УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
AIR PRESSURE GENERATOR

Изобретение относится к калибровочному оборудованию, в частности к устройствам создания пневматического давления, предназначенных для оперативной поверки средств измерения давления и их калибровки.
Известно устройство создания пневматического давления («Сравнительная помпа модели Р5510», см. каталог промышленной группы «Метран» Метрологическое оборудование, выпуск 7/2008, стр.106-107), содержащее корпус, в котором размещены поршневой насос с рычажной рукояткой, камера плавной регулировки, клапан сброса давления и два выходных штуцера для присоединяемых приборов.
Данное устройство создания пневматического давления применяется при поверке и калибровке манометров в качестве источника создания пневматического давления и обеспечивает подключение поверяемых и образцовых манометров, вакуумметров.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность установки требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления, так как довольно сложно подойти к первым измерительным точкам с помощью поршневого насоса.
Кроме того, диапазон задания давления от минус 0,08 МПа до 2 МПа недостаточно широк.
Недостатком данного устройства является неудобство пользования им, обусловленное тем, что поверяемые приборы располагаются непосредственно на устройстве.
В результате при работе рукояткой насоса, особенно при создании максимального давления или вакуума, установленные приборы мешают работать.
Кроме того, вибрации передаются на установленные приборы, что создает определенные трудности при считывании показаний с присоединенных приборов и нежелательны для самих приборов.
Известно устройство создания пневматического давления, содержащее корпус, на котором размещены поршневой насос с рычажными рукоятками, взаимодействующими с ползуном, установленным на штоке насоса, камера плавной регулировки и клапан сброса давления, соединенные с нагнетательной полостью насоса, два выходных штуцера («Помпа многофункциональная модели PV411-P», см. каталог промышленной группы «Метран» Метрологическое оборудование, выпуск 7/2008, стр.105, «Многофункциональная ручная помпа PV411 фирмы «Druck». Руководство пользователя. Поставщик ЗАО «Теккноу» г.Санкт-Петербург»).
Данное устройство создания пневматического давления обеспечивает оперативную поверку средств измерения давления, является компактным, имеет небольшие габариты и массу.
Кроме того, поверяемые приборы не устанавливаются непосредственно на данное устройство, а устанавливаются на стойке для манометров или других приемных устройствах, которые подсоединяется к данному устройству через соединительный шланг.
Такое конструктивное решение позволяет исключить влияние вибраций при работе рычажными рукоятками устройства при создании максимального избыточного давления и вакуума и поверяемые приборы не мешают работать рукоятками.
Кроме того, появляется возможность работы устройством в любом пространственном положении и возникающие вибрации не передаются на присоединенный прибор.
Кроме того, диапазон задания давления более широкий, чем у аналога, от минус 0,095 МПа до 4,1 МПа.
Данное устройство создания пневматического давления является наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту и в дальнейшем рассматривается в качестве прототипа.
Однако недостатком прототипа является недостаточная точность установки требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления.
Это обусловлено тем, что при установке требуемого давления, при создании вакуума или при создании низкого избыточного давления с помощью поршневого насоса плавно подойти к требуемой точке измерения довольно сложно, в связи с тем, что поршневой насос при одном сжатии рычагов насоса выдает определенную порцию воздуха.
Данная порция должна быть как можно больше, так как это обусловлено необходимостью достижения более высокого давления и более глубокого вакуума.
Однако при установке требуемого давления при установке на первую измерительную точку, при создании вакуума или низкого избыточного давления она явно большая и происходит проскакивание первой измерительной точки, что недопустимо по существующим методикам поверки средств измерения давления.
Регулировка величины порции воздуха в принципе возможна путем изменения величины хода поршня, что предусмотрено в конструкции насоса.
Однако это крайне неудобно и определить какую порцию воздуха нужно установить вначале и в дальнейшем практически невозможно, так как это зависит от многих факторов и в частности от объема подсоединяемых приборов, а он может колебаться в значительных пределах и к тому же неизвестен.
Использование камеры плавной регулировки, соединенной с нагнетательной полостью насоса, также не приводит к требуемому результату, так как объем камеры недостаточный, это обусловлено тем, что большой объем камеры за счет увеличения ее диаметра сделать нельзя, так как это неизбежно приведет к значительному увеличению усилия на рукоятке камеры при создании максимального давления и к необходимости использования штурвальной рукоятки, а это приводит к увеличению габаритов устройства создания пневматического давления.
Увеличение длины камеры плавной регулировки, с целью увеличения ее объема, является мало эффективным и также приводит к значительному увеличению габаритов устройства.
