Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерная школа энергетики Отделение Электроэнергетики и электротехники Направление подготовки 13.03.02 - Электроэнергетика и электротехника (бакалавриат) Профиль Электропривод и автоматика БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Тема работы Частотно-регулируемый электропривод трубопроводной арматуры УДК 62-83-523:621.646 Студент Группа ФИО З-5Г3А1 Суржиков Андрей Сергеевич Руководитель Должность Доцент ФИО Юдинцев А.Г. Ученая степень, звание к.т.н. Подпись Дата Подпись Дата КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, звание Доцент Попова С.Н. По разделу «Социальная ответственность» Подпись Дата Подпись Дата Подпись Дата к.э.н. Должность ФИО Ученая степень, звание Ассистент Мезенцева И.Л. Руководитель Отделения ФИО Ученая степень, звание Профессор Дементьев Ю.Н. Ph.D, доцент ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Томск – 2018 г. Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерная школа энергетики Отделение Электроэнергетики и электротехники Направление подготовки 13.03.02 - Электроэнергетика и электротехника (бакалавриат) Профиль Электропривод и автоматика УТВЕРЖДАЮ: Зав. отделением ________ _______ Ю.Н. Дементьев (Подпись) (Дата) (Ф.И.О.) ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы В форме: Бакалаврской работы (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) Студенту: Группа ФИО З-5Г3А1 Суржикову Андрею Сергеевичу Тема работы: Асинхронный электропривод запорно-регулирующей арматуры газотранспортной системы Утверждена приказом директора (дата, номер) № 856/с от 08.02.2018г Срок сдачи студентом выполненной работы: 01.06.2018г. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Материалы преддипломной практики, Исходные данные к работе техническая литература, техническая документации на задвижку Перечень подлежащих исследованию, Подробное изучение технологического процесса, выбор двигателя, частотного преобразователя, проектированию и разработке исследование динамической модели АД во вопросов вращающейся системе координат, оптимизация контуров регулирования, исследование электропривода на модели нелинейного асинхронного электропривода со скалярным управлением на базе модели АД во вращающейся системе координат. Перечень графического материала Кинематическая схема Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода Структурная схема ЭП с скалярным управлением 2 Схема имитационной модели электропривода Переходные процессы асинхронного электропривода Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы Раздел Консультант Финансовый менеджмент, Попова Светлана Николаевна ресурсоэффективность и ресурсосбережение Социальная ответственность Мезенцева Ирина Леонидовна Названия разделов, которые должны быть написаны на русском и иностранном языках: Заключение Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику 05.04.2018г Задание выдал руководитель: Должность Доцент ФИО Ученая степень, звание Юдинцев А.Г. Подпись к.т.н. Дата 05.04.2018г. Задание принял к исполнению студент: Группа З-5Г3А1 ФИО Суржиков Андрей Сергеевич Подпись Дата 05.04.2018г 3 Реферат Выпускная квалификационная работа с 110., рисунков 59, таблиц 16, источников 54, 1 приложение. Ключевые слова: частотно-регулируемый электропривод, скалярное управление, трубопроводная арматура,дискового затвора, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, преобразователь частоты, регулирование скорости. Объектом исследования является частотнорегулируемый электропривод трубопроводной арматуры. Цель работы – имитационное моделирование частотно-регулируемого электропривода трубопроводной арматуры В результате исследования был исследован частотно-регулируемый электропривод трубопроводной арматуры. Достигнутые технико- эксплуатационные показатели: полностью соответствующие заданию. Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2010 на листах белой бумаги формата А4 с помощью программных средств Matlab, Mathcad. 4 Содержание Реферат 4 ВВЕДЕНИЕ 7 1. ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА 10 1.1. Общие сведения об арматуре 10 1.2. Классификация арматуры 12 1.3. Основные типы арматуры 20 1.3.1. Задвижки 20 1.3.1.1. Клиновые задвижки 21 1.3.1.2. Параллельные задвижки 23 1.3.2. Клапаны 23 1.3.3. Краны 25 1.3.4. Затворы 28 2. ДИСКОВЫЕ ЗАТВОРЫ 30 2.1. Название дискового затвора 31 2.2. Классификация дисковых затворов 36 2.3. Конструктивное исполнение дисковых затворов 37 2.3.1. Дисковый затвор с симметричным диском. 37 2.3.2. Дисковый затвор с одинарным эксцентриситетом 39 2.3.3. Дисковый затвор с двойным эксцентриситетом 40 2.3.4. Дисковый затвор с тройным эксцентриситетом 42 3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 44 3.1. Расчет и определение параметров двигателя дискового затвора 46 3.1.1. Определение параметров Т – образной схемы асинхронного двигателя АИР 56В4У2 46 3.2. Расчет и построение естественной механической и электромеханической характеристик 51 4. СИЛОВОЙ КАНАЛ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 53 4.2. Выбор преобразователя частоты 54 4.3. Выбор закона частотного управления 61 4.4. Расчёт искусственных механических и электромеханических характеристик привода при частотном регулировании 63 5. