Гидрометрическая вертушка

Номер патента: 8748

Опубликовано: 30.12.2006

Автор: Комиссаров Феликс Давидович

Есть еще 12 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

части турбинка с направляющими изогнутыми пластинами, плавно переходящими в вертикальные в полостях лопастей ротора, в цилиндрическом входном канале корпуса гидрометрической вертушки размещена вертушка, имеющая общую ось с ротором или раздельные оси и содержащая устройство подачи масла под давлением внутрь ее корпуса лопастной винт вертушки, имеющий общую ось с ротором, размещен в двух шариковых подшипниках, ротор жестко прикреплен к общей оси в передней своей части посредством заклиненного шарикового подшипника, задняя часть ротора размещена в шариковом подшипнике, установленном на удлинителе корпуса вертушки, на оси выполнен конический притерть 1 й вь 1 ступ-ограничитель выбросов масла с возможностью прижатия к конусному отверстию передней крышки корпуса вертушки при помощи свободной шайбы,задний выступ оси выполнен в форме диска с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса вертушки, и содержит колокол с коническим подпятником, размещенным на заднем торце оси, и острие опорного центра, упирающееся в конический подпятник, причем опорный центр ввинчен в опору, размещенную в камере повышенного давления масла корпуса вертушки, в передней крышке корпуса вертушки выполнен лабиринтный зазор, в котором размещен фторопластовый сальник, второй фторопластовый сальник установлен между корпусом вертушки и ротором с возможностью прижатия второй свободной шайбой к задней крышке корпуса вертушки, во второй свободной шайбе, у оси, выполнено отверстие для прохода масла из камеры повышенного давления в полость корпуса вертушки Через полость удлинителя ее корпуса, причем удлинитель жестко укреплен на штанге при размещении в цилиндрическом входном канале ротора вертушки, имеющей раздельную ось от оси ротора, ось лопастного винта вертушки и ротор размещены в разных шариковых подшипниках, при этом ось лопастного винта размещена в двух шариковых подшипниках, установленных в корпусе вертушки, а ротор размещен в шариковых подшипниках, установленных - один на корпусе вертушки, а второй - на удлинителе ее корпуса, жестко скрепленном с корпусом вертушки устройство подачи масла в камеру повышенного давления корпуса вертушки расположено вне корпуса, на штанге, и содержит эластичную емкость и регулируемый по весу груз, сообщено с камерой повышенного давления масла через гибкий трубопровод и штуцер, установленный в месте размещения опорного центра между опорой и диском оси, образующими камеру повышенного давления масла регистрирующая система подсчета оборотов полых сквозных лопастей ротора содержит источник гамма-излучения, датчик регистрации гамма-излучения с клеммой и металлическую мишень, причем металлическая мишень размещена, по меньшей мере, на одной лопасти ротора, источник гамма-излучения размещен в коллиматоре с возможностью перекрытия шторкой и закреплен на штанге, датчик регистрации гамма-излучения размещен позади его и выполнен с возможностью преобразования поступающих гаммаквантов, отраженных от металлической мишени, в электрические сигналы и передачи их на счетное одноканальное устройство, размещенное вне водной среды и связанное с датчиком регистрации гамма-излучения разъемным электрическим кабелем.2. Гидрометрическая вертушка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус вертушки, размещеннои в цилиндрическом входном канале ротора, содержит дополнительную емкость,расположенную в передней части корпуса на входе оси лопастного винта перед полостью корпуса с маслом и штуцер с трубопроводом для подачи очищенной от взвесей воды.3. Гидрометрическая вертушка по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона полых сквозных лопастей ротора относительно набегающего потока воды выполнен в зависимости от диапазона измеряемых скоростей потока.4. Гидрометрическая вертушка по п. 1, отличающаяся тем, что расположение ротора относительно лопастей вертушки определено длиной его цилиндрического входного канала.Изобретение относится К гидрометрическим приборам И предназначено для измерения направления и величины скорости потока в натурных условиях.Для измерения Малых скоростей потоков было необходимо создание вертушки с минимальной начальной скоростью вращения. Эта задача решалась в двух направлениях а) снижение момента трения в опорах за счет уменьшения веса деталей ходовой части и применения прецессионных шарикоподшипников б) частичное снятие момента сопротивления в ходовой части вибрацией. В результате исканий в первом направлении были созданы такие типы вертушек, как морская вертушка с облегченным ротором, вертушка Малютка, гидрометрическая вертушка с повышенной чувствительностью, предложенная Железняковым. Морская вертушка относится к сетевым приборам, а вертушка Железнякова и Козанской к лабораторным приборам. Искания во втором направлении привели к созданию нового типа малогабаритных вертушек с минимальной начальной скоростью. Была сконструирована вертушка Е.