ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ МАНОМЕТР ВО ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЙ ОБОЛОЧКЕ
ELECTRIC CONTACT MANOMETER IN AN EXPLOSION-PROOF CASING

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для контроля давления газообразных и жидких веществ в производственных и иных процессах во взрывоопасных условиях окружающей среды.
Из уровня техники известен электроконтактный манометр во взрывозащищенной оболочке, предназначенный для контроля давления жидких и газообразных сред, конструкция которого включает корпус с чувствительным элементом в виде трубчатой пружины с передаточным механизмом и держателем для трубчатой пружины (Мулёв Ю.В. Манометры. Механические приборы для измерения и контроля давления. М.:Спецкнига, 2017, с. 273).
Недостаток известного устройства проявляется в высокой массивности взрывозащищенной оболочки, неудобства практической эксплуатации данного устройства.
Известен электроконтактный манометр во взрывозащищенной оболочке, в котором держатель через отверстие в стенке корпуса монтируется с чувствительным элементом (Мулёв Ю.В. Манометры. Механические приборы для измерения и контроля давления. М.: Спецкнига, 2017, с. 277).
Недостаток проявляется в сложности обеспечения герметичности верхнего держателя с корпусом.
Известен манометр, содержащий корпус с поясом жесткости и держатель, выполненный из двух частей: внутренней и внешней, при этом внутренняя часть заходит в корпус (монтируется внутри корпуса), а внешняя часть устанавливается на внутреннюю часть, выходящую за корпус. Корпус укреплен изнутри ребрами жесткости. Внутренняя часть имеет упорную площадку и опирается на ребра жесткости. В месте монтажа внешней части держателя предусмотрен выход, усиленный толщиной корпуса и (или) дополнительными ребрами жесткости. Пояс жесткости имеют дополнительное соединение с корпусом упорами (KR 20-2008-0003028, 01.08.2008).
Описанная выше конструкция манометра предполагает наличие достаточно большого (крупного) отверстия под внутреннюю часть держателя, которое затем необходимо герметизировать по периметру (или окружности), при этом из-за большой длины окружности, по которой надо герметизировать, существует высокий риск, что при взрыве произойдет разрушение манометра, следовательно, данный манометр обладает низкой надежностью при работе в условиях взрывоопасности. Кроме того, такая конструкция держателя, по типу «один в другом», фиксирует один одинаковый участок трубки (участок трубки, являющейся продолжением чувствительного элемента), при этом участок изгиба трубки в корпусе остается незащищенный.
Наиболее близким аналогом патентуемого решения является манометр электроконтактный взрывозащищенный, включающий корпус и обечайку, кожух электроввода, составной держатель с чувствительным элементом. Крепление кожуха электроввода к корпусу осуществляется болтами. Болты монтируются изнутри корпуса. Стекло в обечайке монтируется неразъемным соединением. В конструкции стекло прибора опирается на корпус. С целью снижения себестоимости прибора и повышения технологичности сборки держатель манометра изготавливается из двух частей: головки, к чему крепится трубчатая пружина и передаточный механизм - из цветного металла, традиционно применяемого для этих целей и тела держателя манометра, где может применяться менее ценный металл или другой материал с соответствующими механическими свойствами. Крепление головки к телу держателя осуществляется резьбовым соединением (RU 163269, 10.07.2016).
В предлагаемой конструкции держатель манометра может изготавливаться из проката меньшего ряда. Так, например, для держателя с выходной резьбой М20х1,5 применяется прокат 14×14. Выход резьбы требуемого размера манометра обеспечивается резьбовой втулкой с задаваемыми размерами. На держатель, его присоединительный штуцер, монтируется втулка с двухсторонней резьбой, внутренней и внешней.
Недостатком конструкции является недостаточная надежность при работе в условиях взрывоопасности из-за сложности герметизации держателя с корпусом.
