УЗЕЛ ЭЛЕКТРОДА ДАТЧИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА

Заявляемая полезная модель относится к области приборостроения, а именно к устройствам вывода электрических сигналов датчиков - преобразователей электромагнитных расходомеров.
Известен узел электрода датчика (см. А.Св. №1122890). Он содержит электрод с фланцем и сильфоном, установленным по оси электрода. Патрубок герметично закреплен с наружной стороны трубопровода, футерованного изнутри изоляционным материалом. В полость патрубка запрессовывается пластмасса, а затем верхняя часть патрубка завальцовывается. Недостаток заключается в том, что конструкция узла электрода не технологична, так как требует сложных технологий переработки пластмасс (высокая температура, создание высоких давлений, специализированная оснастка).
Известен узел электрода датчика электромагнитного расходомера по патенту на полезную модель №22241. Он содержит участок трубопровода с отверстием под электрод, футерованный изнутри изоляционным материалом. С наружной стороны трубопровода симметрично отверстию под электрод выполнена опорная плоскость, на которую устанавливают и герметично закрепляют плоскую металлическую деталь в форме шайбы, или пластины с отверстием под электрод меньшим, чем отверстие в трубопроводе, при этом отверстия трубопровода и металлической детали во избежание перекоса электрода при установке, должны располагаться соосно. Электрод выполнен с одного конца в виде сферической шляпки с плоским торцом со стороны противоположной сферической, а на противоположном конце электрода выполнен резьбовой участок под гайку. С наружной стороны трубопровода установлена втулка с буртиком из изоляционного материала, изолирующая электрод от трубопровода, и тарельчатые пружины. Данная конструкция узла электрода датчика расходомера по патенту 22241 по сравнению с предыдущим аналогом более технологична, т.к. при его изготовлении не требуется применения сложных технологий. Однако из-за погрешности изготовления деталей при сборке узла возможно нарушение соосности отверстий в плоской металлической детали и в трубопроводе, при этом происходит осевое смещение электрода относительно отверстия в трубопроводе в одну сторону, что ведет к неравномерному прижатию изоляционного материала футеровки к плоской металлической детали и снижению надежности герметизации соединения. При сборке каждого узла электрода необходимо обеспечить точное положение плоской металлической детали относительно опорной плоскости таким образом, чтобы отклонение соосности отверстий в трубопроводе и в плоской металлической детали было минимальным, эта операция производится с применением специально изготовленного инструмента, что делает сборку узла трудоемкой, не технологичной.
Известен узел электрода по патенту на полезную модель №27858, содержащий отрезок трубопровода с изолированной внутренней поверхностью, на наружной поверхности трубопровода диаметрально противоположно расположены бобышки, имеющие отверстия с изолированной поверхностью для размещения электродов, электроды, головки которых размещены внутри трубопровода, с наружной стороны трубопровода электроды с изолирующими прокладками затянуты при помощи гаек. На внутренней поверхности бобышек и на наружной поверхности электродов выполнены две кольцевые канавки, заполненные изоляционным материалом, изолированная внутренняя поверхность трубопровода имеет лыски по всей длине трубопровода, а электроды установлены заподлицо с внутренней изолированной поверхностью трубопровода.
Недостатком данной конструкции является сложность нанесения изоляционного слоя на внутреннюю поверхность отрезка трубопровода и втулку, высокая трудоемкость изготовления деталей узла (втулка с внутренними канавками и резьбой, резьбовая изоляционная втулка, электрод с накаткой и канавками).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является узел электрода датчика электромагнитного расходомера по патенту Великобритании GB 2047409 (A), выбранный в качестве прототипа. Он содержит (см Прил.1, Фиг.3 патента GB 2047409 (A) участок трубопровода с отверстием под электрод, футерованный изнутри изоляционным материалом. С наружной стороны трубопровода устанавливают и герметично закрепляют металлическую опорную втулку с отверстием под электрод и буртиком, выполненным заподлицо с одним из торцов втулки. Электрод установлен изнутри трубопровода и выполнен в виде хвостовика с резьбой под затягивающую узел гайку и сопряженного с рабочей частью в виде сферической шляпки с плоским торцом, на котором выполнена круговая канавка, меньший диаметр которой равен диаметру хвостовика электрода. С наружной стороны трубопровода в отверстие опорной металлической втулки установлена изоляционная втулка, буртик которой ложится на торец опорной втулки, тарельчатые пружины, затягивающая гайка.
