Дроссель-расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/22 G01F1/34 

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидких сред, в частности, при диагностировании гидроприводов, гидросистем и гидроагрегатов мобильных и стационарных машин различного назначения. Дроссель-расходомер может использоваться и как нагрузочное устройство или расходомер в приборах для диагностирования гидросистем строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, машин транспортного строительства и других мобильных и стационарных машин, а также при входном контроле гидроагрегатов на заводах, станциях технического обслуживания, мастерских и т.д.

Известен дроссель-расходомер, позволяющий определять расход рабочей жидкости при заданном ее давлении. Он включает корпус с каналом и золотник, выполненный с одной спиральной дроссельной канавкой и взаимодействующий с цилиндрической

отсечной кромкой канала корпуса, соединенный с золотником и установленный поворотно на корпусе маховичок с лимбом и шкалой расхода, выполненной на лимбе, указатель, закрепленный на корпусе противоположно шкале лимба, датчик давления, подсоединенный к входной части канала корпуса.

Однако с помощью этого прибора невозможно обеспечить достаточно высокую точность определения расхода, особенно в диапазоне малых по величине расходов. Это связано, во-первых, с формами выполнения отсечных кромок канала корпуса и дроссельной канавки, взаимодействие которых не позволяет обеспечить линейную зависимость между расходом и перемещением в области малых расходов. Нелинейность этой зависимости требует и непропорциональной шкалы для измерения таких расходов (кроме снижения точности измерения непропорциональность шкалы требует инXJQs

о

со

GJ

дивидуальной тарировки и выставления на ноль шкалы каждого прибора). Однако связь золотника с корпусом рассматриваемого прибора выполнена таким образом, что возможности общей для всего диапазона измерений пропорциональной его шкалы ограничены и цена делений этой шкалы высока, поэтому прибор практически нечувствителен к малым по величине расходам.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода во всем рабочем диапазоне перемещения золотника. Для достижения цели у дросселя-расходомера, включающего корпус с каналом, зо- лотник, установленный в корпусе, выполненный с дроссельной канавкой и контактирующий с отсечной кромкой канала корпуса, подсоединенный к золотнику и установленный поворотно на корпусе маховичок с лимбом и шкалой расхода, выполненной на лимбе, указатель, закрепленный на корпусе противоположно шкале лимба, по крайней мере один датчик давления, подсоединенный к входной части канала корпуса, дроссельная канавка выполнена в виде продольного ступенчатого паза, у каждой ступени которого боковые кромки выполнены прямолинейными и параллельны между собой, а расстояния между этими кромками у каждой предыдущей ступени меньше, чем у последующей, причем отсечные кромки всех ступеней паза и канала корпуса выполнены прямолинейными и параллельны между собой, а у каждой из следующих за начальной ступеней паза отсечная кромка и поверхность основания за отсечной кромкой выполнены сплошной, смещенной к одной из его боковых стенок, или состоящей из двух участков, разнесенных между собой по ширине паза к его боковым стенкам, при этом разнесенные участки отсечной кромки лежат в одной плоскости, параллельной отсечной кромке канала корпуса, причем отсечная кромка начальной ступени паза выполнена сплошной и в любой продольной плоскости золотника на ширине паза, проходящей параллельно его боковым стенкам, касательная к линии пересечения этой поверхности с поверхностью основания ступени паза, в месте прохождения отсечной кромки этой ступени, перпендикулярна продольной оси золотника, при этом шкала расхода разделена на смежные взаимопереходящие участки, границы которых на лимбе соответствуют границам между ступенями п азана золотнике, а цены делений - проходным сечениям ступеней указанного паза.

Золотник дросселя-расходомера может иметь по крайней мере одну дополнительную дроссельную канавку, аналогичную по форме основной. В каждой продольной плоскости золотника на ширине паза, проходящей параллельно его боковым стенкам,

5 линия пересечения поверхности основания ступени паза с этой плоскостью может представлять собой вогнутую внутрь золотника дугу, проходящую от входа к выходу паза. При любом положении относительно паза

0 отсечной кромки канала корпуса площадь входного сечения, ограниченного боковыми и отсечными кромками открытой части паза, а также отсечной кромкой канала корпуса, Меньше площади сечения паза любой дру5 гой плоскостью, проходящей через отсечную кромку канала корпуса.

