Компенсированный объёмный счётчик газа Российский патент 2024 года по МПК G01F1/50 G01F15/02 

Изобретение относится к газовой технике и может быть использовано в системах газоснабжения производственных и бытовых потребителей.

Известен компенсированный объёмный счётчик газа [1], содержащий камеру, разделённую эластичной мембраной с центральной частью, выполненной в виде жёсткого диска, на две полости, в каждой из которых установлено по одному пружинящему рычагу. Рычаги одними концами связанны с ползунком переключателя полостей с заполнения на опорожнение газа, а вторые их концы взаимодействуют с центральной частью мембраны в момент опорожнения соответствующей полости, что в итоге приводит к её переключению на заполнение газом. Причём второй конец одного рычага взаимодействует непосредственно с жёстким диском мембраны, а второй конец другого рычага через систему тяг с установленным в центральной части мембраны заполненным фиксированным объёмом газа гофром, функционально выполняющим роль анероидной трубки. За счёт гофра и осуществляется коррекция суммарного объёма заполнения полостей в зависимости от температуры и давления отпускаемого потребителю газа.

Недостатком данного объёмного счётчика газа является то, что для переключения полостей с наполнения на отдачу газа используются два пружинящих рычага. А поскольку их технические характеристики даже при самом тщательном отборе несколько отличаются, это требует отдельной настройки и согласования порогов переключения полостей с режима заполнения на отдачу требуемых объёмов газа. Усложняется при этом и конструкция счётчика в целом.

Целью предполагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, а именно упрощение конструкции и, как следствие, повышение надёжности счётчика, а также упрощение настройки на точность показаний при изготовлении и ремонте.

Технический результат достигается за счет того, что в компенсированном объёмном счётчике газа, содержащем камеру, разделённую на первую и вторую полости эластичной мембраной с центральной частью в виде жёсткого диска, седло переключателя полостей с выходного на входной патрубки счётчика, два крайних окна которого связаны соответственно с первой и второй полостями, а среднее - с выходным патрубком счётчика, ползунок переключателя, к торцам которого с той и другой стороны по ходу его движения по направлению оси, перпендикулярной плоскости мембраны, прикреплены ферромагнитные пластины, взаимодействующие с постоянными магнитами, установленными напротив каждой из них на седле переключателя с возможностью регулировки зазора между полюсами магнитов и ферромагнитными пластинами посредством винтов, выполняющих роль устройства калибровки счётчика, храповый механизм преобразователя возвратно-поступательного движения ползунка во вращательное движение механического отсчётного устройства, корректор показаний счётчика, выполненный в виде вмонтированного в жесткий диск в вертикальном положении контейнера с размещённым в нём герметичным гофром, одним торцом прикреплённым к верхней части контейнера, а другим торцом связанным посредством поводка с пластиной в виде прямоугольного треугольника, установленной с возможностью перемещения вдоль оси контейнера в направляющих, закреплённых на внешней поверхности контейнера, так что плоскость пластины совпадает с плоскостью, проходящей через оси контейнера и мембраны, пластина одним катетом касается поверхности контейнера, а её острый угол, прилегающий к этому катету, направлен вверх, при чём гофр заполнен таким количеством газа, чтобы при нормальном давлении и нормальной температуре этого газа ось мембраны проходила через середину прилегающего к плоскости контейнера катета, в полости установлен пружинящий рычаг, одним концом подвижно связанный через крайнее окно седла переключателя с ползунком, а другим концом контактирующий с ребром пластины при смещении в его сторону мембраны, другой конец рычага соединён с контейнером посредством гибкой связи.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом (фиг. 1 - вид спереди и фиг. 2 - вид на переключатель сверху).

