ПОЗИЦИОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА В ФОРМЕ СТЕРЖНЯ Российский патент 2011 года по МПК B22D11/18 G01K1/14 

Изобретение касается позиционирующего устройства для измерительного устройства в форме стержня, например термоэлемента, для определения измеряемой величины в точке измерения объекта, как, например, в кристаллизаторе установки непрерывной разливки.

Такого рода позиционирующее устройство известно, например, из документа US 3745828. Раскрытое в документе позиционирующее устройство смонтировано на внешней стенке имеющего двойную стенку кристаллизатора. Между двумя стенками кристаллизатора находится охлаждающая жидкость. В этом отношении указанная внешняя стенка кристаллизатора сравнима со стенкой бака для воды, который устанавливается на заднюю сторону одностенного кристаллизатора. В соответствии с американским документом позиционирующее устройство содержит имеющий цилиндрическую форму корпус/направляющий элемент, который жестко закреплен на внешней стенке. Через имеющий форму цилиндра корпус и охлаждающую жидкость проводится устройство для измерения температуры до достижения места измерения внутри первой стенки кристаллизатора. Имеющий цилиндрическую форму корпус/направляющий элемент служит не только для направления термоэлемента, но и также для направления пружинного элемента, который выполнен в качестве пружины сжатия и натянут между двумя упорами. Один упор жестко соединен с термоэлементом, в то время как другой упор пространственно стационарно придан имеющему цилиндрическую форму корпусу. При такой конструкции пружина сжатия опирается на второй упор или имеющий цилиндрическую форму корпус и прижимает термоэлемент с определенным предварительным натяжением к месту измерения.

Указанное предварительное натяжение обеспечивает хороший контакт термоэлемента также при неблагоприятных окружающих условиях, например при незначительной неточности глубины отверстия на обратной стороне первой стенки кристаллизатора, или если должно быть увеличено в основном неизменное расстояние между внутренней и внешней стенками кристаллизатора вследствие температурных влияний. Ход пружины сжатия составляет, как правило, несколько миллиметров и по этой причине пригоден только для компенсации небольших неточностей.

В практических условиях сверленые отверстия для позиций измерения в задней стенке кристаллизатора имеют, однако, как правило, различную глубину; например, глубина сверленого отверстия может колебаться между 10 и 60 мм. Описанное выше известное позиционирующее устройство вследствие относительно короткого хода пружины непригодно для компенсации такого рода больших колебаний глубины сверленого отверстия. В соответствии с этим пользователь должен иметь запас различных термоэлементов, каждый с различной длиной, для различных глубин сверленого отверстия. При монтаже это большое количество имеющих различную длину термоэлементов, которые зачастую отличаются друг от друга по длине на несколько миллиметров, может привести к выбору ошибочного элемента и ошибочному монтажу, что затем зачастую влечет за собой ошибки измерения.

Задачей изобретения является усовершенствование известного позиционирующего устройства для имеющего форму стержня измерительного устройства в том отношении, чтобы оно обеспечивало возможность использования имеющих форму стержня измерительных устройств с единой длиной также для точек измерения, которые расположены в объекте, например в кристаллизаторе устройства непрерывной разливки, также на различной глубине.

Эта задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. При этом предусмотрена втулка, которая на осевом удлинении присоединена к удаленному от объекта концу цилиндрического направляющего элемента и в которой также направляются пружинный элемент и измерительное устройство, и что второй упор для пружинного элемента в совокупности с втулкой, выходя за пределы удаленного от объекта конца цилиндрического направляющего элемента, может перемещаться в осевом направлении и фиксироваться.