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ – АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ДИСКОВОГО ЗАТВОРА 70 5.1. Проверка адекватности расчетов параметров асинхронного двигателя АИР 56В4У 70 5.2. Разработка имитационной модели преобразователь частоты – асинхронный двигатель для дискового затвора 72 5.3. Имитационные исследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода дискового затвора со скалярным управлением 74 5 5.4. Имитационные исследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода дискового затвора с корректировкой вольт – частотной характеристики на низких частотах 78 5.5. Имитационные исследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода дискового затвора со скалярным управлением с компенсацией c наблюдение за углом нагрузки. 81 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» 85 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСЬ 87 6.1. Производственная безопасность. 87 6.2. Экологическая безопасность 90 6.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 91 6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности: 92 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» 95 7. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 97 7.1 Планирование работ и их временной оценки 97 7.2 Смета затрат на научно-техническое проектирование 98 7.3 Затраты на заработную плату 99 7.4 Затраты на социальные нужды 100 7.5 Прочие затраты 100 7.6 Накладные затраты 100 7.6 Смета затрат на оборудование 101 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104 Список используемой литературы: 106 Приложение А 111 6 ВВЕДЕНИЕ В современном мире нам трудно представить жизнь без такого важного инженерного сооружения как трубопровод. По ним транспортируются воздух, вода, газ и другие агрегатные состояния вещества. Трубопроводы являются основными рабочими «артериями» в нефтяной и газовой промышленности. Подобно кровеносной системе, они работают 24 часа в день, семь дней в неделю, 365 дней в году, непрерывно обеспечивая наши энергетические потребности. Системы трубопроводов жизненно важны для экономики большинства стран мира. На эти трубопроводы мы возлагаем надежды, на удовлетворение наших потребностей в энергии. Сегодня почти каждый человек в мире является потребителем газа и бензина, и поэтому, так или иначе, зависит от нефтепроводов и газопроводов. Трубопроводные системы стали стратегическими транспортными инфраструктурами в большинстве стран. Например: в США, Департаментом внутренней безопасности, газопроводы определены как важнейшие объекты инфраструктуры, так как они обеспечивают около двух третей энергетических потребностей Америки, и имеют важное значение для обеспечения жизнедеятельности населения, функционирования обороны, экономики и промышленности [1]. Для такой страны как Россия, с ее суровым климатом и гигантскими расстояниями, нефте- и газопроводы являются ключевым элементом в обеспечении внутренней и внешней безопасности. Неотъемлемой частью системы трубопровода является трубопроводная арматура, необходимая для управления потоками рабочей среды. Есть множество устройств для управления трубопроводной арматурой. В современном мире, имеет место тенденция к автоматизации промышленного процесса, то есть к установке автоматических средств, для управления арматурой. Одним промышленного из главных оборудования, векторов, является определяющих растущая развитие автоматизация 7 производственных процессов. Ее важнейший аспект – дистанционное управление трубопроводной арматурой, доля которой составляет не менее 1015% от общей стоимости технологических установок. Успешное и эффективное решение этой задачи невозможно без применения приводов трубопроводной арматуры. В нормативных документах трубопроводная арматура определяется как техническое устройство, предназначенное для управления потоком рабочей среды путем изменения проходного сечения. Для того, чтобы эффективно управлять, она сама должна быть хорошо управляемой, а, значит, снаряженной необходимыми для этого средствами. На протяжении многих не веков даже, а тысячелетий, людям приходилось обходиться ручным управлением. В крайнем случае, можно было задействовать конную тягу. Ничего другого не оставалось. А при тогдашнем уровне развития технологий и не требовалось. Но это «равновесие» отсутствия потребностей и невозможности их удовлетворения не могло продолжаться бесконечно. Конец ему положили две сначала никак не соприкасавшиеся между собой тенденции. Начиная с изобретения паровой машины, заметно ускорил свое поступательное движение научно-технический прогресс. Важнейшей вехой на этом пути стало изобретение электродвигателя в XIX веке. Были придуманы и буквально на глазах совершенствовались конструкции пневмодвигателей и гидравлических машин. Появилась принципиальная возможность воздействовать на арматуру не только вручную, но и с помощью компактного, удобного и мощного механизированного привода. С другой стороны, по мере увеличения размеров трубопроводной арматуры и роста давления рабочей среды, справляться с ее управлением привычными способами становилось затруднительно, а иногда и вовсе невозможно. И случилось то, что должно было случиться, ─ в трубопроводную арматуру пришел механизированный привод. Его использование придало ей новое качество. Трубопроводная арматура стала намного безопасней и удобней 8 в эксплуатации и обслуживании, а ее работа ─ более надежной. На порядок выросла эффективность управления процессами, протекающими с ее использованием. Это дало принципиально новую возможность устройства масштабных многокомпонентных технологических систем, состоящих из связанных в единую систему десятков, сотен и тысяч единиц арматуры. Наличие приводов позволило устанавливать трубопроводную арматуру в труднодоступных, неудобных местах. О том, сколь значимый технологический скачок был совершен благодаря внедрению механизированного привода, можно судить на простом примере. Оснащение в начале XX столетия электроприводами задвижек Dn 500, 600 и 700 мм позволило сократить время их закрытия с получаса до полутора минут, т. е. в пятнадцать раз. 9 1. ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА 1.1. Общие сведения об арматуре В настоящее время для транспортирования энергоносителей (нефть, газ) используют железнодорожный, водный, автомобильный и трубопроводный (газопроводы, нефтепроводы) транспорт. В Российской Федерации практически весь газ до потребителя доставляется по газопроводам. Исключениями являются - этан, пропан и бутан[2]. Их перевозят танкерами, а также в цистернах или баллонах. Строительство и обслуживание трубопровода – дело затратное, но оно того стоит. Это наиболее дешевый способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния. Газопроводы обладают следующими преимуществами: перекачка газа и его продуктов на большие расстояния; высокий темп доставки сырья на заводы, пункты хранения, к потребителю; круглогодичная работа без перерывов (с возможной кратковременной остановкой, если произошла аварийной ситуации и необходим ремонт); потери надежности и при транспортировке сведены к минимуму, благодаря конструктивным особенностям трубопроводов, и их профилактическому обслуживанию; эффективное функционирование в различных климатических зонах, в том числе в районах Крайнего Севера и Сибири; комплексное наблюдение и управление за всеми процессами. высокая степень автоматизации, надежность и простота в эксплуатации; разгрузка традиционных видов транспорта (автомобильный, железнодорожный, морской). При всех преимуществах трубопроводный транспорт имеет некоторые недостатки: 10 большие начальные капиталовложенияпри строительстве газопроводной сети (поэтому строительство экономически оправдано лишь при условии большой и стабильной подачи газа); опасность нанесения ущерба экологии, особенно это наблюдается при транспортировании подводных трубопроводов; затруднения прокладки трассы в определенных районах. проложенный маршрут трубопровода сложно изменить. Если появляются новые потребители энергоносителей, то нужны дополнительные капиталовложения. Все перечисленные преимущества трубопроводной транспортировки газа и продуктов переработки сложно недооценить. Существующие недостатки использования трубопроводов можно уменьшить путем повышения качества трубопроводов и его труб элементов, а также комплексом мер по их профилактике и обслуживанию. Неотъемлемым элементом любой трубопроводной системы является арматура. Арматура этокомплект вспомогательных устройств и деталей, которые не входят в состав основных частей машины, конструкции и сооружений, предназначенная для обеспечения их правильной работы. Трубопроводная система это взаимосвязанная система трубопроводов, их опоры, арматуры, все соединительные детали, связанные с ней системы защиты и система защиты от коррозии. Значение арматуры, широко применяемой во всех областях технологий (промышленности), играет важную роль. В денежном исчислении, расходы на нее достигают 10-15% капитальных вложений и эксплуатационных затрат, идущих на строительство и поддержание в рабочем состоянии трубопроводных систем. Без арматуры невозможно успешное функционирование большинства промышленных предприятий и инфраструктуры во всех ее проявлениях: энергетической, транспортной, коммунальной, газовой, атомной и прочей. Также от неё зависят не только экономическая эффективность, но что еще более важно - экологическая безопасность системообразующих для экономики, и при 11 этом потенциально опасных для окружающей среды предприятий таких отраслей как тепло- и электроэнергетика (в т. ч. атомная), нефтегазовая и химическая промышленность, коммунальное хозяйство. При работе в различных системах арматура подвергается самым различным воздействиям: высоким и низким температурам, значительным давлениям, вибрациям, воздействию агрессивных жидкостей. Вследствие этого требования, предъявляемые к арматуре, чрезвычайно разнообразны. Основные из них – прочность, высокий срок службы, надежность и долговечность, низкая стоимость и технологичность изготовления, взрывобезопасность, коррозионная стойкость – являются противоречивыми и не могут быть обеспечены одновременно. Поэтому на сегодняшний день существует огромное количество различных конструкций, каждая из которых представляет определенный компромисс между этими противоречивыми требованиями. 