Датчик изгибающего момента

Полезная модель относится к измерительным устройствам, а именно к датчикам изгибающего момента для вихревых расходомеров жидкости, газа и пара.
Из уровня техники известны датчики изгибающего момента вихревого расходомера, которые предназначены для определения частоты вихрей, образующихся при обтекании газом или жидкостью специальной преграды - тела обтекания, расположенной в корпусе вихревого расходомера. Корпус вихревого расходомера представляет собой трубу 1, на торцах которой сформированы поверхности 2 для соединения с трубопроводом (поверхности типа «фланец», «сэндвич», «резьбовой фитинг» или «разделка под приварку»), с узлом крепления тела обтекания 3, установленного перпендикулярно потоку проходящей жидкости или газа, узлом крепления датчика изгибающего момента 4, установленным датчиком изгибающего момента 5 и узлом крепления стойки электронного блока 6.
Данный вихревой расходомер представлен на фиг. 1. Конструкция корпуса такого вихревого расходомера и узла крепления датчика изгибающего момента 108М, применяемая в вихревых расходомерах ЗАО «ЭМИС», описана в реферате патента RU 190635 U1, 05.07.2019, и взята в качестве прототипа. Данный узел представлен сварной конструкцией корпуса вихревого расходомера, состоящей из самого корпуса и фланцевой бобышки, а также сварной конструкцией стойки электронного блока, состоящей из фланца и трубки. Бобышка используется для центрирования и фиксации датчика посредством прижима через специальную шайбу, имеющую центральное отверстие для выхода хвостовика сенсора, два сквозных симметрично расположенных относительно оси паза для насаживания детали на два штифта, установленных в соответствующие отверстия в корпусе и четыре выступа, входящих в зацепление с соответствующими пазами датчика изгибающего момента. Место соединения сенсора вихрей и корпуса прибора уплотняется с помощью плоской прокладки из меди.
К недостаткам прототипа можно отнести экспериментальные данные, согласно которым установлено, что при увеличении момента затяжки, необходимого для обжатия металлической прокладки, с помощью которой уплотняется стык между корпусом датчика и корпусом расходомера, наблюдается деформация корпуса датчика, что приводит к следующим последствиям:
заклинивание датчика в отверстии (невозможность демонтажа без повреждения датчика) ввиду пластической деформации и возникновению трещин по границам пазов;
раскрытие резьбового соединения между корпусом датчика и ниппелем, что в свою очередь приводит к снижению заявленных характеристик по степени пыле- и влагозащиты (изготовителем заявляется степень пылевлагозащиты IP68);
обрыв электрических проводов, т.е. отказ датчика.
Также из уровня техники известен узел крепления сенсоров в проточной части вихревого расходомера RU 185539 U1, 07.12.2018, включающий в себя закрепленную с помощью сварки в глухом отверстии толстостенного цилиндрического корпуса расходомера бобышку в виде цилиндра с внутренней резьбовой частью для закрепления в ней снабженной наружной резьбой стойки электронного блока и с центральным отверстием, в котором расположен пьезоэлектрический сенсор вихрей, зафиксированный в нем с помощью снабженного в верхней части шестигранной головкой и имеющего в его нижней части наружную резьбу цилиндрического прижима с уплотнением стыка сенсора с корпусом посредством металлической прокладки прямоугольного сечения и герметизацией внутренней полости узла, при этом стойка электронного блока выполнена тонкостенной и снабжена двумя диаметрально противоположными лысками для обеспечения необходимого момента затяжки ее в бобышке, которая выполнена толстостенной в нижней ее части, при этом диаметр центрального отверстия в верхней ее трети, где ввернута стойка и расположена верхняя часть прижима, примерно вдвое больше диаметра отверстия в ее средней части, где с помощью резьбы закреплена нижняя часть прижима, фиксация стойки и прижима относительно бобышки в резьбовых соединениях и герметизация внутренней полости узла выполнены с помощью слабого анаэробного клея-герметика, с одной стороны за прижимом в толстой стенке бобышки выполнено сквозное продольное цилиндрическое отверстие, а под ним - соосное с ним глухое отверстие в корпусе расходомера, в котором установлен датчик температуры.
Недостатками данного узла крепления является отсутствие устройства для ориентации крыла (лопатки) пьезоэлектрического сенсора вихрей относительно плоскости симметрии корпуса вихревого расходомера
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, а именно датчика изгибающего момента, которое не имело бы недостатков известного уровня техники.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в улучшении конструкции корпуса датчика изгибающего момента, обеспечивающей возможность ориентации датчика относительно плоскости симметрии корпуса вихревого расходомера.