Предусмотренная в соответствии с изобретением втулка предпочтительным образом обеспечивает возможность смещения второго упора для пружинного элемента в осевом направлении цилиндрического направляющего элемента в зависимости от той или иной глубины сверленого отверстия, в которое должно вводиться имеющее форму стержня измерительное устройство. Вследствие возможности осевого смещения второго упора для пружинного элемента теперь для каждого сверленого отверстия в задней стенке кристаллизатора могут использоваться измерительные устройства с одинаковой длиной, независимо от той или иной глубины сверленого отверстия. Тем самым, более не существует опасности ошибочного выбора при придании сверленым отверстиям отдельных, имеющих различную длину измерительных устройств. Кроме того, за счет возможности смещения второго упора обеспечивается то, что, несмотря на использование только измерительных устройств с предпочтительно единой длиной, в каждом отдельном случае также всегда может быть отрегулировано правильное предварительное натяжение в зависимости от той или иной индивидуальной глубины сверленого отверстия. За счет этого одновременно в каждом случае также обеспечивается необходимый контакт между острием измерительного устройства и точкой измерения внутри кристаллизатора. Альтернативно к использованию измерительных устройств с только одной, единой длиной, могут использоваться, само собой разумеется, также измерительные устройства с различными стандартными длинами.

Например, втулка с помощью первой резьбы присоединена к цилиндрическому направляющему элементу. С помощью первой резьбы может различным образом регулироваться длина, с которой втулка выступает за пределы удаленного от объекта конца цилиндрического направляющего элемента. Таким образом, первая резьба также обеспечивает возможность варьирования или регулирования длины пути, на протяжении которого второй упор, выходя за пределы удаленного от объекта конца цилиндрического направляющего элемента, может перемещаться в осевом направлении и фиксироваться. Альтернативно втулка может быть подключена к цилиндрическому направляющему элементу также с помощью байонетного соединения. Байонетное соединение имеет преимущество в том, что оно не содержит подверженной воздействию загрязнений резьбы, которая была бы подвержена влиянию коррозионной окружающей среды при работе кристаллизатора, и что оно позволяет проводить монтаж и демонтаж направляющего элемента и термоэлемента также вручную без использования инструмента. Байонетное соединение может быть выполнено также в виде блока нескольких пальцев/паза. В качестве следующей альтернативы втулка могла бы быть соединена с направляющим элементом также стационарно, например, путем приваривания, или быть выполнена в виде единого элемента с ним. В случае настоящего изобретения второй упор выполнен в форме имеющей форму диска перфорированной заглушки с одним центральным отверстием. Отверстие служит для пропускания имеющего форму стержня измерительного устройства или для проведения его кабелей. Вне отверстия перфорированная заглушка служит в качестве упора для пружинного элемента.

В соответствии с первым вариантом выполнения на перфорированной заглушке сформованы два расположенных друг против друга выступа, которые направляются в шлице втулки. С помощью гайки, которая находится в зацеплении со второй резьбой содержащей шлиц втулки и через выступы воздействует на перфорированную заглушку, может производиться позиционирование перфорированной заглушки в осевом направлении.

В соответствии со вторым альтернативным вариантом выполнения сама перфорированная заглушка выполнена в виде накидного устройства, предпочтительно в виде накидной гайки, которая может крепиться на удаленном от объекта конце втулки. Длина резьбы накидной гайки обеспечивает дополнительную возможность для изменяемого регулирования длины пути, внутри которого второй упор может с выходом за пределы удаленного от объекта конца цилиндрического направляющего элемента перемещаться в осевом направлении и фиксироваться. Альтернативно накидное устройство могло бы крепиться на втулке также посредством байонетного соединения, причем в этом случае в отношении байонетного соединения в той же мере действовали бы уже упомянутые выше преимущества.

При обоих вариантах выполнения устройство для измерения температуры может содержать на своем удаленном от объекта конце на другой стороне от перфорированной заглушки зажимной колпачок для изгибания кабелей измерительного устройства, например, на 90°. Это имеет то преимущество, что может быть дополнительно уменьшена в целом необходимая конструктивная глубина, и, тем самым, в распоряжение предоставляется дополнительное пространство для удлинения хода пружины.

