Результат интеллектуальной деятельности: ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области приборостроения, в частности для использования в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям.

В настоящее время известны различные конструкции исполнительных коммутирующих устройств с датчиками давления для систем автоматики взрывоопасных технических объектов, однако, они не обеспечивают коммутацию электрических цепей систем автоматики при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени. Данное обстоятельство сужает их область применения.

Известно исполнительное коммутирующее устройство [патент РФ №2496177, МПК H01H 35/14, опубл. 20.10.2013 г.], содержащее корпус, в котором установлены пороговый датчик разности давления, контактная система, электромагнитный привод и ротор.

В данном устройстве электромагнитный привод выполнен в виде многополюсного поляризованного реле, ротор выполнен в виде якоря, точечно соединенного через шарнирный механизм с осью, на которой жестко закреплен перемыкатель с токопроводящими секторами, взаимодействующими с расположенными по окружности контактами, а якорь имеет форму диска с выполненными равномерно по всему периметру зубьями, взаимодействующими с зубьями кольцевого выступа корпуса. Якорь взаимодействует с многополюсным поляризованным реле, каждому полюсу которого соответствует зуб кольцевого выступа корпуса, а механическое взаимодействие одного из зубьев якоря с соответствующим полюсу зубом кольцевого выступа обеспечивает возможность пошагового поворота оси с перемыкателем, при этом зубья равномерно распределены на кольцевом выступе.

Известное устройство обеспечивает гарантированное сохранение состояния контактов контактной системы исполнительного коммутирующего устройства при многократных ударных воздействиях и воздействии угловых ускорений, однако и оно не обеспечивает коммутацию электрических цепей систем автоматики при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени. Также переключение контактной системы устройства происходит за значительное время, что также ограничивает его область применения.

Известно исполнительное коммутирующее устройство [патент РФ №2367050, МПК Н01Н 35/14, опубл. 10.09.2009 г.], содержащее корпус, в котором расположены пороговый датчик разности давления с каналом приема давления и с соосно установленными упругими мембранами, оснащенными контактирующими элементами, основную и дополнительную контактные системы, электромагнитный привод с поворотным якорем.

Электромагнитный привод выполнен в виде поляризованного реле с возвратно-поворотным движением якоря и кинематически связанного с ним храпового механизма с возможностью пошагового однонаправленного поворота оси, на которой жестко закреплены перемыкатель и кулачок. Перемыкатель с токопроводящими секторами установлен на одной оси с кулачком с возможностью взаимодействия с контактами основной контактной системы, расположенными по окружности, а кулачок взаимодействуете контактами дополнительной контактной системы.

В данном исполнительном коммутирующем устройстве давление, относительно которого будет фиксироваться пороговое значение изменения давления, имеет конкретное значение, которое задается при изготовлении устройства. По этой причине отсутствует возможность его изменения перед установкой и при использовании в объекте применения, что неизбежно требует многочисленных вариантов исполнения известного устройства по этому давлению. При этом вариант исполнения известного устройства может быть предназначен в объекте использования только для конкретных условий применения. Известное исполнительное коммутирующее устройство сохраняет состояние основной контактной системы в аварийных ситуациях, однако, данное устройство не обеспечивает коммутацию электрических цепей систем автоматики при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени.

Данное исполнительное коммутирующее устройство рассматривается в качестве прототипа.

Анализ конструкций известных исполнительных коммутирующих устройств позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создания безопасного исполнительного коммутирующего устройства, срабатывающего при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение срабатывания устройства при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей для снятия ограничений по условиям применения в объекте использования с сохранением безопасности в аварийных ситуациях.

Указанный технический результат достигается тем, что исполнительное коммутирующее устройство, содержащее корпус, в котором размещены пороговый датчик разности давления с каналами приема давления и с соосно установленными упругими мембранами, оснащенными контактирующими элементами, основная и дополнительная контактные системы, электромагнитный привод с поворотным якорем, согласно изобретению пороговый датчик разности давления помещен в отдельный корпус, состоящий из стакана и втулки с образованием герметичной полости между ними, в которой помещены упругие мембраны, установленные на кронштейнах, закрепленных в стакане и втулке соответственно, в стакане в непосредственной близости к каналу приема давления расположен электромагнит, при этом стакан оснащен извне консольно закрепленной упругой пластиной из ферромагнитного материала с возможностью перемещения незакрепленной стороны до перекрытия канала приема давления от взаимодействия с электромагнитом при подаче напряжения на его обмотки.

