Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам, генерирующим переменный расход, предназначенным для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды при исследовании метрологических характеристик средств измерений давления и расхода жидкости, и может найти применение при метрологической аттестации этих средств измерений.

Известен генератор переменного расхода, который использует изменение площади прямоугольной прорези, расположенной по образующей цилиндрического статора (Пульсатор расхода ПР-1. Техническое описание П1-00-00 ТО, 1973) [1]. Контролируемая среда подается во внутреннюю полость статора по входному трубопроводу. Изменение размеров площади отверстия прорези происходит при вращении ротора в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси. При этом значение расхода через указанную выше прорезь при равномерном вращении ротора изменяется по синусоидальному закону. Прошедший через прорезь изменяемой площади поток поступает в испытательный участок в виде трубопровода с установленным в нем испытуемым расходомером и далее - в сливную емкость через сливной трубопровод. Частота пульсаций расхода определяется скоростью вращения ротора. Изменяя скорость вращения ротора и регистрируя показания испытуемого расходомера, можно определять частотную характеристику испытуемого расходомера. Этот известный генератор характеризуется трудностью получения пульсаций расхода требуемой амплитуды и формы в широком диапазоне частот, так как для этого необходимо управлять движением большой массы жидкости, а это требует создания значительного давления контролируемой среды, что в ряде случаев практически не осуществимо. Кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место значительные перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний, не говоря уже о наличии больших вибраций трубопровода, особенно на низких частотах.

Известно устройство «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству СССР №637722, G01F 25/00, опубл. 15.12.78. Бюл. №46 [2] для определения динамических характеристик расходомеров, содержащее ротор в форме цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси, пустотелый цилиндрический статор с прорезью прямоугольной формы по образующей цилиндра на диаметрально противоположных сторонах. Ротор соединен с валом двигателя. Внутренняя полость статора соединена с входным трубопроводом, подающим контролируемую среду и через прорези сообщается с отрезками двух трубопроводов, в одном из которых установлен испытуемый расходомер. Другие концы трубопроводов присоединены к выходному трубопроводу через дроссельное устройство.

Недостатком такого генератора является возможность его использования только для исследования синусоидальной формы импульса, кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний.

Известно устройство «Генератор переменного расхода» по авторскому свидетельству SU №1013764 A, G01F 25/00, опубл. 23.04.83. Бюл. №15 - [3]. Гидромеханический пульсатор содержит цилиндрический корпус с входным и двумя выходными окнами прямоугольной формы, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. В корпусе установлен цилиндрический ротор, который выполнен полым с нечетным числом окон, идентичных выходным окнам корпуса.

Недостатком такого генератора является возможность его использования только для исследования синусоидальной формы импульса, кроме того, в генераторах такой конструкции имеют место перепады давления, что вносит дополнительные погрешности в результаты испытаний.

Известно устройство «Пульсатор Б.С. Лобанова (варианты)» по патенту RU №2240449, F15B 21/12, опубл. 20.11.04 - [4]. Оно содержит корпус с отводящим, подводящим и сливными каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами, установленный в рабочей камере корпуса, питающие сопла, сообщающиеся с подводящим каналом, соосные с ними приемные сопла, сообщающиеся с отводящим каналом, при этом сопла своими торцевыми отверстиями сообщаются с рабочей камерой корпуса, а дефлекторы ротора, выполненные в виде лопастей, периодически взаимодействуют с рабочей струей с целью образования рабочего крутящего момента, приводящего во вращение ротор.

Однако для данного пульсатора свойственны высокие энергетические затраты при создании пульсирующих потоков рабочей среды, поскольку сливной и отводящий каналы на выходе пульсатора не образуют колебательный контур для регулирования ограниченной массы жидкости. Такое исполнение устройства осуществляет сложно регулируемые параметры потока жидкости в колебательном контуре.

Наиболее близким к заявленному изобретению является изобретение по патенту RU №2327119, G01F 25/00, F15B 21/12, опубликованное 20.06.2008, Бюл. №17 [5]. Пульсатор расхода содержит статор с выходными окнами и установленный в нем соосно цилиндрический полый ротор, соединенный с валом двигателя. Выходные окна ротора n и статора m расположены на разных уровнях и имеют форму многоугольников. Общее число окон статора не превышает (n≥m) или больше (n>m) общего числа окон ротора. Изобретение обеспечивает создание в потоке жидкости пульсаций расхода с различными законами изменения.

Недостатком такого пульсатора является наличие гидравлического удара при генерировании пульсирующего потока, что приводит к возникновению погрешностей.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении погрешностей измерения расхода и давления генерируемого потока жидкости путем снижения влияния гидравлического удара при воспроизведении в испытательных участках импульсов генерируемого потока различных форм и амплитуд.

