ДРОССЕЛЬ-РАСХОДОМЕР С КОНУСНЫМ ЗАТВОРОМ Российский патент 1997 года по МПК G01F1/34 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения расхода потока рабочей жидкости в гидравлических системах машин. В других областях техники, например в машиностроении, заявляемое техническое решение может быть использовано в конструкции дросселей, предназначенных для регулирования скоростей рабочих движений металлообрабатывающих станков, грузоподъемных кранов, экскаваторов, бульдозеров и других гидрофицированных машин и оборудования.

В практике эксплуатации гидрофицированных машин широко применяются приборы для диагностирования гидропривода статопараметрическим методом. Такой прибор содержит три составные части: нагрузочное устройство, манометр и расходомер. Нагрузочное устройство представляет собой регулируемый дроссель - гидравлическое сопротивление, с помощью которого имитируется внешняя нагрузка на гидропривод, контолируемая по манометру. С помощью расходомера измеряется фактический расход потока жидкости при заданном нагрузочном режиме.

В переносных диагностических приборах, предназначенных для применения в полевых условиях, с целью упрощения конструкции и уменьшения массы часто используют дроссели-расходомеры, у которых нагрузочное и измерительное устройства объединены в одном узле. В качестве косвенной характеристики расхода здесь принята площадь регулируемой проходной щели дросселя при заданном перепаде давления, которая оценивается по величине линейного или углового перемещения элемента, перекрывающего щель [1]
Известен дроссель-расходомер, у которого нагрузочное устройство состоит из гильзы и поворотного плунжера, помещенного внутри гильзы. На гильзе имеется прорезь в виде щели, через которую проходит поток рабочей жидкости. Торец плунжера выполнен в виде спирали, перекрывающей щель на гильзе, за счет чего при повороте плунжера с помощью рукоятки изменяется площадь проходного сечения щели [1]
Такая конструкция имеет следующие недостатки.

1. Угол поворота плунжера от начала регулирования до полного перекрытия щели ограничен 120-150^o, что является причиной низкой чувствительности прибора.

2. Герметизация расположенного в зоне высокого давления соединения плунжера с гильзой обеспечивается за счет прецизионного исполнения плунжерной пары и взаимной притирки ее деталей, что усложняет и удорожает технологический процесс изготовления дросселя-расходомера.

Указанные недостатки отсутствуют у дросселей с конусным затвором.

Здесь нагрузочное устройство представляет собой перегородку с отверстием, внутри которого вдоль оси перемещается конус.

Известное устройство для измерения расхода, выбранное в качестве прототипа [2] содержит корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса установлен шпиндель, имеющий на одном конце шкалу и рукоятку, а на другом - усеченный конус, размещенный коаксиально внутри отверстия корпуса. Шпиндель соединен с корпусом посредством резьбы, за счет чего при вращении шпинделя с помощью рукоятки обеспечивается перемещение конуса в осевом направлении и изменение площади проходного сечения кольцевой щели. Герметизация соединения шпинделя с корпусом осуществляется за счет применения контактного уплотнителя. Недостатком этого дросселя является повышенное трение в уплотнении шпинделя при высоком давлении рабочей жидкости, причем момент трения растет по мере увеличения давления, что повышает погрешности измерения расхода, затрудняет вращение шпинделя, а при давлении выше 10 МПа приводит к заклиниванию шпинделя и прекращению функционирования дросселя. В случае изменения направления движения потока на противоположное перепад давления в конусном затворе создает в шпинделе осевую силу, которая воспринимается резьбой, что также приводит к недопустимому увеличению момента сопротивления проворачиванию шпинделя при высоком давлении.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является облегчение управления дросселем с конусным затвором и повышение надежности дросселя за счет снижения момента сопротивления повороту шпинделя и устранения его заклинивания при высоком, выше 10 МПа, давлении рабочей жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что у дросселя-расходомера с конусным затвором, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, шпиндель с рукояткой и измерительной шкалой, соединенный с корпусом с помощью резьбы, внутри корпуса выполнен две перегородки-диафрагмы, разделяющие его на три полости среднюю и две боковые; перегородки снабжены центральными соосными отверстиями, равными по диаметру; шпиндель выполнен с двумя, направленными вершинами в одну сторону, усеченными конусами, расположенными внутри отверстий перегородок; отверстие входного патрубка соединено со средней полостью корпуса, а отверстие выходного патрубка с боковыми полостями. Соединение выходного патрубка с боковыми полостями может быть выполнено с помощью внешнего трубопровода на корпусе или посредством осевого канала и радиальных отверстий внутри шпинделя.

