Патент на изобретение №2301976

(54) УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ДАВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к приборам регистрации избыточного давления и может быть использовано при изготовлении деформационных индикаторов давления, предназначенных для регистрации наибольшего достигнутого давления. Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства регистрации давления, исключить возможность вмешательства оператора в его показания, позволяет устанавливать его в труднодоступных местах, выполнять роль «ябедника», путем известных расчетов может показать уровень, величину давления, после которого пружинный элемент сдеформировался. Устройство регистрации давления содержит пружинный чувствительный элемент, расположенный в корпусе и воспринимающий нагрузку от подводимого давления. Перед пружинным элементом со стороны подвода давления установлен поршень. Пружинный элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, при этом поршень и тарельчатая пружина ограничены фиксатором, а между поршнем и фиксатором со стороны пружины размещен индентор (один или три) на расстоянии, большем высоты пружины, но меньшем двух толщин ее. 6 ил.

Изобретение относится к приборам регистрации избыточного давления и может быть использовано при изготовлении деформационных индикаторов давления, предназначенных для регистрации наибольшего достигнутого давления.

Известно устройство регистрации давления деформационного типа, в котором превышение давления выше допустимого регистрируется контрольной стрелкой. Устройство регистрации давления содержит пружинный чувствительный элемент, деформация которого находится в зависимости от измеряемого давления, подводимого через штуцер, выполненный на корпусе. Под действием давления, поступающего внутрь пружинного чувствительного элемента, выполненного в виде трубчатой пустотелой спиральной пружины, происходит деформация пружинного чувствительного элемента, в процессе которой с приводом через зубчатую передачу отклоняется стрелка манометра. Стрелка манометра перемещает контрольную стрелку. Контрольная стрелка после снятия давления и возвращения стрелки манометра в исходное положение всегда остается на месте, указывая наибольшее значение давления, при котором работало устройство. Устройство регистрации давления устанавливается и опечатывается, контрольная стрелка не доступна для оператора. (Р.С.Кирилина и др., «Манометры, вакуумметры, мановакуумметры», М., Издательство стандартов, 1993 г., стр.123, 221).

Указанное устройство регистрации давления принято за прототип.

Недостатком известного устройства регистрации давления является сложность конструкции.

Технической задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно упрощение конструкции устройства регистрации давления.

Технический результат достигается тем, что в устройстве регистрации давления, содержащем пружинный чувствительный элемент, воспринимающий нагрузку от подводимого давления, расположенный в корпусе, согласно изобретению в нем перед пружинным элементом со стороны подвода давления установлен поршень, пружинный элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, при этом поршень и тарельчатая пружина ограничены фиксатором, а между поршнем и фиксатором со стороны пружины размещен индентор (один или три) на расстоянии, большем высоты пружины, но меньшем двух толщин ее.

На фиг.1 представлено устройство регистрации давления.

На фиг.2 приведен разрез А-А устройства регистрации давления.

На фиг.3 представлено устройство регистрации давления после срабатывания чувствительного элемента.

На фиг.4 приведен выносной элемент Б устройства после срабатывания.

На фиг.5 представлен вариант устройства регистрации давления.

На фиг.6 представлен вариант устройства регистрации давления после срабатывания чувствительного элемента.

Корпус 1 устройства регистрации давления выполнен со штуцером 2, с осевым каналом 3 подвода давления. Внутри корпуса 1 со стороны канала 3 помещен поршень 4 с уплотнением 5, тарельчатая пружина 6, фиксатор 7, например, с разрезным кольцом 8. Между торцами поршня 4 и фиксатора 7 находится индентор 9 (один или три), для ориентирования индентора 9 служит сепаратор 10, внутренняя полость устройства регистрации давления может быть защищена крышкой 11 с отверстием 12 по центру. Расстояние S между торцем поршня 4 и индентора 9 должно быть больше высоты пружины 6.

Тарельчатая пружина 6 (пружина инженера Бельвилля) выбирается по ГОСТ 3057-90.

На фиг.5 приведен вариант устройства регистрации давления.

Корпус 1 устройства регистрации давления содержит тарельчатую пружину 6, на которую опирается поршень 4 с уплотнением 5, поршень 4 ограничен разрезным кольцом 8, фиксатор 7 (может быть совмещен с корпусом 1), индентор 9 с сепаратором 10, внутренняя полость устройства регистрации давления защищена крышкой 11 с отверстием 12.

