PL188869B1 - Wodomierz sprzężony - Google Patents

Abstract

1. Wodomierz sprzezony, w szczególnosci w wykonaniu krótkim, z wodomierzem bocznym umieszczonym w przewodzie bocznym, sluzacym do rejestrowania mniejszych ilosci przeplywaja- cej wody, z wodomierzem glównym do pomiaru wiekszych ilosci przeplywajacej wody oraz z za- worem przelaczajacym umieszczonym za wodo- mierzem glównym i dzialajacym samoczynnie poprzez nacisk sprezyn oraz róznice cisnien, do którego obudowy uchodzi przewód boczny i w której jest umieszczony zwarty wklad przela- czajacy, którego organ sterujacy i zamykajacy, przesuwny w osi wzdluznej zaworu, jest poddany cisnieniu w przewodzie glównym w kierunku otwarcia zaworu oraz podcisnieniu dominujacym w tylnej przestrzeni obudowy zaworu, powstaja- cym przy czynnym wodomierzu bocznym, jak równiez poddany sile nacisku sprezyn w kierunku zamykania zaworu, znamienny tym, ze prowa- dzenie wzdluzne organu sterujacego i zamykaja- cego (7) realizowane jest przez kilka sworzni slizgowych (17) umieszczonych na zewnatrz przelotu glównego (14) i ze kazdemu sworzniowi slizgowemu (17) jest przyporzadkowana sprezyna naciskowa (18). Fig. 2 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy wodomierza sprzężonego, w szczególności w wykonaniu krótkim, z wodomierzem bocznym do rejestrowania mniejszych ilości przepływających umieszczonym w przewodzie bocznym, z wodomierzem głównym do pomiaru większych ilości przepływających oraz z zaworem przełączającym, umieszczonym za wodomierzem głównym samoczynnie działającym pod wpływem nacisku sprężyny oraz różnicy ciśnień, do którego obudowy jest przyłączony przewód boczny oraz w której jest umieszczony zwarty wkład przełączający, którego organ sterujący i zamykający, przesuwny w osi wzdłużnej zaworu jest zasilany w kierunku otwierania zaworu ciśnieniem w przewodzie głównym oraz podciśnieniem dominują188 869 cym w tylnej przestrzeni obudowy zaworu powstającym przy czynnym wodomierzu bocznym, jak również przez siłę nacisku sprężyny w kierunku zamykania zaworu.

Przy takim wodomierzu sprzężonym, przez połączenie dużego wodomierza głównego (Woltmanna) z małym wodomierzem bocznym (wielostrumieniowym) osiąga się zakres pomiarowy, który jest wielokrotnie większy od zakresu pomiarowego pojedynczego dużego wodomierza o tej samej średnicy nominalnej. Zawór przełączający wodomierza sprzężonego wykonany jako zawór sprężynowy powinien przy tym tak dokładnie dopasować oba poszczególne wodomierze ze względu na pobór wody, aby były dokładnie utrzymane zalecane granice błędu pomiarowego między dolną granicą zakresu pomiarowego wodomierza bocznego a górną granicą zakresu pomiarowego wodomierza głównego.

Sile zamykającej wynikającej z napięcia wstępnego sprężyn we wkładzie przełączającym przeciwstawia się w stanie zamkniętym zaworu moment otwarcia, który jest wynikiem straty ciśnienia (różnicy ciśnień) powstającego podczas przepływu przez licznik boczny oraz przewód boczny oraz danej uszczelnionej powierzchni czynnej organu zamykającego.

Obecnie wodomierze sprzężone są wytwarzane przeważnie w wykonaniu krótkim (o długości różnej dla każdej wielkości nominalnej wodomierza). Oznacza to, że bez zmiany przewodu można je w każdej chwili zabudować w miejsce pionowego wodomierza Woltmanna, jeżeli przepływy w miejscu zabudowy stały się tak różne, że prosty wodomierz Woltmanna nie może ich już dokładnie zarejestrować.

