Патент РФ на полезную модель № 90243 "Счетчик моточасов"

Патентообладатель - автор: Макарусь Николай Иванович (г.Нефтеюганск); Международная патентная классификация: G07C 3/04 (2006.01); Дата подачи заявки: 03.08.2009; Дата публикации сведений о выдаче патента (выдача патента): 27.12.2009.


Полезная модель относится к отрасли приборостроения, а конкретно к счетчику моточасов, который может быть использован для контроля за временем работы вращающихся частей и за смещением валов различных устройств, в частности насосов добычи нефти и поддержание пластового давления, с целью планирования и своевременного осуществления ремонтных мероприятий.

Известен счетчик моточасов, предназначенный, в частности, для определения наработки двигателей внутреннего сгорания, который имеет счетчик времени наработки, датчик давления и электронный блок, включающий четыре резистора, микросхему, оптрон, транзистор, два диода и реле (RU 43670 U1, МПК 7 G 07 C 3/04, 2005).

Первый и четвертый резисторы, микросхема, оптрон, транзистор и счетчик времени наработки подключены к общей шине устройства. Первый резистор соединен со вторым и третьим резисторами, первым диодом, реле и через второй диод с шиной устройства. Средний вывод первого резистора соединен со входом микросхемы. Выход микросхемы подключен ко второму резистору и входу оптрона. Выходы оптрона подключены к третьему и четвертому резисторам и входу транзистора. Выход транзистора подключен к первому диоду и реле. Контакты реле размещены в цепи питания счетчика времени наработки. Контакты датчика давления размещены в шине.

При запуске двигателя запускается генератор напряжения, в пневмо- или гидросистеме меняется давление, то есть создается увеличение давления или разрежение, на которое реагирует датчик давления. Бортовое напряжение увеличивается по сравнению с напряжением аккумуляторной батареи ток поступает на вход оптрона. При этом выход оптрона открывается и срабатывает реле, которое замыкает цепь питания счетчика времени наработки. Счетчик моточасов начинает отсчет и накопление времени работы двигателя внутреннего сгорания.

Известное решение требует наличия в контролируемом устройстве системы с изменяющимся давлением, установка в которую каких-либо дополнительных датчиков может быть нежелательной из-за нецелесообразности ее усложнения, в частности, по каким-либо технологическим причинам или по причине наличия в такой системе высоких давлений. Известный счетчик моточасов фактически контролирует наработку, которая не всегда позволяет определить наступление необходимости проведения профилактических или ремонтных работ. При этом какие-либо дополнительные параметры контролируемого механизма, однозначно позволяющие определить необходимость проведения ремонтных работ не контролируются.

Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в обеспечении получения счетчиком моточасов расширенных данных о наработанном ресурсе контролируемого механизма, а также расширенных данных, в том числе статистических, об отклонении исходного положения вала контролируемого механизма в продольном направлении, которые позволят судит о наступлении периода, когда необходимо проведение ремонтных работ контролируемого механизма.

Достижение указанного технического результата обеспечивает счетчик моточасов, который содержит секторный диск, выполненный с вырезом в виде сектора и предназначенный для установки на вал, индуктивный преобразователь перемещения с аналоговым выходным сигналом, предназначенный для установки смежно секторному диску с возможностью подачи импульса при прохождении выреза секторного диска в зоне индуктивного преобразователя перемещения, а также блок управления, выполненный с микропроцессором, делителем входного сигнала, делителем опорного напряжения, делителем стабилизированного напряжения, с резистором положительной обратной связи и, по меньшей мере, с одним средством индикации.

Микропроцессор включает два компаратора, логический модуль и аналого-цифровой преобразователь.

Индуктивный преобразователь перемещения для передачи аналогового сигнала подключен через делитель входного сигнала к аналого-цифровому преобразователю микропроцессора и одному компаратору, вход которого подключен к делителю опорного напряжения и связан через резистор положительной обратной связи с выходом, подключенным к логическому модулю микропроцессора. Один вход второго компаратора связан с делителем опорного напряжения, второй вход – с делителем стабилизированного напряжения, выход – с логическим модулем микропроцессора. Выход аналого-цифрового преобразователя связан с логическим модулем микропроцессора, а средство индикации связано с логическим модулем микропроцессора.