Техническая проблема, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в повышении взрывозащищенности и надежности (расширении арсенала) конструкций устройств для контроля давления газообразных и жидких веществ в производственных и иных процессах во взрывоопасных условиях окружающей среды, которые устраняли бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в повышении надежности эксплуатации манометра в условиях взрывоопасности за счет обеспечения герметичности соединения верхнего и нижнего держателей и взрывозащищенности соединения держателей с корпусом без большого усложнения конструкции и при сохранении удобства использования.
Указанный технический результат достигается в манометре электроконтактном взрывозащищенном, включающим корпус и обечайку, кожух электроввода, составной держатель с трубкой Бурдона (чувствительный элемент).
Составной держатель состоит из нижней части и верхней части, которая установлена внутри корпуса с выводной трубкой, а нижняя часть держателя смонтирована на выводной трубке снаружи корпуса и загерметизирована с выводной трубкой на внешнем его выходе, при этом в корпусе под выводную трубку выполнено отверстие с диаметром, соответствующим диаметру выводной трубки.
Трубка Бурдона (чувствительный элемент) связана с выводной трубкой через верхний держатель.
В верхнем держателе выполнен сквозной  канал, один выход которого состыкован с  одной стороной трубки Бурдона, а второй выход - состыковывается с выводной трубкой, при этом, место стыковки трубки Бурдона и выходной трубки с верхним держателем надежно заваривается.
За счет того, что держатель раздельный и не монтируется в отверстие в корпусе, то отверстие в корпусе минимальное (маленькое), соответственно, щель, которая подвергается герметизации также минимальна, и, следовательно, степень взрывозащиты корпуса выше (разрушить при взрыве манометр будет сложнее).  В результате, применение выводной трубки, обеспечивающей соединение измерительного элемента-трубки Бурдона с входом измеряемой среды с использованием верхнего держателя, а также обеспечение гарантированности герметичности при проходе через корпус и через нижний держатель, существенно повышает взрывозащищенность конструкции.
Таким образом, выше надежность работы заявленного манометра в условиях взрывоопасного производства.
Кроме того, высокая надежность работы заявленного манометра в условиях взрывоопасного производства также достигается и за счет соединения трубки Бурдона и выводной трубки верхней частью держателя. Как правило, в известных манометрах участок соединения трубки Бурдона и выводной трубки - угловой и является самым механически слабым (хрупким) участком, поэтому подвержен разрушению в случае возникновения взрыва. Замена в настоящем решении углового участка соединения  трубки Бурдона и выводной трубки верхним держателем с внутренним угловым каналом для подсоединения к выходам канала трубки Бурдона и выводной трубки существенно усиливает прочность углового участка, являющегося переходом трубки бурдона и выводную трубку, что приводит к повышению надежности эксплуатации манометра в условиях взрывоопасности (то есть, угловой участок перехода трубки Бурдона в выводную трубку замоноличен в массивном литом верхнем держателе, что повышает прочность данного участка и, как следствие, надежность работы манометра).
Дополнительно выводная трубка на выходе из нижней части составного держателя монтируется  с (имеет) выступом, а корпус укреплен изнутри ребрами жесткости, при этом верхняя часть составного держателя установлена внутри корпуса с упорной площадкой и имеет опору на ребра жесткости, а в месте монтажа нижней части составного держателя предусмотрен выход для обеспечения механической прочности соединения нижней части держателя с тонкостенным корпусом, данный выход усилен толщиной корпуса и/или дополнительными ребрами жесткости и к нему крепится нижняя часть держателя. Таким образом повышается взрывозащищенность манометра путем совершенствования узла соединения корпуса с держателем, а также его механическая прочность и эксплуатационные характеристики. При минимальной толщине стенок корпуса механическая прочность обеспечивается ребрами жесткости, устанавливаемыми как на плоскостях торца корпуса, его стенках, так и на переходе между его стенками и торцом, причем корпус выполняет роль взрывозащищающей оболочки и при такой конструкции имеет достаточную механическую прочность, а также позволяет минимизировать металлоемкость при минимальной толщине стенки и достаточной корпуса. Наличие в торцевой части корпуса упорной площадки в определенном положении обеспечивает фиксирование (позиционирование) верхней части держателя от возможного перемещения, а исполнение упорной площадки в виде ребер жесткости, соединяющих стенки и торец корпуса,  упростить конструкцию манометра.
