турбинный расходомер (варианты)

Формула изобретения

1. Турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом, в котором установлены последовательно струевыпрямитель, вал, на котором жестко закреплена лопастная турбинка с запрессованным в ее ступице ферритовым стержнем, катушка самоиндукции, сквозь которую проходит вал, узел съема сигнала и микромощный генератор, отличающийся тем, что в измерительный канал за катушкой самоиндукции введено устройство, выполненное из элементов, по меньшей мере, один из которых изготовлен из термочувствительного материала и обладает способностью изменения формы при изменении температуры или под действием внешнего напряжения.

2. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что устройство выполнено в виде двух консольно закрепленных на валу и скрепленных между собой одним концом пластин, одна из которых изготовлена из упругого материала, например из пружинной стали, и обращена к катушке самоиндукции, а на свободном конце устройства расположен дополнительный ферритовый стержень, причем устройство закреплено таким образом, что при прямолинейной форме элементов устройства продольные оси ферритовых стержней лежат на одной прямой, а вращение турбинки и устройства осуществляется синхронно.

3. Турбинный расходомер по п.1, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного материала выбран сплав с эффектом памяти формы, например никелид титана.

4. Турбинный расходомер, содержащий корпус с измерительным каналом, в котором установлены последовательно струевыпрямитель, вал, на котором жестко закреплена лопастная турбинка с запрессованным в ее ступице ферритовым стержнем, катушка самоиндукции, сквозь которую проходит вал, узел съема сигнала и микромощный генератор, отличающийся тем, что между катушкой самоиндукции и микромощным генератором дополнительно установлены второй вал, сопряженный с первым валом, катушка самоиндукции и узел съема сигнала, причем на втором валу в зоне сопряжения валов закреплено устройство, исполняющее функции термозахвата, элементы которого обладают способностью изменения формы при изменении температуры или под действием внешнего напряжения.

5. Турбинный расходомер по п.4, отличающийся тем, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, каждый из которых представляет скрепленные между собой одним концом пластины, причем одна из них изготовлена из упругого материала, например пружинной стали, а пластина из термочувствительного материала расположена на внешней относительно валов стороне лепестка.

6. Турбинный расходомер по п.4, отличающийся тем, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, каждый из которых представляет собой пластину из термочувствительного материала, причем свободные концы пластин соединены между собой кольцом из упругого материала, например пружинной стали.

7. Турбинный расходомер по п.4, отличающийся тем, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, каждый из которых представляет собой пластину из упругого материала, например пружинной стали, причем свободные концы пластин соединены между собой кольцом из термочувствительного материала.

8. Турбинный расходомер по п.4, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного материала выбран сплав с эффектом памяти формы, например никелид титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к приборам для измерения расхода теплоносителя, жидкости или газа в закрытых напорных трубопроводах и могут быть использованы в коммунально-бытовом хозяйстве для учета тепловой энергии и соответствующего расхода теплоносителя, а также совершенствования расчетов между производителями и потребителями тепловой энергии.

Известны устройства подобного типа: турбинный расходомер, патент 2042924, 1995 г., турбинный расходомер потока жидкости (газа), патент 2062992, 1996 г., турбинный расходомер, патент 2084828, 1997 г.

В качестве прототипа выбран турбинный счетчик жидкости, описанный в патенте RU 2042925, БИ №24, от 27.08.95 г. Устройство содержит корпус, струевыпрямитель, турбинку, ферритовый стержень, запрессованный в ступицу турбинки, катушку самоиндукции, узел съема сигнала, микромощный генератор тока, аккумулятор, электронный блок, соединенный с цифровым табло. При вращении турбинки движущимся потоком жидкости ферритовый стержень, перемещаясь относительно катушки самоиндукции, генерирует электрический ток, импульсы которого, преобразуемые в электронном блоке, в виде цифровых показателей расхода жидкости выводятся на табло. Микромощный генератор и аккумулятор служат для питания электронного блока.

Недостатком описанного устройства является учет и измерение общего расхода теплоносителя, в том числе и в тех случаях, когда его температура не соответствует заданным нормативам, стандартам и т.п., что может приводить к нарушениям технологических процессов, дискомфорту в жилых, учебных и рабочих помещениях, и увеличивает расходы потребителей на оплату недопоставленной энергии, удорожая стоимость продукции.