Przykładowo długość zabudowy pionowego wodomierza Woltmanna o średnicy nominalnej 50 mm wynosi 270 mm. Wodomierz sprzężony o takiej samej długości zabudowy jest do tego podzielony na 200 mm długości zabudowy dla wodomierza Woltmanna 50 mm jako wodomierza głównego i maksymalnie 70 mm długości zabudowy zaworu przełączającego o średnicy nominalnej 50 mm.

Taki wodomierz sprzężony jest znany z DE 44 12 683. Ta konstrukcja może być zrealizowana, gdy strumień boczny jest prowadzony bezpośrednio do tylnej przestrzeni obudowy zaworu z obejściem wkładu przełączającego. Do koniecznego sterowania strumienia bocznego jest konieczny specjalny zawór pomocniczy lub coś podobnego, umieszczony w przewodzie bocznym, który musi wspierać ruch wzdłużny organu zamykającego.

Inny tego rodzaju wodomierz sprzężony jest uwidoczniony w EP 0 668 487 Al. W tamtym rozwiązaniu piasta środkowa wystaje częściowo swoimi żebrami przytrzymującymi określoną wielkość do przestrzeni po stronie wylotu wodomierza głównego, aby otrzymać możliwie dużą długość zabudowy dla sprężyny naciskowej zaworu. Ponieważ przelot przepływu głównego w stosunku do średnicy nominalnej wodomierza głównego jest bardzo silnie zwężony, lejek wlotowy musi być w celu zmniejszenia straty ciśnienia możliwie długi i płaski i dlatego wchodzi również stosunkowo daleko w wodomierz główny. To wzajemne połączenie jest jednakowoż warunkowo możliwe przy małej długości zabudowy wodomierza Woltmanna jako wodomierza głównego.

Poza tym z DE 39 29 381 Al jest znany wodomierz sprzężony, którego wkład przełączający stanowi kombinacja ze sprężyny naciskowej i zamknięcia magnetycznego, która przeciwdziała momentowi otwarcia zaworu, przy czym zamiast części siły sprężyny występuje siła magnesu. Wadami takiego wykonania są przeważnie koszty wytwarzania oraz osłonięcie magnesów przed magnetyzującymi się ciałami obcymi przepływającymi w wodzie.

Podstawą wynalazku jest zadanie polegające na zaproponowaniu wodomierza sprzężonego o budowie wymienionej na wstępie, który obywa się bez oddzielnego zaworu sterującego, jak również bez zamknięcia magnetycznego oraz bez długiego lejka wlotowego we wkładzie przełączającym wykonanym tak, aby mimo zwężonego przelotu głównego i obciążonego sprężyną organu zamykającego umożliwić obniżenie oporu przepływu, a tym samym straty ciśnienia.

Zgodnie z wynalazkiem jest to rozwiązane w ten sposób, że prowadzenie wzdłużne organu sterującego i zamykającego odbywa się przy użyciu kilku sworzni ślizgowych umieszczonych poza przelotem głównym i że każdemu sworzniowi ślizgowemu jest przyporządkowana sprężyna naciskowa.

Dzięki temu, że wkład przełączający zaworu przełączającego zgodnie z wynalazkiem nie ma środkowego sworznia ślizgowego z przynależną sprężyną naciskową, jak również potrzebnej do tego piasty środkowej z żebrami wsporczymi, w szczególności w obszarze wloto4

188 869 wym zaworu, główny strumień wody może dopływać bez przeszkód do wkładu przełączającego i unikać przy tym dodatkowej straty ciśnienia (brak powstawania zawirowań).

Przemieszczenie prowadzenia wzdłużnego organu sterującego i zamykającego poza środkowy obszar przepływu, a tym samym możliwe zastosowanie kilku słabszych sworzni ślizgowych z odpowiednio mniejszymi sprężynami naciskowymi niż przy jednym jedynym środkowym sworzniu ślizgowym prowadzi do silnie zmniejszonej siły oporu przy większych przepływach z maksymalnym skokiem zaworu.

