книги / Теплотехнические измерения и приборы

Ду ИRK

Т а б л и ц а 10-2-1

Значения коэффициентов к формулам для расчета трубчатых пружин Бурдона

п0,149 0,167 0,166 0,152 0,140 0,132 0,126 0,118 0,113

Полное перемещение X свободного конца пружины Бурдона определяется как геометрическая сумма радиального Хг и тангенциального X* перемещений (рис. 10-2-10):

Заменяя в формуле (10-2-3) — выражением (iÔ-2-è) и учитывая ûôofHôméHHÔ

(10-1-1), получаем:

1—\L R2 f № \ а А р

где kp — жесткость тонкостенной пружины Бурдона к воздействию давления.

где п — коэффициент, значения которого приведены в табл. 10-2-1.

Для пружин Бурдона толстостенных с сильно вытянутым плоскоовальным сечением (рис. 10-2-11) относительное изменение центрального угла определяется по формуле

Значение коэффициентаг определяется в зависимостиотглавного параметрак пружины пографику, представленному на рис. 10-2-11. Для определениязначения полного перемещения X свободного конца толстостенной пружины Бурдона можно воспользоваться выражением (10-2-4).

Статическая характеристика А, = f (р) пружин Бурдона линейна. Для обеспечения надежной работы соотношение размеров сечения пружины Бурдона выбирают обычно с таким расчетом, чтобы обес­ печивались необходимый запас прочности ее и достаточное переме­ щение свободного конца пружины (не менее 1—2 мм). При сверхвы­ соких давлениях (более 1600 кгс/см2) пружина Бурдона, как пока­ зывает опыт отечественных приборостроительных заводов, не обес­ печивает достаточного запаса прочности.

Для измерения сверхвысокого давления до 10 000 кгс/см2 (1000 МПа) и выше применяют одновитковые трубчатые пружины с эксцентричным каналом (рис. 10-2-12), предложенные В. Г. Нагаткиным [55]. Нейтральная ось этой пружины, проходящая через центр тяжести С поперечного сечения, смещена на некоторый раз­ мер I относительно оси канала, проведенной через его центр С0 (рис. 10-2-12).

Для определения основных параметров одновитковой пружины с эксцентрич­ ным каналом воспользуемся расчетными формулами, даваемыми в статье [55].

Полное перемещение X свободного конца пружины Нагаткина определяется как геометрическая сумма радиального Хг и тангенциального Xt перемещений (рис. 10-2-10):

С0 канала до центра тяжести С (рис. 10-2-12).

Значение угла <р(см. рис. 10-2-10) для пружины Нагаткина можно определить с помощью формул (10-2-6), (10-2-11) и (10-2-12).

Подсчитав значение X, можно определить жесткость и чувствительность пру­ жины, воспользовавшись приведенными выше соотношениями/

Верхние пределы измерения выпускаемых манометров с пружи­ ной Нагаткина — от 1000 до 10 000 кгс/см2 (100—1000 МПа).

Для измерения сверхвысокого давления применяют также пря­

стенки. Пружины этоготипаприменяются только в компенсационных манометрах с пневматическим и электрическим токовым выходными сигналами. Верхние пределы измерения этих манометров такие же, как и манометров с пружи­ ной Нагаткина.

Одновитковые и прямолинейные трубчатые пружины с эксцент­ ричным каналом на давление от 1000 до 10 000 кгс/см2 (100— 1000 МПа) изготовляют из стали 50ХФА.

10-3. Приборы давления прямого действия

Приборы прямого действия применяют в широком диапазоне измерения от нескольких десятков миллиметров водяного столба и до давлений в несколько тысяч атмосфер как в лабораторных, так и промышленных условиях. Причину этого следует-видеть

в простоте устройства, портативности, простоте применения и, нако­ нец, в их дешевизне.

Если по условиям организации централизованного технологи­ ческого контроля и управления агрегатами, аппаратами или тепло­ энергетическими установками приборы давления прямого действия не могут быть использованы, то применяют рассматриваемые ниже приборы электроконтактные и с дистанционной передачей показа­ ний.

Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Приборы этого типа служат для измерения небольших избыточных и вакуумметричееких давлений неагрессивных газов, не превышающих обычно 4000 кгс/м2 (0,04 МПа). Например, в котельных установках, печах и в ряде других случаев напоромерами измеряют избыточное давление воздуха, тягомерами — разрежение (силу тяги) в газоходах, а тягонапоромерами измеряют в топках разрежение — давление. Кроме указанных приборов изготовляются также дифференциальные тяго­ напоромеры, предназначенные для измерения разности вакуумметрических или избыточных давлений газа.

В качестве упругих чувствительных элементов в приборах рас­ сматриваемых типов широко применяют мембранные коробки (см. рис. 10-2-4, а), а также неметаллические мембраны с жестким центром (см. рис. 10-2-6). Поэтому их называют обычно мембран­ ными приборами.

