СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНОМ КОРПУСЕ ПРИБОРА
AUTOMATIC PRESSURE COMPENSATION SYSTEM IN SEALED HOUSING OF DEVICE

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в блоках управления, блоках питания, работающих на открытых площадках.
Многие устройства, работающие на открытых площадках (электроприводы для трубопроводной арматуры, системы управления насосами, контрольные устройства измерительных приборов и т.п.), имеют приборы в виде электромеханических или электронных блоков управления, которые смонтированы на самом устройстве. Эти блоки управления, как правило, помещены в герметичные корпуса по требованиям защиты от действия внешней среды или требованиям взрывозащиты. Любой герметичный корпус прибора (блока управления) имеет герметичные электрические вводы (кабели) и герметизированные механические вводы (валы, толкатели и т.п.). Ни одно из современных ныне применяемых средств уплотнения кабелей, валов или толкателей не способно удерживать проникновение через них воздуха при колебаниях давления внутри герметичного корпуса относительно давления внешней среды. При колебаниях давления и температуры внешней среды происходит изменение давления и температуры внутри корпуса. При разностях давлений внешней среды и в герметичном корпусе его внутренняя полость начинает всасывать окружающий воздух или выбрасывать его из герметичного корпуса. При влажной окружающей среде влажный воздух всасывается внутрь герметичного корпуса, конденсируется там и обратно выбрасывается относительно осушенный воздух. С течением времени процесс многократно повторяется при колебаниях давления и температуры внешней среды, в результате чего на электронных блоках и сложных механических измерительных устройствах конденсируется и скапливается вода, которая впоследствии может замерзнуть.
Общеизвестно, что попадание влаги на электрические соединения приводит к их замыканию, а замерзание воды может вызвать обрыв проводников на печатных платах. Обледенение подвижных механических измерительных механизмов также нарушает их работоспособность.
Это, как правило, приводит к отказам приборов, электромеханических или электронных систем управления, а следовательно, к отказу всей машины.
Для исключения образования конденсата внутри герметичного корпуса необходимо обеспечить постоянное уравнивание давления в нем с давлением внешней среды.
Известен автомат для выравнивания давления внутри герметичных оболочек [изобретение РФ №185720, МПК В63с 11/00], состоящий из редуктора, соединенного патрубком с баллоном сжатого воздуха, и устройства для управления работой редуктора, смонтированный в расточках стенки оболочки, имеющей травящий клапан, или на плато, устанавливаемое в горловину оболочки, а устройство для управления работой редуктора включает подвижный поршень, сообщенный одной стороной с внешней средой, а другой - с внутренней полостью оболочки.
Недостатком этого автомата является сложность его конструкции из-за наличия следящей и исполнительной системы и постоянный расход воздуха из дополнительного баллона, который требует постоянной подзарядки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система компенсации давления в полости гидрологического устройства [описание к полезной модели РФ №58729, МПК G01S 7/52], содержащая баллон со сжатым газом, снабженный редуктором и соединенный с полостью устройства посредством воздуховода с установленным на нем автоматом выравнивания давления, содержащим перепускной и отводной клапаны. При этом система содержит эластичный полый резервуар, соединенный воздуховодом с полостью устройства и помещенный в жесткий корпус, который выполнен сообщающимся с внешней средой и снабжен установленным в нем подвижным штоком, нижняя часть которого имеет постоянный контакт с внешней поверхностью резервуара, а верхняя выполнена с возможностью контакта с перепускным клапаном автомата выравнивания давления, расположенного на поверхности жесткого корпуса.
В прототипе эластичный полый резервуар, соединенный воздуховодом с самим устройством, - это следящая система, а автомат выравнивания давления, состоящий из перепускного и отводного клапана, перепускающих газ из баллона в оболочку или во внешнюю среду - это исполнительное устройство.
Недостатком этой системы является сложность и ненадежность ее конструкции из-за наличия следящей и исполнительной систем, большие габариты и вес устройства, обусловленные наличием баллона со сжатым воздухом и автомата выравнивания давления, необходимость постоянной подзарядки баллона воздухом для обеспечения работоспособности. Кроме того, при отказе автомата выравнивания давления или падения давления в баллоне с воздухом эта система теряет работоспособность.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простой и надежной системы автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора, обладающей небольшими габаритами.