Przyczyną tego jest sztywność sprężyny w mm/N, którą w przypadku małych sprężyn można przyjąć znacznie mniejszą aniżeli w przypadku silnych sprężyn i nawet przy kilku sprężynach według wynalazku jest w sumie jeszcze słabsza niż w znanych wkładach przełączających ze środkową sprężyną naciskową. Przykładowo znana sprężyna naciskowa o wielkości nominalnej 50 mm przy skoku 20 mm daje dodatkowe napięcie sprężyste ok. 20 N, podczas gdy w wykonaniu według wynalazku przy takim samym skoku mimo zastosowania 4 sprężyn występuje przyrost napięcia tylko około 10 N.

Ponieważ sworznie ślizgowe umieszczone poza środkowym obszarem przepływu w stanie zamknięcia zaworu, a nawet jeszcze podczas procesu otwierania zaworu nie są zasilane różnicą ciśnień otwierania (około 0,2 do 0,3 bara), odpada również wszelkie uszczelnianie sworzni ślizgowych z powodu koniecznego luzu poślizgowego między sworzniami ślizgowymi a organem sterującym i zamykającym.

Przez skasowanie środkowej piasty sworznia ślizgowego, osadzonej w przelocie głównym wkładu sterującego oraz przynależnych żeber wsporczych, średnicę miejsca uszczelnienia głównego przepływu według wynalazku można wykonać o tyle ciaśniejszą, ile przekroju wymagają piasta i żebra i mimo to pozostaje wówczas jeszcze ta sama powierzchnia przepływu w obu wykonaniach.

Sworznie ślizgowe (w szczególności trzy do pięciu) mogą być zakotwione w elemencie nośnym wkładu przełączającego i równomiernie rozłożone na obwodzie średnicy prowadzenia.

Zgodnie z wynalazkiem przewiduje się, że wkład przełączający ma strefę spiętrzania, która w połączeniu z tarczą sterującą organu sterującego i zamykającego służy jako pomoc w otwieraniu i zamykaniu zaworu.

Unieruchomienie sworzni ślizgowych na ich tylnym końcu poprzez pierścień przytrzymujący i prowadzący powoduje równomierne prowadzenie wzdłużne organu sterującego i zamykającego i spełnia dodatkowo rolę zderzaka napiętych wstępnie sprężyn naciskowych.

Tuleje prowadzące lub podobne na krawędzi zewnętrznej tarczy sterującej gwarantują pewny ruch wzdłużny organu sterującego i zamykającego na sworzniach ślizgowych, bez jakiejkolwiek możliwości skośnego ustawiania się.

Ponieważ pierścień przytrzymujący i prowadzący napina równocześnie wszystkie sprężyny naciskowe, powstaje stała całkowita siła zamykająca wkład przełączający zaworu przełączającego. W ten sposób jest wykluczone nierównomierne napięcie sprężyn naciskowych.

Częściowe wybranie w pierścieniu uszczelniającym na przelocie głównym daje temu pierścieniowi więcej sprężystości i służy dlatego jako wyrównanie tolerancji pierścienia uszczelniającego i wykonawczych, jak również efektów rozszerzalności poprzez pobór wody oraz wpływ ciepła (różna ciepłota wody).

Lekka stożkowatość kołowej powierzchni uszczelniającej na przelocie głównym zwiększa zdolność poślizgu pierścienia uszczelniającego na organie sterującym i zamykającym podczas otwierania i zamykania zaworu przełączającego.

Dodatkowe zamocowanie i prowadzenie wkładu przełączającego na lub w wylocie zaworu daje wkładowi przełączającemu zwiększoną stabilność.

Dla wkładu przełączającego wodomierza sprzężonego zgodnego z wynalazkiem jest przewidziany prosty system montażu. Sprężyny naciskowe oraz pierścień przytrzymujący i prowadzący należy tylko nasunąć na sworznie ślizgowe, a nakrętki napinające sprężyny dają po ich nakręceniu na sworznie ślizgowe żądaną siłę napięcia wstępnego sprężyn naciskowych. Przy tym nie jest konieczne żadne nastawianie lub pomiar kontrolny, wystarczy tylko zmontowanie elementów.