Мембранные напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры и диффе­ ренциальные тягонапоромеры изготовляют в виде показывающих приборов с вертикальной профильной шкалой, а иногда с концен­ трической шкалой. При этом их устройство принципиально одина­ ковое, за исключением отдельных элементов передаточного меха­ низма и формы циферблата и корпуса. Приборы с профильным кор­ пусом более удобны для монтажа на щитах, так как благодаря пря­ моугольной форме передней части прибора возможен достаточно компактный монтаж.

Для ознакомления с устройством мембранных приборов в каче­ стве примера рассмотрим напоромеры НМП, тягомеры ТМП и тяго­ напоромеры ТНМП с профильной шкалой, выпускаемые приборо­ строительными заводами. На рис. 10-3-1 схематически изображен мембранный тягомер ТМП. В качестве упругого чувствительного элемента здесь используется мембранная коробка 1, состоящая из двух гофрированных мембран, спаянных припоем или сваренных роликовой сваркой. Мембраны изготовлены из бериллиевой брон­ зы Бр.Б2,5.

С пространством (газоходом), где измеряется вакуумметрическое давление газа, внутренняя полость мембранной коробки сое­ диняется линией (трубкой), присоединяемой к штуцеру 14. Изме­ ряемое разрежение газа вызывает перемещение жесткого центра верхней мембраны, соединенного с поводком 4. ВследсгШе этого перемещения поводок 4 поворачивает рычаг 7, который в свою очередь с помощью тяги 9 и рычага 10 перемещает на некоторый

угол указательную стрелку 5 вдоль шкалы 2. Для устранения люф­ тов в рычажном механизме на оси указательной стрелки имеется спиральная пружина 13.

Передаточное отношение механизма, соединяющего жесткий центр верхней мембраны со стрелкой прибора, устанавливается в зависимости от хода мембранной коробки. Грубое изменение передаточного отношения механизма производится перестановкой конца тяги 9 в одно из отверстий рычага 10. Окончательная точная регулировка передаточного отношения осуществляется изменением длины малого плеча рычага 7 с помощью винта 8. Этот винт своим концом упирается в плоскую пружину 6 и изгибает ее, а следова­ тельно, позволяет менять расстояние между осью рычага 7 и кон­ цом пружины, соединенным с поводком 4. Установка стрелки на нулевую отметку шкалы производится корректором 3.

Для выпрямления шкалы прибора предусмотрена угловая кор­ рекция в рычажном механизме. Коррекция осуществляется переме­ щением втулки стрелки 11 относительно втулки оси 12, на кото­ рой закреплен рычаг 10. Для закрепления втулки стрелки служит винт 15. Меняя начальный угол а между рычагом 10 и стрелкой 5 от —36 до 0°, можно изменять нелинейность рычажного механизма

впределах от 2 до 12%. Так как нелинейность статических харак­ теристик мембранных коробок с ходом около 2 и 4 мм, применяемых

вприборах рассматриваемых типов, не превышает 10—15%, то ее можно полностью скорректировать.

Для выпрямления шкалы мембранного прибора применяют также плоскую пружину с нелинейной характеристикой, что дости­ гается посадкой пружины на ряд неподвижных упоров (рис. 10-3-2). Мембранные напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры с таким способом выпрямления шкалы в настоящее время не выпускаются, но в применении находятся.

Напоромеры НМП и тягонапоромеры ТНМП по своему устрой­ ству аналогичны рассмотренному тягомеру ТМП. Верхние пределы измерений напоромеров и тягомеров лежат в интервале от 16 до

Манометры, вакуумметры и мановакуумметры. В этих приборах в качестве упругих чувствительных элементов используются силь­ фоны и одновитковые трубчатые пружины.

Сильфонные приборы применяются для измерения или для измерения и записи бакуумметрических и небольших избыточных давлений, не превышающих обычно 4 кгс/см2 (0,4 МПа).

Для ознакомления с устройством сильфонных приборов рассмот­ рим самопишущий манометр типа МСС, схематически показанный на рис. 10-3-3. Сильфон 9 в целях его разгрузки снабжен винтовой

(0,025—0,4 МПа). Показывающие и самопишущие сильфонные ма­ нометры имеют класс точности 1,5. Сильфонные вакуумметры и мановакуумметры выпускаются класса точности 2,5.

Приборы с одновитковой трубчатой пружиной получили наи­ большее распространение и применяются в широком интервале для измерения давления от 1 до 10 000 кгс/см2 (0,1— 1000 МПа).

Приборы с одновитковой трубчатой пружиной в зависимости от их назначения разделяются на рабочие и образцовые. Рабочие приборы в свою очередь подразделяются на приборы повышенной точности, контрольные и технические. Приборы, предназначенные для измерения с повышенной точностью, изготовляются в виде ма­ нометров (МТИ) и вакуумметров (ВТИ) классов точности 0,6 и 1 и мановакуумметров (МТИ) класса точности 1. Контрольные показы­ вающие манометры и вакуумметры, предназначенные для поверки

технических приборов на месте их установки, изготовляются с од­ ной стрелкой класса точности 0,6 и могут быть выполнены с двумя стрелками класса точности 1. Технические манометры, вакууммет­ ры и мановакуумметры выпускаются классов точности 1; 1,6; 2,5

и4. Образцовые приборы изготовляют классов точности 0,16; 0,25

и0,4 в виде показывающих манометров типа МО и вакуумметров типа ВО. Кроме образцовых приборов указанных классов находятся в применении образцовые манометры и вакуумметры классов точ­ ности 0,2 и 0,35, выпускавшиеся ранее. Манометры образцовые типа

МО выпускаются с верхними пределами измерений от 1 до 600 кгс/см2 (0,1—60 МПа).

