Результат интеллектуальной деятельности: КАБЕЛЬНАЯ ПЕРЕМЫЧКА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во взрывоопасных зонах для защиты от негативно влияющих факторов, таких как влажность, агрессивная среда, механические воздействия. При этом кабельная перемычка используется для гибкого соединения корпуса или защитной арматуры и головки датчиков температуры, давления и других приборов с целью одновременной защиты проводов или кабеля, заключенных в ней, как от воздействия внешних механических и климатических факторов, так и от предотвращения выхода наружу продуктов взрыва в датчиках температуры и других приборах с видом взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка».

Известна кабельная перемычка, выполненная в виде нескольких отдельных кабелей с минеральной изоляцией и однопроводными жилами, заключенными в металлические оболочки типа КНМСН, соединенные между собой в общий жгут. На поверхности жгута по всей его длине жестко закреплен при помощи пайки или сварки металлический бандаж в виде цилиндрической винтовой проволочной пружины с определенным шагом по формуле. При этом контакты выходных проводников расположены в цилиндрической втулке с цилиндрическим патрубком, который является штуцерным соединением кабельной перемычки и проводов чувствительного элемента датчика давления, а сам датчик давления установлен на штуцер изделия. См. описание к патенту RU №2031383 с приоритетом от 24.08.94, колонка 5, второй абзац сверху. Опубл. 20.03.95. Бюл. №8. В данной конструкции кабельной перемычки штуцерное соединение проводов чувствительного элемента датчика давления относится к элементу конструкции датчика. Поэтому соединяемой арматуре кабельной перемычки требуются дополнительные элементы герметичного соединения. Недостатком указанной кабельной перемычки является и его жесткость, гигроскопичность, ведущие к снижению сопротивления изоляции, а также сложность конструкции и изготовления, высокие весовые характеристики, использование сложных узлов крепления и герметизации на стыкуемых (соединяемых) изделиях. Провода, пролегающие в перемычке, требуют специальной защиты. Длина таких перемычек ограничена.

Известна кабельная перемычка, в которой проходит нескольких отдельных кабелей с минеральной изоляцией и однопроводными жилами, заключенными в металлическую трубку и оцинкованный металлорукав со штуцерным соединением кабельной перемычки и проводов чувствительного элемента датчика температуры, а сам датчик температуры установлен на поверхность изделия. При этом штуцерное соединение выполнено в виде цилиндрической втулки с осевым отверстием. См. описание к патенту RU №2215271 с приоритетом от 23.10.2002, колонка 5, начиная с третьего абзаца снизу. Опубл. 27. 10.2003. Бюл. №30. Недостатком указанной кабельной перемычки является ее жесткость, сложность конструкции и изготовления, высокие весовые характеристики, использование сложных узлов крепления и герметизации на стыкуемых (соединяемых) изделиях. Штуцер вставляется в отверстие боковой поверхности цилиндрического корпуса датчика температуры и имеет внутреннюю винтовую поверхность со стороны соединительной арматуры кабельной перемычки, а к концу штуцера, являющегося концевой частью кабельной перемычки, приварена трубка, в которой проходит соединительный кабель. При этом стенка корпуса в месте отверстия под штуцер имеет разное сечение, что неудовлетворительно сказывается на технологичности изготовления и надежности крепления кабельного ввода к корпусу датчика. Разность сопрягаемых поверхностей, вверху стенка в два раза тоньше, чем внизу, отверстия корпуса датчика и длина цилиндрической, вставляемой части штуцера разные. Поэтому характеристики соединения разнятся по своим параметрам. Для плотной стыковки сопрягаемых поверхностей упорного буртика штуцера с выпуклой торцевой поверхностью корпуса необходима соответствующая расточка отверстия корпуса датчика либо изготовление этого корпуса с наплывом в месте этого отверстия. Кабель, пролегающий в перемычке, требует специальной защиты. Длина таких перемычек ограничена. Это, как правило, 6.0 метров, и связано это с транспортировкой автомобильным или другими видами транспорта.

Известна кабельная перемычка, состоящая из герметичного гофрированного металлорукава в защитной оплетке, герметично присоединенного с двух сторон к соединяемой арматуре в виде приварочных фланцев, которые при монтаже присоединяются к соответствующим фланцам для транспортировки жидких и газообразных продуктов. Соединение гофрированного металлорукава в оплетке с приварочными фланцами осуществляется с помощью трубки, прослойки и сварного шва (см. описание на www.joinflex.ru). Недостатком данной конструкции является использование данной конструкции только для транспортировки газа и жидкости, и не предусмотрено ее использование для гибкого соединения корпуса или защитной арматуры и головки датчиков температуры, давления и других приборов с целью одновременной защиты проводов или кабеля, заключенных в ней, как от воздействия внешних механических и климатических факторов, так и от предотвращения выхода наружу продуктов взрыва в датчиках температуры. В отличие от ниппельных и штуцерных соединений фланцевые соединения за счет фланцев имеют большие габаритно-весовые характеристики.

