8.2. Демпферные устройства

Измерение давления пульсирующих сред в большинстве случаев вызывает ускоренный износ, в первую очередь, деталей и узлов, находящихся на линии передачи от конца трубчатой пружины до трибки. Иллюстрацией пульсирующего параметра могут быть значения давления в ресиверах поршневых компрессоров, патрубках питательных насосов котельных установок. В таких режимах стрелка манометра пульсирует – дергается. При этом амплитуда пульсаций может составлять до 20…30 % шкалы прибора. Основная нагрузка в данном случае приходится на зубчатую передачу сектор – трибка. Поэтому «съедаются» зубцы этих деталей, что приводит к большим люфтам в передаточном механизме, а часто, при «разбивании» посадочных гнезд плат и износе цапф осевых держателей сектора и трибки, – к разрушению механизма.

Измерители с тензопреобразователями, как, впрочем, и с другими видами чувствительных элементов, не устойчивы к гидроударам, которые часто наблюдаются в тепловых сетях, особенно при пароводяных режимах. В таких режимах в короткий интервал времени давление рабочего тела скачкообразно возрастает в несколько раз.

При пульсационных нагрузках мембраны измерительных преобразователей, особенно когда на их поверхностях нанесены чувствительные слои, от частых деформаций снижают свой рабочий ресурс и ухудшаются свои технические характеристики.

Чтобы уменьшить амплитуды выбросов пульсирующего давления на линии его подвода устанавливаются дополнительные устройства, например клапаны, сужающие шайбы, позволяющие увеличить гидравлическое сопротивление импульсной линии или подводящего канала. Однако такие меры должны проводиться осторожно, так как отсчет измеряемого параметра желательно производить с минимальным транспортным запаздыванием. Но это не для пульсирующего параметра. При пульсирующем давлении требуется определять оптимальные значения между скоростью измерения и усредненным за определенный отрезок времени параметром.

Для снижения пульсаций, сглаживания параметра измеряемого потока применяют различные меры. Одним из наиболее часто используемых приемов является установка в подводящем канале дополнительных устройств, повышающих их гидравлическое сопротивление. В некоторых случаях на подводящей линии размещается вставка с пористым материалом. Причем пористость, как и длина вставки, выбирается исходя из задаваемых параметров пульсаций измеряемого давления.

К недостаткам пористых демпферов можно отнести их засоряемость и невозможность или затруднительность регенерации.

В манометрических приборах традиционно используются демпферы, монтируемые в держателе измерителя. Демпфер представляет собой вставку с малым проходным отверстием в центре (рис. 8.9). Он устанавливается в подводящем канале и ограничивает движение массы рабочего вещества между измеряемым потоком и полостью чувствительного элемента.

Рис. 8.9. Демпфер в виде сужающего устройства

Длина канала с отверстием небольшого диаметра практически не влияет на показатели демпфирования. Определяющим является диаметр отверстия, выбираемый в зависимости от вязкости измеряемой среды, требуемой величины усреднения и значений амплитуд пульсаций.

Основным недостатком демпферов в виде сужающего устройства является вероятность засорения малого проходного канала.

Конструкция демпферного блока с фильтром и иглой исключает возможность засорения канала и обеспечивает работоспособность устройства в комплекте с манометром при измерении сред с различными характеристиками пульсаций (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Демпферный блок с фильтром и иглой:1 – регулирующая игла; 2 – ввод; 3 – корпус;     4 – основа;    5 – накидная гайка; 6 – фильтр

    Регулирующая игла 1, закрепленная во вводе 2, образует с корпусом 3 демпфирующий зазор. Корпус состоит из основы 4 и накидной гайки 5. Фильтр 6 устанавливается перед демпфирующим зазором и обеспечивает циркулирование через него среды без сторонних включений.

Изменение демпфирующего зазора между регулирующей иглой и корпусом обеспечивает оптимальный выбор между характеристиками сглаживания измерений и временем запаздывания измеряемого давления.

К недостаткам такой конструкции можно отнести необходимую периодическую замену фильтров.

Рис. 8.11. Демпферный блок с разделителем: 1 – основа; 2 – гнездо манометра; 3 – перегородка; 4 – эластичный колпак; 5 – манометр; 6 – подводящий штуцер;   7 – демпферное отверстие

Демпферный блок с разделителем (рис. 8.11) представляет собой корпус, состоящий из основы 1 и гнезда манометра 2, между которыми размещается перегородка 3. К ней герметично присоединен эластичный колпак 4. В центре перегородки имеется отверстие малого диаметра, служащее демпфером. Внутренний объем эластичного колпака с внутренней полостью чувствительного элемента манометра 5 образуют единое замкнутое пространство, которое заполняется жидкостью.

