МЕХАНИЧЕСКИЙ ГИДРОТЕСТЕР ДРОССЕЛЬ-РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к измерительной технике, а более конкретно - к переносным механическим средствам диагностирования гидроприводов машин статопараметрическим методом, и может быть использована для технической диагностики гидроприводов машин.
Известно механическое приспособление, предназначенное для определения работоспособности узлов гидравлических систем, содержащее корпус с подводящим и отводящими патрубками (штуцерами), в котором размещен плунжер с уплотнительными элементами, а относительно корпуса вращается гайка, обеспечивающая перемещение плунжера (см. стр.23 в статье И.И.Володина, Ю.А.Копытова Техническое обслуживание машин с гидроприводом// Механизация строительства, 1979.-№8.) Данное устройство не достаточно информативно, оно позволяет выполнить диагностику элементов гидропривода по величине рабочего давления, которое определяется потоком рабочей жидкости через проход между плунжером и корпусом. Каждое испытание требует предварительную установку плунжера в стационарных условиях на контрольном стенде.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство - дроссель-расходомер КИ 1097Б, которое является простейшим механическим гидротестером для диагностики гидропривода статопараметрическим методом. Устройство содержит полый корпус с двумя соединительными патрубками: входным радиальным, выходным торцевым, и отводом для подключения манометра. Внутри корпуса неподвижно и герметично установлена гильза с цилиндрической сквозной расточкой и с радиальным отводом в виде сквозного дифференциального канала, который выполнен в
форме дросселирующей щели, заканчивающейся отверстием. Внешний контур канала сопряжен с радиальным патрубком корпуса. В гильзе установлен плунжер в качестве дросселирующего устройства, который опирается на опорную гайку и вращается с помощью рукоятки, закрепленной на одной стороне, на внешней цилиндрической поверхности которой нанесена шкала расхода жидкости. При вращении рукоятки торец плунжера вначале перекрывает отверстие в гильзе, а потом постепенно уменьшает сечение щели, что приводит к увеличению давления расхода жидкости, регистрируемого манометром. Для этого торец плунжера выполнен в виде винтовой спирали с постоянным шагом, которая перекрывает щелевое отверстие, изменяя сечение дросселирующей щели. Плунжер с помощью рукоятки совершает один полный оборот, (см. кн. И.В.Новиков, В.О.Хижняк Техническое обслуживание и ремонт грузоподъемных машин с гидравлическим приводом. М. Стройиздат, стр.53...54).
Однако, в известном устройстве не обеспечивается точность диагностирования и легкость управления золотником при измерении расхода жидкости при давлении более 10 МПа. Гидротестером дроссель-расходомер дается возможность определить расход жидкости по делениям шкалы на поверхности рукоятки только при одном давлении - 10 МПа. Непосредственный контакт опорных поверхностей плунжера и гайки создает большое сопротивление повороту рукояткой плунжера при дросселировании потока на высоких давлениях, что затрудняет управление устройством и снижает его быстродействие.
Устройство не обеспечено возможностью удобной транспортировки и регистрации давления манометром под разным положением корпуса при диагностировании в стесненных условиях вследствие заданного постоянного положения манометра в отводе при сборке гидротестера.
Задача полезной модели - повышение точности диагностирования,
легкости управления в диапазоне высоких давлений и повышение эргономических характеристик механического гидротестера.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в возможности использования большей части сектора шкалы на внешней поверхности рукоятки для регистрации расхода жидкости при разных значениях давления, в обеспечении профилем кромки винтовой спирали турбулентного режима, в снижении трения в подвижных сопряжениях устройства, удобстве регистрации давления в различных положениях корпуса и способности транспортировки гидротестера при смене места диагностирования.
Для решения поставленной задачи заявляемый механический гидротестер, как и прототип содержит полый корпус с входным радиальным и выходным торцевым соединительными патрубками и отводом для подключения манометра, гильзу, герметично установленную внутри корпуса, выполненную с радиально расположенным сквозным дифференциальным каналом в виде щели, заканчивающейся отверстием, который сопряжен с радиальным патрубком, дросселирующее устройство, установленное плотно и с возможностью вращения внутри гильзы, снабженное с одного торца рукояткой с нанесенной шкалой, а с другого торца выполненное полым с винтовой спиралью на выходе, и упорную гайку для дросселирующего устройства и гильзы. В отличие от прототипа заявляемая полезная модель дополнительно содержит подшипник, расположенный между упорной гайкой и дросселирующим устройством, последнее выполнено в виде золотника, при этом винтовая спираль на выходе золотника выполнена с острой кромкой и переменным шагом, а на рабочей поверхности золотника за винтовой спиралью выполнены пазы щелевого уплотнения, при этом рукоятка выполнена со шкалой, соответствующей площади дифференциального канала. В частных
случаях выполнения манометр на отводе закреплен посредством подвижной гайки, а корпус снабжен съемной ручкой.