Кроме того, предпочтительно, если оболочка имеющего форму стержня измерительного устройства усилена, например, в области пружинного элемента и/или отверстия перфорированной заглушки, так как за счет усиления предотвращается опасность непреднамеренного повреждения или изгибания измерительного устройства или его кабелей в области воздействия пружинного элемента или перфорированной заглушки.

В соответствии с этим в качестве преимущества можно указать, что соответствующая изобретению втулка может быть несложным образом дооснащена также при существующих системах кристаллизаторов, так что также при этих существующих системах могут реализовываться названные преимущества.

В соответствующем изобретению позиционирующем устройстве пружинный элемент укреплен внутри цилиндрического направляющего элемента и втулки, причем втулка закрывается с помощью второго упора, в частности, в форме накидного элемента. Таким образом, пружинный элемент предпочтительным образом защищен от влияния неблагоприятных условий окружающей среды, например грязи, водяных паров и образования отложений под воздействием литейного разделительного порошка, а также, в частности, от коррозии. Для защиты от коррозии предпочтительно также, если позиционирующее устройство или его компоненты, в частности также и пружинный элемент, выполнены из устойчивого к коррозии материала, например нержавеющей стали, меди и подобного, или оснащаются пригодными покрытиями для защиты от коррозии.

К описанию приложены фигуры, где

фиг.1 показывает соответствующее изобретению позиционирующее устройство в соответствии с первым вариантом выполнения;

фиг.2 показывает соответствующую изобретению втулку в соответствии с первым вариантом выполнения;

фиг.3 показывает перфорированную заглушку в качестве второго упора для пружинного элемента в соответствии с первым вариантом выполнения;

фиг.4 показывает перспективное изображение позиционирующего устройства в соответствии с первым вариантом выполнения;

фиг.5а)-с) показывают схематическое поперечное сечение через соответствующий изобретению позиционирующий элемент в соответствии со вторым вариантом выполнения в не смонтированном и смонтированном состоянии с различным предварительным натяжением;

фиг.6а)-b) показывают схематическое поперечное сечение через соответствующее изобретению позиционирующее устройство в соответствии со вторым вариантом выполнения с первым вариантом для компенсации 30 мм; и

фиг.7а)-с) показывают поперечное сечение через позиционирующее устройство в соответствии со вторым вариантом выполнения со вторым вариантом для компенсации 30 мм.

Изобретение описывается ниже в деталях со ссылкой на фигуры. На всех фигурах одинаковые механические элементы обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями.

Оба представленных ниже варианта выполнения настоящего изобретения совместно реализуют основной замысел изобретения, а именно смещение и фиксацию второго упора для пружинного элемента с выходом за пределы отдаленного от кристаллизатора конца имеющего цилиндрическую форму направляющего элемента в форме податливого болта. Они различаются только в выполнении второго упора 132 и втулки 130.

Сначала со ссылкой на фиг.1-4 более подробно описывается первый вариант выполнения.

Фиг.1 показывает поперечное сечение через объект в форме кристаллизатора 300 устройства непрерывной разливки, который своей обратной стороной через имеющий цилиндрическую форму направляющий элемент 110 в форме податливого болта привинчен к водяному баку (не изображен). Податливый болт 110 содержит продольное отверстие, через которое проводится имеющее форму стержня измерительное устройство 200, например устройство для измерения температуры, далее, например, в форме термоэлемента, проходя от задней стороны водяного бака в отверстие в задней стороне кристаллизатора устройства непрерывной разливки. Расположенный на стороне кристаллизатора конец термоэлемента 200 находится там в контакте с точкой М измерения. На задней стороне кристаллизатора 300 устройства непрерывной разливки обычно расположено большое количество точек измерения, расположенных на различных глубинах. Податливый болт 110 жестко затянут не только в стенке водяного бака, но и на задней стороне кристаллизатора, и в этом отношении пространственно стационарно присоединен к кристаллизатору. На своем отдаленном от кристаллизатора конце податливый болт расточен для приема первого, жестко соединенного с термоэлементом упора 210, и направляемого коаксиально термоэлементу пружинного элемента 120, который в данном случае выполнен, например, в виде пружины сжатия и прижимается к первому упору 210.