Wodomierz sprzężony w przykładzie wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym figury przedstawiają, co następuje:

188 869 fig. 1 - widok z góry wodomierza sprzężonego o krótkiej budowie, fig. 2 - przekrój wzdłużny wkładu przełączającego w pozycji zamknięcia, fig. 3 - przekrój wzdłużny wkładu,przełączającego w pierwszej pozycji otwarcia, fig. 4 - przekrój wzdłużny wkładu przełączającego w pozycji maksymalnego otwarcia, fig. 5 - przekrój wzdłużny zaworu przełączającego w pozycji zamknięcia, fig. 6 - prowadzenie pierścienia przytrzymującego wkład przełączający w wylocie zaworu, fig. 7 - prowadzenie pierścienia przytrzymującego wkład przełączający w wytoczeniu obudowy zaworu oraz fig. 8 - prowadzenie i wycentrowanie sworzni wkładu przełączającego w nadłewkach kołnierza wylotu zaworu.

Figura 1 pokazuje wodomierz sprzężony, który składa się z wodomierza głównego 3, z wodomierza bocznego 2 połączonego z nim przewodami bocznymi 1 i la oraz z zaworu przełączającego 4. Obudowa zaworu 5 obejmująca wkład przełączający 6 jest umocowana swoim kołnierzem wlotowym 28 do kołnierza 29 wodomierza głównego za pomocą śrub 53. Woda dopływająca zgodnie z kierunkiem strzałki 21 opuszcza wodomierz sprzężony wylotem 30 zaworu przełączającego 4.

Jak widać z fig. 5, przy zamkniętym wkładzie przełączającym 6 woda doprowadzana z wodomierza bocznego 2 płynie poprzez przewód boczny la do obudowy zaworu 5 i przedostaje się poprzez jej kanał boczny 31 do kanału pierścieniowego 32 obudowy 5. Stąd woda przepływa przez kanał dopływowy 33 wkładu przełączającego 6 oraz poprzez kanał obejściowy 34 do tylnej przestrzeni obudowy 9. Stąd woda dostaje się do wylotu 30 zaworu przełączającego 4 i płynie do miejsca poboru wody (nie pokazanego). Przez kanał dopływowy 33 przechodzi kilka sworzni dystansowych 35, które służą jako mostek między elementem nośnym wkładu przełączającego 15 oraz kołnierzem spiętrzającym 36, przy czym śruby 37 łączą oba elementy w jedną całość.

Jak można zobaczyć na fig. 2, 3 i 4 w większej skali, na kilku sworzniach ślizgowych 17 zakotwionych w elemencie nośnym wkładu przełączającego 15 jest umieszczony przesuwnie organ sterujący i zamykający 7. Może on poruszać się przeciwko oporowi kilku napiętych wstępnie sprężyn naciskowych 18, które są podparte na pierścieniu przytrzymującym i prowadzącym 20 oraz na nakrętkach 24 napinających sprężyny.

Organ sterujący i zamykający 7 składa się z elementu ślizgowego 38 z tarczą sterującą 11, z kilku tulejek prowadzących 23, uchwytu uszczelnienia 25 i pierścienia uszczelniającego 26 umieszczonego w rowku pierścieniowym 39. Jego osadzenie z wybraniem odbywa się dzięki rowkowi pierścieniowemu 50. Doprowadzony stożkowo kanał wlotowy 40 tworzy przejście do zwężonego gniazda uszczelniającego 13, przy czym ściana kanału 41 wchodzi nieco w wodomierz główny 3 i jest w nim zgrubnie prowadzona.

Tarcza sterująca 11 posiada na swojej średnicy zewnętrznej 42 wąską krawędź sterującą 43, która wspólnie ze stożkowym stopniem spiętrzającym 44 oraz z krawędzią spiętrzającą 45 przewidzianą na końcu kołnierza spiętrzającego 36 steruje ruchem przełączającym organu sterującego i zamykającego 7 (procesy otwierania i zamykania zaworu przełączającego).

Strefa spiętrzania 46 pokazana na fig. 3 w obszarze szczeliny spiętrzającej 47 tworzy hydrauliczne miejsce wychwytujące 48 po zakończeniu skoku otwierania. Pozycje pośrednie tarczy sterującej 11 między stanem zamknięcia zaworu a przytrzymywaczem hydraulicznym 48 nie są możliwe z powodu stożkowatości stopnia spiętrzającego 44.