Кроме того, конструкцией заявляемой полезной модели обеспечивается возможность ориентации датчика относительно плоскости симметрии корпуса расходомера.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что датчик 5 изгибающего момента для вихревых расходомеров жидкости или газа, выполненный из полого цилиндрического металлического корпуса 7, оканчивающегося с одной стороны клиновидным крылом 8, а с другой стороны - герметичным вводом 9 с электрическим кабелем 10, соединенным с пьезоэлектрическим узлом, расположенным внутри корпуса 7, согласно полезной модели на внешней поверхности датчика 5 выполняется металлический бурт 11, по нижней части которого производится уплотнение плоской прокладкой 12, а по верхней части производится силовое воздействие прижимающей резьбовой втулкой 13.
Также датчик изгибающего момента, дополнительно содержит на корпусе пазы 14 для ориентации, расположенные на плоскостях симметрии датчика 5
Такое решение с введением дополнительного бурта 11 на внешней поверхности датчика позволяет изменить конструкцию узла крепления датчика путем удаления специальной шайбы и штифтов, используемых для ориентации датчика в корпусе вихревого расходомера.
Кроме того, данное решение позволяет исключить возможность деформации корпуса датчика, приводящую к отказу датчика и, как следствие, вихревого расходомера. Узел крепления датчика представляет собой конструкцию, в которой датчик устанавливается в корпус вихревого расходомера с использованием плоской прокладки (металлической или из эластичного материала).
При этом во всех вариантах верхняя часть уплотнительного бурта используется для контакта с прижимающей резьбовой втулкой, вкручивающейся по резьбе во фланцевой бобышке, приваренной к корпусу или выполненной непосредственно в корпусе вихревого расходомера.
Также задача ориентации датчика в корпусе вихревого расходомера решается путем использования специального ключа, применяемого при установке датчика. Так, ключ представляет собой трубку, на одном из концов которой расположены выступы для соединения с ответными пазами на датчике, на другом конце расположено устройство для ориентации ключа и, соответственно, датчика относительно оси вращения. Устройство может представлять собой шестигранник, две плоскости которого параллельны плоскости симметрии, проходящей через выступы. Также устройство ориентации ключа может быть выполнено в виде направляющего стержня, ось которого должна быть также параллельна плоскости симметрии, проходящей через выступы, и которую необходимо выставлять параллельно оси трубы корпуса вихревого расходомера.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено общий принцип работы вихревого расходомера.
На фиг. 2 представлен вышедший из строя датчик из-за повышенного момента затяжки прижимающей втулки, которая раздавила корпус датчика.
На фиг. 3 представлен датчик изгибающего момента согласно заявляемой полезной модели.
На фиг. 4 представлена схема взаимодействия узла крепления датчика в вихревом расходомере.
На фиг. 5 представлены вспомогательные инструменты, необходимые для ориентации датчика изгибающего момента.
Узел крепления датчика (фиг. 4) представляет собой конструкцию, в которой датчик 5 устанавливается в корпус вихревого расходомера 1 с использованием плоской прокладки 12 (металлической или из эластичного материала). При этом во всех вариантах верхняя часть уплотнительного бурта используется для контакта с прижимающей резьбовой втулкой 13, вкручивающейся по резьбе во фланцевой бобышке 15, приваренной к корпусу 1 или выполненной непосредственно в корпусе вихревого расходомера.
Для возможности ориентации датчика 5 в корпусе 1 вихревого расходомера необходимо использовать следующие инструменты в следующем порядке, так на фиг. 5 ключ 16 представляет собой трубку, на одном из концов которой расположены выступы 17 для соединения с ответными пазами 14 на датчике 5, на другом конце расположено устройство 18 для ориентации ключа 16 и, соответственно, датчика 5 относительно оси вращения. Устройство 18 может представлять собой шестигранник, две плоскости которого параллельны плоскости симметрии, проходящей через выступы 17. Также устройство ориентации ключа может быть выполнено в виде направляющего стержня 19, ось которого должна быть также параллельна плоскости симметрии, проходящей через выступы, и которую необходимо выставлять параллельно оси трубы корпуса вихревого расходомера.
Таким образом, улучшенная конструкция корпуса датчика изгибающего момента, обеспечивает возможность увеличения усилия прижатия плоской прокладки (металлической или из эластичного материала), устанавливаемой между корпусом датчика изгибающего момента и корпусом вихревого расходомера с сохранением возможности ориентации датчика.