УРОВНЕМЕР Российский патент 1996 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к технике, применяемой при проведении инженерно-изыскательских работ, в частности к средствам для измерения уровня воды в скважинах и открытых водоемах.

Среди стационарных приборов для измерения уровня воды наибольшее распространение получили поплавковые уровнемеры.

Известен, например, барабанный поплавковый скважинный уровнемер типа УБ-1, содержащий корпус, барабан с тросом, поплавок, прикрепленный к свободному концу троса и опущенный в скважину, а также счетчик измерений, вал которого взаимодействует с тросом (Д.Н.Башкатов, А.Г.Тесля. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробывании скважин на воду. М. Недра, 1970, с. 105-106).

Недостатком данного устройства является, во-первых, недостаточная точность и достоверность измерений, связанные с тем, что остановка барабана с тросом осуществляется оператором вручную по таким косвенным признакам как ослабевание троса и т.п. а, во-вторых, необходимость наличия поплавка с большими габаритами для обеспечения плавучести, что затрудняет применение такого уровнемера в узких скважинах с небольшим межтрубным зазором.

Известен уровнемер, содержащий редуктор, два барабана с тросами, один из которых закреплен на быстроходном валу редуктора, а другой на тихоходном валу редуктора, вертикальную шкалу и груз с указателем значений измеряемого уровня на шкале, закрепленный на свободном конце троса тихоходного вала (Л. Г.Яковлев. Уровнемеры. М. Машиностроение, 1964, с. 56).

Недостатком данного устройства, выбранного нами в качестве прототипа, является, во-первых, недостаточная и точность и достоверность измерений, обусловленные тем, что остановка редуктора осуществляется оператором вручную по таким косвенным признакам, как ослабевание троса и т.п. а во-вторых, необходимость наличия поплавка больших габаритов для обеспечения его плавучести, что затрудняет применение такого уровнемера при замерах уровня в узких скважинах с небольшим межтрубным зазором.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, а также повышение точности и автоматизации процесса измерений.

Согласно изобретению уровнемер, содержащий редуктор, два барабана с тросами, один из которых закреплен на быстроходном валу редуктора, вертикальную шкалу и груз с указателем значений измеряемого уровня на шкале, закрепленный на свободном конце троса тихоходного вала, снабжен дополнительным грузом, закрепленным на тросе барабана быстроходного вала, при этом крутящие моменты на валах редуктора удовлетворяют условию:

где McБ

крутящий момент на быстроходном валу редуктора при опускании груза ("сухой" груз),
MVБ то же, при грузе, опущенном в воду ("мокрый" груз),
М_т крутящий момент на тихоходном валу редуктора,
i передаточное отношение редуктора,
η коэффициент полезного действия редуктора,
u отношение диаметров барабанов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан внешний вид уровнемера.

Редуктор 1 несет на быстроходном валу 2 барабан 3 и на тихоходном валу 4 барабан 5. На барабан 3 намотан трос (леска) 6 с подвешанным на ее свободном конце грузом 7, опущенным, например, в скважину 8, а на барабане 5 трос 9 с указателем 10, висящим над поверхностью земли. Груз 7 и указатель 10 кинематически связаны между собой (через зубчатую передачу редуктора) и являются противовесами друг к другу (с учетом передаточного отношения и КПД редуктора). Поэтому, когда груз 7 поднимается, указатель 10 опускается, и наоборот. Но путь, проходимый указателем 10, меньше пути, проходимого грузом 7, и кратен передаточному отношению редуктора и отношению диаметров барабанов. Поэтому вертикальное перемещение указателя 10 невелико, происходит на поверхности, удобно для наблюдения и в точности имитирует движение груза 7 в скважине, но в многократно уменьшенном масштабе.

К указателю 10 прикреплена стрелка 11, направленная к делениям на вертикальной шкале 12. Подъем груза 7 и намотка троса 6 на барабан 3 производится рукояткой 13.

Устройство работает следующим образом.

Опускание груза 7 до измеряемого уровня происходит благодаря тому, что крутящий момент от "сухого" груза на быстроходном валу (MсБ

) больше крутящего момента (противовеса) на тихоходном валу М_т, отнесенного к передаточному отношению и КПД редуктора и к отношению диаметров барабанов (). Когда груз 7 погрузится в воду ("мокрый" груз), крутящий момент на быстроходном валу (MМБ) станет меньше и будет равен моменту на тихоходном валу (). Наступит равновесие противовесов и дальнейшее опускание груза 7 (и подъем указателя 10) прекратится. Положение стрелки 11 указателя 10 относительно делений шкалы 12 укажет глубину измеряемого уровня.

Заявленное техническое решение обеспечивает достижение следующих преимуществ перед известными решениями аналогичной задачи:
1. Отпадает необходимость иметь груз, обладающий большим запасом плавучести (поплавок).

2. Возможность производить замеры как в скважинах, так и в открытых водоемах.

3. Простота конструкции, так как используется любой серийно выпускаемый редуктор для различных приборов и требуется изготовить всего лишь два небольших барабана, закрепленных на валах редуктора и шкалу для отсчета.

4. Повышенная точность отсчета и полная автоматизация замера, т.е. без принудительной остановки груза оператором при достижении замеряемого уровня.

5. Возможность измерений уровня воды на практически неограниченной глубине.

Все указанное значительно расширяет область применения такого уровнемера, его функциональные возможности.

Использование: изобретение относится к технике инженерно-изыскательских работ. Сущность изобретения: уровнемер содержит барабан на быстроходном валу редуктора и барабан на тихоходном валу редуктора. На тросе одного барабана подвешен опускаемый в скважину груз, а на тросе другого барабана - указатель, который взаимодействует со шкалой. Крутящие моменты на валах редуктора выбраны так, что при достижении грузом измеряемого уровня жидкости вращение тихоходного вала прекратится и указатель зафиксирует глубину измеряемого уровня. 1 ил.

Уровнемер, содержащий редуктор, два барабана с тросами, один из которых закреплен на быстроходном валу редуктора, а другой на тихоходном валу редуктора, вертикальную шкалу и груз с указателем значений измеряемого уровня на шкале, закрепленный на свободном конце троса тихоходного вала, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным грузом, закрепленным на тросе барабана быстроходного вала, при этом крутящие моменты на валах редуктора удовлетворяют условию:

где Mcб

- крутящий момент на быстроходном валу, редуктора при опускании груза, н•м;
Mvб - то же при грузе, опущенном в воду, н•м;
M_т крутящий момент на тихоходном валу, н•м;
i передаточное отношение редуктора;
η КПД редуктора;
U отношение диаметров барабанов.