Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 88
Текст из файла (страница 88)
10-2-1); Š— модуль упругости материале пружины; 6 — толщина стенки; р — коэффициент Пузссова; и — главный пзрзметр пружины Бурдоне, согласно формуле к= —. лоб ая Остальные обозначения соответствуют принятым нв рис. 10-2-9. Таблица 10-2-1 Значения коэффициентов к формулам для расчета трубчатых пружин Бурдоне 4 ори я поверочного сечения агь 1,е 1е 0,493 0,750 0„636 0,083 0,062 0,197 О,!49 0,452 0,430 0,044 0,043 0,1! 1 0,106 0,416 0,042 0,102 Эллинги ческая 0,566 0,053 0,142 0,400 0,042 0,098 0,390 0,042 0,095 0,437 0,408 0,121 0,121 0,140 0,132 0,388 0,121 0,126 0,360 О,!!9 0,118 0,343 О,!! 8 0,1!3 Плоско- овальная 0,637 0,594 0,096 О,! 1О 0,149 0,167 0,548 0,480 0,115 О,!21 О,!66 О,!52 Полнее перемещение Х свободного конца пружины Бурдона определяется кзк геомстрическзя сумин радиального Х и тзнгенцизльного Хг перемещении (Рис.
10-2-!0): 3=у'~-„+х) = — ')7.А, (10-Ьз) 7 где Х = — У)7,(1 — сазу); )и= — УЕ,(7 — з!пр); А=К(1 — с<яр)Я+(У вЂ” зшр)'. т 7 оси, в своем стремлении повернуть сечение пружины. Это согласуется и с практикой, например, пружина эллиптического сечения обладает большей чувствительностью и меньшей жесткостью, чем плоскоовального сечения. Пружина круглого сечения прак- г тически нечувствительна к давлению, г так как ее поперечное сечение не де- А формируется прн воздействии давле- / е ния. Наиболее полно теория и методика расчета характеристик пружин, )Р Бурдона разработана В.
И. Феодосьевым и Л. Е. Андреевой в работах [48, 531. Ниже, пользуясь этими работами, приводим конечные формулы л Заменяя в формуле (!0-2-З) — - выражением (!О-2-э! и учитывая ссотнщпениь йу Т (10-1-1) „получаем: (10-2-4) где й» вЂ” жесткость тонкостенной пружины Бурдона к воздейстнию давления.
Чуствнтельность пружины Бурдона по давлению (э, = 1/й»), как это следует из (10-2-4), равна: 1 — рэ !1к / Ьэ! осА Е Ьб (, оз,/(3+из (10-2-5) Направление полного перемещения Л свободного конца вательна, и значение угла ср (рис. 10-2-10) определяется по Лг ф = агс(й —. Лг пружины, а следоформуле (10-2-6) Изменение объема внутренней полости тонкостенной пружины Бурдона определяется в зависимости от давления по формуле , йу ~, Ьэ)л нли в зависимости от перемещения свободного конца пружины о'г' = 12Лпйу (! — ! —, аэ/аЛ ' (10-2-З) где л — коэффициент, значения которого приведены в табл. !0-2-1.
Для пружин Бурдона толстостенных с сильно вытянутым пласкоовальным сечением (рис. !0-2-1!) относительное изменение центрального угла определяется по формуле Лу 1 — р- Я„12(! ) Ьз у Р Е Ьб Ьа+! 2гЬ' (10-2-9) Значение коэффнцнента э определяется в зависимости от главного параметра и пружины по графику, представленному на рвс.
10-2-1!. /(ля определения значения полного перемещещщ Л свободного конца толстостенной пружины Бурдона можно воспользоваться выраженвем (10-2-4). Статическая характеристика Л = / (р) пружин Бурдона линейна. Для обеспечения надежной работы соотношение размеров сечения пружины Бурдона выбирают обычно с таким расчетом, чтобы обеспечивались необходимый запас прочности ее и достаточное перемещение свободного конца пружины (не менее 1 — 2 мм).
При сверхвысоких давлениях (более 1600 кгс/см') пружина Бурдона, как показывает опыт отечественных приборостроительных заводов, не обеспечивает достаточного запаса прочности. Для измерения сверхвысокого давления до 10 000 кгс/смэ (1000 й(Па) н выше применяют одновитковые трубчатые пружины с эксцентричным каналом (рис.
10-2-12), предложенные В. Г. Нагаткиным [55!. Нейтральная ось этой пружины, проходящая через центр тяжести С поперечного сечения, смещена на некоторый размер 1 относительно оси канала, проведенной через его центр Се (рис. 10-2-12). Перемещение Л свободного конца рассматриваемой пружины происходит не из-за деформации поперечного сечения, а потому, что под действием внутреннего избыточного давления р в поперечном сече- н нии возникает изгибающий м о м е н т.
