ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к области защиты технологического, контрольно-измерительного и другого оборудования от влияния окружающей среды и исключения его различных возможных повреждений, а именно, к устройствам для обогрева и/или предотвращения замерзания технологического оборудования, например, измерительных приборов типа датчиков, расходомеров, манометров и др., а также может быть применена в качестве съемной термоизоляции многоразового использования в различных отраслях промышленности для расширения температурного диапазона работы различных типов оборудования.
Известен шкаф для контрольно-измерительной аппаратуры (RU 44911 U1, МПК H05K 5/00, опубл. 27.03.2005), содержащий корпус, состоящий из двух соединенных между собой частей, согласно предлагаемому решению, корпус содержит внешнюю и внутреннею стенки, соединение частей корпуса выполнено разъемным, в противоположных стенках корпуса каждой части шкафа выполнены выемки, которые образуют при соединении частей шкафа окна для обеспечения возможности его размещения на трубопроводе, при этом части шкафа соединены элементами крепления.
Известен защитный шкаф для установки контрольно-измерительной аппаратуры, (RU 34843 U1, МПК H05K 5/06, опубл. 10.12.2003), взятый авторами в качестве ближайшего аналога. Защитный шкаф состоит из двух частей - основания и крышки с нанесенным на их внутренние поверхности слоем теплоизоляции, соединенных между собой шарнирами, затворами и подпоркой, отличающийся тем, что крышка выполнена с герметичной поверхностью, которая охватывает основание шкафа по периметру их соединения, при этом к внутренней поверхности слоя теплоизоляции крышки и основания приформован слой стеклопластика.
Недостатком известных устройств является недостаточная защищенность размещенного в устройствах оборудования, а конкретнее, недостаточно широкий диапазон внешних температур, пригодный для работы защищенного оборудования, обусловленный применяемой в устройствах пассивной теплоизоляции, и отсутствие какой-либо взрывозащиты.
Задачей полезной модели является создание защитного устройства с расширенным функционалом защиты оборудования от внешних воздействий с возможностью установки устройства, например, на трубопроводе, или в непосредственной близости от трубопровода, а также в местах, где необходимо применение измерительного или технологического оборудования, характеризующихся агрессивным воздействием внешней среды.
Технический результат заключается в расширении функционала защитного оборудования, обусловленного введением в конструкцию устройства элементов нагревания и взрывозащиты, обеспечивающих повышение защиты оборудования от внешних воздействий, таких как негативные температуры, пожар и взрыв.
Взрывозащищенное устройство для защиты оборудования включает имеющие внутреннюю полость для размещения технологического оборудования пыле-, влагозащищенные корпус и крышку, выполненную с возможностью плотного прилегания к корпусу, выполненные в корпусе и крышке с обеспечением необходимой пыле-, влагозащищенности проемы для пропуска трубок, идущих от трубопровода или кабелей от размещенных вне устройства датчиков к оборудованию внутри устройства, размещаемые во внутренней полости элементы крепления приборов, а также, по меньшей мере, один, выполненный с возможностью терморегуляции, нагревательный элемент, подключенный к внешнему источнику питания посредством электрического кабеля через кабельный ввод, причем корпус и крышка выполнены многослойными. Конструктивно они состоят из двух стеклопластиковых оболочек (наружной и внутренней, фиг.1 позиции 1, 2, 3, 4), каждая из них толщиной около 3 мм. В зависимости от условий применения ВУЗО (взрывозащищенное устройство для защиты оборудования), толщина стенок может быть увеличена. Данные оболочки производятся из армированного стеклопластика на основе трудногорючей смолы. На внутренней оболочке корпуса, вследствие ее высокой прочности, возможно закрепление разнообразного технологического и контрольно-измерительного оборудования. Поверхностное сопротивление внешних поверхностей оболочек корпуса и крышки с помощью особой технологии добавления присадок в смолы и гелькоут уменьшается до значения менее 10 ГОм. Поверхность устройства становится антистатичной и это позволяет применять устройство при наличии в окружающей атмосфере взрывоопасных газовых смесей. Между