На фиг.1 показан один из вариантов предлагаемого дросселя-расходомера с двумя дроссельными канавками в закрытом

0 (нулевом) состоянии, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - то же, вид сбоку, со стороны указателя; на фиг.4 - вариант разреза А-А на фиг.1 для случая, когда последующая (в данном случае вторая)

5 ступень двухступенчатого паза дроссельной канавки золотника выполнена с отсечной кромкой, состоящей из двух участков, разнесенных между собой по ширине паза к его боковым стенкам и лежащих в одной пло0 скости, параллельной отсечной кромке канала корпуса; на фиг.5 -то же со сплошной отсечной кромкой у второй ступени двухступенчатого паза; на фиг.6 - график зависимости расхода через дроссель от осевого

5 перемещения золотника с продольным двухступенчатым пазом при перепаде давления на нем АР const; на фиг.7 показано условное графическое изображение дросселя-расходомера; на фиг.8 - показан фраг0 мент разреза общего вида спереди одного из вариантов дросселя-расходомера с отсечными кромками, перпендикулярными продольной оси золотника, дроссель-расходомер показан в открытом состоянии с

5 секущими продольный паз плоскостями N- N, проходящими через отсечную кромку канала корпуса; на фиг.9 - повернутый аксонометрический вид одного из вариантов торца золотника предлагаемого дроссе0 ля-расходомера с дроссельной канавкой, выполненной в виде двухступенчатого паза. Дроссель-расходомер включает в себя корпус 1 с каналом, подводящая часть которого обозначена Р, а отводящая - Т. В кор5 пусе размещен золотник 2, выполненный по крайней мере с одной дроссельной канавкой 3 (на фигурах изображен вариант с двумя дроссельными канавками). Каждая дроссельная канавка 3 взаимодействует с

отсечной кромкой 4 канала корпуса 1. При

этом каждая дроссельная канавка 3 выполнена в виде продольного ступенчатого паза, у каждой ступени которого боковые кромки 5, 6 (на чертежах показан вариант с двухступенчатым пазом) выполнены прямолинейными и параллельны между собой, а растояния между этими кромками у каждой предыдущей ступени меньше, чем у последующей. Так, расстояние между кромками 5 начальной ступени меньше расстояния между кромками 6 последующей ступени. Отсечные кромки 7 и 8 соответствующих ступеней паза также выполнены прямолинейными, параллельными между собой и отсечной кромке 4 канала корпуса, с которой они взаимодействуют. Эта (или эти в случае выполнения нескольких дроссельных канавок) кромка 4 также выполнена прямолинейной и, как уже сказано, параллельной кромкам 7, 8 ступеней паза. Отсечная кромка 7 является начальной, т.е. наименьшей по ширине ступени паза, и выполняется всегда сплошной. Отсечные кромки последующих ступеней паза (в частности, отсечная кромка 8) могут быть также сплошными, смещенными к одной из боковых стенок 9 паза (см.фиг,5). Каждая из этих кромок (а на фигурах, в частности на фиг.4, только отсечная кромка второй ступени паза) может состоять и из двух участков а и б, разнесенных между собой по ширине паза к его боковым стенкам 9. При выполнении продольного паза необходимо обеспечить, чтобы в любой продольной плоскости, секущей золотник на ширине паза и проходящей при этом параллельно его (паза) боковым стенкам, касательная к линии пересечения этой плоскости с поверхностью основания ступени паза в месте прохождения отсечной кромки этой ступени была перпендикулярна продольной оси золотника. Кроме того, в каждой такой секущей плоскости по ширине паза линия пересечения поверхности основания ступени паза с этой плоскостью может представлять собой, например, вогнутую внутрь золотника дугу 10, проходящую от входа к выходу паза. При таком выполнении поверхности оснований 11, 12 ступеней паза дуга может иметь, например, один радиус, который выбирается из эмпирического соотношения R(0,3-0,8)d, где d - диаметр золотника. Оптимальным с точки зрения потерь, шума и вибрации является соотношение R 0,5 d.

Поверхности оснований ступеней паза могут выполняться и другой формы, но во всех случаях должно соблюдаться условие: при любом положении относительно паза отсечной кромки 4 канала корпуса площадь входного сечения, ограниченного боковыми

и отсечными кромками открытой части паза, а также отсечной кромкой 4, меньше площади сечения паза любой другой плоскостью, проходящей через кромку 4. При выполнении этого условия входное сечение паза будет определяющим. Из указанного выше ясно, что боковые кромки 5 и 6 продольного паза параллельны продольной оси золотника, а отсечные кромки 4, 7, 8 могут находить0 ся под углом к боковым кромкам 5 и 6. Оптимальным является угол между боковыми и отсечными кромками, равный 90°

В корпусе 1 может быть выполнена, например, резьба, по которой в него входит

5 золотник 2 с маховичком 13. На лимбе 14 маховичка 13 имеется шкала расхода В данном случае эта шкала может быть выполнена в виде винтовой линии. Шкала расхода разделена на смежные взаимопереходящие

