СИГНАЛИЗАТОР СТРУЖКИ

Полезная модель относится к средствам контроля наличия стружки в масле или иной жидкости, циркулирующей по трубопроводам различных пневмо- и гидросистем, а также температуры масла или жидкости и может быть использована в маслосистемах авиационных двигателей и промышленных газотурбинных установок, предназначенных для перекачки нефтепродуктов, газа или для выработки электроэнергии.
Известен сигнализатор магнитных продуктов износа в маслосистеме, содержащий корпус, расположенные в нем коаксиально с зазором друг относительно друга электрический контакт в виде полой детали из проводящего материала и постоянный магнит с выемкой, например, полусферической формы на торце, электрическую цепь с источником питания и электропроводами, один их которых подключен к электрическому контакту, а другой - к соответствующему полюсу магнита. Другие концы электропроводов выведены на контакты электрического разъема. В зазоре между магнитом и электрическим контактом расположена втулка из проводящего материала, например, ферромагнитного, с образованием зазора относительно магнита. Корпус состоит из металлической части и части, выполненной из диэлектрического материала. При этом электрический контакт не имеет контакта с металлической частью корпуса. Сигнализатор также оснащен элементом, реагирующим на повышение температуры масла и способным замыкать электрическую цепь, выполненным в виде вставки из плавкого электропроводного материала, подобранного в соответствии с заданной предельной температурой масла и установленным в зазоре между электрическим контактом и магнитом с возможностью замыкания электрической цепи при повышении температуры масла. В качестве материала для вставки обычно используют материал, температура плавления которого 195-205°С. Сигнализатор может быть установлен в трубопроводе откачки масла от двигателя торцом навстречу направлению движения масла.
В случае разрушения трущихся поверхностей деталей, например, подшипникового узла, ферромагнитые частицы износа, например стружка, движущиеся совместно с маслом, в зоне торца магнита попадают под действие магнитного поля и устремляются в зазор между магнитом и электрическим контактом. При накоплении в зазоре определенного количества стружки происходит замыкание электрической цепи, в результате чего выдается сигнал в систему управления самолета и далее в многофункциональный цифровой индикатор для выдачи сообщения «Стружка в масле».
В случае, когда температура масла превышает предельно установленную величину, происходит расплавление плавкого элемента, что приводит к замыканию электрической цепи, в результате чего регистрируется сигнал перегрева масла.
(см. патент РФ на полезную модель №98525, кл. F16N 29/00, 2010 г.).
В результате анализа выполнения сигнализатора необходимо отметить, что его недостатками является возможность загрязнения зазора между контактами поверхностей электрического контакта и магнита неметаллическими и токонепроводящими частицами, из-за чего сигнализатор теряет чувствительность и требует довольно частой периодической очистки поверхностей контактов для восстановления работоспособности. По этой причине возможно несрабатывание сигнализатора, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, данный сигнализатор не обеспечивает очистку жидкости от немагнитного шлама.
Известен сигнализатор наличия металлических частиц в масле или иной жидкости, содержащий полый корпус с входным и выходным патрубками, установленный в корпусе фильтр. В нижней части корпуса установлен шаровой кран с проходным отверстием. Снизу к корпусу прикреплен стакан, в котором размещен датчик наличия металлических частиц, содержащий контакты и две изолирующие втулки. Контакты датчика выполнены в виде магнитной пробки и втулки. Магнитная пробка (контакт) и втулка (контакт) соединены с электрической цепью системы сигнализации (не показана). Изолирующие втулки изолируют втулку (контакт) от магнитной пробки.
При работе сигнализатора шаровой кран находится в открытом положении и поток жидкости (например, масла) поступает через входной патрубок в полость корпуса и через проходное отверстие шарового крана попадает на магнитную пробку. Из корпуса поток жидкости через фильтр отводится через выходной патрубок. При наличии в жидкости металлических частиц они притягиваются магнитной пробкой и концентрируются в кольцевом зазоре между контактами датчика (пробкой и втулкой).