Размещение порогового датчика разности давления в отдельном корпусе, состоящем из стакана и втулки с образованием герметичной полости между ними, в которой помещены упругие мембраны, установленные на кронштейнах, закрепленных в стакане и втулке соответственно, и установка в стакане в непосредственной близости к каналу приема давления электромагнита и оснащение стакана извне консольно закрепленной упругой пластиной из ферромагнитного материала с возможностью перемещения незакрепленной стороны до перекрытия канала приема давления от взаимодействия с электромагнитом при подаче напряжения на его обмотки позволяет «запоминать» абсолютное давление внешней среды в требуемый момент времени в канале приема давления для обеспечения последующего срабатывания - замыкания контакта порогового датчика разности давления при изменении (например, увеличении) абсолютного давления на пороговое уставочное значение. То есть обеспечивается возможность адаптации заявляемого устройства в составе объекта использования к условиям применения без каких-либо предварительных настроек, что делает его универсальным.

Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия обеспечения срабатывания исполнительного коммутирующего устройства при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени путем расширения функциональных возможностей для снятия ограничений по условиям применения в объекте использования с сохранением безопасности в аварийных ситуациях.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами:

на фиг. 1 представлен осевой разрез устройства (электромагнитный клапан в открытом состоянии);

на фиг. 2 - вид порогового датчика разности давления (электромагнитный клапан в закрытом состоянии);

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, вид электромагнитного клапана;

на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3, вид порогового датчика разности давления с электромагнитным клапаном в закрытом состоянии;

на фиг. 5 - вид В на фиг. 4, контактный зазор d между контактирующими элементами;

на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 1, вид электромагнитного привода;

на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 1, вид основной контактной системы;

на фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 1, вид дополнительной контактной системы;

на фиг. 9 представлены электрические связи и взаимодействие составных элементов устройства.

Исполнительное коммутирующее устройство (фиг. 1-9) содержит размещенные в общем корпусе 1 пороговый датчик разности давления 2, электромагнитный привод 3, основную 4 и дополнительную 5 контактные системы.

Пороговый датчик разности давления 2 (фиг 1-5) помещен в отдельный корпус, который состоит из втулки 6 и стакана 7 (фиг. 4) с образованием герметичной полости 8 между ними. Во втулке 6 и стакане 7 на изоляторах 9 установлены промежуточные втулки 10, в которых для обеспечения технологичной настройки на требуемое давление срабатывания (уставочное значение давления) установлены с возможностью осевого перемещения при сборке кронштейны 11 с осевыми отверстиями 12. На кронштейнах 11 закреплены соосно установленные упругие мембраны 13, в центрах которых расположены контактирующие элементы 14, 15, между которыми в исходном состоянии зазор d, который определяет уставочное значение давления. Электрические связи контактирующих элементов 14, 15 упругих мембран 13 осуществляются через токовыводы 16, установленные во втулке 6 на изоляторах 17.

В стакане 7 в непосредственной близости к каналу приема давления 18 симметрично ему установлено два электромагнита 19 (фиг. 3), а извне стакан оснащен консольно закрепленной упругой пластиной 20 из ферромагнитного материала в виде шайбы с возможностью перемещения незакрепленной стороны до перекрытия канала 18 от взаимодействия с электромагнитами 19. При подаче напряжения на обмотки электромагнитов 19 упругая пластина 20 перекрывает канал приема давления 18. Для сохранения перекрытого состояния канала приема давления 18 напряжение должно подаваться в течение всего времени контроля изменения давления. Упругая пластина 20 в исходном состоянии для исключения перемещений от вибрационных и ударных воздействий может опираться на упор (не показан). Использование двух электромагнитов 19, расположенных симметрично относительно канала приема давления 18 в стакане 7, обеспечивает симметричное прижатие упругой пластины 20 для более надежного перекрытия этого канала. Резиновое кольцо 21 улучшает перекрытие канала приема давления 18. Фильтр 22 в виде сетки из проволоки исключает попадание посторонних частиц и загрязнений во внутренний объем датчика давления.

Электромагнитный привод 3 (фиг. 1, 6) содержит магнитопроводы 23, на которых размещены включающая 24 и отключающая 25 обмотки. На торцах магнитопроводов 23 закреплены постоянные магниты 26, полюса которых соединены дополнительными магнитопроводами 27. Между магнитопроводов 23 размещен поворотный якорь 28, установленный на подшипниках 29. Поворотный якорь 28, а соответственно и электромагнитный привод 3, имеет два устойчивых угловых состояния.

Основная контактная система 4 (фиг. 1, 7) состоит из упругих контактов 30, закрепленных на токовыводах 31, установленных в плате 32 на изоляторах 33, и взаимодействующих с ножами 34, размещенными на перемыкателе 35, закрепленном на оси поворотного якоря 28.

