МЕТОД ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ В МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ, ОСОБЕННО В КОРОБКАХ ПЕРЕДАЧ
METHOD OF ELECTRONIC SYSTEM COOLING IN MECHANICAL HARDWARE, PARTICULARLY, IN GEARBOXES

Предметом изобретения является метод охлаждения электронных систем в механических устройствах, особенно в коробках передач, применяемых в горнодобывающей промышленности.
От коробок, которые часто находятся в сложных условиях эксплуатации, в настоящее время требуется высокий уровень надежности, доступности, что связано с предполагаемой высокой прочностью этих устройств. Стимулирующим фактором для достижения этой высокой устойчивости является создание единой системы принятия решений, в которых подобные коробки будут интегральной частью. Из-за существующих на угольных шахтах взрывоопасных газов и пыли использование внешних устройств мониторинга состояния оборудования требует использования специальных корпусов, питательного оборудования и устройств по обработке сигналов, а также электроники. Основываясь на эксплуатации электронного оборудования горнодобывающей промышленности, подтверждено, что их провода были чувствительны к механическим повреждениям в результате работы коробок передач в тяжелых условиях, а также частое отсутствие достаточного места для закрытия корпусом энергетических устройств и электроники, обрабатывающей сигнал.
В технике известны узлы, снабженные электронными системами и датчиками для измерения эксплуатационных коробок передач, которые имеют выходы, выведенные наружу корпуса, и соединены вязками проводов со встроенной снаружи электронной системой.
В доступных материалах фирмы Bergbau und Bräutigam в Antriebstechnik GmbH & KG (Германия) с 2009 года показана коробка, в которой используются: измерение температуры в узле вала и картере, измерение влажности масла, измерения вибрации, измерение уровня масла в коробке передач и система для измерения наклона узла. В то же время датчики, осуществляющие измерения, крепятся на тело корпуса с выходами, которые в свою очередь соединены с застроенной снаружи электроникой.
Также в инструкции использования передачи типа BKP-25-RP с 2009 года компании Bergbau und Bräutigam Antriebstechnik GmbH & KG (Германия) (стр.11, pkt.2.7) "Дополнительные устройства" показан узел, оснащенный датчиками температуры, которые размещены на входе и выходе циркуляции масла из подшипников, а также датчиком уровня масла. Датчики устанавливаются в теле корпуса, а их выходы и кабели выведены наружу. Защита датчиков и проводки от внешнего воздействия согласно инструкции принадлежит пользователю коробки передач.
Целью изобретения является создание метода охлаждения электронных блоков, работающих в тяжелых условиях, который позволит измерять эксплуатационные параметры этих устройств, одновременно при этом обеспечивая защиту электроники и проводов, соединяющих ее с измерительными датчиками, от повреждений, а также обеспечить автономность питания электроники.
Метод этот, согласно изобретению, основан на охлаждении системы, помещенной в аппаратной камере, которая находится внутри корпуса, посредством охлаждающей жидкости, протекающей по водяной рубашке охлаждения. При этом во время охлаждения электроники в это же время осуществляется измерение жидкости, протекающей через водяную рубашку охлаждения, турбиной, связанной с магнитным датчиком импульсов, а также осуществляется измерение температуры охлаждающей жидкости датчиком температуры. На момент прекращения циркуляции охлаждающей жидкости, текущей через водяную рубашку охлаждения, и/или превышения критической температуры охлаждающей жидкости включается система сигнализации и/или выключается электроника. Независимо от вышеуказанного метода охлаждения посредством введения вращающегося движения турбины струей охлаждающей жидкости, механически соединенной с генератором, происходит буферное питание звена, питающего электронный блок.
Преимуществом такого метода согласно изобретению является умещение электронного блока в охлаждаемой аппаратной камере, что дает возможность поддержания оптимальных температурных параметров работы электроники, а также позволяет уложить пучки проводов, соединяющих датчики эксплуатационных параметров с электронным блоком, внутри коробки, что защищает эти провода и электронику от повреждений. Преимуществом такого решения согласно изобретению является возможность применения в коробках передач в системе левый-правый положения вала мощности, а также возможность применения коробки в случае наклона оси вала под определенным градусом. В свою очередь, умещение в водяной рубашке охлаждения аппаратной камеры турбины, питающей генератор, которая обеспечивает буферное питание звена электроники, дает нам автономность питания узла. Более того, текущие измерения потока охлаждающей жидкости, протекающей через водяную рубашку охлаждения, и/или измерение температуры охлаждающей жидкости обеспечивают безопасную работу электроники. Сигналы управления, которые являются результатом действий, осуществляемых внутри электроники, могут быть переданы любым способом на дисплеи или на диспетчерские устройства горнодобывающей промышленности и системы управления механизированными лавами.
Предмет изобретения показан в примере воплощения на чертежах, на которых фиг.1 показывает продольное сечение передачи с охлаждаемой внутренней аппаратной камерой с электроникой, на фиг.2 представлены подробности «А» из фиг.1.
