МАНОМЕТР ПОКАЗЫВАЮЩИЙ КОРАБЕЛЬНЫЙ
SHIPBORNE INDICATING PRESSURE GAGE

Изобретение относится к приборостроению, в частности к области создания стрелочных манометров, термометров и других приборов, корпуса которых имеют цилиндрическую форму различного диаметра с защитным стеклом, расположенным над циферблатом.
Приборы предназначены для работы в водяных парах, насыщенных солями, содержащимися в морском тумане, с примесью паров масел, в условиях вибрации и наклонов. Измеряемыми средами могут быть: морская и пресная вода, пар, паровоздушная смесь, технический воздух, масло, хладон марок 12, 22 и 142, керосин, соляр, дизельное топливо, бензин, гелий, азот, кислород.
В качестве аналогов могут быть использованы конструкции приборов типа манометры показывающие судовые МТПСд-100-ОМ2, ВТПСд-100 - ОМ2, МВТПСд-100-ОМ2 [1].
Известен манометр корабельный МКУ [2], содержащий манометрический чувствительный элемент (далее - трубка Бурдона) и передаточный трибко-секторный механизм в виде системы тяг, кинематически связанных со стрелкой, расположенной на оси ее вращения, отличающийся тем, что с целью повышения виброустойчивости прибора в него введен инерционный диск, насаженный на ось трибки, центр которого расположен на оси вращения стрелки.
Особенностью данного технического решения является то, что под действием пульсирующего давления измеряемой среды трубка Бурдона совершает резкие непродолжительные колебания большей или меньшей амплитуды (приходит в состояние вибрации), которые передаются стрелке прибора. При этом закрепленный на оси трибки диск совершает возвратно-поступательное движение. Но в силу инертности диск оказывает определенное сопротивление изменению направления своего вращения. За счет тормозящего действия диска уменьшается колебание стрелки. Кроме того, корпус прибора имеет устройство, обеспечивающее сохранность стекла в случае разрыва трубки Бурдона. В задней торцевой стенке корпуса прибора имеется отверстие, которое перекрывается круглым диском, встроенным в торцевой стенке. В случае разрыва трубки Бурдона давлением среды через отверстие круглый диск выдавливается и тем самым предохраняет стекло.
Однако у данного прибора имеется ряд существенных недостатков, а именно:
- в случае тряски инерционный диск за счет своей массы стабилизирует положение стрелки на циферблате, но под действием пульсирующего давления измеряемой среды трубка Бурдона совершает резкие непродолжительные колебания, и в силу того, что инерционный диск имеет определенную массу, которая при резких колебаниях вызывает отклонение стрелки в ту или иную сторону от действительного показания стрелки на шкале прибора;
- натяжная плоская спиральная пружина под действием тряски находится в спонтанном движении, что отрицательно влияет на показания прибора, кроме того, приводит ее к преждевременному износу. Натяжная спиральная пружина жестко закреплена внутренним концом в прорези втулки, насаженной на ось трибки, а внешним концом - в секторном передаточном механизме. Так как концы пружины закреплены жестко, то в местах крепления неизбежно возникают реакции связи при действии периодически изменяющихся во времени нагрузок (напряжений), которым подвержена трубка Бурдона под действием пульсирующего давления измеряемой среды. Опыты показывают, что детали разрушаются при напряжениях, более низких, чем напряжения, вызванные действием статических нагрузок [3, с.354];
- характерно то, что при действии повторно-переменных нагрузках происходит постепенное разрушение пружины вследствие усталости материала пружины и в результате постепенного развития трещин. Существенное значение для возникновения трещин и развития трещин усталости имеют не только дефекты внутреннего строения материала (внутренние трещины, шлаковые включения и т.п.), но также и дефекты обработки поверхности детали (царапины, следы от резца или шлифовального камня).
Исследования показывают, что поломки в подавляющем большинстве случаев происходят из-за трещин усталости [3, с.354-358].
Известен " Манометр" [4], выбранный в качестве прототипа, в котором с целью повышения виброустойчивости зубчатый сектор связан внутренним зацеплением с дополнительным зубчатым колесом, на оси которого закреплен инерционный элемент, который силами инерции уменьшает амплитуду колебаний показывающей стрелки. Недостатком данного технического решения является возникновение в шарнирах механизма реакции от сил инерции, что ведет к ускоренному разрушению прибора. Это обстоятельство ограничивает массу инерционного элемента, что в свою очередь снижает эффективность его действия.
