Комбинированный водомер

1 Настоящее изобретение относится к комбинированному водомеру, состоящему из основного водомера и вспомогательного водомера, а также переключающего клапана, содержащего подпружиненный против потока запирающий элемент, который в закрытом положении прилегает к клапанному седлу и открывает или перекрывает поток через основной водомер при достижении заданного предельного значения потока. Комбинированные водомеры применяют в тех случаях, когда измерительный диапазон простого водомера недостаточен, чтобы измерять все возникающие потоки. Они состоят из большого водомера в качестве основного водомера, домового водомера в качестве вспомогательного водомера и переключающего клапана. Переключающий клапан управляет подключением и отключением основного водомера, который обычно выполнен в виде водомера Вольтманна и который производит измерение объема только при больших, предопределенных потоках дополнительно к вспомогательному водомеру. Известны комбинированные водомеры, в которых переключающие клапаны выполнены как нагруженные весом поворотные заслонки(например, US 41 00 800), которые при открывании полностью открывают поперечное сечение потока. При этом заслонка и соединенная с ней клапанная тарелка поворачиваются вокруг расположенной в стороне от поперечного сечения потока точки вращения. Недостатком такой конструкции является то, что для поворота заслонки необходимо много места, что приводит к относительно большим размерам и большому весу комбинированных водомеров. Кроме того,для клапанного седла необходимы дорогостоящие профилированные уплотнения. Водомеры указанного выше типа известны также, например, из DE 37 32 703 A1, DE 37 40 531 A1 или DE 39 24 147 C1. В этих водомерах запирающий элемент переключающего клапана имеет возможность поступательного перемещения по расположенной по центру потока оси и нагружен пружиной, которая поджимает его в направлении против потока к клапанному седлу. Начиная с предопределенной величины потока,запирающий элемент отходит от клапанного седла, преодолевая воздействие пружины, и перемещается в направлении потока. За счет этого открывается кольцевое поперечное сечение потока. Переключающие клапаны такой конструкции требуют по отношению к ранее указанному уровню техники меньше места, однако, имеют в направлении потока все еще довольно большую длину, что отрицательно сказывается на длине и массе комбинированных водомеров. Кроме того, известные переключающие клапаны сложны и потому дороги, так как они состоят из относи 000802 2 тельно большого количества деталей и для их правильной работы необходимы профилированные уплотнения. Другие недостатки состоят в том, что они в их открытом положении сужают поперечное сечение потока и вызывают, тем самым, заметную потерю давления, и, кроме того, только ограниченно применимы в качестве обратных клапанов. Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить комбинированный водомер, переключающий клапан которого имеет очень простую конструкцию, требует очень мало места для размещения, а также вызывает в открытом положении незначительное снижение давления. Эта задача решается согласно изобретению с помощью комбинированного водомера вышеуказанного типа тем, что запирающее звено переключающего клапана выполнено в виде составной заслонки, оба крыла которой соединены шарнирно друг с другом на лежащей в плоскости их разъема поворотной оси, при этом область поворотной оси со стороны набегания потока на заслонку, имеющая конструктивно обусловленные зазоры, закрыта плоским уплотнением. За счет того, что запирающее звено переключающего клапана выполнено составным и оба крыла могут поворачиваться вокруг расположенной в плоскости разъема общей оси, поток через основной водомер открывается без поступательного перемещения запирающего звена и без необходимости полного поворота из потока. Оба крыла в открытом положении занимают меньше места, чем в уже известных решениях. Эту меньшую потребность в месте можно использовать для сокращения длины комбинированного водомера. Переключающий клапан согласно изобретению имеет также значительно меньшие потери давления, чем известные переключающие клапаны (смотри, например, DE 37 32 703 Al), у которых запирающие звенья в открытом положении остаются в потоке. В настоящем решении запирающее звено клапана хотя и остается также постоянно в потоке, однако при открывании крыльев уменьшается их омываемая потоком поверхность, т.