устройство заправочное (варианты) и сигнализатор для него

Формула изобретения

1. Устройство заправочное, содержащее бак с элементом слива воды и вестовой трубой, соединенный с заправочной головкой каждой стороны вагона посредством наливной трубы и запорного элемента, датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте и с бортовым сигнализатором, и элементы включения и выключения электроцепи, отличающееся тем, что для предохранения бака от воздействия избыточного внутреннего давления при наливе, в электроцепь датчика уровня включен сообщенный с полостью бака диафрагменный выключатель, подключенный электроцепью к запорному элементу, выполненному в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля.

2. Устройство заправочное, содержащее бак с элементом слива воды и вестовой трубой, соединенный с заправочной головкой каждой стороны вагона посредством наливной трубы и запорного элемента, датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте и с бортовым сигнализатором, и элементы включения и выключения электроцепи, отличающееся тем, что элемент включения и выключения электроцепи выполнен в виде мембранного выключателя, соединенного с полостью наливной трубы, электрически связанного с преобразователем сигналов, в электроцепь которого включен запорный элемент, выполненный в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля, вмонтированного в наливную трубу, а датчик уровня соединен с бортовым сигнализатором и с запорным элементом через преобразователь сигналов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что бортовой сигнализатор снабжен индикатором уровня воды в баке с кнопкой включения, соединенным с преобразователем сигналов.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что преобразователь сигналов размещен в корпусе, закрепленном съемно на трубчатом корпусе датчика уровня.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что мембранный выключатель содержат съемный блок в виде двух сегментов, скрепленных с микровыключателем двумя штифтами.

6. Устройство заправочное, содержащее бак с элементом слива воды и вестовой трубой, соединенный с заправочной головкой каждой стороны вагона посредством наливной трубы и запорного элемента, датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте и с бортовым сигнализатором, и элементы включения и выключения электроцепи, отличающееся тем, что наливная труба оборудована отводными рукавами, несущими каждый обратный клапан, и общим краном для слива остаточной воды, причем запорный элемент выполнен в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля, управляемого сообщенным с полостью бака диафрагменным выключателем, соединенным электроцепью с датчиком уровня, а посредством преобразователя сигналов - с бортовым сигнализатором и запорным элементом.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что бортовой сигнализатор снабжен индикатором уровня воды в баке с кнопкой включения, соединенным с преобразователем сигналов.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что преобразователь сигналов размещен в корпусе, закрепленном съемно на трубчатом корпусе датчика уровня.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что диафрагменный выключатель содержат съемный блок в виде двух сегментов, скрепленных с микровыключателем двумя штифтами.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в цепь диафрагменного выключателя включен параллельно ограничитель налива, выполненный в виде контактного датчика, дублирующего работу датчика уровня в конце налива.

11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что полости диафрагменного выключателя и датчика уровня соединены трубкой.

12. Сигнализатор, содержащий датчик уровня, взаимодействующий с контролируемой средой бака, преобразователь сигналов со схемой сравнения сигналов, включающий стабилизатор, источник опорного напряжения и усилитель, подключенный к запорному элементу, и элемент задержки сигнала, отличающийся тем, что источник опорного напряжения электрически соединен через повторитель со световым индикатором, через схему сравнения сигналов - с усилителем, запорный элемент представлен нормально открытым электроуправляемым вентилем, элемент задержки сигнала заложен в две схемы сравнения сигналов, каждая из которых последовательно контролирует посредством датчика уровня одну из двух пороговых величин наполнения бака, из них первая но течению уровня обеспечивает оповещение, подаваемое бортовым сигнализатором, предшествующее отключению налива на время подъема уровня до второй пороговой величины, ограничивающей наполнение бака.

13. Сигнализатор по п.12, отличающийся тем, что в схемы сравнения сигналов дополнительно включен выведенный на пульт регулятор налива, задающий посредством схем сравнения и датчика уровня две пороговые величины, одна из которых ограничивает заданный уровень наполнения бака, а другая контролирует упреждение оповещения о конце налива, обеспечиваемое временем подъема уровня от одной пороговой величины до другой, заданной указанным регулятором.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к устройствам заправки и сигнализации наполнения системы водоснабжения пассажирского вагона. Сигнализация служит для предупреждения перелива в бак воды при заправке вагонов водой, а также для дистанционного определения уровня воды в системе.