Изолирующие втулки изолируют втулку (контакт). После накопления достаточного количества металлических частиц происходит замыкание через них контактов датчика электрической цепи системы сигнализации и на пульт поступает сигнал о наличии в системе металлических частиц. Для проверки причины срабатывания сигнализатора, закрывают шаровой кран, что обеспечивает возможность демонтажа стакана датчика и осмотр металлических частиц, вызвавших срабатывание сигнализатора. По результатам анализа причин появления металлических частиц принимается решение либо о проведении ремонта, либо после очистки контактов датчик устанавливают на штатное место, открывают шаровой кран и продолжают эксплуатацию двигателя.
(см. патент РФ №2270394, кл. F16N 29/04, 2006 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного сигнализатора необходимо отметить, что его использование позволяет обеспечить контроль или очистку датчика без демонтажа сигнализатора, что повышает удобство его эксплуатации и обслуживания, а также позволяет обнаружить начало износа механизмов еще до срабатывания сигнализатора. Такая конструкция сигнализатора позволяет также выяснить причину появления сигнала о наличии металлических частиц без остановки машины и, уже обладая достоверной информацией, решить: продолжить работу или срочно остановить машину.
Однако недостатком данного сигнализатора является значительное время между появлением продуктов износа в масле и выдачей сигнала «стружка в масле» из-за необходимости накопления значительного количества продуктов износа (стружки) в зазоре между электрическим контактом и магнитной пробкой, что приводит к низкой эффективности контроля состояния контактирующих поверхностей (например, подшипникового узла). Кроме того, чувствительность срабатывания такого сигнализатора практически невозможно регулировать, поэтому при эксплуатации сигнализатора, вполне вероятны ложные срабатывания, когда наличие небольшого количества стружки не является результатом разрушения деталей двигателя, а следствием нормальной приработки его деталей или попадания стружки, оставшейся в каналах и полостях после изготовления двигателя. Известный сигнализатор также не обеспечивает контроля температуры жидкости, повышение которой, как известно, является следствием повышенного износа контактирующих поверхностей деталей, что снижает эффективность контроля наличия стружки в жидкости.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эффективности работы сигнализатора за счет исключения ложных срабатываний и обеспечения контроля температуры жидкости.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в сигнализаторе стружки, содержащем полый корпус, в котором установлен фильтр, входной и выходной патрубки для циркуляции жидкости через корпус, изолированные друг от друга контакты, связанные с датчиком наличия стружки, один из которых выполнен в виде втулки, в другой - в виде установленного в ней с зазором сердечника, новым является то, что на корпусе закреплены верхняя и нижняя крышки, контакты размещены в верхней крышке, входной патрубок выполнен в нижней крышке, а выходной - в корпусе, причем сигнализатор оснащен двумя электромагнитами, имеющими возможность соединения с источником питания, один из которых установлен на наружной поверхности входного патрубка, а другой - на сердечнике, при этом, сигнализатор может быть оснащен плавкой вставкой из электропроводного материала, охватывающей в твердом состоянии сердечник без контакта с ним и установленной во втулке.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен сигнализатор стружки, продольный разрез.
Сигнализатор стружки содержит полый корпус 1 с закрепленными на его торцах верхней 2 и нижней 3 крышками (понятия «верхняя крышка» и «нижняя крышка» трактуются в соответствии с их расположением на графических материалах). В полости корпуса имеется фильтр 4 (например, сетчатый). На корпусе 1 выполнен выходной патрубок 5. Входной патрубок 6 выполнен в нижней крышке 3 и имеет удлиненную часть, входящую в полость корпуса и образующую с внутренней стенкой корпуса кольцевой карман «а». На нижней крышке 3 снаружи установлен электромагнит 7, охватывающий входной патрубок и имеющий возможность соединения с источником питания (не показан).
В верхней крышке 2 закреплена втулка (кольцевой контакт) 8, в осевом отверстии которой электрически изолированно от нее и соосно с ней установлен сердечник 9 из магнитного материала. Втулка и сердечник образуют контакты сигнализатора. Сердечник в верхней части охвачен электромагнитом 10, имеющим возможность соединения с источником питания. Втулка 8 выполнена из электропроводного материала. Внутренняя поверхность втулки и наружная поверхность сердечника образуют в нижней части зазор «А».