И. Кудиновым, в которой трение в опорах ходовой части снижалось применением пульсируюших опор. По мнению ряда специалистов можно получить движение без трения при врашении вала, прибегнув к врашению вкладышей подшипников в противоположные стороны и, таким образом, создать два противоположных момента сил трения на валу так, что моменты эти взаимно уничтожаются. Используя эти принципы, возможно только в гироскопических подшипниках свести трение до минимума. Однако в гидрометрических вертушках эксплуатационные условия работы подшипников намного жестче. Поэтому необходимо искать решение задачи не только в снижении трения, но и в создании таких опор, трение которых оставалось бы величиной постоянной при любых обстоятельствах. Все это выдвигает к гидрометрическим вертушкам дополнительные требования, когда они должны обладать минимальной начальной скоростью с постоянством тарировочной зависимости даже в криволинейной части графика У Кн) 1.Для исследования турбулентности натурных русловых потоков, а также в ряде других исследований, например, при изучении инерционности стандартных вертушек типа ГР-21,ГР-55 на их показания при измерении осредненного значения скорости турбулентного по тока широко используются специальные малогабаритные и малоинерционные вертушки с лопастным винтом и электрическим преобразователем оборотов вращения винта. Основными качествами, которыми должна обладать такая вертушка, являются малая инерционность лопастного винта, зависящая от его геометрии, материала и размеров, малая постоянная времени всей схемы регистрации, высокая компонентность, обусловленная также геометрией лопастного винта, достаточная чувствительность к малой скорости течения и стабильная работа при больших скоростях течения. Зависимости характеристик вертушек от их геометрических параметров глубоко исследованы в работах 2, 3. Важнейшим узлом вертушки является преобразователь оборотов винта в электрический сигнал. Преобразователи вертушек отличаются конструкционными решениями. Большое распространение нашли резистивные преобразователи. Применяются также преобразователи индукционные, токовихревые. Из известных конструкций несколько более сложнь 1 ми, но значительно более надежными являются индукционные преобразователи. Одной из трудностей создания такого преобразователя является получение надежного и достаточного по уровню сигнала при малых оборотах винта (при малых скоростях течения). Однако с появлением усилителей на интегральных микросхемах это обстоятельство уже не вызывает затруднений в разработке конструкции 2.В отделе русловых процессов ГГИ была разработана специальная гидрометрическая вертушка, предназначенная для исследований крупномасштабной турбулентности руслового потока в натурных условиях. В ее конструкции предусмотрены компонентность лопастного винта, малая инерционность, малое временное и пространственное усреднение измеряемого элемента, хорошие параметры обтекания прибора потоком, надежный преобразователь оборота винта, а также удобная для обработки и качественного анализа форма регистрации. Гидродинамическим преобразователем разработанной вертушки являетсядвухлопастной пластмассовый винт с горизонтальной осью вращения И индукционным вторичным преобразователем. Конструкция прибора построена на роторной схеме. Вертушка состоит из двухлопастного винта, корпуса, ротора, статора, оси, вращающейся в радиальных шарикоподшипниках, крепежного винта. Лопастной винт вертушки изготавливается из капролона, от чего уменьшается масса винта и увеличивается чувствительность вертушки к пульсациям скорости. Вращение винта преобразуется в электрический сигнал, вырабатываемый индукционным преобразователем. Принцип работы индукционного преобразователя основан на перемагничивании сердечника катушками статора пульсирующим магнитным полем, в результате чего в последней наводится ЭДС, частота синусоидального сигнала которой пропорциональна угловым скоростям винта, т.е. скорости потока 3.Известна гидрометрическая вертушка, содержащая лопастной винт, корпус, тахометрический преобразователь, выполненный в виде высокочастотного генератора на одном полупроводниковом триоде, обмотки которого и цепи обратных связей расположены на ферритовом сердечнике, помещенном в полый ферритовый цилиндр, диск абтюратора,которые размещены в отдельной камере. Торцы ферритового стержня имеют форму трехгранной призмы для сконцентрирования силовых линий магнитного потока, прерь 1 ваемого металлическими лепестками, что приводит к увеличению числа импульсов,выдаваемых генераторным бесконтактным преобразователем за один оборот лопастного винта 4.Вертушка работает следующим образом. При опускании вертушки в поток металлические лепестки, связанные с валом вертушки, прерывают магнитный поток, создаваемый ферритовым сердечником генератора, вызывая при каждом перекрытии импульс тока. Частота следования этих импульсов пропорциональна скорости потока с амплитудой, не зависящей от нее и приблизительно равной напряжению источника питания.К недостаткам такой конструкции прибора следует отнести следующие 1) размещение тахометрического преобразователя, выполненного в виде высокочастотного генератора в отдельной камере, обмотки которого и цепи обратных связей расположены на призматическом ферритовом стержне с плоскими торцами, срыв или генерация которого осуществляется металлическими лепестками, связанными с осью вертушки. Это требует некоторых затрат энергии на трение вращающихся частей и прерывание электромагнитных полей, вырабатываемых высокочастотным генератором.