Способ контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки и устройство для его осуществления Российский патент 2017 года по МПК G01B5/12 

Предлагаемые изобретения относятся к области машиностроения – арматуростроению, и предназначены для определения состояния запорной трубопроводной арматуры, ее важнейшего параметра - герметичности затвора, в период ее изготовления или ремонта. Определение состояния арматуры заключается в проверке соответствия параметра требованиям технической документации (ТУ, паспорт) завода-изготовителя. Нарушение норм герметичности в затворе задвижки может привести к потерям в потоках, ухудшить функциональность запорной трубопроводной арматуры.

Известны устройства для измерения внутренних линейных размеров (см. патент Российской федерации №2229685, МПК⁷ G01B 5/12 от 22 июля 2002 г.). Устройство, содержащее корпус, шток в корпусе, установленный в нем с возможностью осевого перемещения, подвижную втулку, с которой шарнирно соединены двухзвенные рычаги с измерительными элементами и отсчетный узел. Устройство снабжено тремя измерительными сегментами, каждый из которых образует параллелограмм с двухзвенными рычагами в пазах корпуса и содержит двухзвенный рычажный измеритель и усредняющий механизм внутри корпуса.

Недостаток устройства заключается в сложности его конструкции, которая к тому же не предназначена из-за своей функции для измерения противолежащих наклонно расположенных уплотнительных поверхностей на седлах в корпусе клиновой задвижки.

Известно другое устройство для измерения внутренних линейных размеров (см. «Нутромер», Политехнический словарь, издание 3-е, М., Советская энциклопедия, 1989, с. 337).

Шариковый индикаторный нутромер для измерения отверстий с малыми диаметрами содержит измерительные шарики, иглу, измерительную вставку, упор и отсчетное устройство (индикатор). Конструктивная особенность тесно сопряжена с его функцией и назначением и по этой причине не может быть использована для измерения наклонных, расположенных оппозитно поверхностей седел, имеющих место в корпусе клиновой задвижки, в ее затворе и в запирающем элементе (клине).

Известен также нутромер индикаторный (см. лист, приложенный к материалам заявки, Нутромер модели НИ 100М, ГОСТ 868-82, Кировский инструментальный завод «Красный пролетарий»).

Индикатор содержит корпус, во внутренней полости которого расположены штоки, головка с подвижным и неподвижным стержнями, угловой рычаг в полости головки, посредством которого осуществлена кинематическая связь штока с подвижным стержнем на одном его конце и отсчетным устройством (индикатором) - на другом. Для совмещения линии измерения нутромера с плоскостью, проходящей через ось измеряемого отверстия, в конструкции нутромера предусмотрен центрирующий мостик (центратор).

Последний нутромер является наиболее близким к заявляемому объекту по своей технической сущности и выполняемой функции.

Задачами предлагаемых изобретений (способа и устройства) являются усовершенствование устройства для измерения внутренних линейных размеров, минимального размера между уплотнительными поверхностями седел в затворе корпуса, а также ускорение процесса измерения линейных и угловых значений за счет непрерывной регистрации результатов измерений автоматически в аналоговом режиме с одновременной выдачей результатов, направленное (ускорение), в конечном итоге, на сокращение ремонтного цикла эксплуатируемой трубопроводной арматуры и увеличение межремонтного периода.

Поставленная задача для устройства решается тем, что в известном нутромере, являющемся его составной частью, содержащем центратор, головку с подвижным и неподвижным стержнями, соединение подвижного стержня через штоки с датчиком линейных перемещений, электронный считывающий прибор с электронным датчиком линейных перемещений, процессором и аналого-цифровым преобразователем, свободные концы стержней в головке нутромера снабжены опорными элементами, рабочая поверхность каждого из которых выполнена цилиндрической с образующими на ней, расположенными под прямым углом к направлению движения опорного элемента, устройство снабжено также ложементом для установки на нем и закрепления нутромера, причем ложемент выполнен с параллельными щеками, соединенными жестко между собой с образованием открытых линейных торцов, расположенных в одной плоскости, присоединенным к ложементу с их стороны центратором, а выход с датчика линейных перемещений с входом процессора через электронный датчик линейных перемещений и аналого-цифровой преобразователь, выходы с приборов для измерения наружного и углового размеров на запирающем элементе (клине) соединены с процессором через блок клавиатуры.

Опорный элемент на каждом стержне выполнен в виде полуцилиндра.

