Манометры сигнализирующие

Манометры сигнализирующие: устройство, принцип действия, классификация и применение в электроэнергетике

Сигнализирующий манометр (электроконтактный манометр, ЭКМ) – это измерительный прибор, совмещающий функции визуального контроля давления среды и автоматической коммутации электрических цепей при достижении заданных пороговых значений. В электроэнергетике и смежных отраслях они являются критически важными элементами систем защиты, блокировки и автоматического управления технологическими процессами, обеспечивая безопасность оборудования и персонала.

Устройство и принцип действия

Конструктивно сигнализирующий манометр представляет собой совмещение обычного манометрического измерительного механизма с одной или двумя группами электрических контактов. Основные компоненты:

• Измерительный механизм: Как правило, трубчатая пружина (трубка Бурдона) или сильфон, преобразующие давление в пропорциональное линейное перемещение.
• Система передачи перемещения: Трибко-секторный механизм, преобразующий линейное движение чувствительного элемента во вращательное движение стрелки.
• Задающие устройства (уставки): Одна или две стрелки-указатели уставок, положение которых на шкале регулируется оператором с помощью специального ключа. Внутри прибора они связаны с контактными группами.
• Электроконтактная группа (ЭКГ): Микропереключатели (сухие контакты) или бесконтактные (магнитоуправляемые, например, герконы) элементы, установленные на подвижной платформе, связанной со стрелкой уставки. При достижении основной стрелкой-указателем положения стрелки-уставки происходит замыкание или размыкание контактов.
• Корпус и клеммная коробка: Герметичный корпус, защищающий механизм от внешних воздействий, и отдельная коробка для подключения электрических кабелей.

Принцип действия: при изменении давления измерительная стрелка перемещается по шкале. Когда она совпадает с предварительно установленной стрелкой-уставкой, происходит механическое взаимодействие (нажатие на толкатель микровыключателя или сближение магнитов), что приводит к изменению состояния контактной группы. Это изменение передается во внешнюю цепь управления (реле, контроллер, систему сигнализации или АСУ ТП), инициируя запрограммированное действие: включение/отключение насоса, компрессора, подачу светового или звукового сигнала, аварийную остановку агрегата.

Классификация и технические характеристики

Сигнализирующие манометры классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих область их применения.

1. По типу контактной группы:

• С микропереключателями (механические): Надежны, не требуют внешнего питания, но чувствительны к вибрации, имеют ограниченный коммутируемый ток (обычно до 5-10 А).
• С магнитоуправляемыми контактами (герконы): Бесконтактное срабатывание, высокая виброустойчивость, долгий срок службы, малая мощность коммутации (до 70 Вт). Требуют внешнего источника питания для формирования выходного сигнала.

2. По количеству контактных групп и логике работы:

• Одноконтактные (одна уставка): На одно значение давления (минимальное или максимальное).
• Двухконтактные (две уставки): Наиболее распространенный тип. Позволяют задать нижний и верхний порог срабатывания. Существуют в двух модификациях:
  • С независимыми настройками: Каждая уставка работает автономно.
  • С зоной нечувствительности (дифференциальные): Контакты срабатывают при разных значениях на повышение и понижение, что исключает «дребезг» при давлении вблизи уставки.
• Многоточечные (три и более уставки): Для сложных систем с несколькими контрольными точками.

3. По типу измеряемого давления и среде:

• Манометры: Для избыточного давления.
• Вакуумметры: Для измерения разрежения.
• Мановакуумметры: Комбинированные приборы.
• Напоромеры/тягомеры: Для малых давлений и разрежений газов.
• По материалу манометрического корпуса и чувствительного элемента: Сталь, нержавеющая сталь (для агрессивных сред, пищевой промышленности), медные сплавы.

4. По точности измерения:

Классы точности сигнализирующих манометров обычно находятся в диапазоне от 1.0 до 2.5 (допустимая погрешность в % от диапазона измерения). Для технологической защиты часто применяются приборы класса 1.5 или 1.6.

