УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗАТЯЖКИ ГАЙКИ РЕЗЬБОВОГО КОНТАКТНОГО СОЕДИНЕНИЯ
DEVICE FOR DETECTING LOOSENING OF NUT OF THREADED CONTACT CONNECTION

Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования - соединительным устройствам, а именно - к средствам контроля состояния электрических контактных соединений и может быть использовано при диагностике электрооборудования во время проведения работ по его регламентному обслуживанию.
Известно устройство для регистрации перегрева контактного соединения/ содержащее датчик температуры, взаимодействующий с компонентами контактного соединения и преобразователь сигнала датчика с выходом на индикатор, подключенный по порту электропитания к трансформатору, первичной обмоткой которого является проводник, подключенный указанным контактным соединением (патент КНР 101639385, МПК G01K 7/22, G01K 7/16, 2010 г., аналог).
Недостаток указанного устройства заключается в отсутствии возможности диагностики состояния контактного соединения при регламентном обслуживании электрооборудования, которое производится в его отключенном состоянии. Это обусловлено тем, что перегрев контактного соединения при помощи указанного устройства можно фиксировать только в момент прохождения через контролируемый контакт электрического тока, то есть в рабочем состоянии электрооборудования. Кроме того, указанное устройство характеризуется повышенной сложностью, обусловленной наличием электронных компонентов, габариты и стоимость которых в несколько раз превышают габариты и стоимость диагностируемого контактного соединения.
Наиболее близким по технической сущности является устройство регистрации ослабления затяжки гайки резьбового контактного соединения, содержащее термобиметаллическую пластину с активным и пассивным слоями, взаимодействующую с компонентами контактного соединения через тепловой контакт и защелку, взаимодействующую с концом термобиметаллической пластины при ее перегреве током, проходящим через контактное соединение (авт.свид. СССР №1803948, МПК H01R 4/00, 1990 г. - прототип).
В отличие от аналога, это устройство обеспечивает индикацию перегрева обесточенного контактного соединения при отключенном электрооборудовании, например, при проведении периодических работ по регламенту его обслуживания. Однако и ему присущи недостатки, заключающиеся в существенном увеличении габаритов резьбового контактного соединения, неустойчивости к вибрационным и ударным нагрузкам, а также в низкой технологичности изготовления и обслуживания.
Указанные недостатки обусловлены принципом оппозитного закрепления концов термобиметаллической и взаимодействующей с ней упругой пластины в габаритах, ограниченных диаметром резьбы шпильки резьбового контактного соединения. Поэтому для обеспечения приемлемой чувствительности устройства термобиметаллическая пластина может быть выполнена только в форме чрезмерно тонкого и узкого лепестка. Такой лепесток, имея низкую резонансную частоту собственных механических колебаний, обладает, соответственно, повышенной чувствительностью к вибрационным и ударным воздействиям, характерным для электрооборудования транспортных средств, например, судов. Перегрев контакта, вызывающий изгиб термобиметаллической пластины и выводящий ее конец из зацепления, при этом оказывает влияние, соизмеримое с действием этих ударных и вибрационных нагрузок. Кроме того, неравномерность распределения температуры по длине шпильки, обусловленная увеличением влияния температуры окружающей среды по мере удаления от зоны контролируемого контакта, на котором устанавливается известное устройство регистрации/ также уменьшает влияние температуры перегрева контакта на фоне воздействия температуры окружающей среды. Конструктивное ограничение длины термобиметаллической пластины диаметром шпильки не позволяет увеличить зону упругого зацепления для повышения ее устойчивости к вибрационным и ударным воздействиям. При этом также трудно (а для контактных соединений с диаметром резьбы меньшим М16 и технологически невозможно) осуществлять ручную регулировку порога срабатывания из-за прецизионности необходимых для этого операций. Для исключения возможности механического повреждения (деформации) тонкой и узкой термобиметаллической пластины при случайных прикосновениях к ней (во время подсоединения кабелей к клемма электрооборудования), известное устройство нуждается в прозрачном защитном кожухе, также снижающем технологичность изготовления и увеличивающим его габариты. Малые размеры термобиметаллической пластины, ограниченные половиной диаметра резьбы, а также обусловленная этим ее малая зона зацепления, затрудняют визуальный контроль, снижая технологичность обслуживания. Это препятствует применению известного устройства для диагностики перегрева контактных соединений электрооборудования транспортных средств, например, судов.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение устойчивости устройства к вибрационным и ударным нагрузкам при его выполнении в габаритах периметра резьбового контактного соединения и при обеспечении технологичности его изготовления и обслуживания.