Недостатком данной конструкции является отсутствие опорной плоскости на трубопроводе, из за чего при установке плоского буртика металлической опорной втулки на цилиндрическую поверхность трубопровода невозможно выдержать перпендикулярность оси опорной втулки, а следовательно и перпендикулярность электрода, с осью трубопровода без специализированного технологического приспособления. Неперпендикулярная установка опорной втулки, ведет к перекосу электрода, т.е. в конечном итоге и к снижению точности измерений. В связи с тем, что плоский буртик опорной втулки устанавливается на цилиндрическую поверхность трубопровода, высока вероятность некачественной сварки из-за неравномерной толщины сварного шва, что влечет за собой нарушение поверхности торца опорной втулки, на которую устанавливается изоляционная втулка, перекос последней при установке в опорную втулку, и следовательно, перекос электрода. Особенно этот недостаток проявляется на трубопроводах малых диаметров с небольшими размерами опорных втулок, где при сварке происходит нарушение поверхности торца опорной втулки, на которую устанавливается изолирующая втулка, что в дальнейшем обуславливает неравномерное прилегание изолирующей втулки к металлической опорной втулке, т.е. неперпендикулярную установку последней и, следовательно, электрода.
Целью разработки заявляемой полезной модели является повышение технологичности сборки и универсальности узла электрода датчика электромагнитного расходомера, т.е. пригодности конструкции для трубопроводов разного диаметра.
Поставленная цель достигается тем, что узел электрода датчика электромагнитного расходомера, размещаемый в отверстии участка металлического трубопровода, футерованного изнутри изоляционным материалом, содержащий электрод со шляпкой, установленный изнутри трубопровода, изоляционную втулку с буртиком, выполненным заподлицо с одним из ее торцов, изолирующую электрод от трубопровода, упругий и крепежный элементы осевого поджатия электрода к внутренней поверхности трубопровода, металлическую втулку с буртиком и отверстием под электрод, неподвижно и герметично закрепленную буртиком на трубопроводе соосно отверстию трубопровода и установленную так, что торец втулки, обращенный к шляпке электрода расположен внутри отверстия трубопровода, а буртик выступает над поверхностью трубопровода, при этом плоскости упомянутого торца металлической втулки обращенного к шляпке электрода и торца электрода, взаимодействующие через футерованный изоляционный материал между собой параллельны, кроме того, на трубопроводе с наружной его стороны, симметрично отверстию под электрод выполнена опорная плоскость, буртик металлической втулки расположен между ее торцами, металлическая втулка упомянутым буртиком установлена на опорную плоскость, выполненную на трубопроводе, а изоляционная втулка своим буртиком размещена на выступающем над трубопроводом торце металлической втулки переходя в ее отверстие.
Повышение технологичности сборки узла электрода, по сравнению с прототипом, обусловлено отсутствием необходимости в специализированном технологическом приспособлении, предназначенном для установки втулки перпендикулярно оси трубопровода, и закрепления ее жестко на трубопроводе для выполнения сварного шва, как это необходимо делать в прототипе. В заявляемом узле плоский буртик металлической втулки, расположенный между ее торцами, ложится на плоскую опорную поверхность, при этом сварной шов, выполненный по периметру буртика, получается более качественным и не нарушает поверхности выступающего над ним торца втулки, на который в дальнейшем устанавливают изолирующую втулку, плотно прилегающую к неповрежденной сварным швом поверхности торца, выступающего над трубопроводом.
Сущность заявляемого узла электрода датчика электромагнитного расходомера поясняется чертежом:
Фиг.1. Узел электрода. Сборочный чертеж.