В результате, если не увеличивать габариты устройства, подойти плавно и точно к первой измерительной точке при поверке средств измерения вакуума или низкого избыточного давления практически невозможно.
Кроме того, недостатком данного устройства является недостаточная надежность поршневого насоса, обусловленная возможностью перекоса штока насоса и потере герметичности в уплотнении штока, что приведет к невозможности создания глубокого вакуума.
Перекос штока насоса вполне возможен из-за небольшого износа осей рычагов насоса, в результате, возможно перемещение штока вверх, вниз.
Кроме того, перемещение штока вправо, влево вполне возможно и без износа осей, так как рычаги установлены на шарнирах и перемещению вправо, влево ничего не мешает.
Недостатком данного устройства создания пневматического давления является неудобство в пользовании устройством, обусловленное тем, что у него нет устойчивого исходного положения и при работе его необходимо всегда держать на весу, что крайне неудобно.
Целью данного изобретения является повышение точности установки требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления, повышение надежности работы поршневого насоса и повышение удобства работы с устройством.
Для достижения этой цели известное устройство создания пневматического давления, содержащее корпус, на котором размещены поршневой насос с рычажными рукоятками, взаимодействующими с ползуном, установленным на штоке насоса, камера плавной регулировки и клапан сброса давления, соединенные с нагнетательной полостью насоса, два выходных штуцера, снабжено дополнительной камерой плавной регулировки и дополнительным клапаном сброса давления, соединенными с вакуумной полостью насоса с помощью соединительной трубки с уплотнительными кольцами, а один из выходных штуцеров расположен на крышке данной камеры.
Снабжение устройства создания пневматического давления дополнительной камерой плавной регулировки и дополнительным клапаном сброса давления, соединенными с вакуумной полостью насоса с помощью соединительной трубки с уплотнительными кольцами, и расположение одного из выходных штуцеров на крышке данной камеры позволяют повысить точность установки требуемого давления при создании вакуума, так как первые измерительные точки можно установить с помощью дополнительной камеры плавной регулировки, не используя поршневой насос. При этом установка в измерительной точке производится с достаточно высокой точностью, так как изменение объема в дополнительной камере плавной регулировки можно сделать достаточно малым, за счет мелкого шага резьбы на штоке, и в то же время внутренний диаметр камеры достаточно большим, гораздо больше, чем диаметр камеры плавной регулировки, соединенной с нагнетательной полостью насоса.
Это обосновывается следующим образом.
Если осевое усилие от действия среды на поршень дополнительной камеры плавной регулировки и на поршень камеры плавной регулировки, соединенной с нагнетательной полостью насоса, принять одинаковым, то площадь поперечного сечения дополнительной камеры плавной регулировки может быть больше площади поперечного сечения камеры плавной регулировки во столько раз, во сколько максимальное давление, создаваемое в устройстве, больше атмосферного, при этом перепад давления, действующий на поршень дополнительной камеры плавной регулировки, не более 0,1 МПа, и больше он быть не может при любом режиме работы устройства.
С помощью дополнительной камеры плавной регулировки диаметром 40 мм и ходом поршня 55 мм, соединенной с вакуумной полостью насоса, на основании опытных данных, можно получить давления минус 0,06 МПа.
Дальнейшее снижение давления до минус 0,095 МПа производится с помощью насоса, при этом значительных скачков давления при каждом ходе поршня насоса уже не происходит.
При увеличении давления (обратный ход) сначала подъем давления производится с помощью дополнительного клапана сброса давления до давления минус 0,06 МПа, а дальнейший подъем давления осуществляется с помощью дополнительной камеры плавной регулировки.
Расположение выходного штуцера на крышке дополнительной камеры плавной регулировки позволяет максимально уменьшить первоначальный обьем вакуумной полости насоса, что крайне важно при создании глубокого вакуума.
Снабжение дополнительной камеры плавной регулировки запорным клапаном, перекрывающим рабочую полость дополнительной камеры плавной регулировки от вакуумной полости насоса, обеспечивает отключение дополнительной камеры плавной регулировки от вакуумной полости насоса, что позволяет использовать дополнительную камеру плавной регулировки при создании низкого избыточного давления, без использования насоса.
Изменяя объем дополнительной камеры плавной регулировки можно с достаточно высокой точностью устанавливать требуемое давление в диапазоне до 0,1 МПа как при подъеме давления, так и при его спуске, не используя при этом насос и дополнительный клапан сброса давления.
