Конструкция и основные характеристики

   Принцип действия пружинных манометров и вакуумметров (пружин Бурдона) основан на изменении формы поперечного сечения пружины под воздействием измеряемого давления.

  Трубчатая пружина (пружина Бурдона) - это изогнутая по дуге тонкостенная трубка овального или эллиптического сечения (рисунки 4 и 5). У пружин Бурдона используют линейное перемещение свободного конца в качестве характеристики измеряемого давления. При увеличении давления малая ось сечения удлиняется, а большая укорачивается.

  Трубчатая пружина считается ТОНКОСТЕННОЙ, если толщина h ее стенки мала по сравнению с длиной б малой полуоси сечения, и ТОЛСТОСТЕННОЙ, если они соизмеримы.

  ТОНКОСТЕННЫЕ пружины Бурдона эллиптического сечения применяют в приборах для измерения вакуумметрического давления до 0,1 МПа и избыточного давления до 6 МПа.

   Для измерения избыточного давления 20 - 160 МПа применяют ТОЛСТОСТЕННЫЕ пружины овального сечения.

   Выбор материала пружин зависит от условий работы и класса точности. В приборах НИЗКОЙ точности, при давлении не более 15 МПа применяют пружины - из латуней Л62; Л68 из фосфористой бронзы Браф - 2,5.

    В приборах ВЫСОКОЙ точности, с давлением выше 15 МПа применяют бериллиевую бронзу БрБр - 2,5; сплав 50 ХФА и мельхиор МНМц 20 - 20

    В приборах, работающих при высоких температурах и агрессивных средах, - сплавы Н36ХТЮ и М41ХТ.

     Механические свойства перечисленных материалов приведены в таблице 4

Таблица 4- Механические свойства материалов, применяемых для упругих чувствительных элементов

Марка	Предел текучести σт	Модуль упругости при растяжении Е	Марка	Предел текучести σт	Модуль упругости при растяжении Е
	МПа			МПа
Л62	500	1,16 * 10^5	МНМц 20-20	1140	1,44 * 10^5
Л68	520	1,15 * 10^5	50ХФА	1100	2,12 * 10^5
Бр ОФ4-2,5	540	1,0 * 10^5	Н36ХТЮ	1000	2,1* 10^5
Бр Бр-2,5	1280	1,33 * 10^5	М41Т	1250	1,9 * 10^5

17

 Для инженерных расчетов используется теория трубчатых пружин, разработанная Федосеевым В. И. [2,7 ] и на основе приближенного энергетического метода Ритца [2,7 ] без учета влияния концевых заделок держателя и наконечника и со всеми допущениями, принятыми в теории оболочек.

 

 

                                                      

Рисунок 4-Обозначение элементов и параметров трубчатой пружины

 

 

 

                  а) плоско-овальное                                   б) эллиптическое

 

Рисунок 5 -Формы сечения пружин Бурдона(а, б)

При выборе и расчете основных характеристик трубчатых пружин по формулам Федосеева В. И необходимо учитывать следующие обозначения элементов и параметров трубчатой пружины (рисунки 4 и 5):

а, в - длины большой и малой полуоси сечения. Рекомендуется для малых и средних давлений применять трубки с отношений осей 1,5; 4,5, а для больших давлений 4:6. Большие значения отношений осей позволяет повышать предельное значение измеряемого давления без существенного снижения чувствительности пружины. [18, 22 ]

h  - толщина стенки. При выборе толщины стенки пружины необходимо учитывать, что отношение h /в может применяться в пределах 0-2. [18, 22 ]

R - радиус кривизны центральной оси. Радиус всегда следует выбирать наибольшим из

 

18

возможных. При выборе необходимо учитывать, что R / в не должно быть меньше 6-7 (из-за опасности концентрации напряжений - в области близкой к центру кривизны продольной оси пружины).

Кроме этого, для пружин с электрическим преобразователем R /в = 6-7, для пружин в показывающих приборах. R /в = 7-8. [18, 22 ]

g - центральный угол. Находится в пределах = 180- 270⁰. Чем больше угол первоначальной закрутки, тем больше перемещение запаянного конца пружины. [18, 22 ]

l - перемещение запаянного конца пружины. Для показывающих приборов перемещение запаянного конца пружины должно находится 5-8 мм. Для приборов с электрическим преобразователем эта величина 2-3 мм. [18, 22 ]

           В таблице приведены параметры трубчатой пружины необходимые для расчетов. Данные получены экспериментальным путем в лаборатории КИП цеха тепловой автоматики Белоярской атомной электростанции.

Таблица 5

Верхний предел по давления, кгс\см^2	Форма сечения пружины	Угол закрутки γ, град	2 a, мм	b, мм	Радиус R, мм
1	эллиптическая	255	22,05	7,35	32,5
1,6	плоскоовальная	260	21,45	4,45	52,5
2,5	плоскоовальная	260	21,25	4,4	55
4	эллиптическая	258	21,2	8,4	35
6	эллиптическая	260	20,05	6,9	32,5
10	эллиптическая	260	16,25	6,1	32,5
16	эллиптическая	253	16,2	5,4	32,5
25	эллиптическая	265	16,1	6	32,5
40	плоскоовальная	263	20,2	5,65	52,5
60	эллиптическая	262	15,45	6,4	32,5
100	плоскоовальная	270	21,2	5,1	55,3
160	плоскоовальная	180	16,5	6,1	47,2
250	плоскоовальная	270	15,8	6,4	47

 

19