Известны водозаправочные устройства пассажирских вагонов (СССР, авт. св. 637293, 1299876, 1468803, 149183, 1581630), имеющие бак с вестовой трубой и запорные устройства с механическими поплавковыми системами.

Их недостатком является то, что детали запорных устройств в эксплуатации подвержены обрастанию карбидами и перестают выполнять свои функции, что приводит к переполнению бака водой, его разгерметизации.

Установка запорных элементов внутри бака обуславливает их низкую ремонтопригодность.

Известные устройства не обеспечивают в эксплуатации возможность дистанционного определения уровня заполнения системы водой.

Известны емкостные уровнемеры (СССР, G 01 F 23/26, авт. св. 314078, 380961, 932253, 1076763, 1679204, 2002213, 2005999, 2029920) для электропроводных сред в резервуарах, содержащие емкостный датчик, преобразователь частоты, схему сравнения импульсов, выходной ключ и исполнительный механизм.

Известна также система водоснабжения некупированного вагона постройки завода ПНР 1969 г. (Евтихиев Г.К. и др. Цельнометаллические пассажирские вагоны. М. : Транспорт, 1972 г., с. 65, рис. 54), в которой для определения уровня воды в баках, кроме водомерного стекла, в служебном отделении имеется световая сигнализация, лампы которой смонтированы на распределительном щите. В зависимости от срабатывания датчиков (5), установленных на баке, лампы на щите указывают следующие объемы воды в системе: 1000, 750, 500, 250, 30 л и воды в трубах.

Однако указанные уровнемеры не имеют сигнальных устройств, оповещающих о приближении момента полного заполнения и включения исполнительного механизма запорного устройства, а также устройств, предотвращающих аварийный налив или перелив при нештатном повышении давления в баке путем отключения заправки запорным устройством.

Наиболее близким техническим решением ко всем вариантам устройства является устройство, описанное в книге (Майоров В.Н. Устройство и ремонт электрооборудования вагонов. М. : Транспорт, 1980 г., с. 85-86, рис. 44). Устройство служит для предупреждения перелива в баки воды при заправке вагонов. Вагон оборудован наливными и вестовыми трубами. В наливных трубах и водяном баке установлены специальные датчики. Около заправочной головки расположены сигнальные лампы, которые загораются в момент полного наполнения водяного бака. Остальные элементы устройства сигнализации смонтированы на пульте. В работу устройство включается выключателем на пульте. При подаче через заправочную головку вода, протекающая по наливной трубе, замыкает находящийся в ней контакт датчика, что приводит к срабатыванию реле, которое подготовляет к включению второе реле. Это реле включается только после того, как наполнится водяной бак (3) и вода замкнет контакт датчика, расположенного в баке. Контакт второго реле включает сигнальную лампу (5), расположенную у заправочной головки, что является сигналом к прекращению заправки. При сливе воды из наливной трубы размыкается контакт датчика в наливной трубе, реле отключается, и сигнальная лампа (5) гаснет.

Недостатками указанного устройства является то, что бак для воды не защищен от избыточного давления, которое может возникать при заправке в случае образования ледяной пробки в вестовой трубе, а также отсутствие автоматического запорного устройства.

Задачей предложения является повышение эксплуатационной надежности бака и удобства заправки вагонов за счет ограничения налива воды по высоте бака, исключения случаев аварийного налива воды в бак при возникновении в нем чрезмерного давления, предотвращения гидравлического удара в заправочном рукаве при резком закрытии запорного элемента, обеспечения возможности наблюдения посредством световых индикаторов за текущим уровнем воды в баке и регулировки с пульта требуемой меры наполнения бака водой.