наружной и внутренней стеклопластиковыми оболочками помещается теплоизоляционный материал (фиг.1, поз.6). Основным и наиболее эффективным материалом, применяемым в устройстве, является иглопробивная стекловата, базальтовое волокно, минеральная вата или закрытоячеистый пенополиуретан. Данные материалы придают устройству теплоизоляционную эффективность. Многослойная структура корпуса и крышки устройства придают ему высокую жесткость и прочность. Оптимальная толщина многослойных стенок корпуса и крышки устройства от 30 до 40 мм. Большая толщина приведет к росту веса устройства. В случае применения изделия в условиях очень низких температур окружающей среды, в данной конструкции, в отличии от предшествующих, применяется дополнительное утепление внутренней и внешней стеклопластиковых оболочек корпуса и крышки устройства путем нанесения на их внутреннюю поверхность (той, которая контактирует с теплоизоляционным слоем) специальной теплоизоляционной краски (фиг.1, поз.7). Применение краски на внутреннем слое резко повышает теплоизоляционные характеристики устройства. При этом теплоизоляционная краска остается внутри сэндвича и не контактирует с окружающей средой, что увеличивает ее срок службы. Также нанесение теплоизоляционной краски на внутренних поверхностях стеклопластиковых оболочек корпуса и крышки устройства позволит сохранить их наружным поверхностям антистатические свойства, достигнутые в данном устройстве применением особых присадок в процессе производства оболочек. Корпус и крышка соединены между собой шарнирно по одному краю, при этом доступ во внутреннюю полость ограничен замковыми элементами, размещенными на крышке и корпусе. Еще одной отличительной особенностью данной конструкции является более плотное прилегание крышки к корпусу. Оно достигнуто путем изготовления на крышке и корпусе устройства специальной отбортовки (фиг.1, поз.5). Эта конструкция совместно с применением уплотнителя (фиг.1, поз.8) обеспечивает большую защиту внутренней полости устройства от проникновения пыли и влаги.
В корпусе могут быть выполнены отверстия для слива конденсата, снабженные заглушками, размешенными во внутренней полости устройства.
Устройство может быть снабжено, по меньшей мере, одним отводом заземления, а также дополнительными кабельными вводами для подключения к внешнему источнику питания технологического оборудования, размещенного в нем, для подсоединения технологического оборудования к объектам измерения через электрические кабели или трубки, по которым к технологическому оборудованию будет подаваться рабочая среда, параметры которой необходимо измерять. Эти кабельные вводы могут быть выполнены взрывозащищенными.
Для обеспечения подключения к внешнему источнику питания устройство может быть снабжено герметичной соединительной коробкой, установленной на монтажной пластине, размещенной с внутренней стороны корпуса.
Корпус и крышка могут быть соединены между собой посредством петлевого соединения, например, в виде рояльной петли.
Устройство может содержать, по меньшей мере, один, а предпочтительно, два газовых поршня, каждый из которых, одним своим концом закреплен на корпусе, а другим на крышке.
Устройство может быть снабжено, по меньшей мере, одним электронным терморегулятором, расположенным во внутренней полости устройства и подключенным к нагревательному элементу.
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде отдельных изолированных пластин или элементов, представляющих собой греющую ткань из электропроводящих углеродосодержащих волокон, создающих сплошной греющий слой при подаче на них электрического напряжения и снабженных датчиком температуры и термостатом для обеспечения требуемого температурного диапазона во внутренней полости устройства.
В другом варианте исполнения нагревательный элемент может быть выполнен конвекционным взрывозащищенным в виде залитого компаундом и заключенного между двумя механически стянутыми радиаторами нагревательного элемента и снабжен электронным терморегулятором.
Кроме того, нагревательный элемент может быть выполнен в виде саморегулирующегося кабеля, представляющего собой две изолированные друг от друга токопроводящие жилы, размещенные в полупроводниковой углеродной матрице, заключенной в пластиковую оболочку, медную оплетку и полиолефиновую или фторопластовую оболочку, размещенного на монтажных элементах или каркасе в виде решетки.