По сравнению с прототипом это достигается тем, что термобиметаллическая пластина сложена вдвое и снабжена отверстием, формирующим прямоугольную шайбу. Концы термобиметаллической пластины со стороны, противоположной линии ее складывания, отогнуты лепестками от плоскости прямоугольной шайбы. Лепестки расположены под острым углом друг к другу с возможностью взаимного углового смещения в зоне, ограниченной боковой поверхностью гайки и трубчатой частью токоведущего наконечника. Защелка выполнена упругим отгибом на конце одного лепестка, взаимодействующим с зацепляемым отгибом на конце другого лепестка.
Отогнутые лепестки термобиметаллической пластины выполнены суживающимися по ширине по мере удаления от линий их отгиба в форме желобов, направленных поперек линиям их отгиба. Упругий отгиб лепестка выполнен в виде V-образной петли. Термобиметаллическая пластина на участке между линиями складывания и отгиба лепестков снабжена боковыми отгибами, охватывающими хвостовую часть токоведущего наконечника.
За счет взаимного смещения при нагреве отогнутых концов термобиметаллической ленты, расположенных между гайкой и токоведущим наконечником в противоположные стороны, а также за счет теплового контакта термобиметаллической ленты непосредственно с хвостовиком токоведущего наконечника/ обеспечивается увеличение рабочего хода относительно деформаций, обусловленных влиянием температуры окружающей среды. Это обеспечивает повышенную стабильность фиксации взаимного смещения дополнительных отгибов, и более четкую визуальную различимость рабочего и аварийного состояний контактного соединения, в том числе размещенного в глубине полости электрооборудования.
Устройство регистрации вписывается в габариты периметра контактного соединения и незначительно (для некоторых типоразмеров наконечников кабелей) выходит за эти габариты в зоне, не прилегающей к смежным контактным соединениям (над наконечником). Это превышение габаритов практически не препятствует подводу к резьбовому соединению монтажного инструмента для затягивания резьбы при монтаже и ее подтяжке при эксплуатации. Ширина максимально деформируемого участка термобиметаллической пластины, прилегающего к зоне теплового контакта и определяющего величину усилия деформации отгибов, практически соответствует ширине хвостовика токоведущего наконечника, в несколько раз превосходя ширину зацепляемых концов. Этим, наряду с V-образным исполнением петли дополнительного отгиба, уменьшается влияние сил трения дополнительных отгибов при их взаимном смещении в процессе выхода из зацепления, и, как следствие, повышение стабильности этого процесса, обеспечивающего точность индикации перегрева контакта.
Сужение концов термобиметаллической пластины по мере удаления от зоны теплового контакта, наряду с выполнением их в форме желоба, уменьшает собственные частоты механических колебаний за счет повышенной жесткости в направлении продольной деформации (поперек линий их отгиба). Это также повышает вибрационную и ударную устойчивость устройства.
В результате сочетания указанных признаков, обеспечивающих габаритах, существенно не превышающие габариты резьбового контактного соединения или вписывающиеся в них, достигается высокая производительность процесса диагностики за счет повышения точности и стабильности индикации перегрева контакта при одновременном повышении устойчивости устройства к вибрационным и ударным нагрузкам. Этим также обеспечивается повышенная технологичность изготовления и обслуживания устройства.
