище, недоліком установки туправляюча воду хрестовина і основне тіло вставки рбіни без опор є те, що турбіна при нульовій несуть кожний одну цапфу осі. При цьому ці опори швидкості потоку переміщається з оптимального можуть мати великий люфт як в осьовому, так і положення за корпусом сопла. У залежності від її радіальному напрямі, оскільки вони більше не попитомої ваги вона опускається вниз або спливає в трібні, як тільки починає проходити потік текучого текучому середовищі. Згідно з однією модифікацісередовища і турбіна займає своє положення за єю винаходу, це запобігається, коли питома вага корпусом сопла за рахунок співвідношень потоку і турбіни дорівнює питомій вазі текучого середовитиску. Іншою перевагою таких опор з люфтом є те, ща. У цьому випадку турбіна не спливає і не опусщо навіть в найбільш несприятливому випадку кається вниз. турбіна не може бути віднесена потоком. Вирішальне поліпшення досягається, коли туМіж турбіною і текучим середовищем виникає рбіна збалансована так, що зникають підіймальні і тертя, яке гальмує обертання турбіни. Тому фахінегативні підіймальні сили, як тільки турбіна знавець буде здійснювати всі відомі йому заходи для ходиться в текучому середовищі. У цьому випадку зменшення цього рідинного тертя. Несподіваним турбіна при нульовій швидкості потоку точно зберічином було встановлено, що значне зменшення гає положення, яке вона мала раніше, тобто вона тертя можливе за рахунок того, що півсферичний залишається з оптимальною орієнтацією і в оптифронт турбіни забезпечується тисненням в формі мальному положенні за корпусом сопла. кульових сегментів, аналогічно м'ячу для гольфа. Задача втримання корпусу сопла точно по Зрозуміло, що для функції установки без опор центру в проточному каналі вирішується за доповирішальним є виконання корпусу сопла. Згідно з 7 88237 8 першим варіантом здійснення винаходу, внутріНижче наводиться докладне пояснення винашній контур корпусу сопла може мати форму півходу на прикладах виконання з посиланнями на сфери, узгоджену з півсферичним фронтом турбікреслення, на яких зображено: ни. Фіг.1 - подовжній розріз турбінного лічильника; Однак, як альтернативне рішення, внутрішній Фіг.2 - істотні частини турбінного лічильника, контур корпусу сопла може бути також циліндричзгідно з Фіг.1, в рознесеній ізометричній проекції; ним з плоским дном. Таку форму можна виготовФіг.3 - передня сторона турбіни, в ізометричній ляти з пластмаси способом лиття під тиском. проекції; Згідно з третім варіантом виконання, в півсфеФіг.4 - задня сторона турбіни, в ізометричній ричному внутрішньому контурі виконані концентпроекції; ричні прорізи. За рахунок цього виключаються скуФіг.5 - задня сторона турбінного лічильника, пчення матеріалу і економиться пластмаса без згідно з Фіг.1, з механічним вимірюванням витрати; зміни дії. і Для оптимальної роботи значення має також Фіг.6 - задня сторона турбінного лічильника з форма входу сопла. Як відомо, він може мати фоелектронним вимірюванням витрати. рму лійки, переважно з округленим краєм. На Фіг.1 показаний подовжній розріз турбінноКорпус лічильника переважно має верхній го лічильника. Показаний корпус 1 з входом 2, виотвір, через який можна встановлювати і витягуваходом 3 і циліндричним, за необхідності, також ти методом опускання і підйому повністю змонтоконічним проточним каналом 4. На верхній стороні вану втримуючу вставку. корпус 1 має отвір 6, через який монтується рахунЗгідно з винаходом, замість черв'ячної перековий механізм 5. дачі можна застосовувати корончату передачу. Ця Нижче рахункового механізму 5 знаходиться передавальна конструкція забезпечує відхилення власне вимірювальний пристрій, що складається з на 90° і одночасне зменшення швидкості обертантурбіни 10, яка розташована біля втримуючої ня, аналогічно черв'ячній передачі. Оскільки шесвставки, що складається з двох частин 20, утворетерня і корончате зубчате колесо виконують рух ної направляючою воду хрестовиною 20.1 і основкотіння без руху ковзання, то тертя значно меншає ним тілом 20.2 вставки. Направляюча воду хресв порівнянні з черв'ячною передачею. Нарешті, товина 20.1 і основне тіло 20.2 вставки вставлені цей вид передачі допускає великі осьові переміодин в одну. Втримуючу вставку 20 можна вводити щення турбіни відносно нерухомого корончатого і витягувати через отвір 6 в корпусі за допомогою колеса, за рахунок чого значно підкріпляється опускання і підняття. принцип дії безопорної турбіни. Направляюча воду хрестовина 20.1 втримуюЗгідно з одним альтернативним варіантом вичої вставки 20 містить центральну маточину 21, конання, турбіна має маточину, на якій змонтоваяка за допомогою розпірок 22, які виконані у виний один, краще два постійних магніти. Поблизу гляді направляючих потік лопатей, позиціонована маточини змонтована трубка для датчиків, в якій в центрі проточного каналу 4. розташований один, краще два датчики магнітного Крім того, направляюча воду хрестовина 20.1 поля. Сигнали датчиків перераховуються за допомістить центральний корпус 23 сопла з сопловим могою електронного рахункового пристрою в дані входом 24. Сопловий вхід 24 має по суті циліндривитрати. чний край і округлений, за