Центратор, соединенный с ложементом, выполнен в виде пары двуплечих рычагов, соединенных шарнирно между собой осью, причем одна пара свободных концов соединены между собой пружиной растяжения, а концы другой пары снабжены роликами с возможностью базирования нутромера через ложемент с центратором относительно контролируемого корпуса клиновой задвижки.

Поставленная задача для способа контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки до отдельных корпуса и запирающего элемента (клина) и последующем контроле размеров их сопрягаемых элементов решается тем, что замеряют минимальный размер и угол между уплотнительными поверхностями седел в затворе корпуса, минимальный размер между уплотнительными поверхностями седел на запирающем элементе (клине), получают сигналы линейных и угловых значений и вводят их (сигналы) в микропроцессорный блок, регистрируют и сравнивают с нормативными значениями размеров.

Наличие в устройстве ложемента для установки и закрепления в нем нутромера и центратора, выполнение длинномерных торцов щек ложемента в виде поверочных линеек с торцами, расположенными в одной плоскости, снабжение концов стержня опорными элементами с цилиндрическими поверхностями позволило быстро и точно ориентировать нутромер относительно измеряемых уплотнительных поверхностей в корпусе клиновой задвижки.

Наличие кинематической связи между подвижным стержнем и датчиком линейных перемещений позволило через электронный датчик линейных перемещений и аналого-цифровой преобразователь направить сигнал о величине минимального размера в процессорный блок и на дисплей, то есть ускорить процесс регистрации и контроля размера в целом.

На ускорение процесса контроля и регистрации размеров на запирающем элементе (клине) подтверждается наличием связи между процессором, датчиком и блоком клавиатуры, то есть сигнал от датчиков поступает в процессорный блок и на дисплей через блок клавиатуры.

Технический результат для способа и устройства заключается в ускорении процесса диагностирования герметичности в затворе клиновой задвижки (запорной трубопроводной арматуры) на этапе изготовления и ремонта ее (в период эксплуатации) за счет быстрой регистрации результатов измерений автоматически в аналоговом режиме с одновременной выдачей результатов о герметичности в затворе задвижки.

Ускорение диагностирования направлено на сокращение затрат на ремонт запорной трубопроводной арматуры (клиновых задвижек), на сокращение ее ремонтного цикла и увеличение межремонтного периода.

На приведенных чертежах иллюстрируется в качестве примера реализация предлагаемых изобретений «Способ контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки и устройство для его осуществления», подтверждающая возможность промышленного применения их при использовании всей совокупности признаков, где:

на фиг. 1 - схема устройства с фрагментами корпуса и запирающего элемента (клина) задвижки;

на фиг. 2 - выносной элемент I; головка нутромера с опорными элементами стержней между седлами корпуса задвижки;

на фиг. 3 - то же; опорные элементы стержней вне седел корпуса задвижки;

на фиг. 4 - нутромер с ложементом в сборе; вид сбоку;

на фиг. 5 - вид А; центратор; увеличенное изображение;

на фиг. 6 - опорный элемент стержня.

Устройство (см. фиг. 1) представлено в виде схемы с фрагментами корпуса 1 и запирающего элемента 2 задвижки с уплотнительными поверхностями седел 3, подлежащих контролю при помощи нутромера 4 с головкой 5 на нижней части его. С головкой 5 соединены подвижный и неподвижный измерительные стержни соответственно 6 и 7.

Неподвижный стержень 7 выполнен сменным и представлен в наборе для разных типоразмеров клиновых задвижек. Подвижный измерительный стержень 6 через штоки 8 и 9 соединен кинематически с датчиком 10 линейных перемещений. Свободные концы каждого из стержней 6 и 7 снабжены опорными элементами 11 и 12, поверхность каждого из которых, взаимодействующая с уплотнительными поверхностями седел 3 в корпусе клиновой задвижки, выполнена цилиндрической (см. фиг. 5). При этом образующие на цилиндрической поверхности элементов 11, 12 расположены под прямым углом к направлению движения головки 5 (см. фиг. 2, 3).