За прототип сигнализатора принят "Бесконтактный сигнализатор уровня" (патент РФ 2002213, G 01 F 23/26, заявлено 25.05.2000 г.), содержащий преобразователь (4) со схемой сравнения сигнала, стабилизатор (7) напряжения, емкостной датчик (3), устанавливаемый в резервуар с контролируемой средой, исполнительный механизм, подключенный к выходному ключу, и элемент задержки.

Исполнительный механизм включается посредством выходного ключа до момента установленного уровня заполнения определенного времени, учитывающего инерционность функционирования устройств заполнения.

Недостатком известного устройства является то, что датчик уровня выдает сигнал на преобразователь и далее на выходной ключ и исполнительный орган, контролирующий один уровень заполнения резервуара. Устройство не является дискретным.

Наличие реле времени усложняет конструкцию сигнализатора.

Задачей предложения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Первый вариант заправочного устройства содержит бак с элементом слива воды и вестовой трубой. Бак соединен через наливную трубу и запорный элемент с заправочной головкой каждой стороны вагона. Устройство заправочное содержит датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте и с бортовым сигнализатором, и элемент включения и выключения электроцепи.

Новым является то, что в электроцепь датчика уровня включен сообщенный с полостью бака диафрагменный выключатель, подключенный электроцепью к запорному элементу, выполненному в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля.

Второй вариант заправочного устройства содержит бак с элементом слива воды и вестовой трубой, соединенной с заправочной головкой каждой стороны вагона посредством наливной трубы и запорного элемента, датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте, с бортовым сигнализатором, и элементы включения и выключения электроцепи.

Новым является то, что элемент включения и выключения электроцепи выполнен в виде мембранного выключателя, соединенного с полостью наливной трубы, электрически связанного с преобразователем сигналов, в электроцепь которого включен запорный элемент, выполненный в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля, вмонтированного в наливную трубу, а датчик уровня соединен с бортовым сигнализатором и с запорным элементом через преобразователь сигналов.

Кроме того, новыми в данном устройстве являются следующие особенности. Бортовой сигнализатор снабжен индикатором уровня воды в баке с кнопкой включения, соединенным с преобразователем сигналов.

Преобразователь сигналов размещен в корпусе, закрепленном съемно на трубчатом корпусе датчика уровня.

Мембранный выключатель содержит съемный блок в виде двух сегментов, скрепленных с микровыключателем двумя штифтами.

Устройство заправочное по третьему варианту содержит бак с элементом слива воды и вестовой трубой, соединенный с заправочной головкой каждой стороны вагона посредством наливной трубы и запорного элемента, датчик уровня, электрически связанный с индикатором на пульте и с бортовым сигнализатором, и элементы включения и выключения электроцепи.

Новым является то, что наливная труба оборудована отводными рукавами, несущими каждый обратный клапан, и общим краном для слива остаточной воды, причем запорный элемент выполнен в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля, управляемого сообщенным с полостью бака диафрагменным выключателем, соединенным: электроцепью - с датчиком уровня, а посредством преобразователя сигналов - с бортовым сигнализатором и запорным элементом.

Кроме того, бортовой сигнализатор снабжен индикатором уровня воды в баке с кнопкой включения, соединенным с преобразователем сигналов.

Преобразователь сигналов размещен в корпусе, закрепленном съемно на трубчатом корпусе датчика уровня.

Диафрагменный выключатель содержит съемный блок в виде двух сегментов, скрепленных с микровыключателем двумя штифтами.

В цепь диафрагменного выключателя включен параллельно ограничитель налива, выполненный в виде контактного датчика, дублирующего работу датчика уровня в конце налива.

Полости диафрагменного выключателя и датчика уровня соединены трубкой.

Предложен сигнализатор, содержащий датчик уровня, взаимодействующий с контролируемой средой бака, преобразователь сигналов со схемой сравнения сигналов, включающий стабилизатор, источник опорного напряжения и усилитель, подключенный к запорному элементу, и элемент задержки сигнала.

Новым является то, что источник опорного напряжения электрически соединен: через повторитель - со световым индикатором, через схему сравнения сигналов - с усилителем.