Для обеспечения дополнительной физической защиты устанавливаемого в устройство оборудования за счет выполнения замковых элементов на крышке и корпусе, а также размещения элементов крепления оборудования во внутренней полости с получением высокой степени вандалозащищенности, увеличивающей срок службы оборудования, размещаемого в устройстве, обслуживание которого облегчено за счет выполнения шарнирного соединения по одному краю корпуса и крышки устройства.
Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, на которых изображены:
на фиг.2 - общий вид взрывозащищенного устройства для защиты оборудования в аксонометрии;
Взрывозащищенное устройство для защиты технологического оборудования включает имеющие внутреннюю полость для размещения технологического оборудования (фиг.2, поз.1) пыле-, влагозащищенные корпус (фиг.2, поз.2) и крышку (фиг.2, поз.3). Крышка (фиг.2, поз.3) выполнена с возможностью плотного прилегания к корпусу фиг.2, поз.2). В корпусе (фиг.2, поз.2) и крышке (фиг.2, поз.3) выполнены вводы (фиг.2, поз.4) для пропуска трубок (фиг.2, поз.5) и кабелей (фиг.2, поз.6), идущих от трубопровода или внешних датчиков с обеспечением необходимой пыле-, влагозащищенности, для чего вводы (фиг.2, поз.4) снабжены уплотнителями для герметизации мест входа и выхода трубок и кабелей. Также во внутренней полости устройства, предпочтительно в его корпусе (фиг.2, поз.2), расположен, по меньшей мере, один выполненный с возможностью терморегуляции нагревательный элемент (фиг.2, поз.7). Нагревательный элемент подключен к внешнему источнику питания посредством электрического кабеля (фиг.2, поз.8) через кабельный ввод (фиг.2, поз.9). Корпус (фиг.2, поз.2) и крышка (фиг.2, поз.3) выполнены многослойными со слоем взрыво- и пожаробезопасного негорючего теплоизоляционного материала, например, закрытоячеистого пенополиуретана, иглопробивной стекловаты, минеральной ваты или базальтового волокна и внешним и внутренним слоем из прочного негорючего антистатического коррозионностойкого взрывобезопасного материала, например, из стеклопластика, армированного стеклотканью. Корпус и крышка соединены между собой шарнирно по одному краю. Кроме того, корпус и крышка могут быть снабжены дополнительным слоем теплоизоляции, выполненным нанесением теплоизоляционной краски на внутреннюю поверхность, которая прилегает к утеплителю, стеклопластиковых оболочек корпуса и крышки. Доступ во внутреннюю полость ограничен замковыми элементами (фиг.2, поз.18), размещенными на крышке и корпусе.
В дне корпуса (фиг.2, поз.2) могут быть выполнены отверстия для слива конденсата (на чертежах не показаны), снабженные заглушками, размешенными во внутренней полости устройства.
В крышке могут быть выполнены смотровые окна (фиг.2, поз.10) для снятия показаний с технологического оборудования, размещенного внутри устройства, без открывания крышки. Для минимизации теплопотерь, смотровые окна могут быть выполнены из стеклопакетов с одной или большим количеством камер.
Устройство снабжено, по меньшей мере, одним отводом заземления (фиг.2, поз.11), а также дополнительными кабельными вводами (фиг.2, поз.12) для подключения к внешнему источнику питания технологического оборудования (рис.2, поз.1). Кабельные вводы выполнены взрывозащищенными.
Для обеспечения подключения к внешнему источнику питания нагревательного элемента (фиг.2, поз.7) и технологического оборудования (фиг.2, поз.1) устройство снабжено герметичной соединительной коробкой (фиг.2, поз.13), размещенной с внутренней стороны устройства. К соединительной коробке подходят кабели питания нагревательного элемента (фиг.2, поз.8) и кабель питания технологического оборудования (фиг.2, поз.14), а также кабели от внешних датчиков (фиг.2, поз.6).