Известна принятая за прототип кабельная перемычка, в которой проходит нескольких отдельных кабелей с однопроводными жилами, заключенными в металлическую трубку и оцинкованный металлорукав со штуцерным соединением кабельной перемычки и проводов чувствительного элемента датчика температуры, а сам датчик температуры установлен на поверхность изделия. При этом штуцерное соединение выполнено в виде цилиндрической втулки с осевым отверстием. См. описание к патенту RU №2492437 с приоритетом от 30.03.2012, фиг.1. Опубл. 10.09.2013. Бюл. №25. Один конец кабельной перемычки состоит из штуцера, который приваривается к датчику. В отверстие штуцера на всю длину установлена трубка из нержавеющей стали и герметично сварена со штуцером аргонно-дуговой сваркой. Аналогичную конструкцию штуцера имеет второй конец и, как правило, не раскрывается, т.к. особенности ее конструкции формируются заказчиком. В нашем случае это штуцер с наружной резьбой на конце и с приваренной трубкой к нему. Предварительно на трубку установлен негерметичный металлорукав в ПВХ-изоляции, который после сварки и остывания штуцеров вдвигается в них и крепится с помощью клея и обжимки по диаметру штуцеров. Металлорукав в ПВХ-изоляции предназначен для механической зашиты наружной поверхности трубки при монтаже датчика и его эксплуатации в грунте и на поверхности. Кроме того, металлорукав в ПВХ-изоляции является ограничителем от резкого изгиба трубки при транспортировке и при прокладке кабеля от датчика к клеммной головке при монтаже датчика. После приварки первого штуцера к датчику и установки второго штуцера в клеммной головке с помощью резьбы и клея образуется внутренний герметичный объем датчика, в который устанавливается кассета с чувствительными элементами, провода от которых протягиваются по внутреннему диаметру трубки на всю ее длину и выходят во внутренний объем клеммной головки для последующего монтажа. Дополнительно в месте выхода проводов из трубки во внутренний объем клеммной головки устанавливается клеевая пробка, разделяющая объем датчика и трубки от объема клеммной головки. Теперь первый штуцер, который вставляется в осевое отверстие корпуса датчика температуры, имеет сопрягаемые и идентичные поверхности соединительной арматуры кабельной перемычки, что значительно упрощает процесс изготовления и повышает надежность крепления кабельного ввода к корпусу датчика.

Однако недостатками такой кабельной перемычки являются ее недостаточная гибкость, возможность излома трубки при резких перегибах и ограниченная длина до шести метров. В силу того что трубка при изготовлении не скручивается, а находится в прямом состоянии, это создает неудобства при работе с ней, при внутрицеховой перевозке, транспортировке и требует наличия больших площадей помещений. Также при работе на отдельных операциях требуется увеличенное количество персонала до 2-3 человек.

Например, при операции сварки, проверке герметичности и т.п. возможность скручивания в бухту таких изделий при изготовлении ограничена.

Недостатком также является и то обстоятельство, что для качественной аргонно-дуговой сварки необходимо обрабатывать торцы трубки на токарном станке, что неудобно при большой длине трубки (5-6 метров).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание прочной, герметичной, практически неограниченной длины и одновременно гибкой кабельной перемычки, что в свою очередь приводит к таким положительным результатам, как использование герметичного гофрированного металлорукава в качестве информационного канала передачи данных и защиты от выхода взрыва наружу. Повышение надежности работы различных датчиков и приборов, а также увеличение срока их службы. С использованием свойств герметичного гофрированного металлорукава в защитной оплетке и естественных, применяемых конструкций соединяемых изделий.

Ожидаемый технический результат заключается в получении гибкого кабельного вывода с возможностью его использования при воздействии на него нежелательных климатических и эксплуатационных воздействий. Отказ от жгута и концевых уплотняющих соединений.

Это достигается тем, что кабельная перемычка, состоящая из двух штуцеров с осевыми отверстиями, соединенных между собой герметичным гофрированным металлорукавом в защитной оплетке, один из которых устанавливается в корпусе чувствительного элемента, а другой подсоединяется к корпусу преобразующей аппаратуры, имеет штуцер для установки в корпусе чувствительного элемента имеет по внешнему диаметру до выступа цилиндрическую часть, а после выступа наружная поверхность имеет расчетную коническую форму, меньший диаметр которого соединен с герметичным гофрированным металлорукавом и трубкой, а штуцер преобразующей аппаратуры имеет по внешнему и внутреннему диаметрам ступенчатую форму и коническую между ними.

