Все манометры, мановакуумметры и вакуумметры, выпускаемые отечественными и зарубежными заводами-изготовителями и получившие наиболее широкое применение в условиях промышленной эксплуатации, могут классифицироваться в первую очередь, как уже отмечалось выше, по особенностям измеряемой среды или условиям эксплуатации:
· общетехнические;
· коррозионно-стойкие (кислотостойкие);
· виброустойчивые;
· специальные;
· кислородные;
· газовые.
Общетехнические промышленные приборы предназначены для работы в нормальных эксплуатационных условиях. Их конструктивное исполнение следующее:
· циферблат изготавливается из сплава алюминия; цифры наносятся черной краской на белый фон циферблата; по отдельному заказу циферблат может покрываться люминофором; у манометров малых диаметров циферблаты могут изготавливаться из полистирола;
· держатель, являющийся основанием для крепления трубчатой пружины, изготавливается, как правило, из медных сплавов типа ЛС-59 с гранями под ключ 12х12, 14´14, 17´17 или 22´22 и резьбами присоединительного штуцера, приведенными в табл. 2.1;
· чувствительный элемент и держатель, изготавливаемые из медных сплавов, соединяют между собой пайкой;
· чувствительный элемент имеет вид трубчатой одновитковой пружины при давлении менее или равным 6 МПа и многовитковой при давлении более 6 МПа.
Показывающие манометрические приборы, как видно из рис. 2.9, могут изготавливаться с радиальным, торцово-осевым и торцово-смещенным расположением штуцера. В приборах с торцовым смещением штуцера держатель размещается на расстоянии s от оси манометра.
|
|
|
|
|
Рис. 2.9. Исполнения показывающих манометров с различным расположением штуцера: а – радиальное; б – торцово-осевое; в – торцово-смещенное |
Для изготовления трубок отечественными производителями используются следующие сплавы: ЛАНКМЦ, бронза БрОФ4-0,25, латунь Л63. Зарубежные изготовители применяют медно-оловянные сплавы типа СuSn(4,6,8), медно-цинковые CuZn15, CuZn37, никеле-медно-железные NiCuFe30 (Monel), CrMo52, бериллиевую бронзу CuBe2, коррозионно-стойкие стали AISI 316TI (Nirosta 1,4571).
Размеры присоединительных штуцеров показывающих манометров должны соответствовать ГОСТ2405-88/4/. На рис. 2.10 приведены различные варианты изготовления приcоединительного штуцера. Резьбы метрические – от М10х1 до М20х1,5 (см.табл.2.1).
|
|
|
|
|
Рис. 2.10. Варианты изготовления присоединительного штуцера по ГОСТ 2405-88/4/: а – сосковый; б – сосковый с дополнительной площадкой; в - широкоугольный; г – остроугольный с площадкой; д – остроугольный; е – конусный |
Отечественными приборостроителями основная часть показывающих манометров производится с наиболее упрощенным вариантом штуцера - сосковым (рис. 2.10,а). Для высоких и сверхвысоких давлений, как это следует из табл.2.1, в большей степени применимы штуцеры с коническим уплотнением (рис.2.1,в-е).
Европейские нормы EN 837-1 и EN 837-3/7,9/, по сравнению с немецким стандартом DIN 16 288, действовавшим до принятия этих норм, кроме цилиндрических допускают изготавливать штуцеры с коническими резьбами (табл.2.2). Класс допуска на изготовление трубных резьб также снижен с категории А до В.
|
Таблица 2.2 Резьбы присоединительного штуцера согласно европейским нормам EN 837-1 и EN 837-3/7,9/ | ||||||||
|
| ||||||||
|
Трубная резьба G 3/8 допускается к применению в исключительных случаях.
Цилиндрические резьбы, приведенные в табл.2.2, изготавливаются по стандарту ISO 228-1, а конические – по ANSI/ASME B1.20.1.
Метрические резьбы в европейских нормах не предусмотрены и отнесены к другим видам, допустимым в особых случаях.