Задачей является создание устройств раздельного учета объема потребляемого теплоносителя с переменным значением температуры, которая в некоторые моменты времени может не соответствовать установленному стандарту (нормативу и т.п.).

Поставленная задача достигается тем, что по первому варианту предлагаемый турбинный расходомер (в дальнейшем расходомер) включает в себя корпус с измерительным каналом, в котором последовательно расположены струевыпрямитель, вал, на котором жестко закреплена лопастная турбинка с запрессованным в ее ступице ферритовым стержнем, катушка самоиндукции, сквозь которую проходит вал, узел съема и микромощный генератор. Кроме того, расходомер имеет электронный блок, информационное табло и аккумулятор для питания электронного блока.

Особенностью расходомера является то, что в измерительный канал, за катушкой самоиндукции, введено устройство, выполненное из элементов, по крайней мере один из которых изготовлен из термочувствительного материала и обладает способностью менять форму при изменении температуры или под воздействием внешнего напряжения.

Другой особенностью расходомера является то, что устройство выполнено в виде двух консольно закрепленных на валу и скрепленных между собой одним концом пластин, одна из которых изготовлена из упругого материала, например из пружинной стали, и обращена к катушке самоиндукции, а на свободном конце устройства расположен дополнительный ферритовый стержень, причем устройство закреплено таким образом, что при прямолинейной форме элементов устройства продольные оси ферритовых стержней лежат на одной прямой, а вращение турбинки и устройства осуществляется синхронно.

Третьей особенностью расходомера является то, что в качестве термочувствительного материала выбран сплав с эффектом памяти формы (ЭПФ), например никелид титана.

Поставленная задача по второму варианту расходомера достигается тем, что предлагаемый расходомер включает в себя корпус с измерительным каналом, в котором последовательно расположены струевыпрямитель, вал, на котором жестко закреплена лопастная турбинка с запрессованным в ее ступице ферритовым стержнем, катушка самоиндукции, сквозь которую проходит вал, узел съема и микромощный генератор. Кроме того, расходомер имеет электронный блок, информационное табло и аккумулятор для питания электронного блока.

Отличительной особенностью расходомера по второму варианту является то, что между катушкой самоиндукции и микромощным генератором дополнительно установлены второй вал, сопряженный с первым валом, катушка самоиндукции и узел съема сигнала, причем на втором валу, в зоне сопряжения валов, закреплено устройство, исполняющее функции термозахвата, элементы которого обладают способностью изменения формы при изменении температуры или под действием внешнего напряжения.

Второй особенностью расходомера является то, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, представляющих скрепленные между собой одним концом пластины, причем одна из них выполнена из упругого материала, например пружинной стали, а пластина из термочувствительного материала расположена на внешней, относительно вала, стороне лепестка.

Третья особенность расходомера состоит в том, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, каждый из которых представляет собой пластину из термочувствительного материала, причем свободные концы пластин соединены между собой кольцом из упругого материала, например пружинной стали.

Четвертой особенностью расходомера является то, что элементы устройства выполнены в виде, по меньшей мере, двух лепестков, каждый из которых представляет собой пластину из упругого материала, например пружинной стали, причем свободные концы пластин соединены кольцом из термочувствительного материала.

Пятой особенностью расходомера является то, что в качестве термочувствительного материала выбран сплав с ЭПФ, например никелид титана.

На фиг.1-3 приведены принципиальные схемы вариантов предлагаемого расходомера. Расположенные вне корпуса расходомера электронный блок, информационное табло и аккумулятор на фиг.1, 3 не показаны.

На фиг.1 приведена принципиальная схема расходомера по первому варианту. Он состоит из корпуса с измерительным каналом 1, струевыпрямителя 2, жестко посаженной на вал 3 лопастной турбинки 4, в ступице которой запрессован ферритовый стержень 5, катушки самоиндукции 6, узла съема сигнала 7, микромощного генератора 8.