0 участки 15 и 16, границы которых на лимбе соответствуют границам между ступенями паза на золотнике, а цены делений - проходным сечениям ступеней паза. При этом максимальное проходное сечение началь5 ной ступени соответствует положению кромки 4, совпадающему с положением кромки 8, а проходное сечение второй ступени складывается из суммы площадей максимального проходного сечения начальной

0 ступени и площади дроссельной щели от кромки 8 до кромки 4, когда она находится в зоне второй ступени. Аналогично определяются проходные сечения и на следующих ступенях (если таковые имеются). В частном

5 случае для удобства длина одного участка шкалы, в частности начального, для малых по величине расходов может равняться одному витку золотника с маховичком 13. Возможно нанесение делений отмеченных в

0 л/мин (желательно кратно 10). первый оборот-деления от 0 до 10 л/мин (или кратные им от 0 до 1, от 0 до 0,1 и т.д.); второй оборот - деления от 10 до 200 л/мин (или кратные им от 1 до 20; от 0,1 до 2 и т д.) Винтовая

5 линия шкалы может иметь 1. 2, 3 и более витков.

Маховичок 13 может быть установлен, например, на буртике 17 золотника 2 через промежуточную шайбу 18 и зафиксирован

0 относительно золотника 2 с помощью гайки 19 и шайбы 20, имеющей фиксирующие усики 21, 22 и 23, первый из которых входит в прорезь гайки 19, второй - в паз золотника, а третий - в отверстие маховичка 13. К кор5 пусу 1 противоположно шкале лимба 14 крепится шайба с указателем 24. Эта шайба размещается и зажимается между гайками 25 и 26, установленными на корпусе 1. Седлающий участок 27 гайки 25 является ограничительным буртиком перемещения

золотника 2 вверх (т.е. в сторону открывания дроссельной щели). В обратную сторону ход золотника 2 ограничен выступом 28 в корпусе 1. При взаимодействии золотника с этим выступом дроссель-расходомер находится в нулевом положении (это положение соответствует началу открывания дросселя-расходомера). Это положение дросселю-расходомеру может быть обеспечено точностью выполнения в заводских условиях. При наличии отклонений это положение может быть найдено путем подбора и установки прокладок 29 между золотником 2 и корпусом 1. Указатель 24 относительно нулевой риски шкалы лимба 14 устанавливают путем ослабления одной из гаек (25 или 26). После установки шайбы указателя 24 против нуля на шкале его вновь фиксируют указанными гайками, после чего усик 30 шайбы-указателя 24 заводят в прорезь гайки 26.

Проходная дроссельная щель, организуемая между боковыми 5, 6 и отсечными 7, 8, 4 кромками, представляет собой на начальной ступени параллелограмм, в частности прямоугольник, а на последующих за начальной ступенях - сумму параллелограммов (в частности, прямоугольников). Именно такая форма щели обеспечивает линейную зависимость между площадью проходного сечения дроссельной канавки F и осевым перемещениям S, а следовательно, между расходом Q и осевым перемещением S. При этом необходимо отметить что точность измерения расхода с помощью предлагаемого дросселя-расходомера повышается не только за счет обеспечения параллелограммного (прямоугольного) сечения дроссельной щели, т.е. линейной зависимости F f(S), но и за счет разбиения всего паза на ступени, площади сечений которых складываются из сумм площадей параллелограммов (прямоугольников), составляющих щель. При таком исполнении указанная линейная зависимость обеспечена как на начальной ступени паза, соответствующей зоне малых расходов, так и на последующих ступенях газа. Для зоны малых расходов имеется свой участок, пропор- циональный шкале расхода с ценой деления, позволяющей достаточно точно ощутить малые величины (или изменения) расхода. Кроме того, следует отметить, что взаимодействие прямолинейных отсечных 4, 7, 8 и боковых 5, 6 кромок с образованием параллелограммой (прямоугольной) дроссельной щели связано с резким лавинообразным истечением жидкости в открывающуюся щель, а это может приводить к недопустимым по величине шуму и особенно к вибрации маховичка 13 с золотником 2 относительно корпуса 1, которая неминуемо сказывается на точности измерения расхода. Золотник с маховичком и шкалой расхода колеблются (вибрируют) относительно указателя на корпусе. В результате снять точные показания становится крайне затруднительно.

Выполнение паза ступенчатым и шкалы

0 расхода с взаимопереходящими смежными участками, имеющими цены делений, соответствующие проходным сечениям ступеней паза, позволяет снизить указанные шумы и вибрацию до допустимых пределов

5 и тем самым повысить точность измерения расхода.