Поставленная техническая задача решается тем, что предложена система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора, содержащая герметичный корпус прибора, выполненный деталью круглого сечения, в котором смонтированы электромеханическая электронная система управления или блок питания и поршень компенсации давления, герметичный ввод кабеля с длиной питающего кабеля, позволяющей совершать движения поршня до мертвой внешней точки корпуса прибора, при этом питание электронного блока питания системы может совершаться как через корпус, так и через поршень компенсации давления.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции за счет объединения следящей и исполнительной систем, повышение надежности путем исключения образования конденсата внутри герметичного корпуса прибора и уменьшение габаритов устройства, за счет исключения баллона со сжатым воздухом и всех регулирующих устройств.
На фиг. 1 представлена система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора при подводе питающего кабеля через корпус системы автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора.
Возможна иная фигурация исполнения системы автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора, в которой питание электронного блока питания или системы управления будет совершено через поршень компенсации давления (фиг. 2).
Система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора (фиг. 1, 2) содержит герметичный корпус 1 прибора, выполненный деталью круглого сечения, герметичный ввод кабеля 4, электромеханическую, электронную систему управления или блок питания 2, и поршень компенсации давления 3, смонтированные в герметичный корпус прибора.
Предпочтительно, чтобы в качестве материала поршня был использован вязкий материал, обладающий хорошими вязкопластичными свойствами без стремления к высыханию в условиях перепада температур.
Система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора работает следующим образом.
В предлагаемой системе изменение объема герметичной емкости происходит за счет движении поршня создаваемое разностью колебания давления внутри герметичной полости относительно давления внешней среды, при этом объем рабочей камеры увеличивается, а давление в ней уменьшается, до допустимых параметров эксплуатации прибора. Образовавшаяся повышенная влажность воздушной среды регулируется до получения допустимых параметров влажности и предотвращения конденсации влаги внутри герметичного корпуса использованием твердых гидрофильных сорбентов.
При изменениях температуры и колебаниях давления внешней среды объем газа внутри полости герметичного корпуса увеличивается или уменьшается на определенную величину. При этом из-за того, что герметичная емкость выполнена с возможностью достижения максимального объема, равного разности объемов газа во внутренней полости корпуса при максимально допустимых для прибора колебаниях давления и температуры окружающей среды, она увеличивается или уменьшается в объеме на такую же величину, обеспечивая постоянное равенство давления внешней среды и давления внутри полости герметичного корпуса. При отсутствии разности давлений внешней среды и во внутренней полости герметичного корпуса прибора в герметичном корпусе сохраняется нормальная влажность и не образуется конденсат. Отсутствие конденсата и льда внутри герметичного корпуса исключает отказ приборов, электромеханических или электронных систем управления, тем самым повышается надежность системы.
Для обеспечения минимальных размеров системы максимальный объем заполненной герметичной емкости должен быть равным разности объемов газа во внутренней полости герметичного корпуса прибора при максимально допустимых для прибора колебаниях давления и температуры окружающей среды. Т.е. при допустимой для прибора минимально низкой или высокой температуре и давлении поршень из вязкопластичного материала соответственно перемещается до внутренней мертвой точки или перемещается до внешней мертвой точки, сохранив при этом равенство давлений во внутренней полости герметичного корпуса прибора и внешней среде.
Повреждение герметичности герметичного корпуса прибора, так же как и его компонентов не представляется возможным в штатных условиях эксплуатации по причине простоты и защищенности системы автоматической компенсации давления.
Такая система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора обладает следующими преимуществами:
- имеет очень простую и надежную конструкцию;
- выполненное в виде герметичной емкости из металлического или полимерного материала, является одновременно следящей и исполнительной системой, уравнивающей давление внешней среды и давление во внутренней полости корпуса прибора;
- отсутствует баллон со сжатым газом, который требует подзарядки;
- отсутствует запорно-регулирующая арматура для подачи, регулирования и сброса газа;
- отсутствие этих частей обеспечивает малые габариты, вес и высокую надежность работы системы.
Таким образом, система автоматической компенсации давления в герметичном корпусе прибора позволяет упростить конструкцию, повысить надежность и уменьшить габариты устройства.