В измерительном канале корпуса 2 расходомера, за катушкой самоиндукции 6, расположено устройство 9, жестко закрепленное на валу 3 в виде консольного кронштейна, состоящего из двух скрепленных между собой одним концом пластин, одна из которых, обращенная к катушке самоиндукции 6, выполнена в виде V-образной стальной пластины, а вторая - из сплава с ЭПФ. На свободном, незакрепленном конце устройства 9 расположен дополнительный ферритовый стержень 10, взаимодействующий с катушкой самоиндукции 6. Устройство 9 закреплено на валу 3 так, чтобы при прямолинейной форме его элементов продольные оси ферритовых стержней 5 и 10 лежали на одной прямой, а вращение турбинки 4 и устройства 9 осуществлялось синхронно.

На фиг.2, 3 изображена принципиальная схема предлагаемого расходомера по второму варианту.

Он включает в себя измерительный канал 1, струевыпрямитель 2, вал 3, турбинку 4 с запрессованным в ступицу ферритовым стержнем 5, катушку самоиндукции 6, узел съема сигнала 7, микромощный генератор 8. Кроме того, в конструкцию входят дополнительный вал 10, на котором жестко закреплена турбинка 13 с запрессованным в ее ступицу ферритовым стержнем и дополнительная катушка самоиндукции 11.

На дополнительном валу 10 расположено устройство 9, обладающее способностью изменения формы при изменении температуры теплоносителя и выполняющее функции термозахвата.

Устройство 9 представляет собой два лепестка, ориентированных вдоль оси вращения валов и закрепленных на валу 10. Каждый лепесток устройства 9 изготовлен составным из соединенных между собой одним концом элементов. Внутренний элемент, прилегающий к валам 3 и 10, изготовлен из упругого материала, например пружинной стали, в виде V-образной пластины, изогнутой под тупым углом, а наружный - из сплава с ЭПФ. Вал 3 в зоне контакта с лепестками термозахвата имеет плоские грани (фиг.2, вид в, сечение А-А).

Кроме того, лепестки термозахвата могут быть выполнены в виде пластин из сплава с ЭПФ, а свободные, незакрепленные их концы жестко соединены с упругим элементом, выполненным в виде стального кольца (фиг.3, вид а, б). Также возможно изготовление лепестков термозахвата в виде упругих V-образно изогнутых стальных пластин, свободные концы которых соединены термочувствительным элементом в виде кольца, изготовленного из сплава с ЭПФ.

Термочувствительные элементы устройств 9 (фиг.1-3) выполнены из сплавов с ЭПФ, способных к обратимому деформированию при нагреве (до температур, соответствующих нормативным требованиям к теплоносителю) и охлаждении (до температур теплоносителя, не соответствующих стандарту) в присутствии внешних напряжений, генерируемых сопряженными с ними упругими элементами из обычных пружинных материалов (например, пружинных сталей, бронз, латуней и т.п.). Обратимое формоизменение элементов из сплавов с ЭПФ в присутствии внешних напряжений, генерируемых сопряженными элементами из пружинных материалов, происходит в интервале температур протекания термоупругих мартенситных превращений, а связанная с ними деформация может достигать 8-12%. Элементы устройства, обладающие "памятью формы", могут быть выполнены, например, из сплавов на основе никелида титана, обладающих высокими показателями механических свойств и коррозионной стойкостью, сплавов на основе меди, испытывающих термоупругие мартенситные превращения (бронзы, латуни и т.п.).

Термочувствительный элемент, изготовленный из сплава с ЭПФ в виде прямолинейной пластины, предварительно, для задания ему исходной формы, возвращаемой при нагреве, помещают в оправку прямолинейной формы и подвергают отжигу в заневоленном состоянии при температуре 500-600°С.

После охлаждения ниже интервала температур мартенситного превращения (до комнатной температуры - в случае использования бинарных сплавов на основе никелида титана с содержанием никеля, близким к эквиатомному) концы пластины жестко скрепляют с V-образно изогнутой упругой стальной пластиной (фиг.1, вид б, фиг.2, вид б) или же со стальным кольцом (фиг.3).

Стальные пластины (или кольцо) устройства 9 (фиг.1, 2) подбираются с таким расчетом, чтобы величина силы упругости их была выше силовых характеристик пластин или кольца из сплава с ЭПФ по достижении температуры начала прямого мартенситного превращения (т.е. при охлаждении), но была меньше силовых характеристик по достижении величины температуры начала обратного мартенситного превращения (при нагреве).