Вприборах с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 10-2-9

и10-2-12) перемещение свободного конца пружины передается на стрелку с помощью секторного пере­ даточного механизма. Этот механизм позволяет выполнять концентрическую шкалу с углом в 270°. Имеются отдель­ ные типы приборов с трубчатыми пру­ жинами Бурдона, у которых перемеще­ ние свободного конца передается на стрел­ ку с помощью рычажного передаточного механизма, состоящего из поводка и дугообразного рычага. Шкала у прибо­ ров с таким передаточным механизмом может быть выполнена только эксцент­ рической с углом 90°.

На рис. 10-3-4 схематически показа­

закреплен в держателе 2, скрепленном с корпусом манометра. Внизу держатель снабжен шестигранной

головкой и радиальным штуцером 3 с резьбой для присоединения к объекту, где надлежит измерить избыточное давление среды. Приборы давления изготовляются также с осевым штуцером, рас­ полагаемым сзади корпуса прибора. Свободный конец пружины, закрытый пробкой с серьгой и запаянный, соединен с секторным передаточным механизмом, состоящим из поводка 4, сектора 5 и трибки 6, на оси которой укреплена стрелка 7. Спиральная пру­ жина 8, прижимающая зубцы трибки к зубцам сектора, устраняет мертвый ход.

Под влиянием измеряемого избыточного давления пружина деформируется и тянет поводок. Поводок поворачивает зубчатый сектор и соответственно трнбку со стрелкой. Передвигающаяся вдоль шкалы стрелка показывает значение измеряемого избыточ­ ного давления. Перемещение свободного конца пружины, а следо­ вательно, и угол поворота стрелки практически пропорциональны измеряемому давлению, поэтому шкала таких приборов равномерна.

Регулировка хода стрелки осуществляется изменением длины плеча сектора со стороны поводка.

Секторный передаточный механизм у манометров типа СВ, использующих одновитковую пружину с эксцентричным каналом (рис. 10-2-12), по своему устройству аналогичен секторному меха­ низму, показанному на рис. 10-3-4. Манометры типа СВ выпускаются заводом «Манометр» с верхними пределами измерений от 1600 до 10 000 кгс/см2 (160—1000 МПа) класса 1.

Вакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной по своему устройству аналогичны манометру (рис. 10-3-4). Если штуцер при­ бора соединить с пространством, в котором создано разрежение, то трубчатая пружина будет скручиваться и ее свободный конец будет перемещаться не вверх, как при измерении избыточного давления, а вниз. Поэтому стрелка вакуумметра будет двигаться в отличие от манометра справа налево. Чтобы сделать движение стрелки обычным, конец трубчатой пружины закрепляют с правой стороны держателя. Однако прямое движение стрелки не является обяза­ тельным и вакуумметры могут быть выполнены как с прямым, так и с обратным движением стрелки. Вакуумметры выпускаются с диапазоном измерения от —1 до 0 кгс/смг (от —0,1 до 0 МПа). В применении имеются вакуумметры с верхним пределом измерения 760 мм рт. ст. (0,101 МПа).

Мановакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной отли­ чаются от рассмотренного выше манометра в основном шкалой, ко­ торая выполняется у них двусторонней. Шкала, расположенная слева от нуля, служит для измерения вакуума в диапазоне от —-1 до 0 кгс/см2 (от —0,1 до 0 МПа), а справа от нуля находится шкала для измерения избыточного давления, которая выполняется с верхними пределами измерения от 0,6 до 24 кгс/см2 (0,06— 2,4 МПа).

Устройство манометров и вакуумметров повышенной точности, контрольных с одной стрелкой и образцовых в принципе ничем не отличается от прибора, показанного на рис. 10-3-4. Большая точ­ ность этих приборов, особенно образцовых, по сравнению с техниче­ скими приборами достигается главным образом тщательным изго­ товлением и применением материалов высокого качества.

Контрольные манометры и вакуумметры двухстрелочные имеют две трубчатые пружины, закрепленные в одном держателе и работаю­ щие одновременно от одного штуцера. Они имеют два передаточных механизма, две стрелки и две шкалы соответственно каждой пру­ жине.

Механические самопишущие приборы давления с одновитковой трубчатой пружиной в практике технологического контроля на тепловых электростанциях распространения не получили. В дру­ гих же отраслях промышленности они находят ограниченное при­ менение.

При выборе шкалы прибора с одновитковой трубчатой пружи­ ной необходимо, чтобы рабочий предел измерения избыточного