Другим недостатком данного прибора является то, что при тряске прибора натяжная спиральная пружина совершает спонтанные движения, концы которой закреплены жестко, в местах крепления неизбежно возникают реакции связи при действии периодически меняющихся нагрузках, что приводит к поломке жестко закрепленных концов натяжной спиральной пружины в силу тех же причин, что и в [2]. Особенностью конструкции данного прибора является то, что в нем принято техническое решение, позволяющее уменьшить амплитуду колебаний показывающей стрелки путем применения дополнительного зубчатого колеса, связанного внутренним зацеплением с зубчатым сектором, которые силами инерции уменьшают амплитуду колебаний показывающей стрелки. Такое конструктивное решение имеет наибольший положительный эффект в стационарных условиях, где прибор не подвержен тряске и вибрации. Однако в условиях эксплуатации прибора при тряске и вибрации дополнительное зубчатое колесо приобретает запаздывающий или опережающий вращательный момент, что приводит к погрешности показаний прибора.
Целью предлагаемого технического решения является сохранение точности измерений, повышение виброустойчивости и надежности действия манометров в условиях тряски, а также за счет уменьшения влияния пульсации измеряемой среды на их показания.
Технический результат достигается тем, что манометр, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого установлен держатель-основание, оканчивающийся штуцером для подключения к измеряемому давлению с внешней стороны корпуса, трубчатую пружину Бурдона, которая свободным концом связана с передаточным трибко-секторным механизмом, преобразующим перемещение свободного конца трубки в круговое движение стрелки, установленной на оси трибки и располагающейся над циферблатом, имеет защитную ограничительную чашку, в которой имеется отверстие для прохода оси трибки, которая находится в зацеплении с зубчатым сектором и с зубчатым инерционным диском, причем ось трибки и ось инерционного диска лежат в одной плоскости, а ось трибки совпадает с центральной осью прибора, причем натяжная спиральная пружина расположена в защитной ограничительной чашке, где закреплена внутренним концом в прорези втулки с осевым отверстием, причем втулка насажена на ось трибки, а внешним концом крепится при помощи штифта в имеющееся отверстие в цилиндрической стенке защитной ограничительной чашки, причем чашка крепится к держателю-основанию при помощи винтов, причем циферблат с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец трибки, на свободный конец которой насажена указательная стрелка, также крепится винтами к держателю-основанию.
Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что решена трудная техническая задача по сохранению точности измерений, по повышению виброустойчивости и надежности действия манометров в условиях тряски, а также за счет уменьшения влияния пульсации измеряемой среды на их показания путем применения защитной ограничительной чашки, которая предохраняет натяжную спиральную пружину во время тряски и ограничивает ее спонтанные движения, уменьшает вероятность поломки жестко закрепленных концов, а применение инерционного зубчатого диска, находящегося в зацеплении с трибкой, которая также находится в зацеплении с зубчатым сектором, и в силу противоположных возвратно-поступательных вращений зубчатого инерционного диска и зубчатого сектора уравновешивает их вращательные инерционные моменты, что стабилизирует положение указательной стрелки на шкале циферблата и уменьшает амплитуду колебаний указательной стрелки, что повышает эффективность действия манометров.
Другим преимуществом предлагаемого изобретения является то, что в конструкцию прибора введен ограничитель хода зубчатого сектора в пределах диапазона показаний, что особенно важно в условиях работы манометров при тряске. Ограничитель хода выполнен в виде прямоугольной пластины с отогнутыми вниз концами, которые ограничивают ход зубчатого сектора в случаях большой тряски и резких пульсаций измеряемой среды. Ограничитель хода крепится к верхней пластине трибко-секторного механизма при помощи винтов.
Для защиты трибко-секторного механизма с трубкой Бурдона от воздействия водяных паров, насыщенных солями, содержащимися в морском тумане, с примесью паров масел, манометр снабжен воздушным фильтром, который расположен внутри корпуса манометра, кроме того, воздушный фильтр служит для уравновешивания давлений внутри прибора с атмосферным, что исключает поломку защитного стекла.