1.2. Классификация арматуры асти ч Различают следующие виды арматуры[3]: с ктеи хар й ы тр ко трубопроводная арматура я ем вр затворы, - задвижки, м еьи тр й тр ко конденсатоотводчики, краны, клапаны и др. (ТПА); т о см зави водоразборная арматура - водоразборные колонки и краны, у этм о п ая н вд п о уб тр ты о аб р пожарные гидранты); ватьн о ед сл стчекй ги о л электротехническая арматура - щитки, патроны, выключатели, счет м о угл г зко и н некоторые детали электрических машин, приспособления для крепления ы н д хо ер п вй ето сб м тави со изоляторов и др.); печная арматура - металлические части, увеличивающие прочность ткм о п й и еш вн ж ви д о еп н металлургической печи); ет ад вп со арматура контактной сети - зажимы и детали для соединения я стви ей д с й ф тер н и к о сун и р проводов контактной сети между собой, с поддерживающими устройствами и естах м ту м ар х вы о н и кл у б о сп ти кы ер п опорами) и др. 12 Трубопроводная арматура любого класса включает три основных элемента е гам о р п и уц стр н ко о вн еси агр уск п : корпус, привод и рабочий орган (запорный, регулирующий и др.). Рабочий н ап кл го н ед ср с ктеи хар орган состоит из седла и затвора, который перемещается или поворачива ачеи зн ьта езул р ы н д хо ер п тка м б о ту м ар етсяотносительноседла. о аун р п тем Трубопроводную арматуру классифицируют по следующимпризнакам [4]: ст го ен м и р п т ен о м 1) по функциональному назначению; 2) по условиям работы - давление, температура, агрегатное состояние, м о б ю л я себ й ж ви д о еп н го н ед ср н р о ап химическая активность и токсичность транспортируемой среды, температура и е и ьш л о б к о сун и р д секун особые свойства (например, взрывоопасность окружающей среды); г то м ы ан д к о л б 3) по диаметру условного прохода (номинальный размер арматуры); 4) по способу присоединения корпуса к трубопроводу; 5) по конструкции корпуса; 6) в зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе; 7) в зависимости от конструкции привода рабочего органа. ьта езул р а вд п о уб тр ед ср я н вакум н ставл ед р п ую н о ьф л си чск и ехан м к ж ви зад к о сун и р й вы ер п о ен м и ст зави Классификация арматуры по функциональному назначению. к о сун и р у етр ам и д сть н щ о м По функциональному назначению арматуру делят на следующие основные ах вд п о уб тр еи яж р ап н т ен ц и эф ко классы [4]: Запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока ты о аб р к о р и ш чи о аб р ет ад вп со рабочей среды. Основное назначение запорной арматуры – полное перекрытие чей о аб р к о сун и р ет м и рабочего потока по трубопроводу и в зависимости от технологического процесса те со вы етр ам и д й яо ен зм и г то о вн еси агр возможность дальнейшего пропускания рабочей среды. Также она должна я ти кы ер п ьк л то й часто обеспечивать герметичность в затворе и по отношению к внешней среде. ту м ар етр ам и д е уктво д н и Применительно к запорной арматуре говорят о двух состояниях – «открыто» и ки п о захл е о азн ф «закрыто». Промежуточное г н р о зап предусматриваться. х ы тен о асм р положение ткв о п Использование о авн гл я етн р б зо и схд и о р п рабочего запорной органа е уктво д н и арматуры ве сн о может во не всей промышленности составляет 80 % всей арматуры. Задвижки являются самым й еи яж р ап н ю и сац ен п м ко ы ц и л таб распространенным представителем данного типа арматуры; й и сац ен п м ко м о ьн л ави р п й ы атн р б о Предохранительная арматура, предназначена для автоматической ая ускн о р п яетс авл р уп й яо ен зм и защиты оборудования и трубопроводов, от недопустимого превышения сью о ю и сац ен п м ко давления, угрожающего прочности системы, ем щ яю авл р уп о авн гл й и щ яю л ед р п о посредством сброса избытка го н ед ср 13 рабочей среды.Также данный класс арматуры предотвращает недопустимый по ятс ен м и р п о авн гл а п м ко к о сун и р ы чн етр м си технологическим соображениям обратный поток среды. Сюда можно отнести ет м и следующие виды вя ко ап ц ь гател ви д арматуры: х и ьш л о б к о сун и р предохранительные о яем сл чи вы клапаны, х ы ал м мембранные разрывные устройства, перепускные клапаны; я и ен авл р уп ути п я н вакум Регулирующая арматура, предназначена для распределения потока су ктеи хар среды,регулирования различных о частн яет авл р уп параметров ту м ар технологических м уги р д процессов стак о ед н (давления, напора, температуры, количества подаваемого вещества и т.д.). гут о м ая укн стр к о сун и р Регулирования параметров осуществляется посредством изменения расхода г вн о усл я ан д ю уш н еы л м о р п рабочей среды; заях вл и ц н зако Запорно-регулирующая арматура это арматура, которая совмещает я вн и аж сгл функции запорной и регулирующей арматуры; м ы н й о тр г о ал м у м это Контрольная арматура, предназначена для определения уровень к о сун и р ческ и м авто ат ш евы р п рабочей среды (предназначенная для управления поступлением рабочей среды в е вы ско и д тка м б о й еи яж р ап н контрольно-измерительную аппаратуру, приборы); ст го я гател ви д ю ен зм и Обратная арматура, предназначенная м и хд б ео н для еи яж р ап н автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды. я н р о зап я ван о и егул р м таки Прочая арматура, предназначена для различных конкретных ы н д хо ер п операций: удаления ы ям авл р еуп н ая ьн сел о р д конденсата; выпуск воздуха из трубопровода и впуск а м р о ф ь гател й о сам воздуха в него; приемо-раздаточные операции; сброса рабочей среды из ю еи авн ср и сац ен п м ко г н р о зап вг ско и д резервуаров; разделения рабочих сред, находящихся в разных фазовых узки агр н х м о ектр эл х вы ско и д состояния; распределения потока рабочей среды или смешивания потоков; ват чи есп б о й и яш н д сего ства ущ м еи р п я си твер о ки н ы р снижение рабочего давления в системе и т. п. схд и о р п Классификация арматуры по условиям работы. з и ехан м ьта езул р яа ен м и р п По условиям работы к арматуре предъявляют следующие требования: вь чи й усто прочность, м вы о н ези р надежность узки агр н и сац ен п м ко работы, ы ум еб тр герметичность, и есл взрывобезопасность и коррозионная стойкость. Требуемая прочность арматуры зависит в основном от туы м ар с ктеи хар ая н вд п о уб тр рабочего