ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ВКЛЮЧАТЕЛЬ
HYDROSTATIC SWITCH

Изобретение относится к области приборостроения, в частности для использования в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, имеющих в своем составе гидравлические системы или погружаемых в водную среду, с которыми при хранении и эксплуатации возможны аварийные ситуации.
В настоящее время известны различные конструкции гидростатических включателей, реле давления и нажимных выключателей для систем автоматики технических объектов, однако, они не в полной мере соответствуют решаемым изобретением целям. Данное обстоятельство сужает их области применения.
Известно реле давления, которое возможно использовать в качестве гидростатического включателя [патент РФ №2317532, МПК G01L 19/12, опубл. 20.02.2008]. Реле давления содержит корпус, мембрану, крышку. На крышке размещена втулка, которая содержит изолированный неподвижный контакт. Мембрана выполнена прощелкивающейся и является подвижным контактом.
Реле давления обеспечивает надежное срабатывание в условиях, предъявляемых к оборудованию, размещаемому на борту летательных аппаратов. Однако реле давления имеет всего один контакт, замыкание которого не исключается при действии высокоинтенсивных эксплуатационных вибрационных и ударных воздействий, а также при аварийных воздействиях. Данное обстоятельство сужает область применения реле давления для взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям.
Известен нажимной выключатель [патент Японии №4022634, МПК Н01Н 35/24, опубл. 19.12.2007], который возможно использовать в качестве гидростатического включателя.
Нажимной выключатель содержит корпус с закрепленной упругой мембраной (пластиной), взаимодействующей через шток (приводной вал) с контактной системой. Контактная система имеет один контакт.
Нажимной выключатель обеспечивает надежное срабатывание, однако ему свойственны недостатки ранее рассмотренного реле давления, что сужает его область применения и исключает использование известного нажимного выключателя в качестве предохранительного прибора в системе автоматики взрывоопасных технических объектов. Данный нажимной выключатель рассматривается в качестве прототипа.
Анализ конструкций известных гидростатических включателей, реле давления, нажимных выключателей позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создания гидростатического включателя с увеличенным числом надежных контактов контактной системы, обеспечивающего безопасность взрывоопасных технических объектов, которые при хранении и эксплуатации могут подвергаться аварийным воздействиям, а при работе - воздействию высокоинтенсивных вибраций и ударных ускорений.
Задачей заявляемого изобретения является создание гидростатического включателя с надежной многоконтактной системой для использования в качестве предохранительного прибора в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, подвергаемых воздействию высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, с которыми при хранении и транспортировании возможны также аварийные ситуации.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является расширение области применения с повышением надежности срабатывания в условиях высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, а также безопасности при возможных аварийных ситуациях.
Указанный технический результат достигается тем, что гидростатический включатель, содержащий корпус с закрепленной упругой мембраной, взаимодействующей через шток с контактной системой, согласно изобретению он снабжен поляризованным электромагнитом с двумя устойчивыми угловыми положениями поворотного якоря, при этом на торце штока выполнены радиальные выступы, взаимодействующие с размещенными симметрично на торце поворотного якоря Г-образными выступами посредством осевого перемещения поджатого пружиной штока при срабатывании мембраны, выполненной прощелкивающейся, причем половина суммы угловой ширины Г-образного выступа и каждого радиального выступа не превышает угол поворота якоря поляризованного электромагнита, а контактная система содержит размещенные вокруг штока U-образные упругие контакты, установленные на втулках, размещенных на токовыводах двух уровней, при этом плечи каждого контакта поджаты встречно друг к другу охватывающими их поворотными прижимами, установленными по торцам втулки, при этом шток оснащен изолятором с закрепленными в нем электропроводящими пластинами с возможностью взаимодействия их концов с плечами каждого контакта.
Оснащение гидростатического включателя поляризованным электромагнитом с двумя устойчивыми угловыми положениями поворотного якоря, выполнение на торце штока радиальных выступов, взаимодействующих с размещенными симметрично на торце поворотного якоря Г-образными выступами посредством осевого перемещения поджатого пружиной штока при срабатывании мембраны, выполненной прощелкивающейся, причем половина суммы угловой ширины Г-образного выступа и каждого радиального выступа не превышает угол поворота якоря поляризованного электромагнита, позволило обеспечить надежное блокирование и разблокирование исходного и перемещенного положений штока гидростатического включателя, следовательно, и его исходного и сработанного соответственно состояний, что обеспечило повышение надежности срабатывания в условиях высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, а также безопасности при возможных аварийных ситуациях.
