Семафорно-світловий індикатор нагрівання струмоведучих елементів та контактних з’єднань технологічних апаратів

Семафорно-світловий індикатор нагрівання струмоведучих елементів та контактних з'єднань технологічних апаратів, що містить корпус з елементами кріплення і термочутливий елемент із матеріалу з ефектом пам'яті форми, який відрізняється тим, що елемент кріплення - це феромаг 3 збільшує опір контакта. А це призводить до підвищення температури, що дозволяє побічним шляхом, контролюючи температуру затискачів, зробити висновок про стан контактних поверхонь та величину перехідного опору. Якщо не припинити вказаний процес, контакт може вийти з ладу, і порушиться робота апарата. Для сигналізації критичного нагрівання струмоведучих елементів використовують термоплівочні покажчики, в останній час навіть тепловізори. Але всі вказані типи покажчиків характеризуються низькою надійністю та недостовірністю результатів. Тепловізор може з високою точністю виміряти температуру контакта в момент перевірки. Через значні трудозатрати повторна перевірка можлива після тривалого часу. Крім того, тепловізором не користуються під час атмосферних опадів, в туман та в нічний час. Індикатор перегрівання струмоведучих елементів, що спрацьовує з високим ступенем надійності, може бути створений при використанні матеріалу з ефектом пам'яті форми (ЕПФ). Ефект пам'яті форми характерний для всіх сплавів, в яких перетворення у вихідну фазу після деформації протікає по мартенситному механізму. Вироби зі сплаву нагрівають для переходу у високотемпературну модифікацію і в цьому стані їм надають визначену форму. Потім сплав охолоджується нижче критичної температури і переходить в іншу, низькотемпературну фазу. Таке перетворення нагадує термопружне мартенситне перетворення. Якщо виріб із сплаву в мартенситному стані піддати повторній пластичній деформації (допускається ступінь деформації до 6 % і більше), а потім його нагріти, переводячи у високотемпературну модифікацію, то завдяки зворотному мартенситному перетворенню він прийме свою первинну форму, що була надана йому при першій деформації у стані високотемпературної модифікації. Для порівняння подібних матеріалів наведено основні характеристики нітинола-55 (55 % Ni): нітинол-55 має температуру плавлення 1292°С, магнітну проникність менше 1,002, межа міцності 870 Н/мм2, межа витривалості на базі 107 циклів 490 Н/ мм2. Цей матеріал характеризується здатністю у вузькому температурному інтервалі ±10°К переходити з одного фазного стану (пластичного) в інший фазний стан (надпружний) і навпаки. Температура фазового перетворення визначається складом сплавів та їх термообробкою. Завдяки тому, що нітинол має високу межу витривалості, добре демпфує вібрацію, слабо окислюється при нагріванні, із цього матеріалу можна виконувати індикатор нагрівання струмоведучих елементів та контактних з'єднань технологічних апаратів. Технічна суть запропонованого індикатора пояснюється кресленням, на якому зображено переріз семафорно-світлового індикатора нагрівання струмоведучих елементів та контактних з'єднань технологічних апаратів. На рисунку показано корпус індикатора 1, джерело світла 2 (на сьогодні оптимальним джерелом світла може бути світлодіод), провідник 3, що з'єднує джерело світла 2 з блоком живлення 4, провідник 5, який з'єднує блок живлення 4 з обмо 42169 4 ткою 7, виконаною ізольованим проводом, термочутливий елемент із матеріалу з ЕПФ 6, струмоведучий елемент 8, кільце з феромагнітного матеріалу 9, пластина з феромагнітного матеріалу 10, шток 11 і семафорний сигналізатор 12. Температура зворотного мартенситного перетворення матеріалу з ефектом пам'яті форми дорівнює максимальній допустимій температурі струмоведучого елемента 8. Пластина 10 кріпиться таким чином, щоб при спрацюванні термочутливого елемента 6 феромагнітна пластина 10 перекривала зазор у феромагнітному кільці 9 і створювала замкнений магнітопровід, а сигналізатор семафорного типу 12 виходив за межі корпусу індикатора через відповідний йому за розмірами зазор в корпусі 1. При пошкодженні струмоведучого елемента 8 температура його починає підвищуватися і відбувається інтенсивне нагрівання елемента 5 із матеріалу з ЕПФ. При досягненні температури зворотного мартенситного перетворення матеріал елемента 6 різко змінює свої характеристики і намагається набути форму, яку він мав при виготовленні, і випрямляється із значним зусиллям, діючи через шток 11, виводить семафорний сигналізатор 12 за межі корпусу 1, відкриваючи яскраву поверхню і сигналізуючи про приховану несправність в струмоведучому елементі 8. Пластина 10 з феромагнітного матеріалу перекриває зазор у феромагнітному кільці 9. При цьому магнітний опір кільця 9 різко зменшується, магнітний потік в кільці 9 збільшиться і в обмотці 7 буде індукуватися електрорушійна сила певного значення. Через провідник 5 електрорушійна сила подається на блок 4 живлення світлового елемента 2, перетворюється в цьому блоці і через провідник 3 подається на світловий елемент 2. Функцією блока 4 є перетворення електрорушійної сили таким чином, щоб вона за параметрами відповідала номінальній напрузі джерела світла 2. В запропонованій конструкції індикатора передбачається безперервна діагностика стану струмоведучих елементів апарата в процесі роботи його (під напругою та струмом), сигналізуючи про несправність струмоведучих елементів, що знаходяться під напругою, а це суттєво підвищить безаварійність. Таким чином, подвійна сигналізація про несправність струмоведучого елемента дозволяє суттєво підвищити надійність роботи електротехнічного обладнання. Після відключення електроустановки, температура струмоведучого елемента знижується, матеріал з ЕПФ втрачає свої пружні властивості, але у вихідне становище самостійно не повертається. Це суттєва перевага пристрою. Повернення термочутливого елемента у початковий стан здійснюється при виконанні ремонтних робіт. Конструкція індикатора відзначається високою технологічністю. Для виготовлення термочутливого елемента можна використати проволоку з нітинолу після прокатки без додаткової обробки. Висока корозійна стійкість нітинолу забезпечує термін служби індикатора в межах 30 років. Витрати термочутливого матеріалу незначні, на один індикатор -декілька грамів. А тому додаткові затрати можуть окупитися за один рік. 5 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 42169 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601