е. потеря давления становится все меньше и при полностью открытых крыльях становится наименьшей. Заслонка, вследствие необходимого закрепления крыльев на поворотной оси, имеет в этой области конструктивно обусловленные зазоры,которые могли бы приводить, к просачиванию потока и, тем самым, к погрешности измерений. Для предотвращения этого заслонка, по меньшей мере, в этой области со стороны набегания потока закрыта плоским уплотнением. В предпочтительном варианте выполнения изобретения плоское уплотнение расположено не только в области поворотной оси, но оно при закрытой заслонке прилегает с образованием 3 уплотнения к клапанному седлу. Таким образом, для плотной посадки составного запирающего звена необходимо только одно уплотнение, которое можно простым способом изготовить из плоского материала. В других конструкциях необходимо применять более одного и к тому же особенно профилированных уплотнений. В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения плоское уплотнение закреплено на заслонке посредством геометрического замыкания. Для этого на крыльях заслонки расположены утолщения, по которым проходит плоское уплотнение в удлиненных отверстиях. Эти удлиненные отверстия проходят в одном направлении перпендикулярно поворотной оси. Благодаря этому решению плоское уплотнение надежно зафиксировано на обращенной к потоку стороне заслонки. Однако это преимущество имеет лишь подчиненное значение. Существенным является то, что за счет такой конструкции плоское уплотнение при открывании крыльев не растягивается, а только изгибается. За счет сгибания плоского уплотнения вокруг поворотной оси она относительно укорачивается на крыльях, т.е. она сползает с их кромок. По этой причине плоское уплотнение снабжено удлиненными отверстиями, длина которых соответствует пути относительного укорочения плоского уплотнения на крыльях. Таким образом, удлиненные отверстия обеспечивают проводку плоского уплотнения по утолщениям крыльев без возникновения напряжений. Простое плоское уплотнение, согласно изобретению, остается полностью герметичным и при обратном направлении потока, когда переключающие клапаны должны работать в качестве обратных клапанов. Для обеспечения этого, в области поворотной оси со стороны набегания потока предусмотрена перемычка, на которую опирается плоское уплотнение, так что оно при закрытой заслонке всегда плотно прилегает к ней, следовательно, не может быть отжато от нее. Крылья заслонки, согласно другому признаку настоящего изобретения, нагружены силами пружин вокруг поворотной оси в направлении закрытого положения. Могут использоваться одна или несколько пружин. При незначительном потоке преобладают моменты сил пружин, и клапан остается закрытым. При большом потоке вследствие разницы давлений на запирающем звене возникают большие открывающие моменты сил, которые открывают,соответственно, удерживают открытыми крылья против действия моментов сил пружин. Так как моменты сил пружин при увеличивающихся углах открывания крыльев становятся больше,что не желательно, то в местах, в которых, по меньшей мере, одна пружина прикладывает усилие, к крыльям, расположены кулисы, в которых проходят концы пружины. Эта направ 000802 4 ляющая выполнена так, что угол поворота концов пружины при увеличивающемся открывании крыльев отстает от их угла поворота. За счет этого компенсируется, по меньшей мере,уменьшается увеличение момента сил пружины при открывании крыльев. Изобретение поясняется ниже на примере выполнения с помощью чертежей, на которых изображено на фиг. 1 - продольный разрез комбинированного водомера с установленной вставкой переключающего клапана и открытым клапаном; на фиг. 2 - перспективная проекция со стороны, противоположной направлению потока,переключающего клапана с закрытым клапаном; на фиг. 3 - разрез А-А по фиг. 2; на фиг. 4 - узел В по фиг. 2 в увеличенном масштабе; на фиг. 5 - разрез по фиг. 3 при полностью открытом клапане; на фиг. 6 - перспективная проекция расположенной ниже по потоку стороны вставки переключающего клапана с закрытым клапаном во втором варианте выполнения; и на фиг. 7 - разрез по линии С-С по фиг. 6. На фиг. 1 показан в разрезе штрихпунктирными линиями корпус 1 главного водомера. Он имеет два фланца 2, 3 для соединения с трубопроводом. Направление потока через корпус 1 главного водомера обозначено стрелкой 4. В качестве вспомогательного водомера,который не изображен на чертеже, может использоваться стандартный домовый водомер,который устанавливается на соединительных патрубках снаружи на корпусе 1 основного водомера, как это раскрыто, например, в DE 37 32 703 Al. Корпус 1 главного водомера снабжен верхним отверстием, которое закрыто крышкой 5. К этой крышке 5 подвешена измерительная вставка 6, а также вставка 7 переключающего клапана. Эти узлы 5, 6, 7 в виде блока могут быть без проблем установлены, соответственно,извлечены из корпуса 1 основного водомера. Измерительная вставка 9 состоит известным образом из измерительного крыла 8 Вольтманна, вращательное движение которого через вал 9 передается на неизображенный на чертеже счетный механизм. Так как измерительные вставки этого типа известны, то здесь можно отказаться от описания дальнейших подробностей. На расположенном ниже по потоку