На рис.2.11 показаны варианты изготовления присоединительного штуцера показывающих манометров, регламентированные европейскими нормами EN 837-1 и EN 837-3.
|
|
|
|
|
Рис. 2.11. Варианты изготовления присоединительного штуцера по EN 837-1 и EN 837-3/7,9/: а – сосковый с дополнительной площадкой; б – специальный; в - конический |
Сосковый с дополнительной площадкой вариант изготовления штуцера (рис.2.11,а) наиболее широко используется зарубежными изготовителями. Размеры, в зависимости от присоединительной резьбы, приведены в табл.2.3.
|
Таблица 2.3 Размеры для штуцеров сосковых с дополнительной площадкой с трубной резьбой по EN 837-1 и EN 837-3 /7,9/ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
При изготовлении держателя из нержавеющей стали допускается увеличение резьбового сгона f на 50%.
Для высоких давлений европейские нормы рекомендуют применять штуцеры специальные, показанные на рис.2.11,б. Размеры для такого соединения приведены в таблице 2.4.
|
Таблица 2.4 Размеры (мм) для штуцеров специальных на высокое давление по EN 837-1/7/ |
|
|
|
|
Особое внимание заслуживают штуцеры с конической резьбой (рис.2.11,в). Размеры для таких соединений приведены в таб.2.5.
|
Таблица 2.5 Размеры (мм) для штуцеров с конической резьбой EN 837-1 /7/ | ||||||||||||
|
| ||||||||||||
|
|
Уплотнение в таких соединениях обеспечивается по резьбе без дополнительных прокладок. EN837-2/8/ рекомендует для обеспечения герметичности дополнительно использовать специальную ленту или герметик.
Возможны другие варианты изготовления присоединительных штуцеров показывающих манометрических приборов. Так, например, в горнодобывающей промышленности также используются манометры с системой монтажа в виде штека.
Европейская норма EN 837-2 предлагает другие варианты присоединений в определенных сферах промышленности оговаривать с производителем отдельно.
На участке штуцера после окончания резьбовой части для исключения монтажа прибора путем его вворачивания за корпус отечественными производителями предусматриваются две лыски или в большинстве случаев четыре грани под ключ 12, 14, 17 или 22.
Основные диаметры корпусов показывающих манометров, выпускаемых как в СНГ, так и в зарубежных странах, следующие: 40, 50, 63(60), 100, 160 и 250 мм. Диаметр корпуса 60 мм может использоваться только теми предприятиями, которые производили манометры с такими размерами корпусов до ввода в действие ГОСТ 2405-88/4/. В настоящее время вышеуказанный отечественный стандарт /4/ и европейские нормы /7,9/ рекомендуют выпуск манометров с диаметром корпуса 63 мм. Европейские нормы EN, польские нормы PN также допускают изготовление, наряду с отмеченными выше, показывающих манометров в корпусе диаметром 80 и 150 мм.
Встречаются показывающие манометры в корпусах квадратной формы. Они отличаются только формой и размерами крепежного фланца.
Корпуса промышленных манометров могут изготовляться как из металла (обычной стали), медных и алюминиевых сплавов, так и пластмасс – АВS-состава, полистирола.
Остальные размеры должны приводится в технических условиях на прибор конкретного типа.
Промышленные манометры обозначаются как МП (манометры показывающие).
Коррозионно-стойкие (кислотостойкие) манометры отличаются материалом, из которого они изготовлены. Держатели на отечественных предприятиях производятся из стали Х18Н10Т, чувствительные элементы – из стали 36НХТЮ. Импортные приборы, называемые «химически стойкими», в большинстве изготовляются из сталей Х10CrNiMoTi (Nirosta – AISI 316 TI), хотя для отдельных приборов может применяться сплав МОНЕЛ.
чувствительный элемент и держатель в устройствах этого типа соединяются аргонно-дуговой сваркой.
Для работы в условиях агрессивных сред из нержавеющей стали могут изготовляться также корпус, передаточный механизм, циферблат.
Присоединительные размеры, так же как и размеры для ключа у штуцера коррозионно-стойких манометров, аналогичны размерам общетехнических манометров.
В большинстве случаев коррозионно-стойкие манометры комплектуются «безопасным» стеклом (safety glass), представляющим клееное многослойное стекло с прочной прозрачной прокладкой.
Основные диаметры корпусов показывающих коррозионно-стойких манометров, выпускаемых как в СНГ, так и в зарубежных странах, следующие: 40, 50, 63, 100 и 160 мм.
При измерении давления агрессивных сред могут также использоваться промышленные манометры, устанавливаемые в комплекте с мембранными разделителями.