В соответствии с изобретением втулка 130 присоединена с возможностью отсоединения или с длительной фиксацией к удаленному от кристаллизатора концу податливого болта 110. При разъемном соединении головка 130-1 втулки 130 выполнена либо в виде зажимного элемента, предпочтительно в виде байонетного замка, или, как показано на фиг.1, оснащена внутренней резьбой. В этом случае втулка 130 может при необходимости уплотняться относительно удаленного от кристаллизатора конца податливого болта 110, например, с помощью кольцевого уплотнения 131. Для реализации длительного соединения втулка выполнена, например, в виде единого элемента с имеющим цилиндрическую форму направляющим элементом или приварена к нему.

Соответствующая изобретению втулка в соответствии с первым вариантом выполнения показана на фиг.2. Там видно, что втулка содержит названную головку 130-1, к которой примыкает имеющий цилиндрическую форму корпус.

В первом варианте выполнения второй упор 132 выполнен в виде перфорированной заглушки 132' (заглушки с отверстием 133) с двумя выступами 136' и 136''; см. фиг.3. Втулка 130 оснащена шлицем 135. Перфорированная заглушка 132' может перемещаться в осевом направлении внутри втулки, причем выступы 136' и 136'' направляются в шлице 135. Позиция второго упора в форме перфорированной заглушки 132' внутри втулки может выставляться любым образом. Регулировка осуществляется с помощью резьбовой гайки 138, которая находится в зацеплении с внешней резьбой 137 на втулке 130. Резьбовая гайка 138 идеально оказывает воздействие через подкладную шайбу 139 и выступы 136', 136'' непосредственно на перфорированную заглушку. При каждом процессе регулировки термоэлемент 200 опирается о точку М измерения в кристаллизаторе 300, в то время как он одновременно через пружинный элемент 120 и первый упор 210 оказывает нажим на точку М измерения. За счет вращения резьбовой гайки 138 возможны пригодная регулировка желаемого предварительного натяжения, с которым термоэлемент должен оказывать нажим на точку измерения, для различных глубин Т сверленого отверстия, и, таким образом, обеспечение надежного контакта.

Фиг.4 показывает в перспективном изображении соответствующее изобретению позиционирующее устройство по фиг.1.

При втором варианте выполнения втулка 130, называемая также ввинчивающимся ниппелем, обычно не содержит шлица, но может его содержать при необходимости. В отличие от первого варианта выполнения второй упор в форме перфорированной заглушки 132'' выполнен в виде накидного элемента, предпочтительно в виде накидной гайки, которая может навинчиваться на удаленный от объекта конец втулки 130; см. фиг.5а), b) и с). Альтернативно накидной элемент может быть укреплен на удаленном от объекта конце втулки 130 с помощью байонетного соединения. При обеих альтернативах разъемный накидной элемент уплотняется относительно втулки предпочтительно с помощью кольца круглого сечения.

Фиг.5а) показывает соответствующее изобретению позиционирующее устройство в соответствии со вторым вариантом выполнения с втулкой 130 или ввинчивающимся ниппелем, ввинченным в удаленный от объекта конец податливого болта 110; разумеется, с не монтируемым накидным элементом 132''. Термоэлемент 200 прилегает к точке М измерения внутри кристаллизатора и выступает, не находясь в состоянии предварительного натяжения, за пределы втулки 130. На удаленном от объекта конце устройства 200 измерения температуры оно проводится сквозь отверстие внутри накидной гайки 132'', и ее отходящий кабель 28 изгибается под углом с помощью зажимного колпачка 27. Внутри втулки 130 и накидной гайки 132'' между первым упором 210, который стационарно соединен с устройством 200 измерения температуры, и вторым, образованным накидной гайкой упором, расположен пружинный элемент 120; на фиг.5а), однако, в состоянии без предварительного натяжения.

