РАЗМЫКАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПО ДАВЛЕНИЮ

Предлагаемое техническое решение относится к области приборостроения, в частности к электрическим размыкателям электропитания при повышении давления измеряемой среды.
Одним из направлений повышения безопасности реакторных установок (РУ) является применение систем и устройств пассивного принципа действия, обеспечивающих выполнение основных функций безопасности, работающих за счет естественных процессов и не требующих энергопитания, управления и вмешательства обслуживающего персонала.
Для РУ повышенной безопасности разработаны самосрабатывающие системы безопасности пассивного принципа действия, которые наряду с управляющими системами безопасности используются для подключения систем глушения реактора и срабатывают в случае отказов электрических систем безопасности в условиях запроектных аварийных ситуаций, вызванных отказами технологических, электрических систем или ошибочными действиями личного состава.
Примером таких систем являются размыкатели электропитания по давлению (РЭД), которые являются устройствами безопасности импульсного действия и предназначены для обесточивания электродвигателей приводов компенсирующих групп и электромагнитов исполнительных механизмов активной зоны, независимо от электрических управляющих систем, в случаях запроектного повышения давления среды.
Принцип действия РЭД основан на размыкании нормально замкнутых контактов РЭД по аварийному росту давления в системе.
Известно, что для размыкания электропитания используются взрывные размыкатели электрического тока, применяемые в электротехнике, и приводимые в действие взрывом. (Патент РФ №2091894 опубл. 27.09.1997, кл. H01H 39/00, патент РФ №1607635, опуб 20.09.1995, кл.H01H 39/00)
Недостатком известных размыкателей является низкое напряжение и, как следствие, низкая мощность переключателя на начальном этапе работы, а высокие напряжения возникают по истечении некоторого времени работы выключателя.
Известно, что для контроля и размыкания электропитания по давлению используются реле давления двойного действия и реле разности давлений. (Патент РФ №2226014, опуб. 20.03.2004, патент РФ №2321915, опуб. 10.04.2008 КЛ.H01H 35/24).
Недостатком указанного регулятора являются трудоемкость сборки, трудоемкость регулировки прибора и низкая электробезопасность, а также большие габариты и масса, нестабильность срабатывания.
Известно реле давления (патент РФ №2097722, опуб. 27.11.1997, G01L 19/12, H01H 35/34), содержащее корпус, размещенные в нем упругий чувствительный элемент и электроконтактный механизм, соединенные между собой посредством штока с регулировочным механизмом, содержащим разгрузочную и контактную пружину, измеритель давления.
Указанное реле позволяет размыкать контакты при повышении давления среды, а при понижении давления работает в обратном порядке, то есть имеет обратимость действия.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к РУ по безопасности, обратимость действия относится к недостаткам, так как необходимо выяснить причину повышения и понижения давления.
Наиболее близким по технической сути, решаемой технической задачи и наибольшему числу общих признаков выбираем за прототип патент РФ №2097722.
Технической задачей является создание размыкателя электропитания по давлению, обеспечивающего сохранение разрыва при снижении давления и работоспособности размыкателя после разрыва цепи силового электропитания в случаях повышения давления.
Техническим результатом решения поставленной задачи является исключение возможности ложного срабатывания, обеспечение возможности настройки после срабатывания, надежная герметизация.
Достигается технический результат за счет того, что размыкатель электропитания по давлению, содержащий корпус, в котором размещены упругий элемент со штоком, электроконтактный механизм, силовая пружина, регулировочный механизм, дополнительно снабжен фиксатором и механизмом перемещения, которые расположены между упругим элементом и электроконтактным механизмом и соединены с последними через шток-толкатель.
Кроме того, фиксатор выполнен в виде не менее чем двух групп постоянных магнитов, выполненных из секторов и размещенных на штоке-толкателе, а механизм перемещения в виде пружины поджатия, пружины перемещения и диска, жестко закрепленного на штоке-толкателе, контактирующим со штоком упругого элемента.
Причем размыкатель электропитания по давлению снабжен сигнализатором разрыва упругого элемента, а регулировочный механизм снабжен подшипником, соединенным со втулкой.
Предложенная конструкция размыкателя электропитания по давлению относится к элементам системы безопасности работы РУ. В РУ непосредственно среда (теплоноситель) с его давлением является важнейшим параметром и самым надежным носителем информации о нарушении нормальных условий эксплуатации РУ, поэтому выбрана гидромеханическая основа конструкции, чем обеспечивается пассивность системы.
Выбран достаточно большой интервал между номинальным и контрольным значением давления среды, исключающий возможность ложных срабатываний. При срабатывании надежная фиксация диска электромагнитами позволяет сохранить разрыв до полного выяснения ситуации и восстановление работоспособности по соответствующему сигналу.
Кроме того, предложенная конструкция обеспечивает сохранение разрыва, постоянство выполнения функций; автоматичность срабатывания; быстродействие срабатывания, контролируемость.
Конструкция обеспечивает срабатывание размыкателя электропитания по давлению в случае прорыва сильфона и попадания управляющей среды в полость силовой пружины, но герметичность электроконтактного механизма сохраняется за счет установки узла уплотнения, то есть срабатывание размыкателя электропитания по давлению при разгерметизации обеспечивается.