давления и температуры. Рабочие давления и температуры имеют я си твер о ки н ы р а п ти чск и техн я и н зад довольно широкий диапазон значений, в зависимости от технологий конкретных е ьзван л о сп и е тако е ы тн и р габ я и ен авл р уп производств. Поэтому они могут принимать любые значения. Поэтому с целью вй ети р ко н ж зм во ат н и д р ко 14 стандартизации и унификации арматуры принята следующая система условных й б со яет авл р уп ат н и д р ко ер м о авн ается уд давлений [4]. Классификация арматуры по величине условного давления. чей о аб р я себ е уктво д н и По величине условного давления арматуру можно разделить на 5 групп [5]: ту м ар ы ан р еб м н зако г о н м ер п 1) вакуумная (давление среды ниже 1 кгс/см2 (0,098 МПа)) й ы о хр н аси к ж ви зад к о л б 2) низкого давления на Ру до 1,6МПа; н ж ви д о п я и сац ен п м ко 3) среднего давления на Ру от 1,6 до 10МПа; м еьы и тн о л уп 4) высокого давления на Ру от 10 до 100Мпа; 5) сверхвысокого давления Руболее 100 Мпа. с й ф тер н и ается уд Условное р затво давление Руявляется я гател ви д единственным сти хн вер о п параметром для изготовляемой арматуры, гарантирующим ее прочность и учитывающим как чей о аб р т яю н л о п вы к о сун и р рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует е сл о п т ею м и г о н м ер п к о л б допустимому для данного изделия рабочему давлению при нормальной уск вп ь м и сто в асчето р температуре. Рабочей температурой является наивысшая длительная температура ан кр к о сун и р е д хо вы перекачиваемой по трубопроводам рабочегопотока(без учета кратковременных ту м ар ы часто вая о угл уск вп атн р б о превышений температуры, которые допускаются техническими условиями). у этм о п е гам о р п е вд п о уб тр чая ю вкл Классификация арматуры по температурному режиму. сью о чско и техн По температурному режиму трубопроводную арматуру можно разделить а л сед ты и р габ яет звл о п на следующие классы [5]: а н вед и р п Криогенная арматура(глубокий ая чн гузо ер п холод), ен ш вы о п рабочие ятс л ед р п о температуры ниже-1530С. твеи со я и ен авл р уп Арматура для низких температур ес л ко (холодильная техника), аяуто чн еж м р п д секун работающая при температурах от -1530С до -70 0С. ке сун и р Арматура для пониженных температур, ск и д ь чн кси то работающая при температурах -70 0С до -300С. ты о аб р Арматура обычная (средние температуры), изготовляемая из ятс л ед р п о к о сун и р углеродистой стали, ковкого или серого чугуна; арматура из углеродистой стали кг о хы свер ям и ен аж р б со й н д хо вы л чи есп б о применяется для температуры от -40 до +450 0С, арматура из ковкого чугуна от ти со ьц л ко е б ги о р п 30 до 400 0С; арматура из серого чугуна от -15 до 300 0С. ту м ар я и н зад и ен д хж о р п 15 Арматура для высоких температур, изготовляемая из специальных есв ц о р п ы ан р еб м сталей и применяемая для температур от 450 до 600 0С. ан кр Арматура жаропрочная, применяемая для температур свыше 600 0С. и вам й о устр ваку и р п ях и ен авл д Классификация арматуры по диаметру условного прохода. По диаметру ки п о захл я и ен авл р уп в р ки о л б условного прохода: т ен о м ста о р п Один из основных параметров арматуры, диаметр условного прохода Dy й б со е д во и р п м н д хо вы чег о аб р номинальный внутренний диаметр трубопровода, на котором устанавливается м о теьн и л д тп хи д о ы часто трубопроводная арматура. Различные типы арматуры при одном и том же чи о аб р я ван о и егул р а вд и п о ектр эл диаметре условного прохода могут иметь разные проходные сечения (например, м ы н й во д ах л ед р п гю р уп в ьсо ул п м и сть н ж зм во полнопроходный шаровой кран, конический кран с трапециевидным проходом и м хд о р п у б о сп чскй и ехан м я ан д дроссельный игольчатый клапан) [4]. ться и б о д в б о сп Не следует смешивать диаметр условного прохода с диаметром к о сун и р г о н м ер п чей о аб р проходного сечения в арматуре. Диаметр проходного сечения в арматуре часто ц и л таб г о н м ер п к о сун и р ья ал о и кц ун ф меньше Dy (арматура с сужением прохода) или больше Dy (затворы с кольцевым г о хр н аси ен м и р п е д хо вы т ен о м к о сун и р проходным сечением). И также условный проход арматуры не совпадает и с авго ед н чей о аб р м д хо фактическим проходным диаметром трубопровода. Так, трубопровод из трубы ту м ар я и ен авл р уп стчекй ги о л размером 325×16 мм имеет фактический внутренний диаметр (без учета м стян о п й ад кл о р п к о сун и р к ж ви зад допусков) 293 мм, а номинальный диаметр — 300 мм. е тр ко у н р сто По диаметру условного прохода различают арматуру: я и ен авл р уп а б о сп я чн ти р квад 1) Малых проходов (Dy ≤ 40 мм). Применяется в разветвленной сети с ктеи хар яес твл зго и х вы о н и кл водопроводов, газопроводов, в аппаратах и т. д. Изготовляется в большом а ед ср й ж ви д о еп н д секун количестве; 2) Средних проходов (Dy = 50 - 250 мм). Применяется для разводящих я ачеи зн стк и ту м ар линий трубопроводов и отдельных магистралей, изготовляется крупносерийно; я н вакум й твен б со я стви ей д 3) Больших проходов (Dy>250 мм). Используется в основном в ьо тел и авн ср магистральных трубопроводах, изготовляется серийно или мелкосерийно. и сац ен п м ко г н б о уд качеств Классификация арматуры по способу присоединения корпуса. т ен ц и эф ко х вы ско и д к о сун и р По способу присоединения корпуса к трубопроводу арматуру делят на [4]: ен м и р п ан кр н ж зм во 