Запорный элемент представлен нормально открытым электроуправляемым вентилем, элемент задержки сигнала заложен в две схемы сравнения сигналов, каждая из которых последовательно контролирует посредством датчика уровня одну из двух пороговых величин наполнения бака, из них первая по течению уровня - обеспечивает оповещение, подаваемое бортовым сигнализатором, предшествующее отключению налива на время подъема уровня до второй пороговой величины, ограничивающей наполнение бака.

Особенностью данного сигнализатора является то, что в схемы сравнения сигналов дополнительно включен выведенный на пульт регулятор налива, задающий посредством схем сравнения и датчика уровня две пороговые величины, одна из которых ограничивает заданный уровень наполнения бака, а другая контролирует упреждение оповещения о конце налива, обеспечиваемое временем подъема уровня от одной пороговой величины до другой, заданной указанным регулятором.

Технический результат выразится в следующем. Наличие аварийного, управляющего запорным устройством, диафрагменного выключателя позволит предохранить бак от воздействия избыточного внутреннего давления.

Выполнение запорного элемента в виде электроуправляемого вентиля позволит отключать подачу воды посредством электрического сигнала от датчика уровня или диафрагменного выключателя. Выполнение электроуправляемого вентиля нормально открытым позволит осуществить заправку бака при отсутствии питания в электроцепи.

Технический результат по второму варианту описан ниже.

Выполнение элемента включения и выключения электроцепи устройства в виде мембранного выключателя повысит надежность его работы.

Соединение посредством электроцепи датчика уровня с бортовым сигнализатором и с запорным элементом, выполненным в виде электроуправляемого вентиля, через преобразователь сигналов позволит автоматизировать управление перекрытием воды.

Наличие одной наливной трубы с двумя рукавами в устройстве по 3-му варианту упрощает конструкцию устройства, а наличие обратных клапанов предотвращает сброс воды из наливной трубы по окончании заправки на железнодорожное полотно.

Наличие на бортовом сигнализаторе индикатора с кнопкой включения, соединенного с преобразователем сигналов, позволит заправщику контролировать уровень воды до и в процессе заправки.

Размещение преобразователя на трубчатом корпусе датчика уровня облегчит замену узла.

Скрепление микровыключателя штифтами со съемным блоком, выполненным в виде двух сегментов, облегчает, при необходимости, замену выключателей.

Сочетание в заявленной конструкции запорного элемента, диафрагменного выключателя и ограничителя налива, выполненного в виде контактного электрода, обеспечит надежную эксплуатацию бака и устранит при заправке потери воды через вестовую трубу.

Наличие диафрагменного выключателя может дублировать функцию указанного ограничителя налива.

Соединение полостей диафрагменного выключателя и датчика уровня трубкой упростит сборку узла.

Соединение источника опорного напряжения: через повторитель - со световым индикатором и через схему 15 сравнения сигналов - с усилителем 16 позволит контролировать процесс налива.

Выполнение запорного элемента 13 в виде электроуправляемого вентиля позволит отключать подачу воды посредством электросигнала.

Наличие в преобразователе сигналов двух схем сравнения сигналов, каждая из которых последовательно контролирует посредством датчика уровня одну из двух пороговых величин наполнения бака, из них первая по течению уровня обеспечивает оповещение, подаваемое бортовым сигнализатором, предшествующее отключению налива на время подъема уровня до второй пороговой величины, ограничивающей наполнение бака, позволит заправщику своевременно отключить налив воды и предотвратить гидроудар в системе при срабатывании электроуправляемого вентиля.

Наличие электронного регулятора налива, включенного в схемы сравнения сигналов преобразователя, позволит баки заправлять не полностью, а частично, в зависимости от потребности и времени пребывания в пути.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена структурная электросхема устройства для заправки вагона водой.

На фиг. 2 - схема устройства для заправки вагона водой (по первому и второму вариантам).

На фиг. 3 - схема устройства для заправки вагона водой (по третьему варианту).