Снабжение устройства создания пневматического давления направляющей, закрепленной на корпусе насоса, имеющей цилиндрическое отверстие, расположенное соосно штоку насоса, а выполнение ползуна в виде цилиндра, установленного в данное отверстие по скользящей посадке, позволяет повысить надежность работы насоса, за счет исключения любого перекоса штока в процессе работы насоса, что особенно важно при создании вакуума, так как перекос штока может привести к утечке воздуха через уплотнение штока и, как следствие, невозможности достижения требуемого, глубокого вакуума.
Снабжение устройства создания пневматического давления опорами, установленными на дополнительной камере плавной регулировки, позволяет повысить удобство работы с устройством за счет того, что устройство всегда находится в определенном устойчивом положении, и им можно работать в любом пространственном положении.
Кроме того, маховики управления камерой плавной регулировки, клапаном сброса давления, дополнительной камерой плавной регулировки, дополнительном клапане сброса давления и запорным клапаном расположены на удобном для работы уровне.
Таким образом, представленное устройство создания пневматического давления обеспечивает точную установку требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления, исключается любой перекос штока насоса, что повышает надежность работы насоса и устройства в целом и является удобным в пользовании.
На фиг.1 изображено устройство, вид сбоку;
На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1;
На фиг.3 изображено сечение Б-Б фиг.2;
На фиг.4 изображено сечение В-В фиг.1;
На фиг.5 изображен общий вид устройства, изометрия.
Конструкция устройства создания пневматического давления содержит корпус 1, на котором размещены поршневой насос 2 с рычажными рукоятками 3, взаимодействующими с ползуном 4, установленным на штоке насоса 5, камера плавной регулировки 6 и клапан сброса давления 7, соединенные с нагнетательной полостью 8 насоса 2, и два выходных штуцера 9, 10.
Кроме того, устройство снабжено дополнительной камерой плавной регулировки 11 и дополнительным клапаном сброса давления 12, соединенными с вакуумной полостью 13 насоса 2 с помощью соединительной трубки 14 с уплотнительными кольцами 15, а один из выходных штуцеров 10 расположен на крышке 16 данной камеры и соединен с рабочей полостью 17 дополнительной камеры плавной регулировки 11. Другой штуцер 9 соединен с нагнетательной полостью 8 насоса 2.
Дополнительная камера плавной регулировки 11 представляет собой корпус 18, внутри которого перемещается поршень 19, шарнирно соединенный со штоком 20, перемещающийся по трапецеидальной резьбе, и имеющий на конце маховик 21.
Работа дополнительной камеры плавной регулировки 11 основана на изменении давления в измерительной магистрали путем изменения объема в рабочей полости камеры 17.
При вращении маховика 21 по часовой стрелке происходит уменьшение объема в камере и, как следствие, повышение давления в измерительной магистрали.
При вращении маховика 21 против часовой стрелки происходит увеличение объема в камере и, как следствие, снижение давления в измерительной магистрали.
Таким образом, с помощью дополнительной камеры плавной регулировки 11 можно устанавливать требуемое давление в области вакуума с достаточно высокой степенью точности, особенно первые поверяемые точки, без использования насоса.
Дополнительный клапан сброса давления 12 обеспечивает плавное повышение давления в измерительной магистрали до атмосферного при работе устройства в режиме создания вакуума.
Кроме того, снабжение устройства запорным клапаном 22, перекрывающим рабочую полость камеры 17 от вакуумной полости насоса 13, обеспечивает отключение дополнительной камеры плавной регулировки 11 от вакуумной полости насоса 13, что позволяет использовать дополнительную камеру тонкой регулировки 11 для создания низкого избыточного давления с довольно высокой степенью точности, без использования насоса, во всем диапазоне задания давления в пределах 0,1 МПа.
Снабжение устройства направляющей 23, закрепленной на корпусе насоса 24 и имеющей цилиндрическое отверстие, расположенное соосно штоку насоса 5, а выполнение ползуна 4 в виде цилиндра, установленного в данное отверстие по скользящей посадкой, позволяет повысить надежность работы насоса за счет исключения возможного перекоса штока в процессе работы и нарушения, тем самым, герметичности вакуумной полости насоса.
Снабжение дополнительной камеры плавной регулировки 11 опорами 25 позволяет значительно повысить удобство работы с данным устройством за счет того, что устройство имеет постоянное исходное положение на опорах 25 и его не нужно держать на весу.
Кроме того, в исходном положении можно осуществлять необходимую регулировку, при этом все маховики устройства находятся на удобном для работы уровне.
Работа устройства создания пневматического давления осуществляется в следующих режимах:
- режим создания вакуума;
- режим создания низкого избыточного давления до 0,1 МПа.
- режим создания высокого избыточного давления.
Работа устройства в режиме создания вакуума осуществляется следующим образом.