Держатель-основание закреплен к корпусу винтами, а трубчатая пружина Бурдона закреплена герметично в держателе-основании одним концом и оканчивается герметичным свободным другим, к которому жестко закреплен плоский выступ, имеющий отверстие для крепления первого шарнира, а в хвостовике зубчатого сектора имеется отверстие, выполненное в виде паза, второго шарнира для соединения тяги своими концами при помощи первого и второго шарниров.
Таким образом, с целью сохранения точности измерений, повышения виброустойчивости и надежности действия манометров в условиях тряски, а также за счет уменьшения влияния пульсаций измеряемой среды на их показания, трибко-секторный механизм содержит защитную ограничительную чашку, в которой имеется отверстие для прохода оси трибки, которая находится в зацеплении с зубчатым сектором и с зубчатым инерционным диском, причем ось трибки и ось зубчатого инерционного диска лежат в одной плоскости, а ось трибки совпадает с центральной осью манометра, причем расположенная натяжная спиральная плоская пружина в защитной ограничительной чашке, в которой она закреплена внутренним концом в прорези втулки с осевым отверстием, причем втулка насажена на ось трибки, а внешним концом крепится при помощи штифта в имеющееся отверстие в цилиндрической стенке защитной ограничительной чашки, которая предохраняет натяжную плоскую спиральную пружину во время тряски и ограничивает ее спонтанные колебания, уменьшает вероятность поломки жестко закрепленных концов, кроме того, установленный в трибко-секторном механизме зубчатый инерционный диск, находящийся в зацеплении с трибкой, которая также находится в зацеплении с зубчатым сектором, в силу их противоположных возвратно-поступательных вращений уравновешивают их вращательные инерционные моменты, которые стабилизируют положение указательной стрелки на шкале циферблата и практически устраняют амплитуду колебаний указательной стрелки, кроме того, ход зубчатого сектора ограничивается в пределах диапазона показаний путем вновь введенного ограничителя хода, выполненного в виде прямоугольной пластины с отогнутыми вниз концами, между которыми зубчатый сектор совершает возвратно-поступательные вращения, кроме того, с целью защиты трибко-секторного механизма с трубкой Бурдона от воздействия водяных паров, насыщенных солями, содержащихся в морском тумане, с примесью паров масел, манометр снабжен воздушным фильтром, который также служит для уравновешивания давлений внутри манометра с атмосферным, что исключает поломку защитного стекла, следовательно, новая конструкция корабельного манометра выполняет цель поставленной задачи - сохраняет точность измерений, повышает виброустойчивость и надежность действия манометров в условиях тряски, за счет уменьшения влияния пульсации измеряемой среды на их показания.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
Чертеж, поясняющий суть изобретения, приведен на фиг.1 - с лицевой стороны; на фиг.2 - продольный разрез, в которых 1 - цилиндрический корпус прибора, в котором закреплен держатель-основание 2 с герметизирующей прокладкой 3 при помощи винтов 4 (фиг.2) и штуцером 5 для подключения к измеряемому давлению с внешней стороны корпуса 1, а трубчатая пружина Бурдона 6 закреплена герметично в держателе-основании 2 одним концом и оканчивается герметичным свободным другим, к которому жестко закреплен плоский выступ 7, имеющий отверстие 8 для крепления первого шарнира 9, а в хвостовике 10 зубчатого сектора 11 имеется отверстие 12, выполненное в виде паза, для второго шарнира 13 для соединения тяги 14 своими концами при помощи первого 9 и второго 13 шарниров, причем длина тяги 14 регулируется при помощи плечика 15, в котором имеется продольный паз 16 для перемещения плечика 15 вверх или вниз, который крепится к тяге 14 при помощи винтов 17, кроме того, и на держателе-основании 2 жестко крепится трибко-секторный механизм А, который содержит механически соединенные между собой две параллельные, верхнюю 18 и нижнюю 19, металлические пластины, причем на верхней пластине 18 механизма А закреплена при помощи винтов 20 защитная ограничительная чашка 21, в которой установлена натяжная спиральная пружина 22, которая закреплена внутренним концом 23 в прорези втулки 24, насаженной