Pierścień uszczelniający 49 na średnicy zewnętrznej 51 kołnierza spiętrzającego 36 zapobiega przejściu wody poza wkład przełączający 6 do tylnej przestrzeni obudowy 9. Różne kształty specjalnego dodatkowego wsparcia wkładu przełączającego 6 pokazują figury 6, 7 i 8.

Przez prowadzenie pierścienia przytrzymującego wkład przełączający 20a w wylocie zaworu 30 (fig. 6) wkład przełączający 6 osiąga zwiększoną stabilność, bez potrzeby specjalnego ukształtowania w tym celu obudowy zaworu.

Prowadzenie wkładu przełączającego 6 w specjalnym wytoczeniu obudowy 55 (fig. 7) powoduje wylot zaworu 30, bez jakiegokolwiek ograniczenia.

Przez prowadzenie i centrowanie sworzni wkładu przełączającego 17 w nadłewkach przytrzymujących 54 na kołnierzu wylotowym obudowy zaworu 5 (fig. 8) odpada każdorazowy pierścień przytrzymujący 20, 20a lub 20b, a wkład przełączający 6 utrzymuje mimo to

188 869 dodatkową stabilność. Sprężyny 18 opierają się na nadlewkach 54 i uzyskują przy tym swoje napięcie wstępne.

Sposób działania wodomierza sprzężonego zgodnego z wynalazkiem jest następujący.

Gdy przesuwny wzdłużnie element sterujący i zamykający 7 znajdzie się w pozycji zamknięcia zaworu, to pierścień uszczelniający 26 napięty w uchwycie uszczelki 25 (osadzony z wybraniem), zamyka zupełnie przelot główny 14, a woda przepływająca przez wodomierz boczny 2 podczas poboru wody płynie bez przeszkód, względnie przez wkład przełączający 6 do nie pokazanego miejsca poboru wody.

Przy ustalonym wstępnie przepływie wody (różnym dla każdej wielkości wodomierza), cały organ sterujący i zamykający 7 jest przesuwany pod wpływem momentu otwierania zaworu (powierzchnia dociskowa względnie czynna na przelocie głównym zaworu x różnica ciśnień) przeciwko oporowi napiętych wstępnie sprężyn naciskowych 18 uszczelniaj ąco w kierunku wylotu zaworu 30, aż krawędź sterująca 43 tarczy sterującej 11 wejdzie, względnie bezdotykowe zanurzy się w stożkowym stopniu spiętrzającym 44 tak dalece, że przejściowo znacznie podwyższona różnica ciśnień działająca teraz przez nienormalne zmniejszenie istniejącego tu przekroju pierścieniowego na całą powierzchnię kołową 52 tarczy sterującej 11 wciska udarowo organ sterujący i zamykający 7 za przytrzymywacz hydrauliczny 48 (fig. 3).

W ten sposób jest zakończony proces otwierania zaworu przełączającego 4 (przełączanie), a wodomierz główny 3 jest włączony w proces pomiaru, względnie rejestracji wody.

Przy wzroście przepływu aż do maksymalnej wartości natężenia przepływu przewidzianej dla wielkości nominalnej każdego wodomierza organ sterujący i zamykający 7 prześlizguje się pod działaniem różnicy ciśnień przez płynącą ilość wody pokonując opór sprężyn naciskowych 18 w kierunku wylotu zaworu na tyle, aż coraz bardziej zwiększające się napięcie sprężyn zakończy skok zaworu (fig. 4).

W ten sposób osiąga się największe otwarcie zaworu przełączającego. W razie potrzeby przez specjalny zderzak organu sterującego i zamykającego 7 na pierścieniu prowadzącym 20 można zrealizować dodatkowe ograniczenie skoku.