1. Фланцевая арматура. Фланец, элемент, дополняющий конструкции ям ви о усл к о сун и р н и д о арматуры, представляет собой плоский элемент крепления в виде металлических ятс ен м и р п й ж ви д о еп н к о сун и р ту м ар ем щ яю авл 16 плоских колец или дисков с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или х еты р н ко х вы ско и д я ачеи зн к о сун и р шпилек с гайками). Фланцевые соединения отличаются прочностью и и стал й н вд п о уб тр учае сл надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных й вы ер п ту м ар с ктеи хар систем, работающих под высоким давлением. Недостаток данного типа всей ет ад вп со е вы то и аф гр соединения вытекает из его достоинств. Высокая прочность оборачивается ям ви о усл узки агр н а ед ср значительными габаритными размерами и массой. Фланцевая арматура й и еш вн е и ы ткр о те о аб р cd ath m е вы ско и д выпускается на диаметры от 50 до 500 мм [6]; 2 Муфтовая арматура. Данный тип присоединения применяют для с ктеи хар е н ай кр ь м и сто различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких р о б вы н ставл ед р п у етр ам и д и н л ед р п о и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных ы часто ы часто металлов. чей о аб р Муфтой называют и уц стр н ко е ы чн и азл р трубку, с ктеи хар обеспечивающую ату м р соединения вг ско и д цилиндрических частей машин. В присоединительных патрубках муфтовой я и ен авл р уп арматуры чск и техн резьба ен ж л о д находится ь чн кси то с внутренней е о авн гл стороны, я ц ф аси кл а снаружи ас кл присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, с целью удобства т ен о м е и ы ткр о е вы сн о пользования ключом [6]; о авн гл я д каж 3. Под приварку. Под приварку подготавливают присоединительные к о сун и р концы арматуры больших диаметров, когда надежность всех других видов е вчы о р си н ал г н л о п туы м ар сть н щ о м й о учн р ая н вд п о уб тр соединений становится недостаточной. Особенно востребована сварка при х ы н вд п о уб тр е п м ко ы ван о утер ф устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются ы н ставл ед р п й и сац ен п м ко е тсуви о токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае аем р и б вы о н м ер п уся еб тр вй о угл ю еи вл р ап н сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100% к атчи д й стян о п я ц ф аси кл герметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно е ы н хд о р п ту м ар ы н д хо ер п приемлемым решением. Важными достоинствами сварных соединений являются ую ен л ш ы м о р п к о сун и р ео азм р о ьн ател щ : минимальный вес, компактность и экономия пространства [6]; ен твл зго и ы чн етр м си ы часто 4. Цапковая арматура. Цапковое соединение используется для арматуры ы н д хо ер п те со вы я ц ф аси кл высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Данный сью о у н р сто к о сун и р тип соединения эффективен при ввинчивании арматуры в корпус машин, е д хо вы х вы о н и кл части установок, сосудов или аппаратов. Герметичность соединения обеспечивается ас кл и ел д о м я ван о о ьн л ави р п ен аж р б зо и наличием прокладок и специальными смазками [6]. я н р о зап 17 5. Штуцерная арматура. В штуцерном соединении присоединительный ты н ем эл ь тел звд и о р п к о сун и р конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается х вы о н и кл я ц ф аси кл яц л ти вен чск и техн к о сун и р к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого диаметров к о сун и р кх й о астр н й ж ви д о еп н (до 5 мм). Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. тке м б о ы часто е вы то и аф гр Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом [6]. с ктеи хар и ен авл д а зд со Классификация арматуры по конструкции корпуса. вам н сти о д По конструкции корпуса арматуру подразделяют на две основные группы р о б вы та ен о м ы часто ь м и сто ту м ар [7]: 1. Проходная трубопроводная арматура. У к о сун и р проходной ТА оба присоединительных патрубка расположены на одной оси или со смещением на узки агр н а гд о н и а щ м ер п параллельных осях, и рабочая среда не меняет направления своего движения на а д ви т о см зави яет звл о п учаи сл уск вп выходе по сравнению с входом; кй о р и ш 2. Угловая трубопроводная арматура. У угловой ТА присоединительные й б со к о сун и р в р ки о л б патрубки расположены под углом друг к другу, причем наиболее часто под ую н о ьф л си а ер б и ш и н л ед р п о м ы н й о тр ьо тел и авн ср прямым углом, рабочая среда меняет направление движения на угол до 90°(в я ен ж ви д г вн о усл ы б что чск и техн случае прямого угла). Расположение патрубков под прямым углом позволяет в ую ествн й вы ер п некоторых ы н ставл ед р п случаях упростить к о сун и р и сечн конструкцию арматуры ан ти s fo an d и х часто избежать необходимости установки на трубопроводе дополнительного отвода для я чн и увел тка о п а щ м ер п поворота рабочего потока. й о н Классификация арматуры по способу герметизации. я д каж х вы о н и кл В зависимости от способа герметизации рабочего органа в корпусе азе б й тр ко тка о п еы вл о устан различают: По способу уплотнения подвижного сопряжения шпиндель - крышка твеи со аем р и б вы ьтам езул р арматура подразделяется на сальниковую, сильфонную и мембранную. Для ы м р и ф чк и ер сф й щ ю и егул р управления диском, клином, цилиндром или конусом, перекрывающим поток у б о сп т ьзую л о сп и е о чн асти эл среды, из полости арматуры, заполненной средой, выводится