Наличие в контактной системе размещенных вокруг штока U-образных упругих контактов, установленных на втулках, размещенных на токовыводах двух уровней, при этом плечи каждого контакта поджаты встречно друг к другу охватывающими их поворотными прижимами, установленными по торцам втулки, а также оснащение штока изолятором с закрепленными в нем электропроводящими пластинами с возможностью взаимодействия их концов с плечами каждого контакта позволило обеспечить создание многоконтактной системы с технологичными и надежными контактами, обеспечивающими стабильные электрические параметры в широком диапазоне токовых нагрузок, что позволило реализовать в гидростатическом включателе увеличенное количество надежных контактов (многоконтактность), обеспечивающих его использование в качестве предохранительного прибора в системах автоматики взрывоопасных технических объектов.
Оснащение поляризованного электромагнита гидростатического включателя пружинным элементом, обеспечивающим одно устойчивое состоянием поворотного якоря, позволит обеспечивать определенное временное окно для срабатывания гидростатического включателя, что также повысит его безопасность.
Установка на торце поворотного якоря поляризованного электромагнита толкателей, взаимодействующих с дополнительными упругими контактами, отключающими электрические цепи от источника электропитания, исключит перегрев и возможный выход из строя обмоток поляризованного электромагнита без дополнительного ограничения времени подачи напряжения, что повышает надежность гидростатического включателя.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия создания гидростатического включателя с надежной многоконтактной системой для использования в качестве предохранительного прибора в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, подвергаемых воздействию высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, с которыми при хранении и транспортировании возможны также авариные ситуации.
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 гидростатического включателя в исходном состоянии, часть токовыводов не показана;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, конструкция поляризованного электромагнита;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, конструкция основной контактной системы;
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, контакты управления и контроля углового положения якоря;
на фиг. 5 представлен осевой разрез гидростатического включателя в сработанном состоянии при действии на мембрану гидростатического давления, часть токовыводов не показана;
на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5, представлено взаимное угловое положение Г-образных выступов якоря и радиальных выступов штока в разблокированном состоянии;
на фиг. 7 - конструкция U-образных упругих контактов;
на фиг. 8 - конструкция варианта поляризованного электромагнита с дополнительным пружинным элементом, обеспечивающим одно устойчивое состояние поляризованного электромагнита.
Устройство выполнено следующим образом.
Гидростатический включатель (фиг. 1-6) содержит составной корпус 1, на торцевой поверхности его крышки 2 приварена упругая прощелкивающаяся мембрана 3, взаимодействующая с контактной системой через шток 4, на котором закреплен изолятор 5 с армированными в него электропроводящими пластинами 6. В корпусе 1 на изоляторах 7 установлены размещенные вокруг штока токовыводы 8 двух уровней, на которых закреплены U-образные упругие контакты 9, взаимодействующие с концами пластин 6. Шток 4 поджат конической пружиной 10. На торце штока 4 закреплена втулка 11 с радиальными выступами 12. Гидростатический включатель оснащен поляризованным электромагнитом 13 с двумя устойчивыми угловыми положениями поворотного якоря 14. На торце якоря 14 выполнены расположенные симметрично и направленные друг к другу Г-образные выступы 15, взаимодействующие с радиальными выступами 12 и блокирующие в исходном состоянии поляризованного электромагнита 13 осевое перемещение штока 4 при срабатывании мембраны 3. Причем половина суммы угловой ширины Г-образного выступа 15 и каждого радиального выступа 12 не превышает угол Ф поворота якоря 14 поляризованного электромагнита. Поляризованный электромагнит 13 состоит из двух симметричных магнитопроводов 16 с обмотками управления 17, 18. С торцов магнитопроводов 16 установлены постоянные магниты 19, соединенные дополнительными магнитопроводами 20. Якорь 14 в виде пластины установлен на шарикоподшипниках 21 между магнитопроводов 16. На одном из торцов якоря 14 симметрично закреплены толкатели 22, переключающие контакты 23, используемые в качестве контактов управления (отключения) и контроля углового положения якоря 14 поляризованного электромагнита 13. Зоны толкателей 22, взаимодействующие с контактами 23, имеют изоляционный слой.