При открывании дроссельной щели на начальной ступени многоступенчатого паза из нее истекает такая сравнительно неболь0 шая струя жидкости, которая не приводит при взаимодействии с кромками щели и поверхностью паза к недопустимой вибрации золотника 2 относительно корпуса 1. На последующих ступенях паза к первоначальной

5 струе добавляются новые небольшие струи. Снижению вибрации при этом служит не только порционное добавление жидкости, но и то, что эти порции (струи) не начальные, а последующие, которые, истекая из щели,

0 взаимодействуют сливаются со струей (струями), уже ранее выходящей через щель на предыдущей (предыдущих) ступени.

Часть Р канала корпуса соединена отводом 31 с датчиком давления в частности с

5 манометром 32.

Работает дроссель-расходомер следующим образом.

Рабочая среда подводится к части Р канала корпуса 1, затем через дроссельные

0 щели (щель), образованные отсечными 4, 7, 8 и боковыми 5, 6 кромками, отводится через дроссельный паз (пазы) и часть Т канала. Давление, которое создается перед дроссельной щелью, передается по отводу 31 к

5 манометру 32 (либо иному другому датчику давления). При повороте маховичка 13 золотник 2, перемещаясь в осевом направлении (за один оборот на шаг резьбы), изменяет проходное сечение дроссельной

0 щели. .Выставляя по манометру 32 номинальное давление, по шкале лимба 14 против указателя 24 определяют расход рабочей среды.

Таким образом, дроссель-расходомер

5 позволяет повысить точность измерения расхода во всем рабочем диапазоне перемещений золотника 2

Формула изобретения 1. Дроссель-расходомер, содержащий корпус с каналом, золотник, установленный

в корпусе и выполненный с дроссельной канавкой и контактирующий с отсечной кромкой канала корпуса, подсоединенный к золотнику маховичок с лимбом и шкалой расхода, выполненной на лимбе, указатель, закрепленный на корпусе противоположно шкале лимба, и по крайней мере один датчик давления, подсоединенный к входной части канала корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме- рения расхода во всем рабочем диапазоне перемещения золотника, дроссельная канавка выполнена в виде продольного ступенчатого паза, у каждой ступени которого боковые кромки выполнены прямолинейны- ми и параллельными между собой, а расстояние между этими кромками у каждой предыдущей ступени меньше, чем у последующей, причем отсечные кромки всех ступеней паза и канала корпуса выполнены прямолинейными и параллельными между собой, а у каждой из следующих за начальной ступеней паза отсечная крмока и поверхность основания за отсечной кромкой выполнена сплошной, смещенной к одной из его боковых стенок или состоящей из двух участков, разнесенных между собой по ширине паза к его боковым стенкам, при этом разнесенные участки отсечной кромки лежат в одной плоскости, параллельной от- сечной кромке канала корпуса, а отсечная кромка начальной степени паза выполнена сплошной и в любой продольной плоскости

золотника на ширине паза, проходящей параллельно его боковым стенкам, касательная к линии пересечения этой плоскости с поверхностью основания ступени паза, в месте прохождения отсечной кромки этой ступени, перпендикулярна продольной оси золотника, шкала расхода разделена на смежные взаимопереходящие участки, границы которых на лимбе соответствуют границам между ступенями паза на золотнике, а цены делений - проходным сечениям ступеней указанного паза.

2.Дроссель-расходомер по л. 1. о т л и - чающийся тем, что его золотник выполнен по крайней мере с одной дополнительной дроссельной канавкой, анапогичной по форме основной.

3.Дроссель-расходомер по п. 1, о т л и - чающийся тем, что в каждой продольной плоскости золотника на ширине паза, проходящей параллельно его боковым стенкам, линия пересечения поверхности основания ступени паза с этой поверхностью представляет собой вогнутую внутрь золотника дугу, проходящую от входа к выходу лаза, и при любом положении относительно паза отсечной кромки канала корпуса, площадь входного сечения, ограниченного боковыми и отсечными кромками открытой части паза, а также отсечной кромкой канала корпуса, меньше площади сечения паза любой другой плоскостью, проходящей через отсечную кромку канала корпуса.

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкостей. Сущность изобретения: рабочая среда подводится к части Р канала корпуса 1 расходомера. Затем через дроссельные щели, образованные отсечными 4 и боковыми кромками, отводится через дроссельные пазы - часть Т канала. Давление, которое создается перед дроссельной щелью, передается по отводу 1 к манометру 32. При повороте маховичка 13 золотник 2, перемещаясь в осевом направлении, изменяет проходное сечение дроссельной щели. Выставляя по манометру 32 номинальное давление, по шкале лимба против указателя 24 определяют расход рабочей среды. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1В %

17 19

2J

зг

Фиг.З

/J

Фиг4

Щиг.5

Я

Фиги

WftK

У и г. 9