Дополнительно корпус и обечайка соединены резьбой М96…110 с шагом 1,0…2,5 и имеют пояса жесткости, имеющие дополнительное соединение с корпусом и обечайкой упорами, при этом соприкасаемые пояса корпуса и обечайки имеют взаимопроникающие поверхности. Путем монтажа корпуса и обечайки резьбовым соединением с параметрами М96…110 с шагом 1,0…2,5 решается задача соединения корпуса и обечайки с зазором, не превышающим нормированные (определенные) значения. Соединения фланец-фланец очень металлоемки. Таким образом снижается металлоемкость конструкции и повышается взрывозащищенность оболочки. Путем изготовления (монтажа) на корпусе манометра и на обечайке поясов жесткости обеспечивается жесткость резьбового соединения большого диаметра при тонкостенной конструкции (обеспечивается жесткости тонкостенной конструкции).  Пояса могут быть как отдельно расположенными на поверхности, так и соприкасаемые, что может повысить взрывозащищенность конструкции. С целью увеличения площади соприкосновения поясов жесткости корпуса и обечайки выполнены взаимосязанными, т.е. выпуклость одного пояса компенсируется впадиной другого. Таким образом увеличивается длина щелевого зазора, что повышает взрывозащищенность конструкции. Дополнительную жесткость конструкции и механическую прочность при несущественном увеличении металлоемкости обеспечат соединения поясов жесткости с корпусом и обечайкой упорами.
Дополнительно соединение корпуса и кожуха электроввода осуществлено с помощью лабиринтного перехода, что увеличивает длину щели и повышает контролированность щелевого зазора. Таким образом происходит совершенствование (увеличение длины и гарантированности зазоров (допусков) взрывонепроницаемой щели.  Изготовление плоскости (стенок) лабиринтного перехода наклонными повышает технологичность производства данного манометра и улучшает удобство эксплуатации. Однако при производстве лабиринтного перехода с наклонными плоскостями (стенками) возможно появление зазора в торцевых плоскостях этого уплотнения, что компенсируется за счет уплотнения торцов лабиринтного перехода с помощью дополнительных тонкостенных прокладок.
Кожух электроввода может быть выполнен с фланцем, имеющим выборки металла для снижения его металлоемкости (его облегчения), при этом усиленными остаются габаритные стенки и места резьбового крепления.
Обечайка смонтирована со стеклом неразъемным соединением. Неразъемность соединения стекла в обечайке повышает взрывозащищенность конструкции манометра. Стекло в корпусе имеет выемку для посадки в обечайку за счет чего достигается увеличение длины соединения стекло-обечайка. В конструкции стекло манометра опирается на корпус, что существенно упрощает конструкцию манометра. Стекло может иметь выемку для посадки в корпус, что увеличивает длину взрывозащищающей щели соединения обечайка-корпус посредством осуществления впуском стекла внутрь корпуса.
Традиционно корпуса манометров имеют цилиндрическую форму одного диаметра. Но в торцевой части корпуса, где размещается чувствительный элемент, такого диаметра корпус не актуален. Посему с целью снижения металлоемкости и оптимизации конструкции диаметр корпуса взрывозащищенного манометра в месте установки чувствительного элемента уменьшается, то есть в части размещения трубки Бурдона корпус имеет сужение до меньшего диаметра.
Дополнительно крепление кожуха электроввода к корпусу осуществляется болтами, что позволяет в промышленных условиях оперативно демонтировать конструкцию и, как следствие, повышает удобство обслуживания манометра. Болты монтируются изнутри корпуса и имеют потайную головку. Технологически конструкция упрощается, когда болты, могут использоваться стандартные, они монтируются изнутри корпуса. При использовании болтов с потаенной головкой внутри корпуса увеличивается рабочее пространство. Монтаж болтов осуществляется через резьбу в корпусе, в этом случае монтаж более практичен. Однако для сохранения механической прочности болтового соединения при тонкостенной конструкции корпуса монтаж болтов может осуществляться на усиленных площадках.