Устройство содержит также ложемент 13 (см. фиг. 4) для установки и закрепления в нем нутромера 4. Для этого в ложементе 13 предусмотрены базовые опоры и захваты 14, а для его переноса - ручка 15. Основу конструкции ложемента 13 составляют жестко соединенные между собой и параллельные друг другу щеки 16, длинномерные торцы которых, противолежащие нутромеру 4, расположены в одной плоскости и выполняют функцию поверочных линеек 17. Ложемент 13 с закрепленным в нем нутромером 4 базируют линейками 17 относительно контролируемой уплотнительной поверхности 3 в корпусе 1 клиновой задвижки. Центратор 18 присоединен к ложементу 13 со стороны линеек 17 и выполнен (см. фиг. 5) в виде рычажного механизма из двух рычагов 19, соединенных между собой шарнирно осью 20 с возможностью поворота в одной плоскости относительно этой оси. Одни концы рычагов 19 соединены между собой пружиной растяжения 21, а другие концы рычагов 19 снабжены роликами 22 для контакта и базирования ими с внутренней цилиндрической поверхностью магистрального (присоединительного) патрубка корпуса 1 клиновой задвижки. Наличие центратора 18, присоединенного к ложементу 13, позволило быстро и точно ориентировать нутромер 4, его головку с опорными элементами 11, 12 относительно уплотнительных поверхностей седел 3 в корпусе 1 задвижки. Кроме размера на корпусе замеряют размеры «а» и угол «α» на запирающем элементе (клине) 2.

Электронная система устройства (см. фиг. 1) содержит электронный датчик 23 линейных перемещений, вход которого соединен с выходом другого датчика 10 линейных перемещений. Выход датчика 23 через аналого-цифровой преобразователь 24 соединен с процессором 25, сигнал с которого поступает на дисплей 26. Наряду с сигналами от нутромера 4 в процессор поступают сигналы с блока клавиатуры 27 после ввода в нее размера «а» и угла «α», замеренные на запирающем элементе (клине) 2. Электронная система устройства соединена через клавиатуру 27 с блоком питания 28.

Устройство работает следующим образом. В полость корпуса 1 задвижки между уплотнительными поверхностями 3 вводят нутромер 4, установленный и закрепленный в ложементе 13, и базируют его (ложемент) относительно уплотнительной поверхности 3 корпуса задвижки линейками 17. При этом центратор 18 на ложементе 13 опирается роликами 22 на внутреннюю цилиндрическую поверхность магистрального (присоединительного) патрубка корпуса 1 задвижки, ориентируя нутромер 4 с ложементом таким образом, чтобы опорные элементы 11, 12 на стержнях 6, 7 головки 5 нутромера 4 своими центральными образующими на цилиндрических поверхностях заняли крайнее положение на уплотнительных поверхностях 3 корпуса 1 задвижки (см. фиг. 2).

При дальнейшем поступательном движении опорного элемента 12 он соскакивает с поверхности 3 (см. фиг. 3) и происходит фиксация положения головки 5, ее стержня 7 с опорным элементом 12, сигнал с датчика 10 линейных перемещений поступает в процессор 25 через электронный датчик 23 и аналого-цифровой преобразователь 24. Сигнал с процессора 25 поступает на дисплей 26. Кроме размера на корпусе 1 задвижки замеряют размеры «а» и угла «α» на запирающем элементе (клине) 2. Сигналы от замеров поступают в процессор 25 через блок клавиатуры 27.

После регистрации измеренных значений в микропроцессорном блоке 25 производят сравнение их с нормативными данными (допустимыми значениями) параметров. При превышении допустимых отклонений размеров задвижку направляют в ремонт, а при соответствии размеров нормативным значениям задвижку направляют в эксплуатацию.

Способ контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки осуществляют следующим образом. Задвижку, поступившую на контроль разбирают до отдельных корпуса 1 и запирающего элемента (клина) 2 (см. фиг. 1). Способ реализуют тем, что в начале замеряют минимальный размер между уплотнительными поверхностями седел 3 в затворе корпуса 1 задвижки, минимальный размер «а» и угол «α» между уплотнительными поверхностями седел 3 на запирающем элементе (клине) 2, получают сигналы линейных и угловых значений и вводят их (сигналы) в микропроцессорный блок 25, регистрируют и сравнивают их с нормативными значениями размеров. При превышении допустимых отклонений размеров задвижку направляют в ремонт, а при соответствии размеров нормативным значениям задвижку направляют в эксплуатацию.