конце измерительной вставки 6 расположена и плотно с ним соединена вставка 7 переключающего клапана. В этой вставке 7 расположен существенный для изобретения переключающий клапан 10. Он состоит из корпуса 11 с круглым проходным поперечным сечением, в котором выполнено клапанное седло 12. Кроме того, по диаметру корпуса 11 установлена поворотная ось 13, с которой шарнирно соединены два кры 5 ла 14, 15 в качестве запирающих звеньев переключающего клапана 10. Для этого крылья 14,15 снабжены петлями 14.1, 14.2, соответственно, 15.1, 15.2, через которые проходит поворотная ось 13. Как наиболее отчетливо видно из фиг. 2, поворотная ось 13 между петлями 14.1,15.2 и 14.2, 15.1 расположена свободно. В этой области на поворотной оси 13 расположена предварительно напряженная спиральная пружина 16, концы 16.1, 16.2 которой лежат на крыльях 14, 15 и нагружают их в направлении закрывания. Поэтому при небольшом расходе,при котором основной водомер не должен быть открыт, крылья 14, 15 прилегают к клапанному седлу 12, как показано на фиг. 3. Для обеспечения плотного прилегания крыльев 14, 15 к седлу 12 на обращенной в сторону потока стороне крыльев 14, 15 расположено плоское уплотнение 17, которое при закрытых крыльях 14, 15 зажато между ними и седлом 12. Плоское уплотнение 17 установлено с геометрическим замыканием на крыльях 14, 15,которые имеют для этого утолщения 18, 19(фиг. 3 и 5). В области этих утолщений 18, 19 плоское уплотнение 17 снабжено удлиненными отверстиями 20, 21, которые проходят по воображаемой линии перпендикулярно поворотной оси 13. Для крепления плоского уплотнения 17 удлиненные отверстия 20, 21 несколько вытянуты поперек их продольной длины, так что они проходят через более широкие головки утолщений 18, 19, за которыми после их прохождения плоское уплотнение 17 "защелкивается". При открывании крыльев 14 и 15 плоское уплотнение 17 сгибается вокруг поворотной оси 13, соответственно, вокруг петель 14.1, 14.2,15.1, 15.2. С этим связано увеличение закрываемой плоским уплотнением 17 поверхности при закрытом клапане. При жестком соединении плоского уплотнения 17 с крыльями 14, 15 это приводило бы к растяжению плоского уплотнения 17. Тогда усталостные разрушения плоского уплотнения 17 были бы только делом времени. Кроме того, проходящий через основной водомер поток воды в этом случае должен бы преодолевать действующие на крылья 14, 15 сдерживающие силы плоского уплотнения 17. Эти недостатки устраняются за счет центрирования плоского уплотнения 17 его удлиненными отверстиями 20, 21. Направляемое утолщениями 18, 19, оно может скользить от кромок крыльев 14, 15, за счет чего компенсируется указанное выше увеличение поверхности. На фиг. 3 показано это состояние на экстремальном примере полностью открытых крыльев 14, 15. В частности, на фиг. 3 показано, что состоящий из обоих крыльев 14, 15, клапанного седла 12, поворотной оси 13, плоского уплотнения 17 и пружины 16 переключающий клапан в случае обратного потока отлично пригоден также в качестве обратного клапана. Для перекрытия проблематичной в этом случае области по 000802 6 воротной оси 13, в которой имеются обусловленные конструктивные зазоры в направлении обратного потока, за поворотной осью 13 предусмотрено поперечное ребро 26, к которому прилегает плоское уплотнение 17. Поэтому оно не может быть отжато назад, например, при гидравлическом ударе. При открывании крыльев 14, 15 предварительно напряженная пружина 16 сжимается дальше, т.е. при увеличивающемся угле открывания крыльев 14, 15 увеличиваются действующие со стороны спиральной пружины 16 на крылья 14, 15 в направлении закрывания моменты. Этот эффект нежелателен, так как крылья 14, 15 для достижения небольшой потери давления должны открываться по возможности шире. Поэтому лежащие на крыльях 14, 15 концы 16.1, 16.2 пружины проходят, соответственно, через кулису 22, 23. Эти кулисы 22, 23 выполнены в виде проходящих в радиальном направлении образованных в крыльях 14, 15 канавок. Таким образом, дно 24 этих канавок смещено по отношению к поверхности крыльев 14,15 назад. При переходе от поверхности крыльев 14, 15 к дну 24 канавок предусмотрена наклоненная внутрь по отношению к поворотной оси 13 скошенная поверхность 25. На фиг. 4 детально показано взаимоположение конца 16.2 пружины и кулисы 22. Приведенные ниже пояснения основываются на этой паре. Это же относится к сочленению конца 16.1 и кулисы 23. На фиг. 4 можно видеть, что при закрытом крыле 15 конец 16.2 пружины опирается на наружную поверхность крыла. При достижении определенного расхода потока крыло 15 открывается. При этом пружина 16 на определенную величину изгибается вокруг поворотной оси 13,т.