наружу шпиндель туы м ар а щ м ер п яе тавл со а гд о н и ая ьн сел о р д или вал, образующий с крышкой или корпусом подвижное сопряжение, которое х ы тр еко н я ен м и р п я н р о зап чск и ехан м должно быть уплотнено. Для этой цели применяются сальники, сильфоны или яес твл зго и естах м я и н тващ о ед р п мембраны [5]. и ел д о м х и ущ ж р о етал м Классификация арматуры в зависимости конструкции привода. и н щ м ер п р затво у м о д каж 18 В зависимости от конструкции привода рабочего органа трубопроводную я ачеи зн чскм и техн ую н о ьф л си арматуру разделяют на: а щ м ер п 1. Автоматически действующая (автономная) ТА. Управление рабочим скат ер п а ер б и ш органом и рабочий цикл определяется без каких-либо посторонних источников к ж ви зад ен ж л о д к о сун и р ец ан л ф энергии, без участия оператора. Рабочая среда сама непосредственно т ею м и ту м ар м и л ед р п о воздействует на затвор или чувствительный элемент. К этому типу относятся и н екащ р п в о б и р п и ен ащ зр во х и ущ ж р о етал м ю еи вл р ап н обратные клапаны, срабатывающий под действием изменения направления й ьы сал вер и ун сть о еж ад н учаи сл потока, регуляторы давления и расхода, кондесатоотводчики, терморегуляторы к о сун и р ска и д м аво ер н и другие виды арматуры [7]. ы часто 2. Управляемая ТА. Отличается тем, что перемещение рабочего органа тки м б о й тр ко я р д аго л б осуществляется за счет внешнего силового воздействия от некого внешнего ь ел д н и п ш с ктеи хар чск и ехан м т ьзую л о сп и уат источника энергии - ручного усилия, электрическим мотором, пневмоприводом х и ьш л о б е о азн ф ту м ар или гидроцилиндром. Управление ТА можно иметь несколько типов приводов: я си твер о ы р затво м и л ед р к о сун и р Ручной привод. Ручное управление производится преимущественно, м ер б вы ы еьн л ар п яетс авл р уп когда арматура переключается редко, используется как запасная или резервная, туе м ар к о сун и р е авкы л п о е уктво д н и ачеи зн предназначенная на случаиаварии, ремонта трубопроводной сети и т. д. е и ьш л о б й ж ви д о еп н ую н о ьф л си Управляется вручную вращением вентиля, который передает движение через ы н ер м и л о п е вы ско и д а п ти ь ел си тн о редуктор [5]; Механический привод. Данная арматура имеет привод, который еть м и я ем вр ы ем л б о р п а ед ср е сл о п приводит заслонку в движение через редуктор. Механический привод действует я ц ф аси кл й и еш вн к о сун и р части либо от постороннего источника энергии, либо использует энергию рабочей а кб ц тка о п ая укн стр среды трубопровода. Привод может быть электрическим, электромагнитным, к о сун и р с ктеи хар ты о аб р м еьы и тн о л уп к о сун и р пневматическим или гидравлическим [5]. м и л ед р п о Дистанционное управление (дистанционный привод). Управляемая уска п ы р затво и стал ТА под дистанционно расположенный привод отличается наличием специальной у н р сто е о ал м ать р б д о п механической передачи, позволяющей отнести источник силового воздействия е о вн акти и сац ен п м ко аем р и б вы от самой арматуры. Управляется арматура ручным либо механическим ткв о п е авкы л п о вая чи есп б о е сл о п сть о еж ад н приводом, при помощи передачи, состоящей из системы валов, подшипников, ен м и р п е ы н хд о р п асть л б о ти кы ер п зубчатых колес и тросов. у п ти я ен м и р п 19 1.3. Основные типы арматуры ая н теь и л д Основных типов арматуры еще меньше, чем видов (классов). Выделим ах м и еж р четыре к о сун и р типа с ктеи хар сети м ы н д ви о ар ш арматуры: задвижка, ах л ед р п Принадлежность к о н м ер п каждому из клапан, них кран, тка о п дисковый евя ц ан л ф определяется затвор. конструктивными ткв о п м это особенностями, выраженными в направлении перемещения запирающего или х ы ал м я ачеи зн й вы ер п регулирующего элемента относительно потока рабочей среды. Они могут иметь асть л б о ауы р п тем о хр н аси а б о сп различные принципиальные конструкции затвора. По этому признаку выделяют х и ащ ж ер д со е тсуви о ьо тл ен м и р п следующие основные типы трубопроводной арматуры:задвижки, клапаны, т хи д о п о ьн л ави р п ватьн о ед сл й ы атн р б о я ен л б со и р п краны, затворы[7]. 1.3.1. Задвижки ы он ф ь л си Задвижка - промышленная трубопроводная арматура, в которойзапорный вй ето сб я и учен л о п учаев сл орган перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно оси потока сп тьи ую л зо ты о аб р рабочей среды стк и [3]. Задвижки сь уктво д н и ях и ен авл д широко применяют а д ухо во всех областях промышленности для перекрытия потоков газообразных или жидких сред в вй ето сб к о сун и р и ен авл р уп трубопроводах с диаметрами условных проходов от 50 до 2000 мм при рабочих вй о л си ту м ар ы тем си о й и ел н я д каж давлениях 0,4 - 20 МПа и температурах среды до 450°С. Иногда задвижки твеи со а щ м ер п чя о аб р изготовляют и на более высокие давления. Запирающий элемент обычно и уц стр н ко и н екащ р п д во и р п находится в крайних положениях «открыто» и «закрыто». Также возможно т ею м и й ы атн р б о ы ан р еб м й стян о п применение задвижек для двухпозиционного (дискретного) регулирования й ж ви д о еп н а кб ц м это потока рабочей среды.