необхідності також з Як всі інші турбінні лічильники, лічильник, згідгострою кромкою, на передній стороні. За рахунок но з винаходом, також потребує регулювання. Це цього забезпечується напрям потоку в з'єднанні з регулювання переважно виконане у вигляді обвідлегким завихренням. ного каналу у втримуючій вставці, при цьому діафВнутрішня поверхня корпусу 23 сопла є частрагма, яка підіймається, або опускається, або ж ково півсферичною, частково циліндричною. повертається, забезпечує вільний поперечний пеОсновне тіло 20.2 керуючої вставки 20 містить реріз каналу. також центральну маточину 25, яка за допомогою Згідно з одним варіантом виконання, для цього розпірок 26, які за необхідності можуть бути викопередбачений різьбовий гвинт, який забезпечує нані у вигляді направляючих потік лопатей, позибезступінчасте підняття і опускання діафрагми. ціонована в центрі проточного каналу 4. Цей різьбовий гвинт доступний лише при знятому Всередині керуючої вставки 20 знаходиться рахунковому механізмі. турбіна 10. Вона містить маточину 11, на якій розОскільки передача, що застосовується, згідно ташований ряд радіальних лопатей 12. Фронт 14 з винаходом, спричиняє значне зменшення швидтурбіни 10, який входить в корпус 23 сопла, викокості обертання, то регулювання турбінного лічинаний в формі півсфери. льника, що виконується на заводі за рахунок зміни На задній стороні маточини 11 виконаний черпоперечного перерізу обвідного каналу може зав'як 13. З черв'яком 13 знаходиться в зачепленні ймати багато часу. Для зменшення цього часу мочерв'ячне колесо 32, яке змонтоване на передаважна між рахунковим механізмом і лопатями турбільному валу 31. Вал 31 і черв'ячне колесо 32 є ни прокласти світловод. З допомогою цього складовими частинами пристрою 30, який передає світловода реєструється проходження лопатей оберти турбіни 10 на вимірювальний механізм 5. турбіни. За рахунок цього за один оберт турбіни Як показано на Фіг.1, турбіна 10 забезпечена створюється число імпульсів, яке відповідає числу безперервною віссю, кінці якої встановлені в опорлопатей турбіни, так що швидкість обертання турних втулках 29 в маточинах 21, 25 направляючої біни можна вимірювати за мінімальний час. воду хрестовини 20.1, відповідно, основного тіла 20.2 вставки. Ці опори 29 мають задачу втримува 9 88237 10 ти турбіну 10 в оптимальному положенні для робо11 на такій відстані, що між корпусом 23 і соплоти при мінімальних витратах. Як тільки турбіна 10 вим кільцем 16 утворюється сопловий зазор 18. при потоку текучого середовища, що збільшуєтьПрискорене в зазорі 17 між корпусом 23 сопла і ся, позиціонується за корпусом 23 сопла, ці опори сопловим кільцем 16 текуче середовище діє на більше не потрібні. Тому люфт опор вибирається текуче середовище в сопловому зазорі 18 як інжевідповідно великим. кторі і додатково прискорює цю масу текучого сеУ принципі існує також можливість позиціонуредовища. Прискорена текуче середовище попавання опорних втулок в турбіні і по одній цапфі осі дає на лопаті 12.1 турбіни і тим самим навіть при в направляючій воду хрестовині і в основному тілі мінімальних швидкостях потоку приводить в рух вставки. турбіну 10, а також черв'як 13, який знаходиться в На Фіг.2 показані в рознесеній ізометричній зачепленні з черв'ячним колесом 32, і кінець вала проекції направляюча воду хрестовина 20.1 і ос15. новне тіло 20.2 втримуючої вставки 20. На основНа Фіг.5 показана задня сторона турбінного ліному тілі 20.2 вставки розташований рахунковий чильника, показаного на Фіг.1. Основне тіло вставмеханізм 5. Між направляючою воду хрестовиною ки видалене, так що видно розташований на зад20.1 і основним тілом 20.2 вставки розташовується ній стороні кінець вала 15 і закріплений на ньому турбіна 10. черв'як 13. Можна бачити також черв'ячне колесо, При складанні разом показаних на Фіг.2 елещо знаходиться в зачепленні з черв'яком 13 32 на ментів 10, 20.1, 20.2, втримуюча вставка 20 утвопередавальному валу 31. Інші передавальні колерює повний блок, який можна через верхній отвір 6 са 30 передають оберти турбіни 10 на механічний в корпусі 1 лічильника встановлювати і витягувати рахунковий механізм 5. за допомогою опускання і підняття, при цьому На Фіг.6 показана задня сторона турбінного лізмонтований зверху рахунковий механізм 5 закричильника з електронним вимірюванням витрати. ває отвір 6. На валу турбіни 10 закріплена маточина 40, яка На Фіг.3 показана в косій проекції передня несе два постійних магніти 41. Рядом зі маточиною сторона турбіни 10, а на Фіг.4 показана в косій 40 знаходиться трубка 42 для датчиків, в якій розпроекції її задня сторона. Можна бачити маточину ташовані два датчики 43 магнітного поля так, що 11 з маючим форму півсфери фронтом 14 і кінець вони вимірюють магнітні поля, що створюються вала 15. На маточини 11 закріплені радіальні лопостійними магнітами 41. Сигнали датчиків пряпаті 12.1, 12.2, які утримуються сопловим кільцем мують в електронний рахунковий пристрій 44, який 16. Соплове кільце 16 розташоване від маточини обчислює дані витрати. 11 88237 12 13 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 88237 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601