МАНОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к манометрам, устанавливаемым на буровых насосах, подверженных большим пиковым нагрузкам, выводящим из строя манометрические трубчатые пружины.

Известна манометрическая трубчатая пружина, представляющая собой полую трубку, преимущественно овального или эллиптического сечения, изогнутую по дуге окружности, один конец которой подвижен, а другой неподвижен. При повышении давления во внутренней волости за счет поступающей в нее среды пружина разгибается так, что свободный конец перемещается несколько вверх пропорционально создаваемому давлению (Миловидов С.С. Детали машин и приборов. М.: Высшая школа, 1971, фиг. 219-20 "а", приводятся расчетные:начальный R,r и конечный R₁, R₂ радиусы деформированных наружных и внутренних поверхностей, табличные коэффициенты и другие).

К недостаткам трубчатой пружины следует отнести то, что в случае превышения наружного радиуса пружины более R₁, возникают остаточные деформации или же трубка вообще может выйти из строя.

Известен манометр (И.Г.Барамняк, П.И.Юров Справочник ремонта и проверки первичных контрольно-измерительных приборов, 1988, с.85). Манометр МТП с профильной скобой, упирающийся в трубку Бурдена на корпусе, состоит из корпуса, шкалы, указательной стрелки и механизма ее перемещения с помощью трубчатой пружины, установленной на ниппельной опоре корпуса. При деформации трубчатой пружины сверх допустимой конец ее начнет упираться в неподвижный упор в виде скобы, в связи с чем перемещения конца трубчатой пружины прекратятся.

Недостатком является то, что если даже прекратится перемещение конца пружины, то раздувание ее поперечного сечения и выпучивание будет продолжаться, что выведет ее из строя.

Известен манометр, содержащий корпус, шкалу, указательную стрелку и механизм ее перемещения трубчатой пружиной с неподвижным и подвижным концами, к последнему присоединен двухплечий рычаг с механизмом перемещения указательной стрелки. На другом конце рычага установлен противовес, уравновешивающий вес трубчатой пружины для сглаживания пиковых нагрузок в показаниях манометра за счет повышения инертности механизма перемещения указательной стрелки (прототип).

К недостаткам относится то, что не предохраняется трубчатая пружина от возможных максимальных нагрузок, превышающих допустимые для трубчатой пружины.

Кроме того, трубчатая пружина не предохраняется от боковых деформаций и в случае значительных напряжений трубчатая пружина выходит из строя, поэтому не разрешается использовать поворот стрелки на все деления дуги шкалы.

Цель изобретения: повышение надежности манометра.

Цель достигается тем, что в существующем манометре, состоящем из корпуса, трубчатой пружины с подвижным и неподвижным концами, шкалы с указательной стрелкой, механизм ее перемещения, вокруг и внутри трубчатой пружины устанавливаются первый, второй и третий подвижные и неподвижный дугообразные упоры радиусами R₁ и R₂, при этом первый и второй подвижные упоры, а также третий подвижные и неподвижный упоры шарнирно соединены между собой, первый и третий подвижные упоры соединены между собой шарнирной тягой, свободный конец второго подвижного упора выполнен с шарниром, который жестко скреплен с корпусом, причем первый и третий подвижные упоры размещены в корпусе с возможностью контактирования с трубчатой пружиной при повышении давления внутри нее, а третий подвижный и неподвижный дугообразные упоры размещены с возможностью контактирования с внутренней поверхностью корпуса. В дугообразные упоры упирается трубчатая пружина при максимально возможном ее нагружении при деформации ее до радиусов R₁ и R₂, а давлением, могущим деформировать трубчатую пружину больше предела текучести, пробка-кран ломается, соединяя при этом внутреннюю полость трубчатой пружины с внешней полостью, таким образом не допускается в материале трубчатой пружины возникновение опасных напряжений.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответственно его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан общий вид манометра с вырывами, иллюстрирующими подвижные и неподвижные дугообразные упоры и трубчатую пружину, в необжатом упорами положении, при нулевом или малом давлении в трубчатой пружине; на фиг. 2 - схематично деформация трубчатой пружины в продольной плоскости; на фиг. 3 - то же в поперечной плоскости; на фиг.4 - обжатие полностью деформированной трубчатой пружины подвижными и неподвижными дугообразными упорами, сходящимися тягой; штрих-пунктиром показана частично деформированная малым давлением трубчатая пружина; на фиг.5 - разрез А-А обжатия дугообразной пружины; на фиг.6 - разрез Б-Б шарнира упоров.

Манометр состоит из корпуса 1, на котором расположена шкала 2 с указательной стрелкой 3, неподвижно закрепленной на своей оси.