Известна Гидрометрическая вертушка, предназначенная для измерения скорости течения в реках с повышенным содержанием взвешенных наносов. Гидрометрическая вертушка состоит из лопастного винта с осью, установленной на опорах вращения в корпусе,где размещен контактный механизм, соединенный с клеммой. Имеется заполненная смазочным маслом полость, которая соединена с окружающей средой через бесконтактное уплотнение между осью и корпусом вертушки. Устройство подачи масла внутрь корпуса вертушки под давлением выполнено в виде эластичной емкости, заключенной в кожух,имеющий отверстия для сообщения внутренней полости кожуха с внешней средой. Подача масла из эластичной емкости происходит через зажим на кожухе по гибкому трубопроводу через штуцер в полость подшипников корпуса вертушки и наружу для защиты от проникновения воды с наносами внутрь корпуса вертушки и при этом работа системы подачи масла осуществляется под давлением, создаваемым разностью давлений в кожухе и в полости корпуса вертушки, при размещении кожуха ниже оси вращения вертушки или с помощью силы тяжести плиты, размещенной в кожухе на поверхности эластичной емкости, при условии размещения кожуха по оси вертушки 5.К недостаткам устройства можно отнести следующие 1) с целью защиты от проникновения наносов внутрь корпуса вертушки, при работе в условиях повышенного содержания взвесей в потоке, в вертушке сделана гидравлическая защита зазора между корпусом вертушки и осью лопастного винта за счет подачи масла под избыточным давлением в по 4лость корпуса с последующим его изливанием в окружающее пространство. Такая защита зазора от проникновения загрязняющих взвесей внутрь корпуса не несет смысловой нагрузки, так как обеспечение защиты полостей вертушки от проникновения загрязняющих веществ возможно и без потерь масла. Применяя для этих целей другие способы защиты,как, например, установка сальника на выходе оси из корпуса вертушки, или применение для защиты от взвешенных частиц очищенной воды, которая может подаваться непосредственно в зазор между корпусом вертушки и лопастным винтом, а не в зазор между осью и корпусом 2) работа системы подачи масла в полость подшипников корпуса заключается в том, что емкость с маслом располагают в водном потоке ниже оси вертушки, при этом образуется разность давлений в этой емкости и в полости корпуса вертушки, что и приводит к выдавливанию масла через зазор между осью лопастного винта и втулкой корпуса, и масло выходит наружу через этот зазор, препятствуя проникновению воды с наносами внутрь корпуса вертушки, что приводит к загрязнению окружающей среды, причем потери масла значительны и достигают величин 92 см 3/ч второй способ подачи масла в полость вертушки под постоянным действием веса плиты на сильфон приводит к тому, что давление для подачи масла в корпус вертушки строго постоянно, что не учитывает условия эксплуатации вертушки в различных водоемах при разном количественном загрязнении потока взвесями.При выборе вертикального или горизонтального расположения оси не было выяснено подавляющих преимуществ какого-либо одного из них. Выбор вертикального расположения оси ротора был сделан для обеспечения меньшего момента трения в опорах вертушки Малютка. Для малогабаритной вертушки, предназначенной для работы на малых скоростях, необходимо иметь, при прочих равных условиях, наибольшее число оборотов ротора на единицу скорости и достижение в роторе наибольшего вращательного момента и его постоянства в пределах оборота ротора. При определении качества применения моделей ротора с трехчащечным ротором или с шестичашечным было отдано предпочтение для применения шестичашечной модели по причине уменьшения колебаний вращающего момента в пределах оборота ротора. А в тех вертушках, где некоторое увеличение толщины измеряемого слоя не имеет большого значения, применение шестичашечного ротора, составленного из двух-, трехчашечных турбинок, приведет к резкому повышению вращающего момента и сделает устойчивой работу вертушки на малых скоростях. В вопросе уменьшения трения в опорах ротора вертушки решение находят путем подбора формы и материала опор, дающих наименьший коэффициент трения, изысканием путей замены трения скольжения трением качения, то есть возможности применения шарикоподшипников и уменьшения веса ротора. Исключительно перспективным для повышения начальных скоростей гидрометрических вертушек предлагается использование эффекта снижения трения вибрацией опор. Некоторые эксперименты дают основание надеяться, что заставляя вибрировать концевые опоры, можно построить вертушку, пригодную для измерения скоростей,начиная с нескольких миллиметров в секунду. Повышение массы ротора вертушки приводит к снижению ее начальной скорости, а облегчение же ротора приводит к увеличению начальной скорости. К материалам, используемым для изготовления ротора вертушек, относятся полистирол и легкие сплавы алюминия с уд. весом 2,6-2,8 или из электромагнитного сплава с удельным весом 1,8. Некоторые экспериментальные вертушки снабжались лопастями из пластмассы с удельным весом 1,1-1,3. Масса ротора может быть облегчена и за счет создания в конструкции ротора герметизированных лопастей. Предложено в построении чувствительных малогабаритных вертушек использование раструба Вентури. Предложено для снижения начальной скорости вертушки к оси ротора приложить постоянный момент вращения, который может компенсировать момент трения в опорах, как, например, осуществлять это действие при помощи груза, подвешенного на тонкой нити, обвитой вокруг оси вертушки, или введением в вертушку электромотора, который при включении тока создает момент вращения, компенсирующий момент силы трения в опорах б.

МПК / Метки

МПК: G01P 5/06

Метки: гидрометрическая, вертушка

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/20-8748-gidrometricheskaya-vertushka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Гидрометрическая вертушка</a>

Похожие патенты