Изобретение состоит в способе охлаждения электронного блока 20, умещенного в аппаратной камере 11, расположенной внутри корпуса 1 коробки передач, протекающей через водяную рубашку охлаждения 14 жидкостью, питающей катушки охлаждающей системы 2. В свою очередь, одновременно измеряется оборот охлаждающей жидкости в водяной рубашке охлаждения 14 турбиной 17, соединенной с магнитным датчиком импульсов С2, а также измеряется температура охлаждающей жидкости датчиком температуры С1. При прекращении потока охлаждающей жидкости, протекающей через водяную рубашку охлаждения 14, и/или превышении допустимой температуры охлаждающей жидкости, обеспечивающей правильную работу электронного блока 20, включается система сигнализации и/или будет выключена система охлаждения, а также системы для измерения рабочих параметров узла. Независимо от метода охлаждения путем введения вращательного движения турбины 17 струя охлаждающей жидкости осуществляется от генератора 19, который осуществляет буферное питание батарейного блока, питающего электронику 21.
Представляемый пример коробки имеет в корпусе 1 технологические отверстия, закрытые крышками 3, блокирующими доступ ко внутреннему пространству, где находятся шестерни узла, а также закрывающими доступ к емкостям с маслом, охлаждающим 7 муфты подшипников 10 вала конической шестерни 9. Внутри емкостей 7 находятся катушки системы охлаждения 2, охлаждающие протекающее через емкости масло, что показано векторами направления контура масла 8. Катушки 2 включены в контур охлаждающей жидкости, втекающей входным отверстием 5 и вытекающей отверстием 4 из разделителя охлаждения 6, укрепленного на корпусе 3. К корпусу 3 прикреплена камера технического мониторинга 11, в которой находится электронный блок 20 и которая умещена внутри технологического отверстия корпуса 1 узла. Принимая во внимание температуру внутри работающего узла, для обеспечения оптимальных условий работы электронного блока 20 она охлаждается водяной рубашкой охлаждения 14, ограниченной внутренней стенкой 12 и внешней стенкой 13. Как это показано на фиг.2, она соединена двумя заглушками 15, объединяющими охлаждающую жидкость на входе 4 и выходе 5 охлаждения 6. Внутри водяной рубашки охлаждения 14 помещена турбина 17, которая соединена валом 18 с генератором 19, питающим буферное звено 21. Турбина 17 выполняет одновременно функцию датчика потока воды в водяной рубашке охлаждения 14 посредством соединения с магнитным датчиком импульсов С2, соединенного с электронным блоком 20 разъемом S9. Внутри водяной рубашки охлаждения 14 помещен также датчик температуры воды С1, подключенный к разъему S1 электроники 20. Внутри масляного резервуара 7 помещен датчик температуры масла С3. Подключенный к разъему S3, а также датчик вибрации подшипника С4, подключенный к разъему S4 электронного блока 20. К разъему S5 электронного блока 20 через внешний кульверт 16а датчик уровня масла С5 к разъему S6 подключен датчик загрязнения масла С6, к разъему S7 подключен датчик температуры масла С7 в картере, а к разъему S8 подключен датчик скорости С8 вала 9 коробки. Провода, передающие электрические сигналы с датчиков С3, С4, С6, С7, С8, проведены так, как это показано на фиг.1 и фиг.2, внутри корпуса 1 коробки и через внешние кульверты 16, выполненные в двойных стенках, окружающих водяную рубашку охлаждения 14, подключенные от соответствующих разъемов S3, S4, S6, S7, S8 в электронном блоке 20. В свою очередь, от разъема Sw выход 22 электронного блока 20 через внешний кульверт 16а соединен с локальной регистрирующей системой или диспетчерской системой.
Решение, предлагаемое в изобретении, может быть интегральной частью уже существующих диспетчерских систем, а также систем управления и контроля технологических параметров, механизированных лав.
Список позиций
1 - корпус
2 - катушка охлаждения
3 - крышка
4 - вход охлаждающей жидкости
5 - выход охлаждающей жидкости
6 - разделитель охлаждения
7 - охлаждающий масляный резервуар
8 - направление потока масла
9 - вал конической шестерни
10 - подшипник
11 - аппаратная камера
12 - внутренняя стенка камеры
13 - внешняя стенка камеры
14 - водяная рубашка охлаждения
15 - соединительная заглушка
16 - внутренний кульверт
16а - внешний кульверт
17 - турбина
18 - вал ротора
19 - генератор
20 - электронный блок
21 - аккумулятор
22 - выход из электронного блока
С1 - датчик температуры охлаждающей воды
С2 - датчик потока воды
С3 - датчик температуры масла
С4 - датчик вибрации подшипника
С5 - датчик уровня масла
С6 - датчик загрязнения масла
С7 - датчик температуры масла
С8 - датчик скорости оборотов
S1 - электрический разъем измерительного сигнала датчика температуры воды
S2 - электрический разъем электрического напряжения
S3 - электрический разъем сигнала датчика температуры масла
S4 - электрический разъем сигнала датчика вибраций подшипника
S5 - электрический разъем сигнала датчика уровня масла
S6 - электрический разъем сигнала датчика загрязнения масла
S7 - электрический разъем сигнала датчика температуры масла
S8 - электрический разъем сигнала датчика скорости
S9 - электрический разъем сигнала датчика потока
Sw - электрический разъем выходного сигнала