Счётчик содержит камеру 1, разделённую эластичной мембраной 2 с центральной частью в виде жёсткого диска 3 на первую 4 и вторую 5 полости. Ползунок 6 переключателя полостей с выходного 7 на входной 8 патрубки счётчика установлен с возможностью смещения вправо и влево на седле 9 переключателя, два крайних окна которого 10 и 11 связаны соответственно с первой 4 и второй 5 полостями, а среднее 12 - с выходным патрубком счётчика. Ползунок 6 со стороны, прилегающей к седлу, имеет канал 13, соединяющий в крайнем левом положении ползунка окна 10 и 12, а в крайнем правом положении (на чертеже ползунок изображён штриховыми линиями) - окна 11 и 12. Рычаг 14 - пружинящий, подвижно связан верхним концом с ползунком 6 через крайнее окно 10 седла 9 переключателя. Установлен в полости 4 при этом средняя часть рычага шарнирно связана со стенкой камеры 1. Храповое колесо 15 установлено на оси, жёстко связанной с седлом 9 переключателя полостей, и служит для преобразования возвратно-поступательного движения ползунка 6 во вращательное движение входного вала механического отсчётного устройства (на чертеже не показано). К торцам ползунка 6 по ходу его движения с той и другой стороны прикреплены ферромагнитные пластины 16 и 17, взаимодействующие с постоянными магнитами соответственно 18 и 19, установленными напротив каждой из них на седле 9 переключателя. Для регулировки зазора между полюсами магнитов и ферромагнитными пластинами служат винты 20 и 21, выполняющие роль устройства калибровки счётчика.

В центральную часть жёсткого диска 3 вмонтирован цилиндрический контейнер 22, ось которого совпадает с вертикальной осью симметрии жёсткого диска. Внутри контейнера соосно размещён гофр 23, верхний торец которого прикреплён к верхней части контейнера, а нижний посредством жёсткого поводка 24 связан с пластиной 25, имеющей форму прямоугольного треугольника. Пластина установлена с возможностью перемещения вдоль контейнера в вертикальном направлении в направляющих 26, закреплённых на внешней поверхности контейнера. Плоскость пластины совпадает с плоскостью, проходящей через оси мембраны и контейнера, и, следовательно, с плоскостью поворота рычага 14. Пластина одним катетом касается внешней поверхности контейнера 22, а острый угол пластины, прилегающий к этому катету, направлен вверх. Полость гофра связана с полостью 4 через отверстие 27 малого диаметра (1…2 мм), выравнивающего давление снаружи и внутри гофра. В свободном состоянии при равенстве давлений внутри и снаружи гофра (отверстие 27 открыто) под действием веса гофра и пластины гофр должен занимать не менее 80% длины контейнера, а середина стороны пластины, прилегающая к плоскости контейнера, должна лежать на осевой линии диска 3. В таком положении пластины и гофра полости 4 и 5 и полость гофра заполняются газом при нормальном давлении (P₀=101325 Па) и нормальной температуре (T₀=273,16 К). Отверстие 27 надёжно закрывается (например, пайкой).

Нижний конец рычага имеет возможность контакта с ребром (гипотенузой) пластины 25 и связан с контейнером 22 гибким тросиком 28.

Все детали заявляемого счётчика газа размещены в корпусе 29, образующем отсек 30 приёма газа и отсек 31 расхода газа, разделённые окном 12 седла 9 переключателя.

Работает компенсированный объёмный счётчик газа следующим образом.

Допустим, что давление и температура проходящего через счётчик газа соответствуют нормальным значениям (P₀ и T₀). Допустим также, что в начальный момент времени ползунок 6 переключателя, силой магнитного взаимодействия магнита 18 и ферромагнитной пластины 16 удерживается в крайнем левом положении, как это изображено на рисунке, а мембрана находится в крайнем правом положении (положение 0-0). При этом окно 11 открыто и газ из отсека 30 начинает поступать в полость 5. Мембрана под давлением газа перемещается справа налево, вытесняя газ, заполняющий полость 4, через соединённые по каналу 13 окна 10 и 12 в отсек 31 и далее потребителю. Как только ребро (гипотенуза) пластины 25 коснётся нижнего конца рычага 14, начнётся (при дальнейшем перемещении мембраны) деформация рычага, сопровождающаяся увеличением силы взаимодействия рычага и пластины 25, а, следовательно, и увеличением силы давления верхнего конца этого рычага на ползунок 6. При заполнении полости 5 заранее установленным фиксированным объёмом V₀ газа (мембрана в этот момент займёт положение Y₀-Y₀) потребителю будет передана расчётная масса газа

,

где S_m - площадь мембраны, м²;

Y ₀ - номинальный ход мембраны, м.