Устройство регистрации давления, приведенное на фиг.1, 2, 3, 4, работает следующим образом. При поступлении давления по каналу 3, проходящему через штуцер 2, внутрь корпуса 1 на поршень 4 действует сила, пропорциональная величине давления, которая сжимает тарельчатую пружину 6, продольному перемещению которой препятствует фиксатор 7 с разрезным кольцом 8. При снятии давления поршень 4 благодаря упругости тарельчатой пружины 6 возвращается в исходное положение, которое характеризуется размером L и может быть замерено через отверстие 12.

При достижении внутри корпуса 1 давления, превышающего допустимое, тарельчатая пружина 6 под действием поршня 4 прогибается до плоского состояния, а затем теряет устойчивость и изгибается в обратную сторону, теряя возможность вернуться в начальное состояние. Поршень 4 после изгиба тарельчатой пружины 6 занимает новое положение, характеризующееся размером L₁, величина которого меньше первоначального примерно на две высоты пружины 6.

После прогиба тарельчатой пружины 6 и потери ей устойчивости поршень 4, продолжая перемещаться, упирается в индентор 9, а через него в фиксатор 7. На поверхностях поршня 4 и фиксатора 7, твердость которых известна, остаются отпечатки – следы – лунки от индентора (одного или трех), диаметры (d и d₁) которых позволяют судить о величине осевой силы и, следовательно, о давлении, после которого прогнулась тарельчатая пружина, потеряв устойчивость.

Величина давления р определяется по формуле

где р – давление рабочей среды, подводимое к устройству регистрации давления;

Р_ос – осевая сила, максимальная действующая на поршень 4 после прогиба пружины 6, переданная через индентор 9 на поверхности фиксатора 7 и поршня 4, кг;

НВ – твердость материала, кг/мм², на котором получен отпечаток от индентора;

D – диаметр шарика (индентора), мм;

d – диаметр отпечатка от индентора, мм;

F_п – площадь поршня 4, см².

В случае установки трех инденторов 9 осевая сила определяется по формуле

Если на деталях (поршень 4, фиксатор 7) твердость различна, то, получив от индентора 9 отпечатки диаметрами d и d₁, вычисляют по обоим диаметрам величину давления р, которая должна быть одинаковой.

Сепаратор 10 служит для фиксации индентора 9 между поршнем 4 и фиксатором 7 относительно продольной оси устройства.

Устройство регистрации давления, приведенное на фиг.5 и 6, работает следующим образом. При поступлении давления со стороны открытого торца корпуса 1 усилие, пропорциональное величине давления, от поршня 4 передается на пружину 6, которая упруго прогибается, но при снятии давления возвращает поршень 4 в исходное положение (размер L). В случае превышения давления свыше допустимого пружина 6 под усилием поршня 4, прогибаясь, проходит плоское состояние, теряет устойчивость и выгибается в обратную сторону, не оказывает поршню 4 противодействия. Поршень 4 занимает новое положение (см. фиг.6), характеризующееся размером L₁, величина которого больше L на две высоты тарельчатой пружины, после чего поршень 4 опирается через индентор 9 на фиксатор 7, который может быть выполнен заодно с корпусом 1. При этом под воздействием осевой силы, приходящейся от поршня 4, получаем отпечатки (лунки) на поверхностях поршня 4 и фиксатора 7 диаметром тем больше, чем меньше твердость этих деталей (поршень 4, фиксатор 7).

Из существующих инденторов 9, выполняемых в виде шариков из закаленной стали различных диаметров, алмазных пирамид четырехгранной формы, конусов, предпочтительно применять шарики диаметром, равным 2,5; 5 или 10 мм, при этом детали (поршень 4, фиксатор 7), между которыми установлены инденторы 9, используются с твердостью по Бринеллю НВ не выше 450 кг/мм².

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить конструкцию устройства регистрации давления, исключает вмешательство оператора на показания, позволяет устанавливать в любых труднодоступных местах, выполняет роль «ябедника», путем известных пересчетов может показать уровень, величину превышения давления, после которого пружинный элемент сдеформировался.

Формула изобретения

Устройство регистрации давления, содержащее пружинный чувствительный элемент, воспринимающий нагрузку от подводимого давления, расположенный в корпусе, отличающееся тем, что в нем перед пружинным элементом со стороны подвода давления установлен поршень, пружинный элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, при этом поршень и тарельчатая пружина ограничены фиксатором, а между поршнем и фиксатором со стороны пружины размещен индентор (один или три) на расстоянии, большем высоты пружины, но меньшем двух толщин ее.

РИСУНКИ