В наилучшем варианте осуществления полезной модели средство индикации выполнено в виде жидкокристаллического дисплея.

Средство индикации может быть выполнено в виде связанного с логическим модулем микропроцессора светодиода.

Счетчик моточасов в наилучшем варианте осуществления имеет, по меньшей мере, одно средство управления внешним устройством в виде реле, элемент управления которого связан с логическим модулем микропроцессора через электронный ключ.

Как вариант, секторный диск может быть выполнен из двух частей, на одной из которых выполнен вырез, при этом обе части секторного диска имеют полувтулки для закрепления секторного диска на валу, выполненные с возможностью соединения крепежными элементами.

Возможность осуществления полезной модели иллюстрируется примером конкретного выполнения счетчика моточасов, предназначенного для контроля за работой насосного агрегата для добычи жидких нефтепродуктов или для поддержания пластового давления.

Пример выполнения счетчика моточасов проиллюстрирован графическими материалами. На фиг.1 показана схема установки секторного диска на насосном агрегате. На фиг.2 показан секторный диск, вид спереди. На фиг.3 представлена принципиальная схема блока управления счетчика моточасов. На фиг.4 представлена упрощенная схема блока управления счетчика моточасов. На фиг.5 представлен второй вариант установки секторного диска на насосном агрегате.

Вал 1 насоса 2 (фиг.1) связан с валом 3 электродвигателя 4 для передачи вращения муфтой 5. На валу 1 насоса 2 установлен секторный диск 6.

Секторный диск 6 выполнен из двух частей 7 и 8 (фиг.2), часть 7 из которых имеет вырез 9 в виде сектора. Части 7 и 8 имеют полувтулки 10 и 11, которые охватывают вал 1 для закрепления на нем секторного диска 6 и стягиваются резьбовыми крепежными элементами 12. Части 7 и 8 секторного диска 6 выполнены за одно целое с полувтулками, соответственно, 10 и 11 из стали.

На насосе 2 закреплен кронштейн 13 (фиг.1), на котором установлен индуктивный преобразователь перемещения 14 с аналоговым выходным сигналом, представляющий собой в данном примере индуктивный выключатель. Индуктивный преобразователь перемещения 14 расположен с зазором сбоку у края секторного диска 6 с возможностью создания при вращении секторного диска 6 импульсов в момент прохождения зоны расположения индукционного преобразователь перемещения 14 выреза 9 секторного диска 6.

Индуктивный преобразователь перемещения 14 электрически соединен с блоком управления (фиг.3), выполненным на основе микропроцессора 15 (PIC) и включающим делитель входного сигнала, построенный на резисторах 16 (R1*), 17 (R2) и конденсаторе 18 (C1), делитель опорного напряжения, построенный на резисторах 19 (R3) и 20 (R9), делитель стабилизированного напряжения, построенный на резисторах 21 (R7) и 22 (R8), резистор 23 (R20) положительной обратной связи, два транзистора 24 (VT1) и 25 (VT1), два светодиода 26 (HL1) и 27 (HL2), два реле 28 (K1) и 29 (K2), четыре кнопки управления 30 (SB1, SB2, SB3, SB4), источник питания с трансформатором 31 (Т), выпрямителем 32 (VD5) и двумя стабилизаторами 33 (DA1) и 34 (DA2), а также кварцевый генератор 35 (ZQ1), задающий тактовую частоту работы микропроцессора 16, и жидкокристаллический дисплей 36 (HG1).

Микропроцессор 16 (фиг.4) выполнен с двумя компараторами 37 и 38, а также с логическим модулем, аналого-цифровым преобразователем, таймером и энергонезависимой памятью с программируемой защитой (на схеме не показаны).

Индуктивный преобразователь перемещения 14 для передачи аналогового сигнала подключен через делитель входного сигнала (16, 17, 18) к аналого-цифровому преобразователю микропроцессора 16, выход которого связан с логическим модулем, а также к компаратору 37, на вход которого подается опорное напряжение через делитель опорного напряжения (19, 20).

