Ступенчатое реле расхода жидкости

Полезная модель относится к средствам измерения и сигнализации расхода жидкости, преимущественно, к реле расхода жидкости.
Современные насосы, например, с частотным регулированием производительности позволяют управлять величиной расхода в зависимости от ситуации и требуемой величины расхода. При этом возникает необходимость в интуитивно понятной обслуживающему персоналу сигнализации расхода типа «мало»-«норма»-«много», для чего применяются реле расхода жидкости.
Известна полезная модель [Патент РФ, №1532. Реле расхода жидкости, G01F 1/26.], содержащая корпус с подвижным элементом с магнитом и герконом, установленным в корпусе с помощью вставки. Устройство имеет сложную конструкцию из большого количества различных по конструкции деталей и срабатывающее только на одну величину расхода.
Анализ научно-технической информации, в том числе патентной: [Патент РФ, №306348. Сигнализатор потока жидкости. G01F 1.00, G01F 13.00 // Авторское свидетельство СССР, № SU 1830453 А1. Сигнализатор расхода. G01F 1/58 // Патентная заявка Японии, №02-047523. FLOW RATE INDICATOR. G01F 3/22. // Патент США, №5123983. FLOW SWITCH ASSEMBLY FOR FLUID FLOW MONITORING / H01H 35/40/] показал, что наиболее близкой к полезной модели по совокупности признаков является реле, описанное в [А.с. СССР, №306348. Сигнализатор потока жидкости. G01F 1.00, G01F 13/00], состоящее из цилиндрического корпуса с выполненной в нем расширяющейся кверху полостью, поплавка с магнитом, геркона и ограничительных колец.
Это устройство принято в качестве прототипа. Недостатком прототипа является сложность выполнения корпуса с односторонней профилированной полостью внутри, и однопозиционность срабатывания при достижении желаемой величины расхода. Для срабатывания при другой величине расхода необходима регулировка реле.
Задачей полезной модели является создание простой в изготовлении конструкции реле расхода жидкости, пригодной для использования при выдаче сигналов типа «мало»-«норма»-«много», то есть, ступенчатое (многопозиционное) реле.
Указанная задача выполняется тем, что в известном реле расхода жидкости, содержащем цилиндрический корпус из немагнитного материала, ротаметрический поплавок с магнитом (далее - поплавок) и геркон, с входным и выходным патрубками с установленными в них ограничительными кольцами, корпус выполнен в виде концентрично выполненных цилиндрических участков с внутренними диаметрами, увеличивающимися к выходному патрубку, диаметры соседних участков находятся в зависимости:
1
2
где D и D - диаметры соответствующих участков;
d - диаметр бортика поплавка;
1
2
V и V - заданные расходы соответствующих участков,
ротаметрический поплавок выполнен катушечным с верхним бортиком, бортик исполняют по отношению к поплавку с эксцентриситетом е:
где k - коэффициент, учитывающий характеристики потока жидкости;
R - радиус бортика поплавка;
r - радиус поплавка,
в корпусе с внешней стороны равномерно по окружности выполнены продольные пазы, позволяющие установку герконов на любом цилиндрическом участке корпуса.
Кроме того, герконы установлены на каждом цилиндрическом участке корпуса, а коэффициент k формулы (2) меняется от 0,2 до 0,8, а между цилиндрическими участками корпуса выполняют конусные сопряжения.
Выполнение корпуса из цилиндрических участков упрощает изготовление корпуса для ряда величин расходов жидкости, увеличение внутренних диаметров участков корпуса к выходному патрубку определяется воздействием гидродинамических сил на поплавок и направлением силы тяжести.
Зависимость (1) позволяет определять диаметры соседних цилиндрических участков корпуса при заданных соответствующих расходах.
Работа реле расхода (в том числе аналогов и прототипа) основана на взаимодействии магнита и геркона.
Магнитная сила обратно пропорциональна расстоянию между магнитом и телом, на которое воздействует магнит. В цилиндрическом равномерном потоке жидкости симметричный поплавок самоцентрируется по оси потока и при увеличении расхода поднимается на цилиндрические участки корпуса с большими диаметрами, расстояние от поплавка с магнитом до стенки корпуса с установленным снаружи герконом увеличивается, магнитная сила падает.