Обозначения коррозионно-стойких манометров включают, в отличие от обычных промышленных, материал, из которого изготавливают часть прибора, узел или манометр в целом. Например, манометр с корпусом и передаточным механизмом, выполненными из коррозионно-стойкой стали, диаметром 100 мм, диапазоном измерения от 0 до 10 МПа, классом точности 1,5 обозначается:
МП 100 (0…10)МПа-1,5-Сн.
Специальные манометры включают приборы, измеряющие давление среды со свойствами, отличными от нормальных или активных по отношению к медным сплавам, исключая коррозионно-стойкие, описанные выше.
Аммиачные манометры относятся к группе специальных и имеют держатель из обычной стали. Чувствительный элемент может изготавливаться из упругого как нержавеющего, так и углеродистого металла. Это обусловлено тем, что аммиак, как и сернистый газ, разрушает цветные металлы.
Внешняя отличительная особенность таких манометров, кроме условного обозначения вида вещества на циферблате, моет заключаться в наличии параллельно с манометрической температурной шкалы.
температурная шкала может быть и у других видов манометрических приборов, таких, например, как фреоновые. Такого типа манометрические приборы используются только для измерения давления газов и жидких сред в состоянии насыщения, когда давление и температура вещества взаимосвязаны. Такое состояние веществ характерно для хладогенов при их работе в системах холодильных установок. Зависимость между давлением и температурой в состоянии насыщения для каждого вида вещества индивидуальна.
Наличие температурной шкалы для аммиачных и фреоновых манометров не является обязательным. ГОСТ 2405-88/4/ отмечает, «приборы, предназначенные для измерения хладонов и аммиака, могут иметь температурную шкалу».
Цвет температурной шкалы и чисел отсчета температуры должен быть:
черный или красный – для плюсовой температуры;
черный или синий – для минусовой температуры.
Эти приборы не следует отождествлять с термоманометрами, у которых на одном циферблате нанесены две автономные шкалы отсчета давления и температуры, а также установлены две стрелки. У термоманометров имеются автономные каналы измерения давления и температуры.
Основной диаметр корпуса выпускаемых показывающих аммиачных манометров как в СНГ, так и в других странах – 100 мм. Однако это не принципиальный вопрос и нет конструктивных проблем для производства аммиачных манометров c другими размерами корпусов.
Аммиачные манометры обозначаются так же, как и обычные, но с указанием рабочей среды. Например, манометр диаметром корпуса 100 мм диапазоном измерений от 0 до 2,5 МПа классом точности 2,5 обозначается как
МП 100(0…2,5)МПа-2,5-NH3.
ГОСТ регламентирует выпуск манометров с одновременной индикацией давления и температуры для хладонов R12, R13, R13В1, R22, R502, R142. Подводящий штуцер и чувствительный элемент у них, как и у общетехнических, может выполняться из медных сплавов. Других отличий, кроме температурной шкалы у фреоновых манометров нет. Однако, из-за особенностей температурной эксплуатации таких приборов - перепада температур измеряемой среды и окружающего воздуха наблюдается быстропрогрессирующая коррозия корпусов, изготавливаемых из технических сталей. Поэтому для таких измерений в большей степени применимы приборы с корпусами, изготовленными из нержавеющих металлов.
К специальным манометрам можно также отнести приборы, измеряющие давление вязких сред и веществ, содержащих твердые частицы. В этих конструкциях присоединительный штуцер изготавливается значительно большего проходного размера (30-90 мм), а измерительная полость заполнена несжимаемой жидкостью и отделена от рабочего измерительного пространства диафрагмой, воспринимающей измеряемое давление.
Аналогичный принцип положен в работу манометрических устройств, предназначенных для пищевой промышленности. Трансформирующая давление вставка, одна часть которой устанавливается заподлицо с трубопроводом, а вторая – соединяется с показывающим манометром, заполнена несжимаемой жидкостью (см.п.8.1).
Виброустойчивые манометры предназначены для работы в условиях пульсирующего давления измеряемой среды высокой частоты и амплитуд и внешних вибраций, как это может наблюдаться на многих технологических установках. Для условий эксплуатации, где вибрация превышает частоту 55 Гц и амплитуду смещения 0,15 мм необходимо применять, как это следует из табл.1.3, виброустойчивые приборы. В таких условиях, как отмечалось в п.2.2.1, у обычных манометров происходит быстрое «вырабатывание» зубчатого сектора и трибки передаточного механизма, что приводит к повышению погрешности измерения, а во многих случаях выходу из строя.