На фиг.4 - датчик уровня, вид сбоку.

На фиг.5 - то же, вид спереди.

На фиг.6 - разрез А-А на фиг.4.

На фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.4.

На фиг. 8 - диафрагменный выключатель (мембранный выключатель имеет аналогичную конструкцию).

На фиг.9 - выносной элемент "В" на фиг.8.

На фиг.10 - съемный блок с микровыключателем в разобранном виде.

Устройство для заправки вагона водой содержит датчик 1 уровня и установленный на пульте 2 световой индикатор 3 с кнопкой 4 контрольного включения, бортовой сигнализатор 5, соединенный электроцепью 6 с преобразователем 7 сигналов.

Датчик уровня имеет трубчатый корпус 8 и внутренний стержень 9 в изоляционной оболочке и подключен электроцепью 6 на вход преобразователя 7. Бортовой сигнализатор 5 установлен на боковой стороне вагона у заправочной головки 10. Элементы включения и выключения электроцепи выполнены в виде мембранного 11 и "в ждущем режиме" 12 выключателей.

Запорный элемент 13 выполнен в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля, соединенного электроцепью через усилитель 14 и схему 15 сравнения сигналов - с источником 16 опорного напряжения. Выключатели 11 и 12 соединены между собой электроцепью последовательно.

Диафрагменный выключатель 17 сообщен трубкой 18 с полостью датчика 1, который посредством двух уравнительных трубок 19 соединен с полостью бака 20, оборудованного вестовой трубой 21, элементом слива 22 воды, наливными трубами 23 с заправочными головками 10.

Диафрагменный выключатель 17 содержит верхний 24 и нижний 25 стаканы с фланцами, резьбовыми участками и центральными отверстиями разного диаметра. Между фланцами стаканов установлена резиновая диафрагма 26, зажатая герметично винтами 27. На верхней ее стороне закреплен диск 28, взаимодействующий со штоком 29 микровыключателя 30, пропущенным сквозь отверстие в днище верхнего стакана 24. Микровыключатель зафиксирован между сегментами 31 съемного блока 32 штифтами 33 и соединен с элементами электросхемы посредством клемм 34. Диск имеет диаметр больший, чем диаметр сквозного отверстия в днище нижнего стакана 25, и расположен в полости днища верхнего стакана 24 с зазором 35, обеспечивающим необходимый ход штока 29. Блок 32 фиксируется узлом 32а.

Запорный элемент 13 и мембранный выключатель 11 вмонтированы в наливную трубу 23.

Датчик 1 и диафрагменный выключатель 17 соединены электроцепью с бортовым сигнализатором 5 и запорным элементом 13 через схемы сравнения 36 и 15 сигналов.

На трубчатом корпусе 8 датчика 1 съемно закреплен корпус 37, в котором размещен преобразователь 7, включающий в себя: стабилизатор 38, источник опорного напряжения 16, усилитель 14, схемы сравнения 15 и 36, повторитель 39, генератор 40.

Повторитель 39 и генератор 40 могут быть размещены в корпусе бортового сигнализатора 5. Последний может быть оборудован дополнительно индикатором уровня воды в баке с кнопкой включения, соединенным с преобразователем, подобно индикатору 3.

В электроцепь датчика 1 и диафрагменного выключателя 17 параллельно включен ограничитель 41 налива, дублирующий работу датчика 1 и диафрагменного выключателя в конце налива. Электрод ограничителя 41 введен внутрь полости датчика 1, выполнен в виде горизонтального кольца, установленного в зазоре между трубчатым корпусом 8 и внутренним стержнем 9, и соединен с преобразователем 7.

Устройство заправочное и сигнализатор дополнительно содержат отводные рукава 42 с обратными клапанами 43 и общим краном 44 для слива остаточной воды. Клапаны 43 являются запорными элементами.