Дополнительная контактная система 5 (фиг. 1, 8) состоит из упругих контактов 36, закрепленных на токовыводах 37, которые также установлены в плате 32 на изоляторах 38, и дополнительных токовыводов 37 (без упругих контактов). Упругие контакты 36 управляются (переключаются) толкателями 39, закрепленными на перемыкателе 35.

Напряжение на обмотки электромагнитов 19 и обмотки 24, 25 электромагнитного привода 3 (фиг. 9) подается через контакты дополнительной контактной системы 5, которые выполняют функцию контактов управления (отключения).

Исполнительное коммутирующее устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии внешнее абсолютное давление подается через каналы приема давления 18, 40 и отверстия 12 во внутренние полости 8 и 41 датчика давления соответственно с внешней и внутренней сторон упругих мембран 13.

При подаче внешнего управляющего электрического напряжения на обмотку электромагнитов 19 через один из размыкающихся контактов 36 дополнительной контактной системы 5 в момент времени, от которого необходимо контролировать изменение давления, упругая пластина 20 притягивается к ним и перекрывает канал приема давления 18, обеспечивая «запоминание» исходного абсолютного давления Р_а6с в полости 8 в течение всего времени контроля изменения давления. Электромагниты 19 с упругой пластиной 20 выполняют функции пневматического электромагнитного клапана.

При последующем изменении (например, увеличении) внешнего абсолютного давления, подаваемого уже только в полости 41 порогового датчика разности давления 2, мембраны 13, упруго деформируясь, выбирают зазор d и замыкают контактирующие элементы 14, 15, закрепленные на них, обеспечивая подачу напряжения на включающую обмотку 24 электромагнитного привода. Якорь 28 электромагнитного привода 3 при этом поворачивается, переключая перемыкателем 35 основную 4 и дополнительную 5 контактные системы. После переключения контактных систем напряжение с включающей обмотки 24 и обмоток электромагнитов 19 снимается из-за размыкания соответствующих контактов управления, через которые оно подавалось. При этом электромагнитный привод 3, имеющий два устойчивых состояния, остается в переключенном состоянии, а открывшийся канал приема давления 18 уже не влияет на состояние исполнительного коммутирующего устройства.

Кроме этого, подача напряжения на обмотку электромагнитов 19 и на включающую обмотку 24 электромагнитного привода 3 через размыкающие контакты 36 дополнительной контактной системы 5 позволяет снять требования по длительности подаваемого напряжения, то есть упростить применение заявляемого исполнительного коммутирующего устройства.

При необходимости для приведения устройства в исходное состояние достаточно подать напряжение на отключающую обмотку 25 электромагнитного привода 3, при этом якорь 28 повернется также в исходное состояние с переключением основной 4 и дополнительной 5 контактных систем в исходное состояние.

То есть приведение исполнительного коммутирующего устройства в исходное состояние может осуществляться дистанционно без ручных операций и необходимости доступа к нему, что также значительно упрощает техническое обслуживание взрывоопасного технического объекта, в котором устройство применено.

При эксплуатации и в аварийных ситуациях основная контактная система 4 не переключится, то есть сохранит свое состояние, обеспечив безопасность всей системы автоматики взрывоопасного технического объекта. Так как для переключения необходимо последовательное осуществление нескольких событий - подачи и сохранения напряжения на обмотках электромагнитов 19, увеличения давления только в полости 41 на пороговое значение, подачи напряжения на включающую обмотку 24 электромагнитного привода 3, вероятность одновременной реализации этих событий весьма мала.

При этом не требуется высокая стойкость к аварийным воздействиям всех составных частей исполнительного коммутирующего устройства. Основная контактная система 4, выполненная в ударостойком и термостойком исполнении и расположенная в герметичном корпусе, определяет и обеспечивает необходимую стойкость к аварийным воздействиям. Таким образом, заявляемое техническое решение позволит создать исполнительное коммутирующее устройство с большим количеством контактов, сохраняющее состояние контактов (безопасное) в аварийных ситуациях и работоспособное (надежное) в широких областях применения, срабатывающее при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени.

Заявляемое исполнительное коммутирующее устройство может быть реализовано массой в 100 г и объемом не более 40 см³.

Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- заявляемое исполнительное коммутирующее устройство предназначено для использования в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям;

- заявляемое исполнительное коммутирующее устройство при использовании способно обеспечить срабатывание при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени, при этом обеспечивая безопасность в аварийной ситуации;

- для заявляемого исполнительного коммутирующего устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное исполнительное коммутирующее устройство соответствует условию «промышленная применимость».