Фиг.5b) показывает в основном то же устройство, что и фиг.5а), однако с тем отличием, что теперь накидная гайка 132'' навинчена на втулку 130. Поскольку накидная гайка 132'', как было указано, действует в качестве второго упора для пружинного элемента 120, его ход пружины теперь сокращен вследствие навинчивания накидной гайки, в результате чего устройство 200 измерения температуры с небольшим предварительным натяжением упирается в точку М измерения. Это предварительное натяжение обеспечивает то, что в любой момент времени существует контакт между расположенным на стороне точки измерения концом устройства измерения температуры и точкой измерения.

Фиг.5с) показывает соответствующее изобретению позиционирующее устройство в соответствии со вторым вариантом выполнения в том же смонтированном состоянии, что и на фиг.5b), однако на этот раз для расположенной на 15 мм выше точки М измерения внутри кристаллизатора. При использовании той же втулки 130 и той же накидной гайки 132'' это создает тот эффект, что первый упор 210 вместе с термоэлементом 200 движется в направлении второго упора, из чего в настоящем случае следует максимальное сжатие пружинного элемента и обусловленное этим максимальное предварительное натяжение для термоэлемента. Отличающееся положение места М измерения на обеих фигурах 5b) и 5с) было компенсировано на фиг.5 с) исключительно посредством уменьшения хода пружины. Если это, как показано на фиг.5с), ведет к тому, что пружинный элемент полностью сжимается, то в этом случае пружинный элемент теряет свою податливость, что, как правило, нежелательно.

Фиг.6 показывает возможность того, как при более существенных различиях в высоте и глубине между двумя различными местами измерения внутри кристаллизатора избежать полного сжатия или блокирования пружинного элемента. Для этого втулка 130 на фиг.6b) выполнена, например, длиннее на величину разности Δh, чем втулка на фиг.6а). Одновременно ход пружины между первым упором 210 и вторым упором в форме накидной гайки 132'' на фиг.6b) сокращен наполовину по сравнению с фиг.6а). Уменьшение хода пружины ведет на фиг.6b) к увеличению предварительного натяжения устройства 200 измерения температуры относительно места М2 измерения, то есть к измененному соотношению пружины 2:1. Пружинный элемент 120 на фиг.6b), однако, еще не полностью сжат, так что в случае необходимости он может еще податливо реагировать.

Фиг.7 показывает следующий вариант второго варианта выполнения. При этом варианте разность Δh высоты между местами М2 и М1 измерения внутри кристаллизатора, аналогично изображенному на фиг.5, компенсируется только посредством соответственно большего уменьшения хода пружины между первым упором 210 и вторым упором в форме накидной гайки 132''. Длина втулки 130, а также позиция навинченной накидной гайки 132'' остаются на фиг.7а) и 7b) неизменными. Между этими обеими фигурами выставляется измененное соотношение пружины 3,5:1.

При обоих вариантах выполнения изобретения второй упор 132 выполнен в форме имеющей форму диска перфорированной заглушки или в форме накидной гайки с центральным отверстием 133. Через это центральное отверстие проведен термоэлемент 200 или его отходящий кабель 28.

В обоих соответствующих изобретению вариантах выполнения предпочтительно, если оболочка (корпус) термоэлемента 200 или сам термоэлемент усилен в области пружинного элемента, который действует в качестве пружины сжатия, предпочтительно, с жесткостью на излом, чтобы избежать износа изоляции в форме оболочки и, таким образом, возможность сбоя функционирования термоэлемента.

В обоих вариантах выполнения термоэлемент может содержать на своем удаленном от кристаллизатора конце на другой стороне второго упора или перфорированной заглушки зажимной колпачок 27 для изгибания под углом отходящего кабеля 28 термоэлемента.