Сигнализатор содержит стабилизатор 38 напряжения, датчик 1 уровня, подключенный к источнику 16 опорного напряжения, усилитель 14, световой индикатор 3, подключенный посредством кнопки 4 контрольного включения к схеме сравнения 36 сигналов, выключатели: мембранный 11, "в ждущем режиме" 12, диафрагменный 17. Последний включен на вход источника 16 опорного напряжения, выход которого электрически соединен: через повторитель 39 - со световым индикатором 3, через первую схему 36 сравнения сигналов и генератор 40 - с бортовым сигнализатором 5; через вторую схему 15 сравнения сигналов и усилитель 14 - с запорным элементом 13, выполненным в виде нормально открытого электроуправляемого вентиля.

Сигнализатор может быть дополнительно оборудован регулятором 45 налива, включенным в схемы сравнения 15 и 36 сигналов и выведенным на пульт 2.

Устройство работает следующим образом.

Для приведения устройства в состояние готовности к работе включают на пульте 2 выключатель "в ждущем режиме" 12. Для определения уровня воды в баке 20 кратковременно нажимают кнопку 4, при этом количество светящихся элементов на световом индикаторе 3 укажет высоту заполнения бака водой.

Для налива воды к заправочной головке 10 присоединяют от сети рукав.

При наливе от давления воды срабатывает мембранный выключатель 11 и включает электрическую схему устройства в работу. На пульте включается световой индикатор 3 со шкалой, изменяющееся количество светящихся элементов которой показывает соответствующий уровень наполнения бака и полости датчика 1. Емкость последнего будет изменяться. Сигнал от датчика 1 подается на вход источника 16 опорного напряжения, выходной сигнал от которого, пропорциональный емкости датчика 1, передается через повторитель 39 на световой индикатор 3 и схемы сравнения 15 и 36. Когда текущий уровень перейдет установленную отметку, например "85% налива", сигнал, поступающий на схему сравнения 36, превысит установленный и включится генератор 40. При этом бортовой сигнализатор 5 начнет подавать прерывистый сигнал заправщику (световой и/или звуковой) об окончании налива и необходимости перекрытия потока воды. Если он не будет перекрыт в течение 5-50 с, то уровень сигнала от датчика 1 превысит пороговый уровень, заложенный в схему сравнения 15, сработает усилитель 14, и запорный элемент 13 автоматически перекроет поток воды в трубе 23. При этом бортовой сигнализатор 5 отключится, а шкала светового индикатора 3 покажет уровень воды. После отсоединения наливного рукава избыточное давление внутри наливной трубы 23 исчезнет: сработает мембранный выключатель 11, устройство перейдет в состояние "в ждущем режиме", шкала светового индикатора 3 на пульте 2 погаснет.

В случае если по каким-либо причинам запорный элемент 13 при достижении заданного уровня заполнения бака не сработает от сигнала датчика 1, поступающая вода замкнет на корпус 8 ограничитель 41, который посредством преобразователя 7 даст сигнал на закрытие запорного элемента 13.

В случае налива воды в бак 20, когда вестовая труба 21 заглушена льдом и/или не справляется со сбросом вытесняемого из бака воздуха при заправке, внутри бака возникнет избыточное давление, от которого сработает диафрагменный выключатель 17, воздействующий через преобразователь 7 на запорный элемент 13, который автоматически перекроет поток воды. Это предотвратит аварийное распирание бака и его разгерметизацию.

Для осуществления частичного налива воды в бак ниже его контрольной отметки в схемы сравнения 36 и 16 сигналов включен регулятор 45 налива, посредством которого устанавливают соответствующие требуемому уровню налива опорные пороговые величины сигналов, управляющие включением бортового сигнализатора 5 и запорного элемента 13.

При работе устройства по 3-му варианту в нормальном положении обратный клапан 43 закрыт.

При заправке обратный клапан (со стороны подсоединения наливного рукава) открывается давлением воды, и устройство работает аналогично описанному.

После отключения наливного рукава от заправочной головки 10 обратный клапан закрывается и удерживает воду в наливной трубе 23. В зимнее время это предотвратит (в местах заправки вагонов) образование наледей на железнодорожных путях.

Перед отправкой вагона в отстой открывают кран 44 и сливают воду из трубы 23.