Конструктивно виброустойчивые манометры имеют герметичный корпус, внутренний объем которого заполнен жидкостью с повышенной вязкостью. Наиболее часто для этих целей используется глицерин, который, однако, при температуре ниже –17оС кристаллизуется. Для таких температурных условий может использоваться силикон, у которого, в зависимости от добавок, фазовые преобразования наблюдаются при температуре ниже -30…-50 оС. Однако при комнатных температурах силикон имеет повышенную текучесть, что обуславливает более тщательное уплотнение соединений корпуса. Основным требованием к рабочей жидкости является, как отмечалось выше, повышенная вязкость, а также не агрессивность по отношению к деталям прибора и не изменяющая своего фазового состояния (кристаллизации или парообразования) при температурах эксплуатации прибора.
При пульсации измеряемого давления трубчатый чувствительный элемент, окруженный с внешней стороны вязкой жидкостью, как, например, глицерином обладает инерционностью перемещения, т. е. изменение положения его свободного конца происходит с определенным запаздыванием, что приводит к сглаживанию частотных нагрузок. Кроме того, находящаяся внутри корпуса вязкая жидкость, обеспечивает дополнительную смазку осей трения зубчатого зацепления передаточного механизма. Это также уменьшает износ зубчатой пары.
По наблюдению автора, на качественно изготовленном механизме (с высокой чистотой поверхности и оптимальной геометрией зуба) манометра, функционирующего в вязкой среде, при работе прибора на пульсирующих нагрузках энергетических установок даже после нескольких лет эксплуатации отсутствовали следы выработки пары трибка – сектор.
Представляет интерес опыт применения манометров, с корпусом заполненным вязкой жидкостью для измерения давления различных сред в системах, подвергающихся постоянным или периодическим затоплениям, когда прибор подвержен активным внешним влияниям. Защищенный корпус устройства предохраняет измерительную часть, передаточный механизм от внешних воздействий. В этих случаях также рекомендуется перед манометром устанавливать кнопочный включатель (см. п.8.4), обеспечивающий включение прибора только в период проведения измерений.
Воздействие пульсирующего давления и внешней вибрации на чувствительный элемент манометра может быть также снижено демпферами и демпфирующими устройствами, устанавливаемыми на входе измеряемой среды (см. п.8.2).
Виброустойчивые манометры изготовляются в герметичном корпусе. Специальные уплотнения между корпусом и держателем выполняются из каучуковых резин. В варианте с нержавеющим держателем и корпусом многие производители соединяют их сваркой. Обечайка корпуса герметично закрывает его и может устанавливаться как с помощью закрутки–завальцовки, так и с использованием резьбового уплотнения (рис. 2.12).
|
|
|
|
| |
|
Рис. 2.12. Разновидности корпусов виброустойчивых манометров: а – с использованием завальцовки; б – на основе резьбового уплотнения | |
Завальцовка применяется в манометрах малых диаметров, а также у приборов больших диаметров, но более де-шевых исполнений.
Корпуса виброустойчивых манометров большинством производителей изготавливаются из коррозионно-стойкой стали. Для этих целей может также использоваться техническая сталь. Основным требованием для этой конструкции служит герметичность. Остальные узлы, такие как держатель, чувствительный элемент, передаточный механизм, могут выполняться как из медных сплавов, так и из коррозионно-стойкой стали.
В большинстве виброустойчивых манометров с целью обеспечения безопасности эксплуатации на случай разрыва на задней стенке чувствительного элемента предусматривается резиновый клапан в виде пробки.
Заполнение манометра вязкой жидкостью не требует применения специальных технологий. В верхней части корпуса размещено отверстие для заливки вязкой жидкости, которое может закрываться резиновой пробкой или специальным запорным устройством с резьбовым стопором.
Для обеспечения заявленной точности виброустойчивыми манометрами, особенно это актуально для малых рабочих пределов, рекомендуется после монтажа прибора открывать малую верхнюю пробку или срезать специально предназначенную для этого ее верхнюю часть с целью выравнивания атмосферного давления и давления внутри корпуса.
Не рекомендуется использовать глицерин для наполнения манометров, измеряющих давление кислорода или других активных окислителей. Для таких условий используются высоко хлорированные жидкости.
Форма и присоединительные размеры штуцера такие же, как у промышленных приборов.
Основные диаметры корпусов выпускаемых показывающих виброустойчивых манометров 40, 50, 63, 100 и 160 мм.