Резистор 23 положительной обратной связи соединяет вход и выход компаратора 37 для устранения «дребезга» на фронтах импульсов, которые с выхода компаратора 37 подаются в логический модуль микропроцессора 16 для расчета скорости вращения.

Резисторы 16 и 17 делителя входного сигнала (16, 17, 18) выбраны из условия, что при максимально возможном смещении секторного диска 6 минимальное за оборот секторного диска 6 напряжение на входе логического модуля микропроцессора 16 не превышало порога переключения компаратора 37, то есть напряжения на делителе опорного напряжения (19, 20). При этом амплитуда импульсов за оборот секторного диска 6 должна превышать порог переключения компаратора 37. В противном случае компаратор 37 не будет реагировать на них. Смещение секторного диска 6 фиксируется с целью контроля за продольным сдвигом вала 1 насоса 2.

Второй компаратор 38 используется в качестве датчика пропадания напряжения питания. На один вход компаратора 38 подается внутреннее опорное напряжение, а второй вход подключен к делителю стабилизированного напряжения (21, 22). Резисторы 21 и 22 выбраны из условия, что при снижении напряжения, поступающего от делителя стабилизированного напряжения (21, 22) ниже 11 В, в логический модуль микропроцессора 16 поступает сигнал о пропадании питания.

Светодиоды 26 и 27 подключены к логическому модулю микропроцессора 16, к которому также подключены через электронные ключи, сформированные на базе транзисторов 24 и 25, реле 28 и 29.

Светодиод 26 включается при достижении заданных оборотов вращения вала 1, при этом также включается реле 28. Светодиод 29 включается в случае достижения предельного значения смещения секторного диска 6 относительного индуктивного выключатель 14, при этом также включается реле 29.

Кнопки управления 30, а также жидкокристаллический дисплей 36, обеспечивающий индикацию информации о работе и состоянии счетчика моточасов, также подключены к логическому модулю микропроцессора 16.

В логическом модуле микропроцессора 16 программно реализовано семь счетчиков: счетчик текущих моточасов, счетчик общих моточасов, счетчик пусков, счетчик предельных смещений секторного диска 6, счетчик включений питания, счетчик отключений датчика и счетчик обратных ходов.

Счетчики текущих и общих моточасов индицируют время наработки в часах и минутах. Оба этих счетчика включаются, если частота входных импульсов в течение 4 сек превышает 46 Гц, что соответствует частоте вращения более 2760 об/мин. При этом загорается светодиод 26 и срабатывает реле 28, сигнализируя о выходе на рабочий режим.

Состояние счетчика пусков увеличивается на единицу, если разгон до скорости 2760 об/мин произошел не менее чем за 1,5 сек. При меньшем времени разгона состояние счетчика пусков не изменяется, а счетчик отключений датчика увеличивает свое значение на единицу. Счетчик включений питания увеличивается на единицу при каждом включении прибора. Счетчик общих моточасов, светодиод 26 и реле 29 отключаются, если частота входных импульсов в течение 4 сек будет менее 46 Гц. Показания счетчика текущих моточасов при этом обнуляются.

Если частота вращения превышает 3200 об/мин (~53,3 Гц) в течение 4 сек счетчик обратных ходов увеличивает свое значение на единицу (такое происходит когда остановлен электродвигатель при работе без нагрузки). Если частота импульсов на входе превышает 46 Гц, счетчик смещений секторного диска 6 увеличивает свое состояние на 1 через 4 сек после того, как смещение секторного диска 6 превысит заранее установленное значение. В этот момент загорается светодиод 27 и срабатывает реле 29, сигнализируя о недопустимом значении смещения секторного диска 6. Светодиод 27 гаснет, а реле 29 отключается через 4 сек после того, как смещение секторного диска 6 уменьшится до допустимого значения.

В случае достижения счетчиком числа пусков или счетчиком числа предельных смещений секторного диска 6 значения 99999, он независимо от других обнуляется. Счетчики включений питания, отключений индуктивного преобразователя перемещений 14 и обратных ходов обнуляются после значения 255.

