Шариковый расходомер

(51) 5 601 Р 1 1 К ПАТЕНТУ о-инда жидшленности й среды Комитет Российской Федерации по патептам и товарным знакам(71) Саратовское высшее военное командженерное училище ракетных войск(72) Лбсулов ВФМоскалев В.ВФедорецт 73) Саратовское высшее военное командженерное училище ракетных войск имгенемайора АИЛиэюковэ(57) Использование: при измерении расхокости в различных отраслях промыСущность изобретениях поток измеряемо поступающий через входной патрубок корпуса приводит во вращение шар, число оборотов которого фиксирует узел сьема сигнала. За счет введения механизма осевого перемещения шара, выполненного в виде поршня с пружиной и штоком, установленных в стакан, происходит расширение диапазона измерения расхода При изменении расхода перемещается поршень, который изменяет положение осесимметричных колец разного диаметра и вместе с кольцами. положение шара Число оборотов шара и его положение дают значение измеряемого расхода 5 ип.Изобретение относится к средствам измерения расхода жидкости и может быть использовано в различных областях машиностроения, где необходимо измерять расходы компонентов топлива в магистралях гидравлических систем с широким диапазоном их изменения.Известны расходомеры, состоящие из корпуса, чувствительного элемента, выполненного в виде шара и узла съема сигнала. Одним из существенных их недостатков является малый диапазон измеряемых расходов.Частично данный недостаток устранен в тех устройствах, корпус которых имеет коническую форму, Наиболее близким по принципу работы и техническому исполнению является шариковый расходомер по авт,св. И. 237408; кл. 8 01 Е 1/00, 1969 и пат. . Великобритании М 1165398 кл, 801 Г 1/04, 1969, В нем полость, в которой вращается шар, образована сменными профилированными втулками и выполнена сужающейся по потоку. При постоянной плотности измеряемого расхода жидкости изменение скорости ее движения однозначно связано с изменением частать 1 вращсния шара. Кроме тога, данная конструкция расходомера позволяет учитывать изменение плотности измеряемой среды, При изменении плотности измеряемого расхода шар перемещается по поверхности втулки, чта сопровождается изменением радиуса ега вращений и соответственно частотььОднако и данное устройство имеет ограниченный диапазон измеряемых расходов.Например, обеспечить им измерение расхода, изменяемого в пять и более раз, практически не представляется возможным. Это обьясняется тем, что при измерении больших значений расхода импульсы, снижаемые с узла съема сигнала с большой частотой, практически сливаются друг с другом, а при измерении малых значений расхода - резко уменьшается точность измерения и расходомер становится практически нечувствительным к дальнейшему уменьшению расхода.Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона измерений расхода, Поставленная цель достигается тем, чта расходомер дополнительно снабжен механизмом осевого перемещения шара, выполненным в виде поршня с пружиной и штоком. установленным в стакан, на боковой поверхности которого установлен датчик осевого перемещения поршня, надпаршневая полость стакана соединена с выходным патрубком, а подпоршневая - с внутренней полостью корпуса, к штоку прикреплен набор осесимметричных колец разного диаметра, соединенных между собойпалужесткими связями, при этом внутрен.ний диаметр каждого последующего кольца5 меньше наружного диаметра предыдущего.На фигЛ представлена схема шарикового расходомера; на фиг,2 а, б, в - различныеположения подвижных частей механизмаосевого перемещения шара; на фиг,3 а, б и 410 а, б - различные положения его подвижныхчастей при наличии только одного кольца,жестко закрепленного к штоку; на фиг.5 -макет расходомера.Основными элементами расходомера15 являются корпус 1, механизм осевого пере. мещения шара 2, узел съема сигнала 3 ишар 4.Корпус 1 является основным силовымэлементом расходомера и выполняется ко-.20 нической формой, сужающейся по потоку,Он имеет тангенциально выполненные подводящий и отводящий патрубки са струенаправляющим аппаратом иструевыпрямителем (на чертеже не показа 25 ны),Внутри корпуса 1 размещен механизмосевого перемещения шара 2, который совместно с корпусом 1 обеспечивает взаимно-однозначное соответствие между30 поступательным движением подвижных частей этого механизма 2 и измеряемым расходом, Механизм осевого перемещенияшара 2 выполнен в виде поршня 5 с пружиной 6 и штоком 7, установленным в стакан35 8. Для удержания шара 4 в горизонтальнойплоскости и обеспечения изменения радиуса его вращения к штоку 7 прикреплен набор осесимметричных .колец 9 разногодиаметра, соединенныхмежду собой пол"0 ужесткими связями. При этом внутреннийдиаметр каждого последующего кольцаменьше наружного диаметра предыдущего.