Жёсткость плеч рычага рассчитана таким образом, что в этот момент сила воздействия рычага на ползунок 6 переключателя превысит силу притяжения ферромагнитной пластины 16 к магниту 18 и ползунок скачком переместится в крайнее правое положение. С этого момента через открывшееся окно 10 начнётся заполнение газом полости 4 и опорожнение через окна 11 и 12 полости 5. Мембрана начнёт перемещаться слева направо и, при его приближении к положению (0-0), тросик 28 распрямится и при дальнейшем перемещении мембраны начнётся деформация рычага 14 в сторону движения мембраны. Длина тросика рассчитана таким образом, что как только мембрана займёт положение (0-0) сила упругости рычага превысит силу притяжения ферромагнитной пластины 17 к магниту 21 и ползунок скачком переместится в крайнее левое положение. Далее процессы наполнения и опорожнения полостей будут повторяться в описанном выше порядке. При этом храповое колесо 16 привода механического отсчётного устройства за цикл поворачивается на один зубец, соответствующий передаче потребителю массы газа, равной 2m_p.

Поскольку давление и температура газа внутри и снаружи гофра одинаковы, изменение длины X₀ гофра не происходит.

При отклонении температуры и давления газа, массовый расход газа при том же самом объёме потребления изменяется, что приводит появлению погрешности измерения расхода. Поэтому чтобы скомпенсировать погрешность необходимо, пропорционально Z осуществлять изменение степени заполнения полостей 4 и 5.

В соответствии с уравнением Клайперона-Менделеева (PV/T = mR = Const) для рабочих полостей счётчика имеем

,

Откуда

,

А прирост хода мембраны

.

Аналогично для полости гофра при весьма малой его жёсткости

.

Таким образом, перемещение гофра, а, следовательно, и пластины 25 на величину ΔX будет приводить к соответствующему перемещению мембраны на величину ΔY, если угол α наклона ребра пластины будет равен arctg(ΔY/ΔX). В этом случае будет изменяться ход мембраны и, следовательно, объём порции газа, а масса будет оставаться постоянной, равной расчётной для счётчика определённых размеров величине m_p. Важно при этом, чтобы избежать проскальзывания пластины при контакте с рычагом 14, угол α должен быть меньше угла трения контактируемых поверхностей. Для этого длина гофра X₀ должна быть значительно больше хода мембраны Y₀.

Размеры катетов пластины определяются в зависимости от диапазонов изменения давления и температуры в местах, в которых предполагается эксплуатация подлежащего изготовлению счётчика. Так для катета, противолежащего углу α,

,

откуда

ΔX_max = ΔX_max/tgα.

Настройка точности показаний заявляемого объёмного счётчика газа осуществляется винтами 20 и 21, с помощью которых изменяются зазоры между ферромагнитными пластинами и магнитами. При уменьшении зазора увеличивается сила их взаимного притяжения, поэтому для отрыва ползунка требуется более полное заполнение объёмов полостей. Этим действием исключается завышение показаний счётчика газа по сравнению с фактическим его расходом. И наоборот, если счётчик даёт заниженные показания необходимо увеличивать зазоры между пластинами и магнитами.

Таким образом, в заявляемом объёмном счётчике газа осуществляется, как и в прототипе компенсация погрешности показаний при изменении температуры и давления газа, однако за счёт упрощения конструкции (сокращения пружинящих рычагов с двух до одного) повышается надёжность счётчика, упрощается настройка на точность показаний при изготовлении и ремонте. Этим и достигается поставленная цель изобретения.

Источники информации

1. Патент на изобретение № 2797143. Компенсированный объёмный счётчик газа / Петько В.Г., Рахимжанова И.А., Фомин М.Б., Пушко В.А., Абдюкаева А.Ф. Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Оренбургский аграрный университет», опубл. 31.05.2023. Бюл. № 16.