В обоих вариантах выполнения длина втулки должна выбираться настолько большой, чтобы она допускала ходы пружины в диапазоне 5-60 мм; этот диапазон является типичным для использования изобретения в области кристаллизаторов устройств непрерывной разливки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к измерению температуры стенки кристаллизатора для непрерывной разливки металлов. Позиционирующее устройство (100) содержит измерительное устройство (200), цилиндрический направляющий элемент (110), стационарно присоединенный к объекту (300), и пружинный элемент (120), расположенный между жестко соединенным с измерительным устройством (200) первым упором (210) и вторым упором (132). Устройство снабжено втулкой (130), соединенной с удаленным от объекта (300) концом направляющего элемента (110) резьбой (134) или байонетным соединением. Второй упор (132) выполнен в виде дисковой заглушки с выступом и центральным отверстием, а во втулке (130) выполнен шлиц для направления выступа заглушки. Заглушка перемещается в осевом направлении с помощью гайки (138), находящейся в зацеплении со второй резьбой (137) втулки (130) и воздействующей на заглушку через выступ. Обеспечивается регулирование степени прижатия измерительного устройства к точке измерения внутри объекта. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Позиционирующее устройство (100) для имеющего форму стержня измерительного устройства (200) для определения измеряемой величины в точке (М) измерения объекта (300), в частности, в кристаллизаторе устройства непрерывной разливки, содержащее имеющий цилиндрическую форму направляющий элемент (110), который стационарно присоединен к объекту (300) и в котором измерительное устройство (200) направляется таким образом, что оно входит в контакт с точкой (М) измерения, и пружинный элемент (120), расположенный между жестко соединенным с измерительным устройством (200) первым упором (210) и вторым упором (132), для прижимания измерительного устройства к точке (М) измерения, отличающееся тем, что предусмотрена втулка (130), которая присоединена на удлинении в направлении оси к удаленному от объекта концу цилиндрического направляющего элемента (110), в которой направляются пружинный элемент (120) и измерительное устройство (200), при этом второй упор (132) для пружинного элемента (120) в соединении с втулкой (130) выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении, фиксации и выхода за пределы удаленного от объекта конца цилиндрического направляющего элемента (110).

2. Позиционирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка (130) с помощью первой резьбы (134) или байонетного соединения соединена с цилиндрическим направляющим элементом или выполнена в виде единого с ним элемента.

3. Позиционирующее устройство (100) по п.1, отличающееся тем, что второй упор (132) выполнен в виде имеющей форму диска заглушки (132') с центральным отверстием (133), через которое проведено имеющее форму стержня измерительное устройство (200), в частности для измерения температуры.

4. Позиционирующее устройство (100) по п.3, отличающееся тем, что во втулке (130) выполнен по меньшей мере один шлиц (135), при этом заглушка (132) содержит по меньшей мере один выступ (136), который направляется в шлице.

5. Позиционирующее устройство (100) по п.4, отличающееся тем, что на втулке (130) выполнена вторая резьба (137), при этом заглушка (132) выполнена с возможностью позиционирования в осевом направлении с помощью гайки (138), находящейся в зацеплении со второй резьбой (137) и воздействующей на заглушку (132) через выступ (136).

6. Позиционирующее устройство (100) по п.3, отличающееся тем, что второй упор (132) выполнен в виде накидного элемента с отверстием, при этом накидной элемент выполнен с возможностью крепления на удаленном от объекта конце втулки.

7. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что цилиндрический направляющий элемент (110) выполнен в виде податливого болта, посредством которого кристаллизатор (300) устройства непрерывной разливки привинчен к водяному баку.

8. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что измерительное устройство (200) выполнено в виде термоэлемента для измерения температуры в качестве измеряемой величины в точке измерения.

9. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что измерительное устройство (200) содержит на своем удаленном от объекта конце на другой стороне второго упора зажимной колпачок (27) для изгибания под углом, например 90°, кабеля (28), отходящего от измерительного устройства.

10. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что корпус измерительного устройства усилен в области пружинного элемента (120) и второго упора.

11. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен в виде пружины сжатия.

12. Позиционирующее устройство (100) по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть компонентов позиционирующего устройства, в частности пружинный элемент, выполнена с защитой от коррозии.