на ось трибки 25, а внешним концом 26 крепится при помощи штифта 27 в имеющееся отверстие в цилиндрической стенке 28 защитной ограничительной чашки 21, причем циферблат 29 с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец трибки 25, на свободный конец которой насажена указательная стрелка 30, также крепится винтами 20 к держателю-основанию 2, кроме того, между верхней 18 и нижней 19 параллельными металлическими пластинами трибко-секторного механизма А установлен на оси Б инерционный зубчатый диск 31, находящийся в зацеплении с трибкой 25, которая также находится в зацеплении с зубчатым сектором 11, кроме того, конструкция прибора имеет ограничитель 32 хода (фиг.1, фиг.3) зубчатого сектора 11 в пределах диапазона шкалы циферблата 29, причем ограничитель 32 выполнен в виде прямоугольной пластины с отогнутыми вниз концами 33, которые ограничивают ход зубчатого сектора 11, а сам ограничитель 32 крепится к верхней пластине 18 трибко-секторного механизма А при помощи винтов 20, кроме того, прибор имеет демпфирующее устройство 34 (фиг.1, фиг.4) для гашения пульсирующего давления, кроме того, внутри цилиндрического корпуса 1 манометра установлен воздушный фильтр 35, служащий для уравновешивания давлений внутри манометра с атмосферным, что исключает поломку защитного стекла 36, которое крепится к цилиндрическому корпусу 1 манометра с герметизирующими прокладками 38 и 39 при помощи обечайки 40, которая закреплена на корпусе 1 тремя винтами 41, на одном из которых устанавливается пломба 42 с контрольным винтом 43. За пределами цилиндрического корпуса 1 в четырехугольной стенке 44 по углам имеются отверстия 45 для крепления манометра по месту его применения.
Манометрический прибор функционирует следующим образом.
Работа манометра основана на уравновешивании измеряемого давления силами упругой деформации манометрической трубчатой пружины Бурдона 6 (фиг.1).
Измеряемое давление подается через штуцер 5 во внутреннюю полость трубчатой пружины Бурдона 6, один конец которой жестко закреплен в держателе-основании 2, а другой - свободен.
При подаче давления перемещение свободного конца трубчатой пружины Бурдона 6 при помощи тяги 14, трибко-секторного механизма А преобразуется во вращательное движение показывающей стрелки 30. Отсчет показаний производится по шкале циферблата 29.
При действии тряски и пульсирующего давления измеряемой среды манометрический чувствительный элемент 6 совершает резкие колебания большей или меньшей амплитуды (приходит в состояние вибрации), которые передаются указательной стрелке 30 прибора. При этом защитная ограничительная чашка ограничивает спонтанные колебания натяжной спиральной пружины, кроме того, установленный на оси Б инерционный зубчатый диск 31, находящийся в зацеплении с трибкой 25, которая также находится в зацеплении с зубчатым сектором 11, которые в силу противоположных возвратно-поступательных движений уравновешивают свои вращательные инерционные моменты, что стабилизирует положение указательной стрелки 30 на шкале циферблата и практически устраняет колебания указательной стрелки 30, кроме того, ограничитель 32 хода зубчатого сектора 11 ограничивает ход зубчатого сектора 11 в пределах диапазона показаний прибора при измерении давлений измеряемой среды, при этом сохраняется точность измерений, повышается виброустойчивость и надежность действия манометров в условиях тряски и пульсаций измеряемой среды, кроме того, установленный внутри корпуса 1 манометра воздушный фильтр 35 защищает трибко-секторный механизм А с трубкой Бурдона 6 от воздействия водяных паров, насыщенных солями, содержащимися в морском тумане, с примесью паров масел, а также служит для уравновешивания давлений внутри прибора с атмосферным, что исключает поломку защитного стекла 36.
Источники информации
1. Номенклатурный каталог продукции ОАО Манотомь, www. manotom-tmz.ru; манометры показывающие корабельные МП - 100 КР, ВП - 100 КР, МВП - 100 КР в руководстве по эксплуатации 5ШО.283.429 РЭ, а также технические условия - ТУ 4212-055-00225590-2007, г.Томск, 2007 г.
2. Манометры корабельные МКУ, технические условия ТУ 25-05.1454-79, г.Москва, 1979 г.
3. П.А.Степин. Сопротивление материалов, 424 с., М., 1968 г.
4. "Манометр", а.с. №300790 - прототип.