Изобретение относится к компенсированным объемным счетчикам газа. Сущность: счетчик содержит камеру (1), разделенную эластичной мембраной (2) с центральной частью в виде жесткого диска (3) на две полости (4, 5), переключатель полостей, включающий ползунок (6) с храповым механизмом (15) и седло (9). Два крайних окна (10, 11) седла (9) переключателя полостей с выходного на входной патрубки счетчика связаны с полостями (4, 5), а среднее окно (12) – с выходным патрубком счетчика. К торцам ползунка (6) переключателя прикреплены ферромагнитные пластины (16, 17), взаимодействующие с постоянными магнитами (18, 19). Зазор между полюсами магнитов и ферромагнитными пластинами регулируется посредством винтов (20, 21), выполняющих роль устройства калибровки счетчика. В жесткий диск (3) вмонтирован корректор показаний счетчика, выполненный в виде вертикального контейнера (22). Внутри контейнера (22) размещен герметичный гофр (23), одним торцом прикрепленный к верхней части контейнера (22), а другим торцом связанный посредством поводка (24) с пластиной (25) в виде прямоугольного треугольника. Пластина (25) установлена с возможностью перемещения вдоль оси контейнера (22) в направляющих (26), закрепленных на его внешней поверхности. Пластина (25) одним катетом касается поверхности контейнера (22), а ее острый угол, прилегающий к этому катету, направлен вверх. Гофр (23) заполнен таким количеством газа, чтобы при нормальном давлении и нормальной температуре этого газа ось мембраны (2) проходила через середину прилегающего к плоскости контейнера (22) катета. В полости (4) установлен пружинящий рычаг (14), одним концом подвижно связанный через крайнее окно (10) седла (9) переключателя с ползунком (6), а другим концом контактирующий с ребром пластины (25) при смещении в его сторону мембраны (2), а также с контейнером (22) посредством гибкого тросика (28). Технический результат: повышение надежности устройства, упрощение настройки на точность показаний при его изготовлении и ремонте. 2 ил.

Компенсированный объемный счетчик газа, содержащий камеру, разделенную на первую и вторую полости эластичной мембраной с центральной частью в виде жесткого диска, седло переключателя полостей с выходного на входной патрубки счетчика, два крайних окна которого связаны соответственно с первой и второй полостями, а среднее – с выходным патрубком счетчика, ползунок переключателя, к торцам которого с той и другой стороны по ходу его движения по направлению оси, перпендикулярной плоскости мембраны, прикреплены ферромагнитные пластины, взаимодействующие с постоянными магнитами, установленными напротив каждой из них на седле переключателя с возможностью регулировки зазора между полюсами магнитов и ферромагнитными пластинами посредством винтов, выполняющих роль устройства калибровки счетчика, храповый механизм преобразователя возвратно-поступательного движения ползунка во вращательное движение механического отсчетного устройства, корректор показаний счетчика, выполненный в виде вмонтированного в жесткий диск в вертикальном положении контейнера с размещенным в нем герметичным гофром, одним торцом прикрепленным к верхней части контейнера, а другим торцом связанным посредством поводка с пластиной в виде прямоугольного треугольника, установленной с возможностью перемещения вдоль оси контейнера в направляющих, закрепленных на внешней поверхности контейнера, так что плоскость пластины совпадает с плоскостью, проходящей через оси контейнера и мембраны, пластина одним катетом касается поверхности контейнера, а ее острый угол, прилегающий к этому катету, направлен вверх, причем гофр заполнен таким количеством газа, чтобы при нормальном давлении и нормальной температуре этого газа ось мембраны проходила через середину прилегающего к плоскости контейнера катета, в полости установлен пружинящий рычаг, одним концом подвижно связанный через крайнее окно седла переключателя с ползунком, а другим концом контактирующий с ребром пластины при смещении в его сторону мембраны, отличающийся тем, что другой конец рычага соединен, кроме того, с контейнером посредством гибкой связи.