Втулка 8 и сердечник 9 электрически изолированы друг относительно друга посредством прокладок 11 и соединены проводами с электроразъемом 12, имеющим возможность соединения с сигнальным устройством (не показано), размещенным в кабине пилота или на пульте оператора, в зависимости от назначения двигателя, на котором установлен сигнализатор.
В полости втулки 8 может быть размещена плавкая вставка (кольцо) 13 из легкоплавкого электропроводного материала, охватывающая сердечник, которая в твердом состоянии не имеет контакта с сердечником. Для вставки используют материал, температура плавления которого 195-205°С. Данные материалы широко известны и для специалистов не представляет сложности их выбор.
Наиболее предпочтительно сердечник 9 размещать напротив входного патрубка 6. Между торцами втулки 8 и сердечника 9 и верхним срезом входного патрубка 6 имеется зазор (не обозначен). На верхнем торце входного патрубка имеются пазы 14.
Сигнализатор стружки работает следующим образом.
Работу сигнализатора рассмотрим на примере его установки в системе смазки газотурбинного двигателя самолета, например, в трубопроводе откачки масла от двигателя. В процессе работы двигателя масло поступает в полость корпуса 1 через входной патрубок 6 и проходит через фильтр 4, который очищает масло от немагнитных включений и магнитной стружки (при выключенных катушках 7 и 10) и удаляется через выходной патрубок 5.
Сигнализатор может работать с включенным электромагнитом 7 или с включенным электромагнитом 10. Электромагнит 7 включают на стадии запуска двигателя или при приработке его узлов, то есть, когда наличие стружки в масле может быть обусловлено не повышенным износом или началом разрушения деталей двигателя, а приработкой контактирующих деталей. При включенном электромагните 7 под действием магнитных сил, находящиеся в масле в небольшом количестве магнитные частицы, попавшие в систему при ее заправке или в результате приработки деталей системы, под действием магнитного поля электромагнита 7 скапливаются в пазах 14 и/или в кармане «а», что позволяет избежать ложных срабатываний сигнализатора о наличии стружки. Контроль целостности деталей в данном случае может быть осуществлен по температуре масла. По окончании этапа приработки или режима запуска двигателя электромагнит 7 отключают и включают электромагнит 10, в результате чего сердечник намагничиваются и стружка, собирается на торце сердечника и в зазоре «А».
В случае начала разрушения контактирующих поверхностей деталей, например, подшипникового узла, количество магнитных частицы износа, например стружки, движущихся совместно с маслом, резко возрастает и зазор «А» довольно быстро заполняется этим шламом. При накоплении определенного количества шлама, замыкаются контакты 8 и 9 и сигнал о наличии в системе стружки поступает на электроразъем 12, с которого соответствующая информация выдается в электрическую систему управления самолета и далее в многофункциональный цифровой индикатор для выдачи сообщения о наличии стружки в масле. При повышении температуры масла выше температуры плавления вставки 13 она плавится и замыкает контакты 8 и 9 и сигнал о повышенной температуре масла поступает на электроразъем 12, с которого соответствующая информация выдается в электрическую систему управления самолета и далее в многофункциональный цифровой индикатор для выдачи сообщения о повышении температуры масла сверх допустимой.
Из уровня техники известно, что начало разрушения какой-то детали двигателя, кроме наличия стружки, как правило, сопровождается повышением температуры масла. Контролируя наличие стружки и температуры жидкости, можно более точно определить момент начала разрушения двигателя. При установке нескольких сигнализаторов на разных линиях откачки из разных масляных полостей (например, на линии откачки из опоры компрессора, опоры турбины и из полости редуктора) можно определить так же место его разрушения. Размещение сигнализатора стружки в системе смазки в одном узле с датчиком температуры масла позволяет более точно определять момент начала разрушения и уменьшить вероятность ложного срабатывания сигнализатора.