Газовые манометрические приборы, согласно немецкому стандарту DIN 16006, должны содержать специальные конструктивные решения, обеспечивающие безопасность персонала при разрыве чувствительного элемента. Такие манометры должны иметь дополнительную разделительную перегородку между чувствительным элементом и шкалой. Смотровое окно выполняется как пробиваемое, многослойное с упрочнением, так и непробиваемое. На задней стенке устройства расположен разгрузочный клапан, раскрываемый минимум на 90 % поверхности стенки при превышении давления на 0,2 МПа от предельного для корпуса диаметром 63 мм и 0,15 МПа – для корпусов диаметрами 100 и 160 мм.
Чувствительные элементы должны выдерживать и не разрушаться при давлении до 2,5-х кратного конечного значения шкалы.
Европейские стандарты предусматривают наличие аварийного клапана практически для всех манометров, работающих при высоком давлении.
Внешнее отличие газовых манометров состоит в окраске корпуса прибора, а в некоторых случаях и центральной окружности шкалы. В табл. 2.6 приведены цвета, в которые рекомендуется окрашивать корпуса газовых приборов.
Многие газы обладают специфическими свойствами. Так, водород разрушает сталь, что необходимо учитывать при производстве и эксплуатации манометров.
Особое внимание надо обращать на ацетиленовые манометры, так как ацетилен при соприкосновении с медными сплавами, содержащими более 70 % меди, образует ацетиленистую медь – взрывчатое вещество.
|
Таблица 2.6 Рекомендуемые цвета окраски газовых манометров | ||||
|
| ||||
|
|
Для повышения индикативности измеряемого параметра, более легкого визуального восприятия применяются манометры с красной отметкой порогового значения давления. Такая отметка наносится такой же ширины, как и числовые отметки шкалы. Длина красной отметки не должна превышать двойную длину числовой отметки. Допускается нанесение двух отметок разного цвета, ограничивающих пределы контролируемого давления.
Разновидностью красной отметки являются цветные стрелки (наиболее часто устанавливается одна красного цвета). Такие стрелки устойчиво закрепляются на циферблате прибора. Они обеспечивают сохранение своего положения при вибрациях измерителя. Переустановка цветной стрелки производится после снятия стекла манометра.
В ряде конструкций манометров нашла применение контрольная стрелка, предназначенная для фиксирования максимальных или минимальных значений давления измеряемой среды. Она крепится как на стекле, так и на циферблате прибора и содержит стопорный механизм, предотвращающий ее произвольное перемещение. Действие такого механизма ограничивается возможностью основной измерительной стрелки перемещать контрольную. Таким образом, основная измерительная стрелка при повышении давления с помощью зацепного штифта перемещает контрольную стрелку до максимального ее отклонения. При последующем снижении давления основная стрелка возвращается, оставляя контрольную на максимально достигнутом давлении. Установка контрольной стрелки из-за возникающих трений в оси вращения может вносить в зависимости от совершенства конструкции узла крепления погрешность измерений до 5 % и более.
Представляет интерес применение в промышленных условиях индикаторов давления. Их отличительная особенность состоит в отсутствии на шкале прибора цифровых значений. Такое устройство не требует метрологической аттестации и может подвергаться проверке работоспособности в условиях промышленных лабораторий.
Согласно /6/ индикатор – это техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо величины или превышения уровня ее порогового значения.
В качестве индикаторов могут использоваться общетехнические приборы с обязательным нанесением обозначения «И» непосредственно на прибор или на техническую документацию.
На рис. 2.13, как пример, показан индикатор давления, предназначенный для определенного технологического процесса с установившимися параметрами контроля без цифровых обозначений на шкале прибора. Недопустимые для работы зоны давления отмечаются, как пример, красным цветом. Разрешенный диапазон рабочих давлений обозначается зеленым цветом.
|
|
Рис.2.13. Вид индикатора давления |
Такая конструкция, как показывает опыт эксплуатации, позволяет снизить психологическую нагрузку на оператора технологического процесса, повысить воспринимаемость и контролируемость информации.
Согласно ГОСТ 8.513-84 средства измерений, применяемые для наблюдения за изменением величин без оценки их значений в единицах физических величин с нормированной точностью, поверке не подлежат.
Кислородные манометры применяются достаточно широко и требуют тщательного соблюдения специальных технологий, основанных на исключении контакта внутренних поверхностей измерительного средства, как, впрочем, и наружных с масляными средами.