Przy opadającym natężeniu przepływu silnie napięte sprężyny naciskowe 18 przesuwają organ sterujący i zamykający 7, pokonując opór całego strumienia wody w kierunku wlotu zaworu tak długo, aż krawędź sterująca 43 tarczy sterującej 11 dostanie się znowu do hydraulicznego miejsca wychwytującego 48 krawędzią spiętrzającą 45. Tutaj organ sterujący 7 podejmuje znowu funkcję szczątkową. Osiąga się to poprzez współdziałanie krawędzi sterującej 43, tarczy sterującej 11 z krawędzią spiętrzającą 45 na końcu stożkowatego stopnia spiętrzającego 44 oraz przepływających w tej sytuacji ilości wody (system rozdziału spiętrzenia).

Jeżeli przepływ, a tym samym występująca tu różnica ciśnień spadnie do wartości ustalonej wstępnie spowodowanej przez szczelinę spiętrzającą 47, to napięte wstępnie sprężyny naciskowe 18 pokonają opór spiętrzenia i zawór przełączający 4 zamknie się w wyniku stożkowego rozszerzenia stopnia spiętrzenia 44 ze wzrastającym przyspieszeniem.

W ten sposób jest zakończony proces zamykania wodomierza sprzężonego, a przepływająca jeszcze teraz ilość wody będzie tak długo rejestrowana przez wodomierz boczny 2, aż w miejscu poboru wody nie będzie już potrzebna woda.

Claims (9)

1. Wodomierz sprzężony, w szczególności w wykonaniu krótkim, z wodomierzem bocznym umieszczonym w przewodzie bocznym, służącym do rejestrowania mniejszych ilości przepływającej wody, z wodomierzem głównym do pomiaru większych ilości przepływającej wody oraz z zaworem przełączającym umieszczonym za wodomierzem głównym i działającym samoczynnie poprzez nacisk sprężyn oraz różnicę ciśnień, do którego obudowy uchodzi przewód boczny i w której jest umieszczony zwarty wkład przełączający, którego organ sterujący i zamykający, przesuwny w osi wzdłużnej zaworu, jest poddany ciśnieniu w przewodzie głównym w kierunku otwarcia zaworu oraz podciśnieniu dominującym w tylnej przestrzeni obudowy zaworu, powstającym przy czynnym wodomierzu bocznym, jak również poddany sile nacisku sprężyn w kierunku zamykania zaworu, znamienny tym, że prowadzenie wzdłużne organu sterującego i zamykającego (7) realizowane jest przez kilka sworzni ślizgowych (17) umieszczonych na zewnątrz przelotu głównego (14) i że każdemu sworzniowi ślizgowemu (17) jest przyporządkowana sprężyna naciskowa (18).

2. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że sworznie ślizgowe (17) są zakotwione w elemencie nośnym wkładu przełączającego (15) i równomiernie rozmieszczone na obwodzie średnicy prowadzenia (16).

3. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wkład przełączający (6) ma strefę spiętrzania (10), która w połączeniu z tarczą sterującą (11) organu sterującego i zamykającego (7) służy za pomoc w otwieraniu i zamykaniu zaworu.

4. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że na końcach (19) sworzni ślizgowych (17) jest przewidziany pierścień przytrzymujący i prowadzący (20).

5. Wodomierz sprzężony według zastrz. 3, znamienny tym, że tarcza sterująca (11) organu sterującego i zamykającego (7) ma na swojej krawędzi zewnętrznej (22) tulejki prowadzące (23) lub podobne, odpowiadające położeniu i liczbie sworzni ślizgowych dla ruchu wzdłużnego na sworzniach ślizgowych (17).

6. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcia wstępne sprężyn naciskowych (18) spowodowane przez pierścień przytrzymujący i prowadzący (20) oraz nakrętki sworzni (24), wywołują w sumie siłę zamykającą wkładu przełączającego (6).

7. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że uszczelnienie przelotu głównego (14) odbywa się za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego (26), umieszczonego w uchwycie uszczelki (25).

8. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że kołowa powierzchnia uszczelniająca (27) na przelocie głównym (14), w szczególności w wodomierzach o większych średnicach nominalnych jest lekko stożkowa.

9. Wodomierz sprzężony według zastrz. 1, znamienny tym, że wkład przełączający (6), w szczególności przy większych średnicach nominalnych, ma dodatkowe umocowanie i prowadzenie przy lub na wylocie zaworu (30).