е. длина пружины 16 на крыле 15 уменьшается. За счет этого конец 16.2 пружины попадает на скошенную поверхность 25, по которой он при увеличивающемся раскрытии крыла 15 скользит по дну 24 канавки против направления потока назад. Таким образом, при увеличивающемся открывании крыла 15 уменьшается увеличивающаяся сила пружины. Второй пример выполнения вставки 7 переключающего клапана представлен на фиг. 6 и 7. В отличие от описанного выше варианта выполнения изобретения здесь предусмотрены две поворотные оси 13.1 и 13.2, при этом крыло 14 шарнирно соединено с поворотной осью 13.1, и крыло 15 шарнирно соединено с поворотной осью 13.2. Для этого крылья 14, 15 снабжены петлями 14.1, 14.2, соответственно, 15.1, 15.2,через которые проходят поворотные оси 13.1,соответственно, 13.2. На каждой поворотной оси 13.1, 13.3 закреплено зубчатое колесо 27, соответственно, 28 так, что оно вращается вместе с осью. Зубчатые колеса 27, 28 находятся в зацеплении друг с другом так, что каждое перемещение одного крыла 14, 15 синхронно передается на другое 7 крыло 15, 14. За счет этого при неравномерной нагрузке на крылья 14, 15 предотвращается то,что одно крыло 14, 15 закрывается или открывается раньше другого крыла, соответственно,занимает другое угловое положение по отношению к потоку. Другое отличие от предшествующего варианта выполнения состоит в том, что только крыло 14 нагружено концом 16.1 спиральной пружины 16, в то время как другой конец 29 спиральной пружины опирается на поворотную ось 13.2. В данном случае нет необходимости в непосредственной опоре этого конца 29 пружины на крыло 15, так как оно вследствие зацепления друг с другом зубчатых колес 27, 28 опосредованно нагружено концом 16.1 пружины. В остальном вставка 7 переключающего клапана по конструкции и принципу действия одинакова с описанным выше вариантом выполнения, на который здесь делается ссылка для избежания повторов. Конструктивно и функционально одинаковые части обоих примеров выполнения обозначены одинаковыми номерами позиций. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Комбинированный водомер, состоящий из основного водомера и вспомогательного водомера, а также переключающего клапана, содержащего нагруженное пружиной против потока запирающее звено, которое в закрытом положении прилегает к клапанному седлу и открывает или перекрывает поток через основной водомер при достижении заданного предельного расхода потока, отличающийся тем, что запирающее звено выполнено в виде составной заслонки, оба крыла (14, 15) которой шарнирно соединены друг с другом на лежащей в плоскости их разъема поворотной оси (13), при этом имеющая конструктивно обусловленные зазоры область поворотной оси (13) закрыта плоским уплотнением (17), смонтированным на заслонке со стороны, обращенной к потоку. 2. Комбинированный водомер по п.1, отличающийся тем, что плоское уплотнение (17) имеет такие большие радиальные размеры, что оно при закрытых крыльях (14, 15) кроме того прилегает с образованием уплотнения к клапанному седлу (12). 8 3. Комбинированный водомер по п.1 или 2,отличающийся тем, что плоское уплотнение (17) закреплено на крыльях (14, 15) посредством геометрического замыкания, для чего на крыльях (14, 15) расположены утолщения (18, 19), по которым плоское уплотнение (17) может перемещаться в направлении проходящих перпендикулярно поворотной оси (13) удлиненных отверстий (20, 21). 4. Комбинированный водомер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плоское уплотнение (17) в имеющей конструктивно обусловленные зазоры области поворотной оси (13) опирается на расположенное выше по потоку поперечное ребро (26), так что оно при закрытых крыльях (14, 15) также при обратном потоке постоянно плотно прилегает к нему. 5. Комбинированный водомер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что на поворотной оси (13) расположена,по меньшей мере, одна предварительно напряженная пружина (16), концы (16.1, 16.2) которой лежат на крыльях (14, 15) и нагружают их в направлении запирания. 6. Комбинированный водомер по п.5, отличающийся тем, что в тех местах, в которых,по меньшей мере, одна пружина (16) передает свое усилие на крылья (14, 15), расположена кулиса (23, 24) для направления концов (16.1,16.2) пружины и выполнена так, что угол поворота концов (16.1, 16. 2) пружины при увеличивающемся открывании крыльев (14, 15) остается меньше их угла поворота. 7. Комбинированный водомер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вместо одной общей поворотной оси для каждого крыла предусмотрена отдельная поворотная ось (13.1, 13.2). 8. Комбинированный водомер по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что оба крыла (14, 15) соединены друг с другом так, что они синхронно закрываются и/или открываются. 9. Комбинированный водомер по пп.7 и 8,отличающийся тем, что на каждой поворотной оси (13.1, 13.2) закреплено зубчатое колесо (27,28) так, что оно поворачивается вместе с осью,при этом зубчатые колеса (27, 28) находятся в зацеплении друг с другом.