5. По диаметру корпуса и присоединению:

Наиболее распространенные диаметры: 50, 63, 100, 150, 160 мм. Присоединение: радиальное или осевое (торцевое), с резьбой M20x1.5, G¼, G½, ½» NPT и др.

6. По климатическому исполнению и степени защиты:

Исполнение для умеренного (У), тропического (Т) или общепромышленного климата. Степень защиты корпуса: обычно не ниже IP54 (защита от пыли и брызг), клеммной коробки – IP65.

Таблица 1: Сравнительные характеристики типов контактных групп

Параметр	Микропереключатель (механический)	Геркон (магнитоуправляемый)
Принцип действия	Прямое механическое нажатие	Замыкание контактов в герметичной колбе магнитным полем
Коммутируемая мощность	До 10 А, 250 В AC (зависит от модели)	До 0.7 А, 110 В DC / 70 Вт
Влияние вибрации	Высокое, возможны ложные срабатывания	Практически отсутствует
Износостойкость	~ 1×10⁶ срабатываний	~ 5×10⁷ срабатываний
Необходимость внешнего питания	Нет	Да, для формирования сигнала (например, 24 В DC)
Тип выходного сигнала	«Сухой контакт» (релейный)	Транзисторный ключ или «сухой контакт»

Особенности применения в электроэнергетике

В энергетике сигнализирующие манометры выполняют функции защиты и контроля в системах, где давление является критическим параметром.

• Масляные системы силовых трансформаторов и реакторов: Контроль давления масла в системе охлаждения, сигнализация о его падении или повышении.
• Системы водородного охлаждения генераторов (ГТУ, ТЭЦ): Контроль давления и разрежения водорода. Применяются взрывозащищенные исполнения.
• Воздушные выключатели (элегазовые, вакуумные): Контроль давления воздуха или элегаза в приводных механизмах и дугогасительных камерах. Падение давления ниже установленного минимума блокирует операции включения/отключения.
• Системы теплоснабжения и трубопроводы пара/воды: Защита от превышения давления в парогенераторах, теплообменниках, магистралях. Сигнализация о падении давления в системе подпитки.
• Пневматические системы управления на подстанциях: Контроль давления в ресиверах и магистралях, питающих приводы разъединителей, выключателей.
• Системы смазки и гидравлики турбин и насосов: Контроль давления масла в подшипниках и гидроприводах. Падение давления приводит к аварийной остановке турбоагрегата.

Критерии выбора и монтажа

Правильный выбор и установка определяют надежность работы прибора.

• Диапазон измерения: Рабочее давление должно находиться в пределах 1/3 – 2/3 шкалы прибора для обеспечения наилучшей точности и долговечности.
• Класс точности: Для сигнализации и защиты обычно достаточно 1.5. Для совмещения функций сигнализации и точного технологического контроля – 1.0.
• Материал корпуса и чувствительного элемента: Должен быть коррозионно-стойким к измеряемой среде (например, нержавеющая сталь 316 для агрессивных сред).
• Тип контактов и коммутируемая нагрузка: Соответствие току и напряжению цепи управления. Для цепей с высокой индуктивной нагрузкой (катушки реле, пускателей) необходим запас по току или применение промежуточных реле.
• Условия эксплуатации: Учет вибрации, температуры окружающей среды, необходимости взрывозащиты (маркировка Ex). При сильной вибрации обязательны манометры с заполненным корпусом (глицерином или силиконом) и герконовыми контактами.
• Монтаж: Установка с использованием трехходового крана или игольчатого клапана для отключения, продувки импульсной линии и обнуления показаний. Обязательно наличие дренажного устройства (петлевого отвода) при работе с паром или высокотемпературными средами для конденсации пара и защиты чувствительного элемента.

Поверка, обслуживание и диагностика неисправностей

Сигнализирующие манометры подлежат периодической поверке (как измерительная часть, так и контактная группа) в соответствии с регламентом предприятия и требованиями нормативных документов (например, раз в 1-2 года). Обслуживание включает визуальный осмотр, проверку целостности, чистоту шкалы, отсутствие подтеков.