Сущность изобретения поясняется на рисунках Фиг.1 ÷ Фиг.10:
Фиг.1 - устройство (расцепляемый вариант) в рабочем состоянии, вид сбоку;
Фиг.2 - устройство (расцепляемый вариант) при нагреве выше порога срабатывания;
Фиг.3 - то же, вид сверху;
Фиг.4 - остывшее устройство (расцепляемый вариант) после нагрева выше порога срабатывания;
Фиг.5 - увеличенный вид сечения желобообразных лепестков в средней части;
Фиг.6 - устройство (зацепляемый вариант) в рабочем состоянии, вид сбоку;
Фиг.7 - устройство (зацепляемый вариант) при нагреве выше порога срабатывания;
Фиг.8 - остывшее устройство (зацепляемый вариант) после нагрева выше порога срабатывания.
Устройство регистрации ослабления затяжки гайки 1 резьбового контактного соединения клеммы 2 с токоведущим наконечником 3, стянутых на шпильке 4 может быть выполнено в двух вариантах:
- с зацеплением в рабочем состоянии (расцепляемый вариант);
- с зацеплением в аварийном состоянии (зацепляемый вариант).
Первый вариант описан более детально, для второго указаны только отличия.
Устройство содержит термобиметаллическую пластину 5, с активным 6 и пассивным 7 слоями, взаимодействующую с указанными компонентами контактного соединения через тепловой контакт, а также упругую защелку 8, взаимодействующую с концом термобиметаллической пластины при ее перегреве.
Термобиметаллическая пластина сложена пополам и снабжена отверстием 9, формирующим прямоугольную шайбу 10 указанного резьбового контактного соединения. Концы сложенной термобиметаллической пластины со стороны, противоположной линии ее складывания, отогнуты лепестками 11 и 12 от плоскости прямоугольной шайбы. Они расположены с возможностью взаимного углового смещения под острым углом друг к другу в зоне между гайкой и трубчатой частью токоведущего наконечника. Защелка выполнена упругим отгибом 13 на конце лепестка 12, взаимодействующим с зацепляемым им отгибом 14 на конце лепестка 11.
Отогнутые лепестки выполнены суживающимися по ширине по мере удаления от линий их отгиба. Они также могут быть выполнены в форме суживающихся желобов, направленных поперек линии их отгиба. При этом суживающиеся желоба образованы продольными отгибами 15 по бокам отогнутых концов лепестков или более плавной формой их поперечной деформации, например, по образующей конусной поверхности (на чертеже не показано). Упругий отгиб 13 выполнен в виде V-образной петли.
Термобиметаллическая пластина между линией ее складывания и линиями отгиба лепестков снабжена боковыми отгибами 16, охватывающими хвостовую часть токоведущего наконечника и препятствующими развороту термобиметаллической пластины относительно оси шпильки во время затягивания резьбы.
В рабочем положении, до перегрева контактного соединения сверх допустимого предела, при котором устройство переводится в аварийное состояние, (Фиг.1) отогнутые концы термобиметаллической ленты находятся во взаимном зацеплении через защелку. При визуальном осмотре регистрируют рабочее устойчивое положение устройства, характеризующее удовлетворительное состояние контактного соединения, не требующее подтяжки резьбы.
При длительной эксплуатации электрооборудования, по мере коррозионных процессов, увеличивающих переходное сопротивления контакта, вызывающих перегрев и ослабление резьбы, лепестки расходятся. Конец отгиба 13 смещается относительно отгиба 14 в пределах, не вызывающих их расцепление. При отключении электрооборудования и остывании контактного соединения они возвращаются в исходное положение. Состояние контактного соединения при визуальном осмотре во время проведения регламентного обслуживания электрооборудования фиксируют как рабочее, что свидетельствует об отсутствии необходимости подтягивания резьбы.