Перечень позиций к заявке на предлагаемое изобретение «Способ контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки и устройство для его осуществления»

1 - корпус задвижки (фрагмент)

2 - запирающий элемент (клин)

3 - седло (в корпусе)

4 - нутромер

5 - головка

6 - стержень подвижный

7 - стержень неподвижный

8 - шток

9 - шток

10 - датчик линейных перемещений

11 - опорный элемент на подвижном стержне

12 - опорный элемент на неподвижном стержне

13 - ложемент

14 - захват

15 - ручка

16 - щека

17 - поверочная линейка

18 - центратор

19 - рычаг

20 - ось

21 - пружина растяжения

22 - ролик

23 - датчик электронный линейного перемещения

24 - аналого-цифровой преобразователь

25 - процессор

26 - дисплей

27 - блок клавиатуры

28 - блок питания

Предложенные изобретения относятся к арматуростроению и предназначены для определения состояния запорной трубопроводной арматуры в период ее изготовления или ремонта. Предлагаемые способ и устройство решают задачу повышения качества запорной трубопроводной арматуры, ее важнейшего параметра - герметичности затвора. Предложенное устройство для контроля размеров сопрягаемых элементов содержит нутромер с подвижным и неподвижным стержнями в его головке, центратор, подвижный стержень соединен кинематически через штоки с датчиком линейных перемещений, электронный считывающий прибор, содержащий электронный датчик линейных перемещений, процессор, аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что свободные концы стержней снабжены опорными элементами, рабочая поверхность каждого из которых выполнена цилиндрической с образующими на ней, расположенными под прямым углом к направлению движения опорного элемента, устройство снабжено также ложементом для установки и закрепления на нем нутромера, ложемент выполнен с параллельными щеками, соединенными между собой жестко с образованием открытых линейных торцов, лежащих в одной плоскости, причем центратор присоединен к ложементу с их стороны, а выход с датчика линейных перемещений соединен с входом процессора через электронный датчик линейных перемещений и аналого-цифровой преобразователь, выходы с датчиков для измерения наружного и углового размеров на запирающем элементе (клине) соединены с процессором через блок клавиатуры. Соответствующий способ контроля размеров сопрягаемых элементов заключается в том, что в полость корпуса между уплотнительными поверхностями вводят нутромер с ложементом, при этом нутромер установлен и закреплен относительно ложемента. Указанный ложемент базируют относительно уплотнительной поверхности корпуса линейками. Центратор на ложементе роликами базирует ложемент с нутромером таким образом, чтобы опорные элементы, цилиндрическими поверхностями, своей центральной образующей занимали крайнее положение на уплотнительной поверхности корпуса задвижки. При дальнейшем перемещении опорный элемент соскакивает с поверхности и происходит фиксация положения головки нутромера, сигнал с датчика линейных перемещений поступает в процессор через электронный датчик и аналого-цифровой преобразователь. Сигнал с процессора поступает на датчик. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки, заключающийся в разборке задвижки до отдельных корпуса и запирающего элемента (клина) и последующего контроля размеров их сопрягаемых элементов, отличающийся тем, что замеряют минимальный размер и угол между уплотнительными поверхностями седел в затворе корпуса, минимальный размер и угол между уплотнительными поверхностями седел на запирающем элементе (клине), получают сигналы линейных и угловых значений и вводят их (сигналы) в микропроцессорный блок, регистрируют и сравнивают с нормативными значениями размеров.

2. Устройство для контроля размеров сопрягаемых элементов в затворе клиновой задвижки, содержащее нутромер с подвижным и неподвижным стержнями в его головке, центратор, подвижный стержень соединен кинематически через штоки с датчиком линейных перемещений, электронный считывающий прибор, содержащий электронный датчик линейных перемещений, процессор, аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что свободные концы стержней снабжены опорными элементами, рабочая поверхность каждого из которых выполнена цилиндрической с образующими на ней, расположенными под прямым углом к направлению движения опорного элемента, устройство снабжено также ложементом для установки и закрепления на нем нутромера, ложемент выполнен с параллельными щеками, соединенными между собой жестко с образованием открытых линейных торцов, лежащих в одной плоскости, причем центратор присоединен к ложементу с их стороны, а выход с датчика линейных перемещений соединен с входом процессора через электронный датчик линейных перемещений и аналого-цифровой преобразователь, выходы с датчиков для измерения наружного и углового размеров на запирающем элементе (клине) соединены с процессором через блок клавиатуры.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что опорный элемент на каждом из стержней выполнен в виде полуцилиндра.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что центратор, соединенный с ложементом, выполнен в виде пары двуплечих рычагов, соединенных шарнирно между собой осью, причем одна пара свободных концов рычагов соединены между собой пружиной растяжения, а концы другой пары рычагов снабжены роликами с возможностью базирования нутромера через ложемент с центратором относительно контролируемого корпуса клиновой задвижки.