Для обеспечения пыле-, влагозащищенности соединения крышки и корпуса, они (или один из них) снабжены двуручьевым уплотнителем (фиг.2, поз.15) в месте их плотного прилегания друг к другу. Двуручьевой уплотнитель может быть выполнен из силикона или неопрена.
Для усиления защиты от попадания пыли, влаги и осадков корпус и крышка могут быть выполнены с отбортовкой по периметру их примыкания друг к другу (фиг.1, поз.5). Для удобства обслуживания корпус и крышка могут быть соединены между собой шарнирно по одному краю, предпочтительно, посредством петлевого соединения, например, в виде рояльной петли (фиг.2, поз.16). При этом устройство может содержать, по меньшей мере, один, а предпочтительно, два газовых поршня (фиг.2, поз.17). Каждый газовый поршень одним своим концом закреплен на корпусе, а другим на крышке.
Нагревательный элемент в разных видах исполнения устройства может быть выбран из нижеперечисленных.
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде отдельных изолированных пластин или элементов, представляющих собой греющую ткань из электропроводящих углеродосодержащих волокон, создающих сплошной греющий слой при подаче на них электрического напряжения и снабженных датчиком температуры и электронным терморегулятором для обеспечения требуемого температурного диапазона во внутренней полости устройства, который определяется соответствующей температурной установкой (например, на +20С), которая устанавливается в заводских условиях.
В другом варианте исполнения нагревательный элемент может быть выполнен конвекционным взрывозащищенным в виде залитого компаундом и заключенного между двумя механически стянутыми радиаторами нагревательного элемента и снабжен электронным терморегулятором. Принцип работы нагревательного элемента заключается в выделении тепла при прохождении электрического тока по нагревательному элементу и поддержания им заданной температуры посредством электронного терморегулятора.
По требованиям взрывозащиты должно быть гарантировано отсутствие перегрева любого элемента нагревателя выше допустимой температуры, соответствующей данному температурному классу. Для этого размещается датчик температуры, ограничивающий температуру нагрева. Различают три принципиальных вида датчиков температуры: биметаллические реле, капиллярные датчики, и цифровые сенсоры. Биметаллическое реле применяется на поверхности нагревателя, и контролирует температуру на поверхности нагревателя. Преимущество биметаллического реле - низкая стоимость, недостаток - низкая точность регуляции, а также реле имеет конечное количество циклов срабатывания. Цифровые и капиллярные датчики обеспечивают регулирование с точностью 1 градус. Возможно применение двухконтурного контроля температуры. Датчик первого контура замеряет температуру на поверхности нагревателя, второй (основной) измеряет температуру внутри объема. Возможна организация третьего контура с учетом внешней температуры. Многоконтурная схема контроля температуры обеспечивает высокую степень защиты от перегрева, точность поддержания заданного уровня температуры и высокую энергоэффективность, так как нагреватель работает в максимально экономичном режиме. При любом виде контроля температуры на поверхности нагревателя существует аварийный плавкий температурный предохранитель. Датчик температуры регулирует подачу электроэнергии на нагревательные элементы.
Кроме того, нагревательный элемент может быть выполнен в виде саморегулирующегося греющего кабеля, представляющего собой две изолированные друг от друга токопроводящие жилы (параллельные шины), размещенные в полупроводниковой углеродной матрице, заключенной в пластиковую оболочку, медную оплетку и полиолефиновую или фторопластовую оболочку, размещенного на монтажных элементах или каркасе в виде решетки. Параллельные шины обеспечивают напряжение по всей длине кабеля. Полупроводниковая углеродная матрица представляет собой непрерывный греющий элемент, позволяя таким образом обрезать кабель в любом месте, исключая появление мертвых и холодных зон. Кабель приобретает свои свойства саморегуляции благодаря свойствам полупроводниковой углеродной матрицы. По мере возрастания температуры материала полупроводниковой углеродной матрицы, количество локальных проводящих связей в ней уменьшается, автоматически уменьшая тепловыделение. При понижении температуры, количество локальных проводящих связей увеличивается, приводя к увеличению тепловыделения. Это происходит в каждой точке по длине кабеля, таким образом, выходная мощность зависит от условий окружающей среды по длине трубопровода. Способность саморегулирования дает возможность перехлестывать кабель, при этом не образуется горячих точек и зон локального перегрева. Так как кабель самостоятельно регулирует выход тепла, то это ограничивает максимальную температуру внутри устройства, и в то же время обеспечивает необходимую мощность для поддержания температуры в нем.