Среда измеряемого давления через подводящий штуцер 6 поступает внутрь основы и воздействует на  эластичный  колпак. При избыточном давлении последний стремится уменьшить свои размеры – сжаться, что вызывает переток находящейся внутри него жидкости через демпферное отверстие 7 во внутреннюю полость чувствительного элемента манометра. При этом малый диаметр проходного отверстия и нежесткость формы и объема эластичного колпака позволяют отсечь основные пульсации давления измеряемой среды. чем меньше диаметр отверстия, тем больше степень сглаживания измеряемой среды, поступающей во внутреннюю полость чувствительного элемента измерителя.

Главным недостатком демпферного блока с разделителем является отсутствие возможности управления степенью демпфирования.

    Более широкое распространение получило демпферное устройство, рабочая часть которого представляет набор шайб с малыми отверстиями, размещенных на определенном расстоянии друг от друга (рис. 8.12). В корпусе 1 устройства устанавливаются шайбы 2 и 3, которые имеют одинаковые габаритные размеры, но различаются расположением отверстий друг относительно друга. Шайбы
и при установке в корпусе дистанциируются вставкой 4. Таким образом создаются малые камеры рабочей среды. Измеряемая среда пульсирующего давления через одну из шайб поступает в малую камеру и из-за смещения отверстий в шайбах друг относительно друга вынуждена изменять направление движения. Таким образом, она проходит серпантинный путь, на котором и из-за которого происходит гашение пульсаций.

Рис. 8.12. Схема (а) и вид (б) демпферного устройства с набором шайб: 1 – корпус;   2 и 3 – шайбы; 4 – вставка; 5 – фиксатор

    Диаметр отверстий в шайбах, их расположение и количество камер в значительной мере определяют степень сглаживания пульсирующего параметра.

Фиксатор 5 обеспечивает собираемость конструкции и позволяет неподвижно фиксировать шайбы.

Демпферные устройства с набором шайб используются в промышленной эксплуатации на протяжении нескольких десятков лет.

Определенную степень демпфирования могут вносить подводящие коммуникации. Так, обеспечивающие нормальные температурные условия работы манометра сифонные отводы, в особенности конструкции, в которых имеются гидравлические петли, позволяют в значительной степени уменьшить пульсации измеряемой среды.

демпфирование измеряемой среды может также производиться трехходовыми кранами и игольчатыми клапанами, установленными на импульсной линии подсоединения манометра. Степень демпфирования в этом случае во многом зависит от конструкции применяемых устройств.

Представляет интерес использование для гашения пульсаций демпферного устройства с регулировочной иглой (рис.8.13). Регулировочная игла 1 устанавливается с помощью зажимного штуцера 2 в корпусе 3 демпферного устройства. Уплотнительная прокладка 4 обеспечивает герметичность конструкции.

     Таким образом, канал измеряемого потока пульсирующего давления на пути к чувствительному элементу прибора перекрывается регулировочной иглой 1. Величина такого перекрытия определяет степень демпфирования измеряемого параметра.

Другим типом приспособлений для сглаживания пульсаций давления измеряемой среды могут служить устройства, у которых гашение скачков достигается малым размером канала (на уровне долей миллиметра) и большой его длиной (от десятков сантиметров до сотен метров). На рис. 8.14 представлено демпферное устройство с капиллярным каналом.

Измеряемая среда пульсирующего давления через подводящий штуцер 1, пористый фильтр 2 и демпферную шайбу 3 поступает в капиллярный канал, образованный конусом 4 и корпусом 5.  Внутренняя наклонная плоскость корпуса 5 имеет чистую поверхность. Канал в виде спирали нарезан на внешней стороне конуса. Площадь его поперечного сечения и форма принимаются в зависимости от задаваемых параметров рабочей среды.

Выход капиллярного канала через дополнительное отверстие 6 соединен с выходом устройства.

  Герметичность конструкции обеспечивается уплотнительной прокладкой 7 и резьбовой крышкой 8.

Рис. 8.14. Схема (а) и вид (б) демпферного устройство с капиллярным каналом: 1 – подводящий штуцер; 2 – пористый фильтр; 3 – демпферная шайба; 4 – конус; 5 – корпус; 6 – дополнительное   отверстие; 7 – уплотнительная  прокладка;   8 –резьбовая крышка

  Демпферное устройство с капиллярным каналом в комплекте, например,  с показывающим манометром МП 160 реально обеспечивает время переходного процесса от 0,5 до 3 с.

Рис. 8.13. Схема (а) и вид (б) демпферного устройства с регулирующей иглой: 1 – регулировочная игла; 2 – зажимной штуцер; 3 – корпус;  4 – уплотнительная прокладка.