На чертеже, Фиг.1, поясняющем основной пункт, изображена фасонная металлическая втулка (далее - металлическая втулка) с буртиком, расположенным между ее торцами и установленная на опорную плоскость, выполненную на трубопроводе с наружной стороны симметрично отверстию под электрод, и предназначенную для улучшения технологичности при установке втулки в отверстие трубопровода, улучшения качества сварного шва и сохранения качества поверхности торца втулки, на которую устанавливается изоляционная втулка.
Заявляемый узел электрода электромагнитного датчика включает в себя (см. Фиг.1) участок металлического немагнитного трубопровода (1), с отверстием (2) под электрод (3), трубопровод футерован изнутри изоляционным материалом (4). С наружной стороны трубопровода симметрично отверстию под электрод выполнена опорная плоскость (5), на которую буртиком (6) установлена металлическая втулка (7), и герметично и неподвижно закреплена на ней, например, посредством сварки, при этом сварной шов выполняется по периметру буртика и не нарушает качества поверхности торца (8) втулки (7), предназначенного для установки изоляционной втулки (9), обеспечивая хорошее прилегание (без перекосов) изоляционной (9) втулки к торцу (8) металлической втулки (9), что позволяет применять металлическую втулку (7) данной конструкции с буртиком между торцов, как для трубопроводов большого диаметра, так и для трубопроводов малого диаметра, т.е. она универсальна по своей конструкции, в отличие от прототипа, где опорная металлическая втулка устанавливается буртиком, выполненным заподлицо с ее торцом, непосредственно на цилиндрическую поверхность трубопровода, что влечет за собой неравномерность толщины сварного шва и нарушение поверхности торца опорной втулки, на который так же, как и в заявляемом узле, устанавливается изоляционная втулка. Нарушение поверхности торца металлической опорной втулки, на который устанавливают изоляционную втулку особенно неприемлемо на трубопроводах малых диаметров, с небольшими размерами втулок, о установке изоляционной втулки без перекоса и соосности втулок в этом случае не приходится говорить. Для обеспечения плотной установки изоляционной втулки на поверхность торца металлической детали, размеры последней либо должны быть достаточно большими, что невозможно на трубопроводах малого диаметра, либо требуется дополнительная механическая обработка поверхности детали после сварки.
Акцентируем внимание экспертизы, конструкция заявляемого узла электрода пригодна как для трубопроводов большого диаметра, так и для трубопроводов малого диаметра, т.к. сварной шов, выполненный по периметру буртика, не нарушает качества поверхности торца втулки, предназначенной для дальнейшей установки изоляционной втулки, обеспечивая ее установку на неповрежденный торец металлической втулки, тем самым гарантируя соосность металлической и изоляционной втулок, а значит и перпендикулярность электрода к оси трубопровода, т.е. заявляемая конструкция универсальна.
Следует отметить, что отверстие (10) металлической втулки (7), в котором располагается электрод (3) меньше размеров шляпки электрода с плоским торцом (11), для того, чтобы материал футеровки (4) при окончательном затягивании узла зажимался между неподвижно и герметично закрепленной на опорной плоскости втулкой (7) и плоскостью шляпки электрода (8). Сам электрод (3) выполнен с одного конца в форме шляпки, выпуклой с одной стороны и с плоским торцом (11) с другой, а на противоположном конце электрода, выступающем с наружной стороны трубопровода, выполнен резьбовой участок под гайку (12), кроме того, на выступающей над трубопроводом с наружной стороны части электрода расположены тарельчатые пружины (13), контактный лепесток (14), изолирующий элемент, выполненный в виде втулки (9) с буртиком, установленной в отверстие (10) металлической втулки, причем буртик изолирующей втулки ложится на торец (8) металлической втулки(7). Для предохранения изоляционной втулки (9) от повреждения при сборке электрода между тарельчатыми пружинами (13) и втулкой (9) установлена защитная металлическая прокладка (15).