Равнодействующая Р сил давления р. приложенных в полости кя канала пружины (рис. 10-2-12), равна Р =- Ряс' и проходит через ось г,р канала. Приводя ее к центру тяже- дг сти С поперечного сечения, получаем изгибающий момент М =- Р( = рягЧ 46 и нормальную силу у = Р. Под действием этого момента пружина изгибается в сторону более толстой стенки и ее свободный конец перемещается на размер Л. При этом перемещение свободного конца и изменение кри- дд да дд дя гл визны оси пружины будут пропорциональны изгибающему момеяту М Рис.
10-2-11. График для опре- деления коэффициента г в эавиа вместе с тем и давлению р. Поперечное сечение пружины Нагаткина деформируется под действием внутреннего избыточного давления незначительно и напряжения распределяются более равномерно, чем в толстостенной Рис. 10-2-12, Одновитковая трубчатая пружина с эксцентричным каналом. пружине Бурдона плоскоовального сечения (см. рис. 10-2-9„г).
Поэтому пружины с эксцентричным каналом обладают значительно большей прочностью, чем толстостенные пружины Бурдона. Для определения основных параметров одновитковой пружины с эксцентричньза каналом воспользуемся расчетными формулами, даваемыми в статье 155).
Полное перемещение Х свободнога конца пружины Нагаткнна определяегси как геометрическая сумма радиапьного ),„и тангенциального )т перемещений (рис. 10-2-10): г' )т+~т1 (10-2-10) где дна РЕь ь = — "(1-ссеу) — "(севу — 1): г ЕГ (10-2-П) (1 0-2-12) )ИД' РЯа Ц= — (у — мпу) — — ". мпу, Е1 ЕЕ здесь Š— площадь сечения пружины, Е = п(Ез — г'=1; з — осевой момент инер- ции сечения пружины, согласно формуле з = — (И,', — М) + и [Е-'„(1 — й)' — Р~з), где д — эксцентрнситет отверстия; 1=1„Ь (Яз — ге) т — расстояние от центра Се канала до центра тяжести С (рис. 10-2-12).
Значение угла ф (см. рис. 10-2-10) для пружины Нагаткина можно определить с помощью формул (10-2-6), (10-2-11) и (10-2™!2). Подсчитав значение Х, можно определить жесткость и чувствительность пружины, воспользовавшись приведенными выше соотношениями. 10-3. Приборы давления прямого действия Приборы прямого действии применяют в широком диапазоне измерения от нескольких десятков миллиметров водяного столба и до давлений в несколько тысяч атмосфер как в лабораторных, так и промышленных условиях.
Причину этого следует видеть Верхние пределы измерения выпускаемых манометров с пружиной Нагаткина — от 1000 до 10 000 кгс/смз (100 — 1000 МПа). Для измерения сверхвысокого давления применяют также прямолинейные трубчатые пружины с эксцентричным каналом (рис. 10-2-13). Под действием внутреннего избыточного давления в поперечном сечении этой трубки, так же как и в пружине Нагаткина, возникает изгибаюРис. 10-2-13. Пряьюлинейная трузча- щий момент, который изгибает та«пружина с эксцентричным каналом, трубку в сторону более толстой стенки. Пружиныэтоготипаприменяются только в компенсационных манометрах с пневматическим и электрическим токовым выходными сигналами.
Верхние пределы измерения этих манометров такие же, как и манометров с пружиной Нагаткина. Одновитковые и прямолинейные трубчатые пружины с эксцентричным каналом на давление от 1000 до 10 000 кгс/смз (100— 1000 МПа) изготовляют из стали 50ХФА. в простоте устройства, портативности, простоте применения и, наконец, в их дешевизне. Если по условиям организации централизованного технологического контроля и управления агрегатами, аппаратами или тепло- энергетическими установками приборы давления прямого действия не могут быть использованы, то применяют рассматриваемые ниже приборы электрокоитактные и с дистанционной передачей показанйй. Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Приборы этого типа служат для измерения небольших избыточных и вакуумметрических давлений неагрессивных газов, не превышающих обычно 4000 кгс/м' (0,04 МПа).
Йапример, в котельных установках, печах и в ряде других случаев напоромерами измеряют избыточное давление воздуха, тягомерами — разрежение (силу тяги) в газоходах, а тягонапоромерами измеряют в топках разрежение — давление. Кроме указанных приборов изготовляются также дифференциальные тягонапоромеры, предназначенные для измерения разности вакуум- метрических или избыточных давлений газа.
В качестве упругих чувствительных элементов в приборах рассматриваемых типов широко применяют мембранные коробки (см. рис. 10-2-4,а), а также неметаллические мембраны с жестким центром (см. рис. 10-2-6). Поэтому их называют обычно мембранными приборами. Мембранные напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры и дифференциальные тягонапоромеры изготовляют в виде показывающих приборов с вертикальной профильной шкалой, а иногда с концентрической шкалой. Прн этом их устройство принципиально одинаковое, за исключением отдельных элементов передаточного механизма и формы циферблата и корпуса. Приборы с профильным корпусом более удобны для монтажа на шитах, так как благодаря прямоугольной форме передней части прибора возможен достаточно компактный монтаж.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