В манометре под кожухом может устанавливаться штатный электроразъем, что снижает трудоемкость схемы монтажа электрических линий в винтовые/болтовые соединения в промышленных условиях и обеспечивает удобство эксплуатации.
Крепление таблички с информацией о приборе на корпусе прибора - достаточно трудоемкая операция. Гораздо технологичнее размещение информации о приборе в виде таблички печатью на боковой поверхности корпуса. Нанесение информации на стенки корпуса обеспечивается лазерной печатью.
Таким образом, благодаря заявленной конструкции изобретения достигается технический результат, в том числе и повышение эксплуатационных характеристик манометра и безопасность использования без большого усложнения его конструкции и технологического изготовления с увеличение прочностных характеристик.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен манометр с соединенными трубкой Бурдона и выводной трубкой посредством верхней части держателя с внутренним угловым каналом; на фиг. 2 - манометр с установленными верней и нижней частями держателя; на фиг. 3 -  манометр с собранным держателем.
Манометр электроконтактный взрывозащищенный включает корпус 4 (взрывозащищенная оболочка, укрепленная изнутри ребрами жесткости и выполненная цилиндрической) и обечайку с неразъемным с ней стеклом, кожух электроввода, составной держатель с трубкой Бурдона 2, переходящую в выводную трубку 3, имеющую выступ. Корпус 4 и обечайка соединены резьбой М96…110 с шагом 1,0…2,5 и имеют пояса жесткости, в месте соприкосновения поясов корпуса 4 и обечайки образуются взаимопроникающие поверхности. Пояса жесткости имеют дополнительное соединение с корпусом 4 и обечайкой упорами. В части размещения трубки Бурдона 2 корпус 4 имеет сужение до меньшего диаметра. В корпусе 4 под выводную трубку 3 выполнено отверстие с диаметром, соответствующим диаметру трубки Бурдона 2.
Соединение корпуса 4 и кожуха электроввода осуществлено с помощью лабиринтного перехода, плоскости которого выполнены наклонными, при этом торцы лабиринтного перехода уплотнены с помощью дополнительных тонкостенных прокладок, а кожух электроввода выполнен с фланцем, имеющим выборки металла.
Составной держатель состоит из нижней части 5 и верхней части 1, которая установлена внутри корпуса с выводной трубкой 3, а нижняя часть 5 держателя смонтирована на выводной трубке 3 снаружи корпуса и загерметизирована с выводной трубкой 3 на внешнем его выходе. На фиг. 3 показаны места сварки 6. Трубка Бурдона соединяется с выводной трубкой верхней частью держателя 1 с внутренним сквозным каналом 7. Места соединения трубки Бурдона 2 и выводной трубки 3 с соответствующими им выходами внутреннего канала верхней части 1 держателя надежно запаиваются.
Верхняя часть 1 составного держателя установлена внутри корпуса 4 с упорной площадкой и имеет опору на ребра жесткости, а в месте монтажа нижней части 5 составного держателя предусмотрен выход, усиленный толщиной корпуса и/или дополнительными ребрами жесткости.
Измерение давления производится с помощью чувствительного элемента - трубки Бурдона, которая может иметь эллиптическое или овальное сечение, согнутая по дуге и запаянная с одного конца. Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силами упругой деформации трубки Бурдона.
Измеряемое давление подается во внутреннюю полость трубки Бурдона, один конец которой загерметизирован (свободен), а второй соединен с одним выходом внутреннего канала верхнего держателя.
Давление действует на внутренние поверхности трубки Бурдона. Из-за разности площадей, на которые воздействует давление среды, трубка Бурдона стремиться распрямиться, то есть при увеличении давления трубка Бурдона разгибается, а, при уменьшении - сгибается.
Это приводит к перемещению свободного конца трубки, который через тягу соединен с зубчатым сектором (не показано), воздействующим на шестерню со стрелкой. Положение стрелки с помощью нанесенной на манометр шкалы интерпретируется в величину показаний избыточного давления.