Поворот стрелки 3 осуществляется рычагом сектора зубчатого колеса 4. Поворот стрелки 3 в исходное положение производится пружиной 5. На конце рычага 4 имеется продольный паз 6, куда вставлена ось 7, закрепленная гайкой. На оси 7 посажена тяга 8, которая с другой стороны шарнирно крепится к концу трубчатой пружины 9, другой конец которой закреплен неподвижно в опоре 10. По внутреннему и наружному периметрам трубчатой пружины 9 расположены поворотные, шарнирные, дугообразные первый, второй и третий упоры 11, 12, 13 на шарнирах 14, 15, выполненные по радиусу R₁ и R₂ наружной и внутренней поверхностей максимально сдеформированной трубчатой пружины 9, деформация которой не превышает предел текучести. Упоры 11 и 13 стягиваются шарнирной тягой 16, посаженной на осях 17, 18 (количество таких тяг может быть более одной) длиной Z. На корпусе 1 имеется также неподвижный дугообразный упор 19, закрепленный на корпусе 1 или опоре 10, расточенный по радиусу R₁. Упоры 11 и 12 соединены шарнирной осью 20 (количество шарниров может быть и большее). Упор 12 располагается на опоре 10 и упирается в него. На подвижном конце трубчатой пружины 9 имеется предохранительная пробка-клапан 21.

Устройство работает следующим образом. Для того, чтобы при пульсации или резком увеличении давления в трубчатой пружине 9 по другим причинам пружина не вышла из строя, предусмотрены ограничения поворота последней упорами 11 и 12 радиусом R₂ и упорами 13 и 19 - R₁, определяемых по расчетным формулам (Миловидов С. С. Детали машин и приборов. М.: Высшая школа, 1971, с.401-5).

Таким образом, трубчатая пружина оказывается зажатой между подвижными и неподвижными упорами 11, 12, 13, 19 с расчетным зазором между ними, а последние непосредственно или через тягу 16 упираются в корпус 1 манометра, не давая трубчатой пружине 9 далее деформироваться.

При возникновении очень больших давлений внутри полости трубчатой пружины 9 открывается пробка-клапан 21, выпуская часть жидкости из трубчатой пружины 21.

Механические ограничения деформаций до допустимых для трубчатой пружины 9 позволяет предотвратить ее поломку и повысить надежность показаний давления с использованием всего диапазона шкалы манометра.

Использование: приборостроение, в частности нефтяная промышленность при бурении скважин. Сущность изобретения: манометр состоит из корпуса 1, шкалы 2 с указательной стрелкой 3 трубчатой пружины 9, а также поводково-зубчатого механизма, состоящего из тяги 10 на оси 7, входящей в паз 6 рычага сектора зубчатого колеса 4, предусмотрен также дугообразный неподвижный упор 19, контактирующий с началом трубчатой пружины 9, а ее перемещение в радиальных направлениях ограничено профильными дугообразными неподвижными и подвижными упорами 19, 11, 12, 13, причем упоры 11 и 13 соединены шарнирной тягой 16, а упоры 11 и 12 - между собой осью 20, и упоры имеют внутренние R и наружные R радиусы, равные наружным и внутренним радиусам максимально деформированной трубчатой пружины 9 от номинального допускаемого расчетного давления. Конец пружины снабжен пробкой-клапаном 21, открывающимся при превышении напряжения в теле трубчатой пружины 9 выше предела текучести, а кинематика подвижных упоров 11, 12, 13, 19 и тяги 16 выполнена таким образом, что при недеформированной трубчатой пружине 9 упоры отстоят друг относительно друга на расстоянии больше 2b, которое не мешает размещению между ними трубчатой пружины 9, а при максимально деформируемой упоры обжимают пружину с обеих сторон, находясь на расстоянии, равном 2b 6 ил.

МАНОМЕТР, содержащий корпус, шкалу, указательную стрелку и механизм ее перемещения трубчатой пружиной с подвижным и неподвижным концами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первый, второй и третий подвижные и неподвижные дугообразные упоры, при этом первый и второй подвижные упоры, а также третий подвижный и неподвижный упоры шарнирно соединены между собой, первый и третий подвижные упоры соединены между собой шарнирной тягой, свободный конец второго подвижного упора выполнен с шарниром, который жестко скреплен с корпусом, причем первый и третий подвижные упоры размещены в корпусе с возможностью контактирования с трубчатой пружиной при повышении давления внутри нее, а третий подвижный и неподвижный упоры размещены с возможностью контактирования с внутренней поверхностью корпуса.