К выходному штуцеру 10 подключается измерительная магистраль с помощью гибкого шланга, запорный клапан 22 открыт.
Поршень 19 дополнительной камеры плавной регулировки 11 должны быть установлен в крайне вдвинутое положение. Маховик 21 дополнительной камеры тонкой регулировки 11 вращается против часовой стрелки, при этом поршень 19 камеры перемещается от крайнего положения, а в измерительной магистрали создается разрежение и осуществляется плавная установка первой измерительной точки.
После снятия всех необходимых измерений в данной точке аналогичным образом производится снижение давления до следующей измерительной точки и так далее до давления порядка минус 0,05-0,06 МПа, при этом поршень 19 дополнительной камеры тонкой регулировки 11 должен быть в другом крайнем положении.
После этого рычажными рукоятками 3 поршневого насоса 2 производится дальнейшее снижение давления до следующей измеряемой точки, при этом скачков давления уже не происходит, поэтому можно плавно подойти к следующей измерительной точке.
После снятия всех необходимых измерений производится дальнейшее снижение давления и так далее, до минимального значения измеряемого давления минус 0,095 МПа.
После снятия всех необходимых измерений производится подъем давления следующим образом.
Маховик дополнительного клапана сброса давления 12 поворачивают против часовой стрелки, при этом происходит сообщение измерительной магистрали с атмосферой, и осуществляется подъем давления до предпоследней измерительной точке.
После снятия всех необходимых измерений в данной точке производится дальнейший подьем давления аналогичным образом до следующей измерительной точке и так далее, до давления порядка минус 0,05-0,06 МПа, после чего плавный подъем давления осуществляется с помощью дополнительной камеры плавной регулировки 11 и так далее, до атмосферного давления.
Таким образом, производится прохождение всех измерительных точек от атмосферного давления до вакуума и обратно.
Работа устройства в режиме создания низкого избыточного давления до 0,1 МПа осуществляется следующим образом.
К выходному штуцеру 10 подключается измерительная магистраль с помощью гибкого шланга.
Поршень 19 дополнительной камеры плавной регулировки 11 должны быть установлены в крайнее выдвинутое положение, а запорный клапан 22 должен быть закрыт, тем самым осуществляется отключение дополнительной камеры плавной регулировки 11 от вакуумной полости насоса 13.
После этого вращением маховика 21 по часовой стрелке производится подъем давления и осуществляется плавный подход к первой измеряемой точке.
Аналогичным образом производится подъем давления до следующей измерительной точки и так далее, до максимального значения измеряемого давления.
Прохождение измерительных точек от максимального значения давления до атмосферного осуществляется следующим образом.
Вращением маховика 21 против часовой стрелки производится снижение давления до предпоследней измерительной точки.
После снятия всех необходимых измерений в данной точке аналогичным образом производится снижение давления до следующей измерительной точки и так далее, до атмосферного давления.
Таким образом, можно пройти все измерительные точки.
Работа устройства в режиме создания высокого избыточного давления осуществляется следующим образом
К выходному штуцеру 9 подключается измерительная магистраль с помощью гибкого шланга, запорный клапан 22 должен быть открыт.
Поршень камеры плавной регулировки 6 должен быть установлен в среднее положение.
Рычажными рукоятками 3 поршневого насоса 2 производится подъем давления до первой измеряемой точки.
После этого вращением маховика камеры плавной регулировки 6 плавно устанавливается требуемое давление.
После снятия всех необходимых измерений в данной точке аналогичным образом производится подъем давления до следующей измерительной точки и так далее, до максимального значения измеряемого давления.
Прохождение измерительных точек от максимального значения давления до минимального осуществляется следующим образом.
Маховик клапана сброса давления 7 поворачивают против часовой стрелки, при этом происходит сообщение измерительной магистрали с атмосферой, и осуществляется снижение давления.
Точный подход к измеряемой точке осуществляется камерой плавной регулировки 6.
Таким образом, можно пройти все измерительные точки.
По сравнению с прототипом, в качестве которого выбрано устройство создания пневматического давления (см. «Помпа многофункциональная модели PV411-P», см. каталог промышленной группы «Метран» Метрологическое оборудование, выпуск 7/2008, стр.105, «Многофункциональная ручная помпа PV411 фирмы «Druck». Руководство пользователя. Поставщик ЗАО «Теккноу» г.Санкт-Петербург») как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту техническое решение и имеющее наибольшее число общих признаков, предлагаемое техническое решение обладает преимуществом, так как обеспечивает точную установку требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления, исключается перекос штока насоса, тем самым повышается надежность работы насоса и всего устройства и является удобным в пользовании, так как имеет постоянное устойчивое исходное положение.