Винтовая поверхность золотника с переменным шагом позволяет меньшим углом поворота рукоятки перекрыть часть площади дифференциального канала гильзы, предназначенной минимизировать потери давления в исходном состоянии гидротестера (часть А-отверстие дифференциального канала), и использовать большую часть сектора шкалы рукоятки для регистрации площади сечения дросселирующей части дифференциального канала (часть Б-дросселирующая щель дифференциального канала), предназначенной для регистрации расхода жидкости (фиг.1). На рисунке (фиг.1) видно, что золотник с рабочей кромкой, выполненной по винтовой линии с переменным шагом имеет большую чувствительность по контролю изменения площади сечения дифференциального канала и, соответственно, имеет большую точность измерения расхода при фиксированном давлении так как:
1
где dφ - угол поворота при контроле расхода золотником с винтовой линией с постоянным шагом;
2
dφ - угол поворота при контроле расхода золотником с винтовой линией с переменным шагом;
dS - величина изменения площади сечения дифференциального канала, пропорциональная величине определяемого расхода, на основании формулы:
где Q - расход, л/мин;
k - постоянная сопротивления ≈ 0,6;
др
2
S - площадь проходимого сечения, мм;
др
2
ΔР - перепад давления кГ/см (см. А.С.Наземцев, Д.Е.Рыбальченко «Пневматические и гидравлические приводы и системы» М.: Форум, стр.122).
Согласно формуле расход через дросселирующий канал при заданном давлении пропорционален площади его сечения
др
Q≈k·S или dQ≈kdS
Острая кромка винтовой направляющей обеспечивает турбулентный режим течения потоку жидкости, который фактически не будет зависеть от вязкости, что обеспечивает постоянство коэффициенту сопротивления k, а соответственно обеспечит точность измерения расхода гидротестером через дросселирующую щель.
Подшипник, расположенный между опорной частью золотника и гайкой, а также пазы щелевого уплотнения на золотнике выравнивают давление в зазорах рабочих поверхностей устройства и способствуют снижению трения при дросселировании потока, тем самым обеспечивая легкость управления рукояткой устройства при диагностировании.
Наличие в отводном штуцере для подключения манометра подвижной гайки позволяет при выполнении диагностирования в труднодоступных местах быстро без установки дополнительных уплотнительных шайб фиксировать манометр в нужном положении, а съемная ручка обеспечивает удобную транспортировку гидротестера
На фиг.1 показана номограмма изменения площади сечения дифференциального канала от угла поворота ручки (график 1 - для золотника с винтовой спиралью с постоянным шагом; 2 - для золотника с винтовой спиралью с переменным шагом).
На фиг.2 - изображен механический гидротестер, общий вид.
На фиг.3 - изображен механический гидротестер, поперечный разрез.
На фиг.4 - показана номограмма определения расхода от степени
перекрытия дифференциального канала при разных рабочих давлениях, где по оси абсцисс - деления на шкале рукоятки, а по оси ординат - расход жидкости.
Механический гидротестер содержит корпус 1 (фиг.2; 3) с двумя соединительными патрубками 2, 3, отвод 4 с поворотной гайкой 5 для подключения манометра 6. В корпус 1 неподвижно помещена гильза 7 с цилиндрической сквозной расточкой 8. Гильза 7 имеет радиально расположенный сквозной дифференциальный канал 9 представляющий сочетание, например, круглого отверстия большого диаметра А и щелевого канала Б (фиг.1). Возможно выполнение отверстия другой формы. Внешний контур дифференциального канала 9, сопряжен с соединительным патрубком 3. Герметичность гильзы в корпусе обеспечивается уплотнениями 10, а золотника в гильзе уплотнением 11.
В цилиндрической расточке гильзы расположен золотник 12, который вращается относительно гильзы рукояткой 13. Рукоятка фиксируется относительно золотника штифтом 14 и имеет уступ 15, который ограничивает ее полный поворот указателем 16. На внешней поверхности рукоятки нанесена шкала 17, определяющая величину перекрытия дифференциального канала 9. Вторая сторона золотника, полая внутри, имеет выход на наружную поверхность в виде винтовой спирали 18, выполненной с острой кромкой и переменным шагом. На внешней поверхности золотника выполнены пазы щелевого уплотнения 19. Золотник 12 установлен в гильзе 7 из условия беззазорного положения подшипника 22 между упорной гайкой 20 и опорным пояском 21 золотника 12 посредством компенсационных колец 23. В корпус 1 гидротестера вкручена ручка 24, которая фиксирует свое положение гайкой 25 (фиг.2).
Гидротестер работает следующим образом. Предварительно перед диагностированием после сборки гидротестер проходит опресовку и тарировку на стационарном стенде, где получают номограммы (фиг.4),
позволяющие по показанию величины перекрытия на шкале 17 рукоятки 13 указателем 16 определить величину расхода при заданном давлении.
2
2
2
Для диагностики, например, насоса необходимо определить его расход при постоянной частоте вращения вала минимум при двух и более значений давления, допустим, при 50кГ/см, 100 кГ/см и 150 кГ/см. Корпус 1 гидротестера подсоединяют в разрыв гидросистемы за насосом, а рукоятку 13 переводят в положение максимальной площади сечения дифференциального канала (крайнее левое против часовой стрелки положение рукоятки). При этом положении рукоятки давление на насосе будет минимальным. Вращением рукоятки по часовой стрелке рабочая острая кромка золотника будет уменьшать площадь сечения дифференциального канала в соответствии с его профилем, дросселируя поток и поднимая давление до заданной величины 50кГ/см. При достижении указанного давления необходимо зафиксировать значение перекрытия по шкале 17 указателем 16 и по номограмме (фиг.4) определить расход, повторяя вышеописанные действия на всех ступенях давления.