После включения счетчик моточасов переходит в основной режим работы. При этом на жидкокристаллическом дисплее 36 отображается значение скорости вращения в об/мин и значение смещения секторного диска 6 относительно нулевого значения с точностью до 0,1 мм. В ходе работы на жидкокристаллическом дисплее 36 отображаются текущие значения всех счетчиков. Реле 28 обеспечивает подключение счетчик моточасов к компьютеру для контроля за моточасами, пусками и остановками, а реле 29 обеспечивает запуск аварийного отключения насоса 2.

На фиг.5 представлена схема насосного агрегата, когда секторный диск 39 установлен на свободном конце 40 вала 41 насоса 42, то есть с противоположной стороны вала 41, где он связан с валом 43 электродвигателя 44 для передачи вращения муфтой 45. В этом случае на насосе 42 закреплен цилиндрический кожух 46, а в нем установлен Индуктивный преобразователь перемещения 47.



1. Счетчик моточасов, содержащий секторный диск, выполненный с вырезом в виде сектора и предназначенный для установки на вал, индуктивный преобразователь перемещения с аналоговым выходным сигналом, предназначенный для установки смежно секторному диску с возможностью подачи импульса при прохождении выреза секторного диска в зоне индуктивного преобразователя перемещения, блок управления, выполненный с микропроцессором, делителем входного сигнала, делителем опорного напряжения, делителем стабилизированного напряжения, резистором положительной обратной связи, а также, по меньшей мере, с одним средством индикации, микропроцессор включает два компаратора, логический модуль и аналого-цифровой преобразователь, при этом индуктивный преобразователь перемещения для передачи аналогового сигнала подключен через делитель входного сигнала к аналого-цифровому преобразователю микропроцессора и одному компаратору, вход которого подключен к делителю опорного напряжения и связан через резистор положительной обратной связи с выходом, подключенным к логическому модулю микропроцессора, один вход второго компаратора связан с делителем опорного напряжения, второй вход – с делителем стабилизированного напряжения, выход – с логическим модулем микропроцессора, выход аналого-цифрового преобразователя связан с логическим модулем микропроцессора, а средство индикации связано с логическим модулем микропроцессора.

2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что средство индикации выполнено в виде жидкокристаллического дисплея.

3. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что средство индикации выполнено в виде связанного с логическим модулем микропроцессора светодиода.

4. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним средством управления внешним устройством в виде реле, элемент управления которого связан с логическим модулем микропроцессора через электронный ключ.

5. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что секторный диск выполнен из двух частей, на одной из которых выполнен вырез, при этом обе части секторного диска имеют полувтулки для закрепления секторного диска на валу, выполненные с возможностью соединения крепежными элементами.



Технический результат заключается в обеспечении получения счетчиком моточасов расширенных данных о наработанном ресурсе контролируемого механизма, а также расширенных данных, в том числе статистических, об отклонении исходного положения вала контролируемого механизма в продольном направлении, которые позволят судит о наступлении периода, когда необходимо проведение ремонтных работ контролируемого механизма. Счетчик моточасов содержит секторный диск, выполненный с вырезом в виде сектора и предназначенный для установки на вал, индуктивный преобразователь перемещения с аналоговым выходным сигналом, предназначенный для установки смежно секторному диску с возможностью подачи импульса при прохождении выреза секторного диска в зоне индуктивного преобразователя перемещения, а также блок управления, выполненный с микропроцессором, делителем входного сигнала, делителем опорного напряжения, делителем стабилизированного напряжения, с резистором положительной обратной связи и, по меньшей мере, с одним средством индикации. Микропроцессор включает два компаратора, логический модуль и аналого-цифровой преобразователь. Индуктивный преобразователь перемещения для передачи аналогового сигнала подключен через делитель входного сигнала к аналого-цифровому преобразователю микропроцессора и одному компаратору, вход которого подключен к делителю опорного напряжения и связан через резистор положительной обратной связи с выходом, подключенным к логическому модулю микропроцессора. Один вход второго компаратора связан с делителем опорного напряжения, второй вход – с делителем стабилизированного напряжения, выход – с логическим модулем микропроцессора. Выход аналого-цифрового преобразователя связан с логическим модулем микропроцессора, а средство индикации связано с логическим модулем микропроцессора. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.