Нагревательный элемент размещен во внутренней части устройства. Электрический кабель (фиг.2, поз.8) питания от нагревательного элемента (фиг.2, поз.7) подключается через взрывозащищенную соединительную клеммную коробку (фиг.2, поз.13) к внешнему источнику питания через кабель, который выводится из корпуса устройства через взрывозащищенный кабельный ввод (фиг.2, поз.9).
Также в качестве нагревательного элемента возможно использование змеевика, выполненного из трубки небольшого диаметра и размещенного внутри корпуса и крышки. В установленный змеевик подается пар, если на промышленном объекте, где установлено устройство, имеется его источник.
Устройство работает следующим образом. Взрывозащищенное устройство для защиты оборудования (ВУЗО) размещают вблизи трубопровода или других зонах, где есть необходимость защиты используемого измерительного или прочего технологического оборудования, на специальных крепежных элементах. Технологическое оборудование (фиг.2, поз.1) размещается во внутренней полости пыле-, влагозащищенных корпуса (фиг.2, поз.2) и крышки (фиг.2, поз.3). Крышка плотно прилегает к корпусу, а вводы (фиг.2, поз.4) для пропуска трубок (фиг.2, поз.5) и кабелей (фиг.2, поз.6) обеспечивают необходимую пыле-, влагозащишенность. По трубкам (фиг.2, поз.5) к технологическому оборудованию, размещенному внутри устройства, поступает среда из основного трубопровода, по которому эта среда транспортируется. Трубки могут быть выполнены с теплоизоляцией и иметь греющий кабель, аналогичный применяемому внутри данного устройства (см. описание выше), для защиты среды внутри трубок от температурных воздействий окружающей среды. По кабелям (фиг.2, поз.6) к технологическому оборудованию, размещенному внутри устройства, могут поступать электрические сигналы от датчиков, расположенных вне устройства и контактирующих с измеряемыми средами. Выполненный с возможностью терморегуляции нагревательный элемент (фиг.2, поз.7) подключают к внешнему источнику питания посредством электрического кабеля (фиг.2, поз.8) через кабельный ввод (фиг.2, поз.9). Подают электрический ток, в результате чего происходит повышение температуры во внутренней полости устройства за счет работы нагревательного элемента (принцип работы нагревательных элементов, которые могут быть использованы в заявленном техническом решении, описаны выше). При этом, обеспечивается эффективное теплосбережение за счет выполнения корпуса и крышки многослойными, со слоем взрыво- и пожаробезопасного негорючего теплоизоляционного материала и внешним и внутренним слоями из прочного негорючего антистатического коррозионностойкого взрывобезопасного материала. Эксплуатационное обслуживание технологического оборудования, облегчено за счет выполнения соединения крышки и корпуса шарнирным по одному краю, а также за счет использования смотровых окон (фиг.2, поз.10). Доступ во внутреннюю полость ограничен замковыми элементами (фиг.2, поз.18), размещенными на крышке и корпусе.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет создать прочное взрывозащищенное и пожаробезопасное устройство, обеспечивающее эффективное теплосбережение при малом энергопотреблении, а также высокую степень вандалозащищенности, климатической и дополнительной физической защиты технологического оборудования, размещенного внутри устройства, увеличение срока службы оборудования, размещаемого в нем, при использовании его па открытом воздухе (интервал температур окружающего воздуха от минус 70 до плюс 60°С), при воздействии прямого солнечного света, осадков (дождя, снега), конденсата, обледенения, при ветровых нагрузках, в том числе, в холодное время года, а также вредоносного влияния пыли.