Технический результат достигается тем, что в устройстве генерации колебаний, содержащем полый ротор с двумя выходными окнами, выполненными на разных уровнях его поверхности, связанный с валом двигателя, управляемого блоком управления, цилиндрический статор с входным окном, связанным с входным трубопроводом, и двумя выходными окнами, выполненными на разных уровнях его поверхности и связанными с выходными трубопроводами, новым является то, что между внутренней поверхностью статора и внешней поверхностью ротора есть зазор, площадь которого в момент перекрытия окон статора окнами ротора не превышает погрешности площади живого сечения потока через выходные окна.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

Фиг.1 - устройство генерации колебаний.

Здесь: 1 - ротор; 2 - статор; 3 - выходные окна ротора; 4 - выходные окна статора; 5 - зазор между ротором и статором; 6 - входной трубопровод; 7 - первый выходной трубопровод; 8 - второй выходной трубопровод; 9 - корпус; 10 - муфта; 11 - редуктор; 12 - двигатель; 13 - блок управления.

Устройство генерации колебаний содержит полый ротор 1, соединенный с помощью муфты 10 и редуктора 11 с валом двигателя 12. Ротор 1 имеет два выходных окна 3, расположенных по образующей цилиндра и на разных уровнях. В подшипниках корпуса 9 устройства, закрепленного со статором 2, установлен вал ротора 1, который может быть отсоединен от вала двигателя 12 с помощью муфты 10. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется через двигатель 12, электрически соединенный с блоком управления 13. Цилиндрический статор 2 представляет собой цилиндр с входным и двумя выходными 4 окнами. Выходные окна статора расположены по образующей цилиндра статора и на разных уровнях. Входное окно статора 2 связано с входным трубопроводом 6, его выходные окна 4 связаны с первым 7 и вторым 8 трубопроводами соответственно.

Контролируемая жидкость по входному трубопроводу 6 поступает в полость ротора 1. В зависимости от совмещений выходных окон 3 ротора 1 с выходными окнами 4 статора 2 жидкость проходит по выходным трубопроводам 7 и 8. При этом расход жидкости определяется площадью выходного окна 4 статора 2, не перекрытой в данный момент ротором 1, и величиной зазора 5 между внутренней поверхностью статора 2 и внешней поверхностью ротора 1, не превышающей погрешности площади живого сечения потока через выходные окна статора 2.

Максимальный расход жидкости в выходном трубопроводе достигается при полном совмещении одного из окон ротора 1 с окном статора 2, а минимальный - при полном перекрытии окна статора 2 и обусловлен величиной зазора 5. Таким образом, величина амплитуды генерируемого потока жидкости обуславливается величиной расхода жидкости через выходные окна статора 2, а частота пульсаций обуславливается скоростью вращения ротора 1. Для получения плавно изменяющихся пульсаций расхода с различными законами изменения окна ротора 1 расположены на разных уровнях, причем уровни окон ротора 1 соответствуют уровням окон статора 2. Для замены ротора 1 отсоединяют муфту 10 от вала двигателя 12, а затем отсоединяют и корпус 9. Изменение частоты вращения ротора 1 осуществляется редуктором 11.

Для снижения влияния гидравлического удара в выходных трубопроводах 7 и 8 при совмещении выходных окон ротора 1 и статора 2 имеется зазор 5, площадь которого не превышает погрешности живого сечения потока. Снижение перепада давления достигается за счет наличия небольшого объема жидкости, обусловленного величиной зазора 5, при перекрытии окна статора в начальный и конечный моменты времени, что сводит к минимуму искажения формы и амплитуды колебаний расхода в испытательных участках колебательного контура.

Устройство генерации колебаний работает следующим образом.

Блок управления 13 задает частоту вращения вала двигателя 12. При вращении ротора 1 импульсы генерируемого потока жидкости в выходных трубопроводах 7 и 8 находятся в противофазе, т.е. при полном совмещении одного из выходных окон 3 ротора 1 с выходным окном 4 статора 2, в этот момент времени другое окно 4 статора 2 полностью закрыто. Таким образом, если площадь одного окна статора 2 увеличивается, то площадь другого окна уменьшается и наоборот.

Зазор 5 между внешней поверхностью ротора 1 и внутренней поверхностью статора 2 позволяет снизить влияние гидравлического удара при воспроизведении импульсов генерируемого потока жидкости в испытательных участках колебательного контура.

Таким образом предложено устройство генерации колебаний, в котором для снижения влияния гидравлического удара при совмещении выходных окон статора выходными окнами ротора имеется зазор 5, площадь которого не превышает погрешности живого сечения потока, при этом решение устройства несложно в исполнении, просто и надежно в работе.