Узел сьема сигнала 3 представляет дванезависимых датчика 10 и 11, один из которых датчик 10) измеряет окружную частоту вращения шара 4 в виде синусоидального сигнала или импульсов, а с другой (датчик 11) - радиус ега вращения в виде сигнала непрерывной формы, Датчик 10 размещенна боковой коничеСкой поверхности корпуса 1 расходамера, а датчик 11 осевого перемещения поршня - на боковойцилиндрической поверхности стакана 8,надпоршневая полость которого соединена55 с выходным патрубком, а подпоршневая - с. внутренней полостью корпуса. Причем выходной сигнал устройства пропорционаленпроизведению выходных сигналов снимаемых с датчиков 10 и 11 приведенных к единому виду, 2003046Исходное положение расходомера; ось корпуса 1 - вертикальная,шар 4 находится в крайнем нижнем положении (фиг,2,а).При подаче расхода измеряемой жидкости на вход расходомера под действием центробежной составляющей силы шар 4 начинает вращаться, постоянно. прижимаясь к торцовой поверхности вышележащего кольца 9, а под действием осевой составляющей скорости потока - к поверхности нижнего кольца. Одновременно поршень 5 за счет силы, возникающей из-за разности давлений, действующих на него, начинает перемещаться вверх, сжимая настроечную пружину 6 (фиг.2, в).Подвижные части механизма 2 также перемещаются вверх, При равенстве сил, действующих на подвижные части, произойдет их равновесие и перемещение прекратится.Уоеличение расхода измеряемой жидкости приводит к дальнейшему повышению перепада давлений на поршне 5 и подвижные части вновь перемещаются вверх, Одновременно увеличивается радиус вращения шара 4, поэтому увеличение центробежной сллы не приводит к изменению частоты его вращения. При уменьшении расхода измеряемой жидкости подвижные части перемещаются вниз, радиус вращения шара 4 уменьшается таким образом, что частота его вращения практически не изменяется.Таким образом, измеряемый расход жидкости будет зависеть как от радиуса вращения шара 2, так и от частоты его вращения на этом радиусе 5, т.е. О=О(г) О Щ. Обе , величины взаимосоязаньь Причем т и г связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Например, при неизменном расходе О увеличить частоту 1 можно путем уменьшения радиуса вращения г. Для технической реализации данной зависимости расходомер имеет два датчика 10 и 11, Один из них измеряет первую составляющую О(г), а другой - вторую О Так как непосредственно измерить радиус вращения шара не представляется возможным,Формула изобретения 45 (56) Авторское свидетельство СССРК. 237408, кл. 6 01 Р 1/00, 1969.Патент Великобритании М 1165398, кл.6 01 Р 1/04, 1969,пружиной, и штоком, устанооленнь 1 м в ста 50,кан, на боковой поверхности которого установлен датчик осевого перемещенияпоршня, надпоршневая полость стаканасоединена с выходным патрубком, а подпоршнеоая с внутренней полостью корпу 55 са, к штоку прикреплен наборосесимметричных колец разного диаметра,соединенных между собой полужесткимисвязями, при этом внутренний диаметркаждого последующего кольца меньше наружного диаметра предыдущего. ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус с шаром и входным и выход.ным патрубками, на наружной поверхности которого расположен узел сьема сигнала, а внутренняя боковая поверхность выполнена переменного радиуса, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен механизмом осевого перемещения шара, выполненным в виде поршня с то он косвенно определяется через величину осевого перемещения, Такой вид перемещения можно измерить в любом диапазоне различными датчиками, т,е. его реализация 5 не представляет технической сложности. Для этого могут быть использованы различные как по устройству, так и по принципу действия датчики. Вторая составляющая скорости потока жидкости ОЩ изменяется в10 малых пределах даже при значительном изменении расхода жидкости и может быть измерена любым тахометрическим датчиком, При определенном профиле внутренней поверхности корпуса 1 расходомера15 можно добиться взаимно-однозначного соответствия между поступательным движением подвижных частей механизма осевого перемещения шара и измеряемым расходом,20 На фиг.2 в показано положение подвижных частей расходомера при измерении максимального значения расхода, При уменьшении расхода скатывание шара 4 с предыдущего кольца происходит за счет25 действия двух сил: силы тяжести и осевой составляющей гидродинамической силы, действующей на шар, Конструктивно это обеспечивает выполнение ширины колец размером меньшим, чем радиус шара 4.30 Положительный эффект от использования разработанного устройства заключается в значительном расширении диапазона измеряемых расходов (в 5 и более раз). Конструкция предложенного уст 35 ройства безусловно усложнится за счет дополнительных подвижных устройств. Однако, выигрыш от положительного,эффекта при внедрении предложенной конструкции будет выше, чем проигрыш от ее40 услокнения за счет сокращения числа расходомеров и соответствующей вторичной регистрирующе-измерительной аппаратуры.ставитель 8. Абсуловхред М, Моргентал Кор ктор Н, Сильнягина ор А, Мотыль Заказ 322 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Тираж Н 13035, Мо