Типичные неисправности:

• Завышенные или заниженные показания: Засорение импульсной линии, деформация трубки Бурдона, износ трибко-секторного механизма.
• Отсутствие срабатывания контактов:
• Ложные срабатывания сигнализации: Вибрация (для механических контактов), наводки в кабелях, неверная настройка уставок.
• Постоянно замкнутые или разомкнутые контакты: Выход из строя микропереключателя или геркона, обрыв/замыкание в проводке.

Диагностика проводится с помощью тестера (прозвонка контактов при имитации давления с помощью калибратора) и визуального контроля.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Чем отличается сигнализирующий манометр от реле давления?

Сигнализирующий манометр совмещает в одном корпусе визуальный аналоговый указатель (стрелку) и контактную группу. Реле давления – это устройство, предназначенное исключительно для коммутации электрических цепей при достижении заданного давления, и, как правило, не имеет шкалы для точного визуального отсчета текущего значения. Манометр позволяет оперативно контролировать процесс и оперативно изменять уставки, реле – более специализированный и часто более компактный элемент.

Вопрос 2: Как правильно настроить (выставить) уставки на манометре?

Настройка производится при отключенном давлении или в режиме стабилизации. С помощью специального ключа, входящего в комплект, стрелка-уставка перемещается по шкале до совмещения с требуемым значением. После установки необходимо проверить срабатывание, плавно повышая и понижая давление (например, с помощью ручного насоса-калибратора) и контролируя состояние контактов тестером. Для двухконтактных манометров важно убедиться, что уставки не перекрывают друг друга.

Вопрос 3: Можно ли использовать сигнализирующий манометр в системе, подверженной сильным пульсациям или гидроударам?

Прямое использование не рекомендуется, так как это приводит к ускоренному износу механизма и ложным срабатываниям контактов. Необходимо применять демпферы (гасители пульсаций), устанавливаемые перед манометром, или выбирать приборы с заполненным жидкостью корпусом, который эффективно гасит колебания стрелки.

Вопрос 4: Что означает маркировка «Ex» на корпусе манометра?

Маркировка «Ex» указывает на взрывозащищенное исполнение прибора. Такие манометры предназначены для работы во взрывоопасных зонах, где возможно образование горючих газовых, паровых или пылевых смесей. Конструктивно это достигается использованием искробезопасных цепей (малая энергия в контактах), герметичным заключением контактной группы или другими методами, исключающими возможность воспламенения.

Вопрос 5: Почему контакты манометра подключают в цепь питания сигнальной лампы или реле через промежуточное реле, а не напрямую?

Контакты электроконтактной группы, особенно герконовые, рассчитаны на коммутацию относительно малых токов (обычно до 1-3 А). Пусковые токи катушек мощных реле, контакторов или ламп накаливания могут значительно превышать этот предел, что приводит к обгоранию или привариванию контактов манометра. Промежуточное реле с катушкой малой мощности берет на себя эту нагрузку, а своими силовыми контактами коммутирует конечную нагрузку.

Вопрос 6: Как часто необходимо проводить поверку сигнализирующих манометров?

Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается исходя из условий эксплуатации, требований производителя и нормативных документов предприятия (например, в системе Ростехнадзора). Типичный МПИ для ответственных систем в энергетике составляет 1 год. Для менее ответственных систем может быть увеличен до 2 лет. При выходе за пределы допустимой погрешности или после ремонта проводится внеочередная поверка.

Заключение

Сигнализирующие манометры остаются неотъемлемым и высоконадежным элементом систем автоматизации и защиты в электроэнергетике. Их правильный выбор, основанный на анализе условий эксплуатации, требований к точности и надежности контактной группы, а также грамотный монтаж и регулярное обслуживание являются залогом безопасной и бесперебойной работы энергетического оборудования. Современные тенденции включают интеграцию аналоговых ЭКМ с цифровыми датчиками и системами АСУ ТП, где они часто выполняют роль резервного, независимого и наглядного канала контроля и защиты.