Конструкция элементов установки и регулировки усилия поджатия плеч U-образных упругих контактов 9 показана на фиг. 7. Каждый контакт 9 установлен на втулку 24, при этом плечи каждого контакта 9 поджаты встречно друг к другу охватывающими их поворотными прижимами, установленными по торцам втулки 24. Поворотные прижимы выполнены в виде колец 25 с выступами 26, регулирующими посредством поворота усилие поджатия плеч контакта 9.
Возможен вариант выполнения Г-образных выступов на торце штока, а радиальных выступов - на торце поворотного якоря поляризованного электромагнита, что расширяет конструктивное многообразие гидростатического включателя без снижения его параметров надежности и безопасности.
Гидростатический включатель работает следующим образом.
При подаче напряжения на рабочую обмотку 17 поляризованного электромагнита 13 якорь 14 поворачивается, при этом его Г-образные выступы 15 уже не препятствуют осевому перемещению штока 4, так как половина суммы угловой ширины каждого радиального выступа штока и Г-образного выступа поворотного якоря не превышает угол поворота якоря Ф (фиг. 1-4, 6). Далее при действии гидростатического давления Р (фиг. 5), не меньшего уставочного значения, на упругую мембрану 3, последняя начинает прогибаться и затем прощелкивается в сработанное положение, при этом перемещая шток 4. Пластины 6, армированные на штоке 4, размыкают контакты 9 верхнего уровня и замыкают контакты 9 нижнего уровня. Затем при подаче напряжения на отбойную обмотку 18 поляризованного электромагнита якорь 14 поворачивается в исходное положение, при этом его Г-образные выступы 15 блокируют обратное осевое перемещение штока 4, то есть гидростатический включатель «запоминает» сработанное состояние (фиг. 5) независимо от последующего наличия или отсутствия гидростатического давления Р.
Если напряжение на рабочую обмотку 17 поляризованного электромагнита якорь 14 не подавалось, шток 4, заблокированный Г-образными выступами 15 якоря 14, при действии гидростатического давления Р на упругую мембрану 3 не переместиться, то есть гидростатический включатель не сработает (фиг. 1). При необходимости, для приведения гидростатического включателя из сработанного в исходное состояние, достаточно поочередно подать напряжение на обмотки 17, 18 поляризованного электромагнита 13 для снятия и восстановления блокировки штока 4 в его уже отжатом пружиной 10 положении. Блокировка штока 4 поляризованным электромагнитом 13 обеспечит сохранение исходного и сработанного состояний гидростатического включателя, как при нормальной эксплуатации, так и при возможных аварийных ситуациях, то есть основная контактная система сохранит свое состояние, обеспечив безопасность всей системы автоматики взрывоопасного технического объекта.
Поляризованный электромагнит 13 может быть выполнен с одним устойчивым угловым состоянием якоря 14, обеспечиваемым пружинным элементом 27, например, в виде спиральной пружины (фиг. 8). Особенность такого электромагнита - нахождение в переключенном разблокированном состоянии только при подаче напряжения на обмотку 17 с увеличенным числом витков. В данном варианте исполнения гидростатического включателя обмотка 18 отсутствует. При прекращении подачи напряжения на обмотку 17 пружинный элемент 24 возвращает якорь 14 в исходное угловое положение. При таком варианте исполнения гидростатического включателя может обеспечиваться «временное окно» для его срабатывания, продолжительность которого определяется временем подачи напряжения, данная конструктивная особенность повышает безопасность заявляемого гидростатического включателя.
Напряжение на обмотки 17, 18 поляризованного электромагнита с двумя устойчивыми угловыми положения поворотного якоря 14 может подаваться через размыкающиеся контакты 23, при этом исключается перегрев обмоток 17, 18 и не требуется обеспечивать требуемую длительность подачи напряжения.
Радиальные выступы 12 при необходимости могут выполняться на торце якоря 14, а Г-образные выступы - на торце штока 4.
Заявляемый гидростатический включатель может быть реализован массой 75 г и объемом не более 26 см с числом контактов основной контактной системы до 8, при этом реализуется любое сочетание размыкающихся и замыкающихся контактов. На фиг. 3 показано 6 контактов основной контактной системы.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при ее осуществлении, предназначено для использования в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, имеющих в своем составе гидравлические системы или погружаемых в водную среду, с которыми при хранении и эксплуатации возможны аварийные ситуации;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить расширение области применения с повышением надежности срабатывания в условиях высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, а также безопасности при возможных аварийных ситуациях.
- для заявляемого гидростатического включателя в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленный гидростатический включатель соответствует условию «промышленная применимость».