Сборка узла электрода производится следующим образом:
Металлическую втулку (7) устанавливают так, чтобы один из ее торцов, разместился непосредственно в отверстии (2) трубопровода (1), при этом буртик (6) ложится на опорную плоскость (5), а второй торец (8) втулки (7) выступает поверх буртика (6) над трубопроводом, и поскольку герметичное соединение втулки с трубопроводом, например, сварку, производят непосредственно по буртику (6) и плоскости (5), то выступающий над трубопроводом (2) торец (8) втулки остается неповрежденным, «чистым», для размещения на нем изоляционной втулки (9). После неподвижного и герметичного соединения металлической втулки (7) с трубопроводом (1) и футеровки внутренней поверхности трубопровода изоляционным слоем (4), с внутренней стороны трубопровода устанавливают электрод (3). С внешней стороны трубопровода на электрод (3) надевают плотно обхватывающую его изоляционную втулку (9), из материала подобного материалу футеровки, при этом буртик изоляционной втулки ложится на «чистую» поверхность торца (8) металлической втулки (7). С внешней стороны на электрод надевают защитную металлическую прокладку (15), тарельчатые пружины (13), контактный лепесток сигнального провода (14) и затягивают до упора гайку (12). Параллельность торцов металлической втулки (7) и торца (8) шляпки электрода, а так же перпендикулярность электрода и оси трубопровода, обеспечивается технологически за счет установки металлической втулки в отверстие трубопровода, малого отверстия под электрод во втулке (7) и присутствия по всей длине этого отверстия изолирующей втулки (9), которая одновременно центрирует положение электрода, в отличие от прототипа, в котором применена изоляционная втулка малой высоты. При затягивании собранного электрода слой материала футеровки (4), расположенный между торцом металлической втулки (7) и торцом (8) шляпки электрода, подтягивается шляпкой электрода, обеспечивая надежную герметизацию. Напряженные тарельчатые пружины (13) выбирают просадку (хладотекучесть) футеровочного материала в процессе срока эксплуатации при возможных изменениях окружающей температуры, обеспечивая эксплуатационную надежность герметизации.
Повышение технологичности при сборке узла электрода обусловлено отсутствием необходимости в специализированном приспособлении для жесткой установки металлической втулки в отверстие трубопровода на время выполнении сварного шва, как это необходимо делать в прототипе. В заявляемом узле электрода плоский буртик (6) опорной металлической втулки (7) ложится на поверхность опорной плоскости (5), тем самым гарантируя соосность металлической и изоляционной втулок, а значит и перпендикулярность электрода к оси трубопровода, т.е. заявляемая конструкция универсальна, при этом сварной шов, выполненный по периметру буртика, получается равным по толщине и не затрагивает поверхности торца (8) втулки, на которую устанавливается изолирующая втулка (9). Универсальность заявляемой конструкции для трубопроводов больших и малых диаметров обусловлена конструкцией металлической втулки с буртиком между торцов позволяющей сохранить неповрежденной сварным швом поверхность торца (8), что особо важно для трубопроводов малого диаметра, где площадь прилегания изолирующей втулки к опорной металлической втулке и так мала, и не приемлемо ее уменьшение за счет повреждения сварным швом. Т.е. заявляемая конструкция пригодна для разных трубопроводов, в отличие от прототипа, который наиболее вероятен для трубопроводов больших диаметров.
Перечень позиций к Фиг.1
№ позиции
Наименование
Кол.
1
Участок трубопровода
1
2
Отверстие в трубопроводе под установку фасонной металлической втулки
1
3
Электрод
1
4
Материал Футеровки
1
5
Опорная плоскость выполненная на трубопроводе
1
6
Буртик фасонной металлической втулки
1
7
Фасонная металлическая втулка
1
8
Торец фасонной металлической втулки, выступающий над трубопроводом
1
9
Изоляционная втулка
1
10
Отверстие фасонной металлической втулки под установку изоляционной втулки
1
11
Плоский торец шляпки электрода
1
12
Гайка
1
13
Тарельчатые пружины
2
14
Лепесток
1
15
Металлическая прокладка
1
Источники принятые во внимание
1) Узел электрода датчика по А.Св. №1122890 - аналог.
2) Узел электрода датчика электромагнитного расходомера по патенту на полезную модель №22241, - аналог.
3) Узел электрода по патенту на полезную модель «электромагнитный преобразователь расхода» №27858, - аналог
4) Электрод электромагнитного расходомера, по патенту Великобритании GB 2047409 - прототип.