Суть предложенного решения поясняется на чертежах, где:
На фиг.1 показан размыкатель электропитания по давлению в изометрии.
На фиг.2 показан общий вид размыкателя электропитания по давлению.
Размыкатель электропитания по давлению включает в себя корпус 1, в котором образованы три полости: полость управляющей среды (Д); полость силовой пружины (Н); полость контактора (К). Все полости герметичны относительно внешней среды и друг относительно друга. В полости управляющей среды (Д) расположен упругий чувствительный элемент, выполненный в виде сильфона 2. Сильфон 2 служит для обеспечения перемещения подвижных частей размыкателя электропитания по давлению и предотвращения попадания среды из полости Д в полость Н. Сильфон 2 размещен в стакане 3 и связан со штоком 4. Соединение сильфона 2 со штоком 4, и стаканом 3 осуществлено сваркой, чем обеспечена герметичность полости Д.
В полости контактора (К) расположен электроконтактный механизм, который состоит из заключенных в кожух 5 группы неподвижных контактов 6 и группы подвижных подпружиненных контактов 7, смонтированных на подвижной тяге 8. С возможностью взаимодействия с подвижной тягой 8 установлен механизм перемещения, включающий толкатель 9, контактирующий со штоком 4 сильфона 2, пружину поджатия 10 и пружину перемещения 11, жестко закрепленный на толкателе 9 диск 12.
В полости силовой пружины (Н) расположена силовая пружина 13, одним концом взаимодействующая с гайкой 14, закрепленной на штоке 4, другим концом с механизмом регулирования нагрузки 15 пружины 13.
Между полостью К и полостью Н установлен фиксатор 16, который выполнен в виде двух групп постоянных магнитов 17, и служит для фиксации крайних положений подвижных контактов 7 электроконтактного механизма ("Контакты замкнуты" или "Контакты разомкнуты"), путем удержания постоянными магнитами 17 диска 12. Каждый магнит, выполненный из феррита бария, установлен между двух щек из магнитомягкого материала. Группа секторов размещена между двумя опорами из немагнитного материала. Фиксатор 16 принимает на себя роль аккумулятора энергии, за счет чего обеспечивается быстродействие срабатывания и исключается сваривание и подгорание контактов контактора.
Для герметизации полости Н от полости К, предусмотрен узел уплотнения из резиновых колец 19, исключающих попадание среды в полость К, в случае нарушения герметичности сильфона 2.
На случай прорыва сильфона 2 при повышении давления в полости Н предусмотрен сигнализатор 20, который состоит из микропереключателя 21, подвижного штока 22, установлен на корпусе 1 и служит для выдачи электрического сигнала.
Кроме того, на корпусе 1 над полостью К размещен клеммник 18, который предназначен для подвода питания к контактам электроконтактного механизма и для отвода питания от размыкателя электропитания по давлению.
Настройка усилия пружины 13 производится с помощью механизма регулирования нагрузки 15 на срабатывание, выполненного в виде подшипника, обеспечивающего вращение втулки. Вращение втулки осуществляется с помощью приспособления для регулирования. Фиксация узла регулирования осуществляется корпусом сигнализатора.
Принцип действия размыкателя электропитания по давлению основан на размыкании нормально замкнутых контактов 6 и 7 электроконтактного механизма по прямому импульсу аварийного роста давления в системе. Усилие срабатывания обеспечивается за счет действия среды на эффективную площадь сильфона 2. До момента срабатывания усилие, развиваемое сильфоном 2, передается через стакан 3, шток 4 жестко соединенный с гайкой 14 на пружину 13, при этом сильфон 2 находится в свободном состоянии.
На всех режимах эксплуатации и при проектных условиях работы установки все элементы размыкателя электропитания по давлению находятся в неподвижном состоянии, обеспечивая коммутацию цепей силового электропитания.
При достижении давления среды величины срабатывания происходит перемещение подвижных частей. Сжатие сильфона 2 приводит к перемещению штока 4, который действуя на толкатель 9 и пружины поджатия 10 и перемещения 11 механизма перемещения, приводит к срабатыванию фиксатора 16. Диск 12 отрывается от одной группы постоянных магнитов 17 и прилипает к другой группе постоянных магнитов. Происходит размыкание нормально замкнутых контактов 6 и 7, соответственно, размыкание в цепях силового питания электропотребителей.
В случае последующего снижения давления среды вплоть до атмосферного контакты 6 и 7 размыкателя электропитания по давлению удерживаются за счет диска и постоянных магнитов 17 в разомкнутом положении.
Замыкание контактов 6 и 7 размыкателя электропитания по давлению производится с помощью быстросъемного приспособления вручную после выяснения причин повышения давления, снижения давления среды до заданной величины и команды на пуск.
Предложенный размыкатель электропитания удовлетворяет требованиям, предъявляемым к устройствам системы безопасности по надежности, работоспособности, защищенности от внешних и несанкционированных воздействий.
Размыкатель электропитания по давлению обеспечивает надежное срабатывание, исключение самопроизвольного срабатывания (размыкания контактов при внешних воздействиях, вибрационных и динамических), быстродействие срабатывания, исключение замыкания контактов после срабатывания в случае последующего снижения давления управляющей среды.