Полученный лепесток термозахвата (фиг.2) одним концом закрепляют на валу 10. Свободные, незакрепленные на валу концы лепестков термозахвата при комнатной температуре будут развернуты в противоположные стороны. Термочувствительный элемент, когда температура теплоносителя повысится до своего стандартного значения, деформируется, "вспоминая" первоначально заданную ему прямую плоскую форму, и лепестки термозахвата будут плотно сопряжены с плоскими гранями вала 3. При понижении температуры теплоносителя ниже норматива жесткость термочувствительного элемента уменьшается, и сила упругости стальной пластины возвращает лепесток термозахвата в первоначальное, "развернутое" положение.

Кольцо (фиг.3) из сплава с ЭПФ, для задания ему соответствующей памяти формы, также подвергается вышеописанной обработке в оправке специальной формы и затем скрепляется с двумя изогнутыми стальными пластинами.

Работает предлагаемый расходомер (фиг.1, 2) следующим образом. При разборе теплоноситель проходит через струевыпрямитель 2, вращает турбинку 4 и вал 3. Запрессованный в ступицу турбинки 4 ферритовый стержень 5, перемещаясь вдоль витков катушки самоиндукции 6, генерирует в ней импульсы электрического тока, которые улавливаются узлом съема сигнала 7 и после обработки в электронном блоке выводятся в виде цифровой информации на табло.

Если температура теплоносителя соответствует установленному нормативу, в расходомере по первому варианту (рис.1, вид в) устройство 9 имеет прямолинейную форму, и дополнительный ферритовый стержень 10 находится на минимальном расстоянии от витков катушки самоиндукции 6. В этом случае, при разборе теплоносителя, последний, проходя через струевыпрямитель 2, вращает лопастную турбинку 4. Поскольку лопастная турбинка 4 жестко закреплена на валу 3, то одновременно с ней вращается и устройство 9. Ферритовые стержни 5 и 10, синхронно перемещаясь вдоль витков катушки самоиндукции 5, генерируют в ней импульсы электрического тока уже другой величины, которые через узел съема сигналов 7 поступает в электронный блок. После обработки в электронном блоке информация о расходе объема теплоносителя, при необходимости, в виде цифр выводится на табло.

В случае снижения температуры теплоносителя ниже установленного норматива силовые характеристики пластины из сплава с ЭПФ ослабевают, и сила упругости стальной пластины придает устройству 9 криволинейную V-образную форму. Дополнительный ферритовый стержень 10 при этом отводится на максимальное расстояние от витков катушки самоиндукции 6 и не оказывает на нее влияния (фиг.1, вид б). В этом случае с катушкой самоиндукции 6 взаимодействует только ферритовый стержень 5, и величина генерируемых им импульсов будет иметь значение, отличное от предыдущего. Полученный сигнал поступает в электронный блок, где также обрабатывается и при необходимости выводится на табло.

Расходомер по второму варианту (фиг.2, 3) работает следующим образом. При соответствии температуры теплоносителя установленному нормативу, термочувствительный элемент из сплава с ЭПФ деформируется и, преодолевая сопротивление стальных пластин (или упругого стального кольца - фиг.3), принимает прямую форму, в результате чего лепестки устройства 9 плотно прилегают к плоским граням вала 3, что побуждает к вращению вал 10 с закрепленной на нем дополнительной турбинкой 13. Генерируемые в дополнительной катушке 11 импульсы электрического тока через узел съема сигнала 12 поступают в электронный блок.

В случае снижения температуры теплоносителя ниже установленного норматива лепестки термозахвата устройства 9 разведены в стороны, вал 10 не вращается (фиг.2, вид б, фиг 3, вид б), а электронный блок регистрирует объем расходуемого теплоносителя, температура которого не соответствует установленному нормативу.

Микромощный генератор 8 с крыльчаткой и аккумулятор служат для питания электронного блока.

Полученная информация о расходе объема теплоносителя, температура которого имеет различные значения относительно определенного порогового значения, суммируется в электронном блоке раздельно и подлежит хранению, а при необходимости выводится поочередно на табло.

Применение подобного устройства позволит жестко контролировать соответствие величины температуры теплоносителя принятым нормам, обеспечит учет его расхода, упорядочит расчеты между производителями и покупателями тепловой энергии.