При этом гофрированный металлорукав между стыковочными штуцерами имеет приварочные фланцы или элементы ниппельного соединения.

На чертеже представлен общий вид кабельной перемычки.

Кабельная перемычка состоит из герметичного гофрированного металлорукава 1 в защитной оплетке 2, герметично соединенного со штуцерами 3 и 4, которые далее присоединяются соответственно к корпусу чувствительного элемента 5 с одной стороны и к корпусу преобразующей аппаратуры 6 с другой стороны, образуя при этом взрывонепроницаемое соединение. Соединение гофрированного металлорукава 1 в оплетке 2 со штуцерами 3 и 4 осуществляется с помощью трубки 7, прослойки 8 и сварного шва 9.

Изготовление кабельной перемычки осуществляется из нержавеющей стали следующим образом. При помощи токарной обработки изготавливаются штуцера 3 и 4 в виде цилиндров со сквозными осевыми отверстиями, в том числе ступенчатыми, и с законцовками с двух сторон. Законцовки для соединения гофрированного металлорукава 1 в защитной оплетке 2 со штуцерами 3 и 4 выполнены под сварку, а свободные концы - как под сварку, так и для резьбового соединения. Размер и форма свободных концов переходников зависит от размера и формы отверстия корпусов 5 и 6 подключаемой аппаратуры в месте выхода проводов или кабеля из этой аппаратуры. Для кабельной перемычки к корпусу чувствительного элемента, например датчика температуры, диаметр сквозного осевого отверстия штуцера 3 выполнялся размером, равным 4.0 мм.

Герметичный гофрированный металлорукав 1 в защитной оплетке 2 изготавливается по специализированной технологии. Исходным материалом изготовления непосредственно гофротрубы является нержавеющая лента, свернутая в трубу и сваренная продольным швом, например микроплазменной сваркой на установке непрерывной сварки труб. Далее заготовка проходит через так называемую гофрирующую машину для создания гофр, после чего она приобретает уникальные свойства гибкости. Далее в едином технологическом цикле на гофротрубу устанавливается оплетка из сплетенных нержавеющих проволок для дополнительной механической защиты. Оплетка изготавливается из нержавеющей проволоки по ГОСТ 18143-72. Следующим этапом изготовления является приварка с двух сторон гофрированного металлорукава 1 к штуцерам 3 и 4 с помощью трубки 7, прослойки 8 и сварного шва 9.

Ввиду малых габаритов датчика гофрированный металлорукав 1 выбран с минимальными размерами: для Ду=6 мм. Соответственно проходные отверстия во втулках для прохождения проводов кабеля также выбраны диаметром 6.0 мм. Один из штуцеров 3 является переходным элементом между гофрированным металлорукавом с одной стороны и корпусом датчика минимальных размеров с другой стороны. Штуцер должен удовлетворять противоречивым требованиям по прочности соединения, герметичности соединения, иметь унифицированные стыковочные размеры, с одной стороны, с гофрированным металлорукавом и, с другой стороны, с корпусами датчиков, один из которых приведен на чертеже, и при этом иметь минимальные габаритные размеры.

Исходя из вышеизложенного, был выбран принцип неразборной конструкции с помощью сварки.

Со стороны присоединения к гофрированному металлорукаву была выбрана толщина стенки 2.0 мм у того и другого штуцера. Что, с одной стороны, обеспечивало отсутствие проплавления стенки при сварке, с другой стороны, обеспечивало прочность от воздействия внешних усилий (например, грунта). Таким образом, мы получили элементы с изменяющейся прочностью и жесткостью.

Наибольшая прочность штуцера в зоне корпуса и наименьшая прочность штуцера в зоне стыковки гофрированного металлорукава.

Элемент для снижения прочности - это конус, меньшая сторона которого обращена к гофрированному металлорукаву и большая сторона обращена к корпусу.

Толщина стенки штуцера в месте приварки к корпусу составляет уже 3.0 мм, что гарантирует от проплавления при сварке и увеличивает прочность при эксплуатации. Кроме этого, штуцер 3 снабжен буртиком, который при сварке расплавляется и дополнительно участвует в формировании прочного и надежного сварного соединения.