При дальнейшей эксплуатации устройства, из-за воздействия коррозионных процессов, вибрации и ударных нагрузок, релаксации материалов гайки и шпильки, а также и других факторов, натяг резьбы, ослабевает сверх допустимой нормы. В результате происходит перегрев клеммы с токоведущим наконечником. Термобиметаллическая пластина, из-за расширения активного слоя деформируется с изгибом в сторону пассивного слоя, увеличивая угол взаимного расхождения отогнутых лепестков настолько, что конец упругого отгиба 13 выходит из зацепления с отгибом 14 (Фиг.2 и 3) и отгибается от исходного положения. При отключении электрооборудования (и остывании контактного соединения) они остаются в расцепленном состоянии (Фиг.4). Такое состояние при визуальном осмотре регистрируют как аварийное.
Восстановление исходного рабочего положения устройства после подтягивания резьбы осуществляют вручную принудительным механическим заведением концов отгибов во взаимное,
Желобообразная форма лепестков (Фиг.5), препятствует их взаимному смещению, обусловленному температурной деформацией в зоне удаленной от теплового контакта, где превалирует влияние температуры окружающей среды и уменьшает величины собственных частот вибраций при механических воздействиях.
Исполнение устройства регистрации ослабления затяжки гайки резьбового контактного соединения, с зацеплением в аварийном состоянии, имеет те же составные части, что описанное выше и отличается взаимным исходным расположением концов отгибов, а также противоположным направлением упругой деформации V-образной петли. В этом исполнении, в рабочем положении, до перегрева контактного соединения сверх допустимого предела, при котором устройство переводится в аварийное состояние, (Фиг.6) отогнутые концы термобиметаллической ленты не находятся во взаимном зацеплении через защелку. Концы отгибов 14 прижаты друг к другу за счет упругой деформации V-образной петли. При визуальном осмотре регистрируют рабочее устойчивое положение устройства, характеризующее удовлетворительное состояние контактного соединения, не требующее подтяжки резьбы.
При увеличении переходного сопротивления контакта, вызывающего перегрев контактного соединения, лепестки расходятся, концы отгибов смещается друг относительно друга в пределах, не вызывающих их зацепление. При отключении электрооборудования и остывании контактного соединения они возвращаются в исходное положение. Состояние контактного соединения при визуальном осмотре во время проведения регламентного обслуживания электрооборудования фиксируют как рабочее, что свидетельствует об отсутствии необходимости подтягивания резьбы.
При перегреве клеммы с токоведущим наконечником термобиметаллическая пластина деформируется настолько, что концы отгибов выходят из взаимного зацепления (Фиг.7) и, за счет упругой деформации V-образная петля сжимается. При отключении электрооборудования (и остывании контактного соединения) конец отгиба 13 упирается в лепесток 11, в результате чего лепестки остаются в расцепленном состоянии (Фиг.8). Такое состояние при визуальном осмотре регистрируют как аварийное. Отгиб 14 препятствует самопроизвольному смещению конца упругого отгиба 13 из этого состояния при воздействии вибрационных и ударных нагрузок и, соответственно, переходу устройства в рабочее состояние до устранения дефекта контактного соединения.
Регулировку устройства, в случае необходимости изменения уставки срабатывания, осуществляют подгонкой зоны взаимного перекрытия концов отгибов путем деформации формы V-образной петли.
Предлагаемое высокотехнологичное в изготовлении и обслуживании устройство регистрации ослабления затяжки гайки резьбового контактного соединения с токоведущим наконечником, обеспечивающее повышенную устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам, имеет повышенную различимость рабочего и аварийного состояний, что выгодно отличает его от прототипа. Применение устройства не требует изменения конструкции монтажных узлов электрооборудования и конструкции подключаемых к ним токоведущих наконечников жил кабелей.
Положительный эффект от использования изобретения обусловлен снижением суммарных затрат на мероприятия по обеспечению пожаробезопасности электрооборудования, работающего в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок в агрессивной внешней среде, влияющей на скорость коррозии контактирующих поверхностей токоведущих шин и наконечников кабелей. Этот эффект обусловлен простотой изготовления устройства регистрации, обеспечивающей возможность его массового производства штамповкой и гибкой листового термобиметаллического материала, и удобством эксплуатации.