Наличие двух равных по размерам конусных затворов взаимно уравновешивает осевые силы, возникающие в каждом затворе под влиянием перепада давления, за счет чего исключается заклинивание дросселя при высоком давлении рабочей жидкости.

Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в области измерительной техники, а также в машиностроении и других смежных областях свидетельствует об отсутствии у них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан общий вид дросселя-расходомера в разрезе с внешним соединением боковых полостей корпуса: на фиг. 2 общий вид дросселя-расходомера в разрезе с внутренним соединением боковых полостей.

Дроссель-расходомер с внешним соединением (фиг. 1) состоит из корпуса 1, снабженного входным патрубком 2 и выходным патрубком 3 с трубопроводом 4, шпинделя 5 с лимбом 6 и рукояткой 7, уплотнителя 8 и пружины 9. Внутри корпуса выполнены две перегородки-диафрагмы 10 и 11 с центральными отверстиями, одинаковыми или близкими по диаметру, а также резьбовое и цилиндрические отверстия. Все указанные отверстия расположены на одной оси. Перегородки разделяют корпус на три полости: среднюю, соединенную с входным патрубком 2, и две боковые, соединенные с выходным патрубком 3 с помощью трубопровода 4.

Шпиндель 5 выполнен в виде стержня, в средней части которого имеются два усеченных конуса, помещенных внутри отверстий перегородок корпуса. Оба конуса обращены вершинами в одну сторону. Шпиндель опирается на резьбовое и цилиндрические отверстия корпуса. На выходном конце шпинделя закреплены лимб 6, рукоятка 7 и установлен уплотнитель 8. Между другим концом шпинделя и корпусом помещена пружина 9.

Дроссель-расходомер работает следующим образом.

Входящий через патрубок 2 поток жидкости попадает в среднюю полость корпуса 1, проходит через кольцевые щели между конусами и отверстиями в перегородках 10 и 11, после чего разделяется на два потока, которые выходят в боковые полости корпуса, откуда направляются к выходному патрубку, где снова объединяются в один поток. Давление в средней полости регистрируется по манометру. Вращением шпинделя с помощью рукоятки 7 осуществляется одновременное синхронное регулирование проходных сечений обеих кольцевых щелей. Суммарная площадь щелей устанавливается на таком уровне, при котором достигается заданный перепад давления между средней и боковыми полостями корпуса. При этом по шкале на лимбе 6 регистрируется фактическое значение расхода.

Концентричность кольцевых щелей в затворах обеспечивается за счет выполнения отверстий в перегородках соосно по отношению к резьбовому и цилиндрическим отверстиям корпуса. Уплотнитель 8 обеспечивает герметизацию соединения шпинделя с корпусом. Пружина 9 создает осевое усилие, необходимое для устранения осевого люфта в резьбовом соединении.

Объединение потоков после выхода их из кольцевых щелей может быть осуществлено посредством расположенных внутри шпинделя осевого канала и радиальных отверстий, соединяющих канал с боковыми полостями корпуса (фиг. 2). В том случае один из потоков направляется в боковую полость, соединенную с выходным патрубком, а второй в другую боковую полость, не имеющую выходного отверстия в корпусе, но соединенную с первой полостью посредством канала и отверстий шпинделя, за счет чего второй поток объединяется с первым внутри боковой полости корпуса.

Источники информации.

1. Бельских В. И. Диагностика технического состояния и регулировка тракторов, М. Колос, 1973, с. 357-358, рис. 124.

2. Патент СССР N 679164, кл. G 01 F 1/34, 1979.

Сущность изобретения: дроссель - расходомер содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и шпиндель 5 с лимбом 6, рукояткой 7, соединенный с корпусом резьбой. Внутри корпуса выполнены две перегородки-диафрагмы 10 и 11 с соосными центральными отверстиями, равными по диаметрам, в которые входят соответственно два усеченных конуса, направленных вершинами в одну сторону, выполненных как единое целое со шпинделем. Входной патрубок соединен со средней полостью корпуса, расположенной между конусами, а выходной - с боковыми полостями. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Дроссель-расходомер с конусным затвором, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, шпиндель с рукояткой и измерительной шкалой, расположенный внутри корпуса и соединенный с корпусом резьбой, отличающийся тем, что корпус разделен внутри на три полости двумя перегородками-диафрагмами с центральными соосными отверстиями, шпиндель выполнен с двумя соосными, направленными вершинами в одну сторону усеченными конусами, расположенными внутри отверстий перегородок корпуса, входной патрубок соединен со средней полостью корпуса, расположенной между конусами, а выходной с боковыми полостями корпуса. 2. Дроссель-расходомер по п.1, отличающийся тем, что внутри шпинделя выполнены радиальные отверстия и осевой канал, соединяющие между собой боковые полости корпуса.