В прототипе для приближения поплавка с магнитом к геркону, расположенному снаружи канала корпуса, создают неравномерность потока жидкости путем выполнения профилированной несимметричной полости в корпусе. Неравномерность потока жидкости, за счет гидродинамического давления со стороны полости создает силу, приближающую поплавок к корпусу, то есть, к геркону.
По техническим решениям предлагаемой полезной модели при всех уровнях расхода жидкости (то есть, на любых цилиндрических участках с разными диаметрами) необходимая неравномерность потока создается в области нахождения поплавка, и только в этой области за счет самого поплавка и его формы. Для этого ротаметрический поплавок выполняют катушечным с верхним бортиком, причем бортик исполняют по отношению к поплавку с эксцентриситетом по формуле (2). Нарушение симметрии поплавка создает неравномерность в потоке жидкости, при которой возникает сила, движущая поплавок к корпусу, со стороны большего выступания бортика. Пределы эксцентриситета, то есть коэффициент k из формулы (2), выбирается исходя из характеристик потока жидкости, в частности, скорости и плотности; при большой скорости потока и/или большой плотности жидкости достаточно эксцентриситета при k=0,2, при малых скоростях и/или малой плотности жидкости коэффициент k достигает величины 0,8.
Из-за флуктуаций потока, направление движения асимметричного поплавка к корпусу носит случайный характер. С учетом этого на внешней стороне корпуса, равномерно по окружности, выполнены продольные пазы, в которые устанавливаются герконы. При любом пространственном движении поплавок приблизится к одному из герконов, расположенных равномерно по окружности корпуса, и геркон замкнется. Пазы выполняют с возможностью установки герконов на любом цилиндрическом участке корпуса.
В конусных сопряжениях цилиндрических участков корпуса реле происходит плавное изменение скорости жидкости, что позволяет демпфировать скачкообразные движения поплавка.
Для использования при сигнализации разных уровней расхода, без регулировки или перемонтажа реле, герконы устанавливают на всех цилиндрических участках корпуса.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции ступенчатого реле расхода жидкости.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, не выявил источник, характеризующийся по признакам, тождественным (идентичным) всем существенным признакам полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует признаку «новизна».
На фигуре представлено реле по техническим решениям предлагаемой полезной модели.
Реле состоит из корпуса 1, поплавка 2, ограничительных колец 3, герконов 4. Корпус 1 состоит из цилиндрических участков 5, конусных сопряжений 6 и пазов 7.
Поплавок 2 содержит верхний бортик 8, выполненный с эксцентриситетом относительно поплавка.
Для определенности на фигуре изображено реле на минимальном расходе жидкости.
Ступенчатое реле расхода жидкости по предлагаемой полезной модели работает нижеописанным способом.
При протекании жидкости через реле на поплавок 2 действует динамический напор, который компенсируется весом поплавка. При этом из-за эксцентрично расположенного верхнего бортика 8, на поплавок 2 воздействуют гидродинамические силы, сближающие его с корпусом 1. Расстояние между поплавком и расположенным поблизости герконом оказывается достаточным для замыкания геркона. При увеличении расхода динамический напор на поплавок 2 растет, и он поднимается на соответствующий расходу уровень (один из цилиндрических участков корпуса с большим диаметром). При этом геркон, замкнутый ранее на участке с меньшим расходом, размыкается, а геркон участка с большим диаметром, к которому приблизился поплавок - замыкается. При уменьшении расхода поплавок опускается в цилиндрические участки корпуса с меньшими диаметрами, а замыкание и размыкание герконов происходит в обратной последовательности.
Все технические средства полезной модели описаны или известны на дату подачи заявления.
Конструкция реле по предлагаемой полезной модели является простой, изготовление ведется на универсальном станочном оборудовании - токарных, фрезерных, сверлильных станках стандартным инструментом.
Материалы, применяемые в конструкции, и комплектующие изделия - герконы, магниты - широко применяются, промышленно выпускаются и имеются на рынке.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих совокупных условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено для промышленного использования, а именно, в ступенчатом реле расхода жидкости;
- для заявленной полезной модели в том виде, в котором она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных на даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».