Штуцер 3 имеет следующие элементы и соотношения между этими элементами:

проходное отверстие 6.0 мм для проводов кабеля и наружный диаметр 10.0 мм с длиной 5.0 мм и фаской 1×45° для крепления к гофрированному металлорукаву;

конус с углом 25° на длине 4.0 мм, переходящий в цилиндр диаметром ⌀ 12.0 мм, который увеличивает жесткость штуцера 3 и исключает проплавление при сварке;

приварочный буртик диаметром ⌀ 14.0 мм и толщиной 1.0 мм;

посадочное место диаметром 10.0 мм и длиной 4.0 мм для установки, центровки и сварки в установочном гнезде корпуса чувствительного элемента 5. Если не учитывать длину штуцера 3 в посадочном гнезде (4.0 мм), то соотношение между проходным отверстием штуцера 3 (6.0 мм) и эффективной длиной штуцера (16-4=12 мм) определяется как отношение 1:2.

Приварочный буртик штуцера 3 одновременно является и упорным буртиком, потому что при сборке кабельной перемычки с корпусом чувствительного элемента 5 штуцер 3 вставляется в гнездо корпуса чувствительного элемента 5 до упора в этот буртик.

Второй штуцер 4 является переходным элементом между гофрированным металлорукавом и корпусом преобразующей аппаратуры 6 или контактной головкой.

Здесь выбран принцип неразборного соединения штуцера 4 с гофрированным металлорукавом и разборного соединения штуцера 4 с корпусом преобразующей аппаратуры 6 с помощью резьбы М20×1,5 и контргайки (на чертеже отдельной позицией не обозначена).

Используется тот же принцип увеличивающейся жесткости и прочности по направлению от гофрированного металлорукава 1 к корпусу преобразующей аппаратуры 6.

Отверстие диаметром ⌀ 6.0 мм (цилиндр диаметром ⌀ 10.0 мм на фланце 5 фаска 1×45°);

конус 60° (цилиндр диаметром ⌀ 20.0 мм с резьбой M20×1,5).

Для надежной защиты внутреннего объема гофрированного металлорукава 1 от проникновения из него наружу взрывоопасной смеси со стороны преобразующей аппаратуры 6 по условиям взрывозащиты соосно с отверстием диаметром ⌀ 6.0 мм выполнено отверстие диаметром ⌀ 12.0 мм для надежного уплотнения проводов кабеля, выходящих из гофрированного металлорукава 1, и их заливки клеем в образованной для этого в полости диаметром ⌀ 12.0 мм и длиной 22.0 мм.

Соотношение диаметра полости диаметром ⌀ 12.0 мм и ее длины 24 мм с учетом конуса из-под сверла также составляет 1:2.

Также длина резьбы 20.0 мм выбрана по условиям взрывозащиты, чтобы было не менее пяти полных и непрерывных ниток резьбы в зацеплении с головкой (без учета контргайки).

На всех этапах изготовления кабельной перемычки производится контроль герметичности, а после приварки штуцеров 3 и 4 производится контроль как герметичности, так и прочности.

Для установки кабельной перемычки к корпусу чувствительного элемента, например датчика температуры, кабельные отводы чувствительного элемента соединялись с протянутыми проводами внутри гофротрубы со штуцером 3, приваренным к корпусу датчика температуры. При этом провода при их соединении выходили с противоположной стороны корпуса чувствительного элемента 5, в нашем случае датчика температуры. Затем после соединения чувствительные элементы вставлялись на место, поджимались гайкой и наглухо заваривались со стороны, противоположной переходнику 3 (на чертеже не показано). При этом конец кабеля выходил за пределы штуцера 4 с противоположной стороны кабельной перемычки, т.е. корпуса преобразующей аппаратуры 6. И далее соединялся по назначению.

Кабельная перемычка может иметь практически неограниченную длину. Для этого между штуцерами 3 и 4 в соединение с корпусом чувствительного элемента 5 с одной стороны и с корпусом преобразующей аппаратуры 6 возможна установка вставки, представляющей собой соединение гофрированного металлорукава 1 в оплетке 2 с фланцевыми соединениями на конце типа ФГ по аналогу. Для этого ответные части двух разделенных соединений предлагаемой кабельной перемычки должны иметь дополнительные ответные фланцевые соединения. И тогда количество таких вставок может быть неограниченным. Более удобным будет ниппельное соединение.

Изготовленная кабельная перемычка при эксплуатации способна компенсировать температурные и монтажные деформации, что позволяет ей работать в различных окружающих средах (воздух, вакуум, вода, агрессивные жидкости и газы), и имеет высокую коррозийную устойчивость.

Использование предлагаемой кабельной перемычки дает возможность отказаться от дополнительной герметизации, сохраняется гибкость и прочность конструкции, ее надежность. Предлагаемая кабельная перемычка является компенсатором сезонных подвижек грунта. Повышенная гибкость кабельной перемычки упрощает сборочные и настроечные операции при ее изготовлении.