Перекрытие рабочего потока в задвижках осуществляется й ы о хр н аси т ен ц и эф ко ткм о п м и хд б ео н ти со за счет запорного элемента, перегораживающего поток. Принципиальная схема ы н ж л о д ст го е д хо вы задвижки представлена на рисунке 1[7]. ке сун и р Рисунок1 - Принципиальная схема задвижки й ы о хр н аси учае сл й вн и л п то 20 Задвижки устанавливаются на прямых участках трубопровода, разобщая сью о й ван о р еги л е тр ко трубопровод на две части. атн р б о й ы ан д По конструкции затвора задвижки могут быть квалифицированы два я ти кы ер п ая н вд п о уб тр с ктеи хар основных типа: о ьн л ави р п 1) Клиновые задвижки: с цельным (жестким) клином, упругим или ю ен зм и о ьн л ави р п к о сун и р составным клином (двухдисковые); ан гл со чей о аб р 2) Параллельные задвижки, однодисковые, двухдисковые, шиберные. й н д о м и л ед р п о ства ущ м еи р п По сравнению с другими видами запорной арматуры задвижки имеют счет ства ущ м еи р п учае сл следующие преимущества и недостатки: х ы скутвен и Преимущества задвижек: я и ен авл р уп д во и р п незначительное гидравлическое сопротивление при полностью ьт л во открытом проходе; я ц ф аси кл вй то уф м отсутствие поворотов потока рабочей среды; возможность применения для перекрытия потоков среды большой чей о аб р ства ущ м еи р п т хи д о п а вд п о уб тр ткм о п чскй и ехан м вязкости; й о еж ад н относительно небольшая строительная длина; возможность подачи рабочей среды в любом направлении. тв о тка о п н р о ап е о вн акти ы н д хо ер п К недостаткам задвижек следует отнести: ы ан кр я етн р б зо и невозможность применения ы тем си задвижек для д во и р п рабочих сред с кристаллизующимися включениями; н ап кл е гам о р п сравнительно небольшой допускаемый перепад давлений на затворе; т о см зави еть м и я ван о невысокая скорость срабатывания; к о сун и р опасность получения гидравлического удара в конце хода; м еьы и тн о л уп х и ущ ж р о етал м трудности ы н ер м и л о п ремонта я и чн есп б о изношенныхуплотнительных я д каж тем асчи р поверхностей затвора при эксплуатации. я и уц стр н ко е ти ы закр 1.3.1.1. Клиновые задвижки еты м ар п К клиновым относятся задвижки с запорным элементом, который имеет г н л о п стью н л о п е вы сн о вид клина. В клиновых задвижкахседла и их уплотнительные поверхности а кб ц яе тавл со м о б ю л и ен ж л о п а вд и п о ектр эл 21 параллельны уплотнительным поверхностям затвора и расположены под чск ати евм н п некоторым углом к направлению перемещения затвора. Конструкция клиновой ы н ставл ед р п й вы ско и д ято егул р ю и сац ен п м ко уса п р ко задвижки представлена на рисунке 2 [3]. й тр ко Рисунок 2 – Задвижка клиновая. 1 – клин, 2 – крышка, 3 – маховик, 4 ы р затво й и сац н е п м ко а хд о р п седло, 5 – корпус, 6 – кольцо уплотнительное, 7 – шпиндель, 8 – втулка ая н зи р ко ь л е н о м н е зм и резьбовая, 9 – втулка, 10 – стойка, 11 – фланец сальника, 12- сальниковое х ы ж б о тр н е ц ятс н е зм и ти кы р е п о ак п м и уц стр н ко уплотнение из терморасширенного графита г о хр н аси Преимущества клиновых задвижек: повышенная и л ы б ь м и сто герметичность в к о сун и р закрытом положении. Для обеспечения уплотнения необходимо приложить р о б вы м ае р и б вы ую ствн е относительно небольшуювеличину усилия. Угол между направлением усилия м н д хо вы ьо тл н е м и р п й стян о п ая утчн ж е м о р п та н е о м привода и усилиями, которые действуют на уплотнительные поверхности ятс н е м и р п й и яш н д го се уг кр во затвора, близок к 90°. Поэтому даже небольшая сила, передаваемаяприводом ую н е л ш ы м о р п м о угл е вчы о р си н ал и ан п м ко шпинделю, может вызвать значительные усилия в уплотнении. г зко и н у этм о п Недостатками этого й тр ко ая чн гузо р е п типа тк м б о задвижекявляются к о сун и р необходимость использования направляющих для перемещения затвора,повышенные износа я н о тац м и уплотнительных кац ф и ун я ван о и гул е р ы н ж л о д поверхностей вй то уф м затвора и технологических ы ьн е л ар п трудностей, связанных с получением герметичности в затворе. е вы ско и д е вд п о уб тр вй азо б 22 Параллельные задвижки 1.3.1.2. Параллельная ую н е л ш ы м о р п задвижка ая ьш л о б е н поверхности элементов ая ствн е – задвижка, затвора я тн е р б зо и взаимно у которой уплотнительные азе б параллельны к о сун и р и расположены перпендикулярно к направлению потока рабочей среды. Затвор в параллельных ью щ м о п ы н и м р те а гд то а д ухо й ьы сал р ве и ун задвижках обычно имеет вид диска, шибера или ножа. На всем пути движения ы часто с и кте хар д хо вы г вн о усл затвора отсутствует трение уплотнительных поверхностей, что позволяет в е квы и тн л зо й о учн р й о н двухдисковых задвижках уплотнить проход с помощью эластичных колец. сть н ж зм во е л о б к о сун и р к о сун и р я м е вр Кольца монтируются на дисках затвора [3]. м и л д е р Преимуществами я и н зад с и кте хар параллельной конструкции являются простота ут д е сл изготовления затвора, легкость сборки и ремонта, отсутствие заедания затвора в й ван о р ги е л м ы н й о тр в ьсо ул п м и и н е авл д ью щ м о п полностью закрытом положении. часто Параллельные задвижки имеют существенные недостатки: на всем пути я гн о ю и азче н ая н р е туц ш м и л д е р ах вд п о уб тр движения привод преодолевает трение между уплотнительными поверхностями я л гате ви д м е щ яю авл р уп ы часто седел и затвора, поэтому необходим большой расход энергии для того асто ч ы е ы н хд о р п й стян о п ям и н е аж р б со чтобызакрыть и открытьзатвора.Отсюда вытекает следующий недостаток, ы ум б е тр а е м и р п д во и р п ту м ар д во и р п значительный износ уплотнительных поверхностей. к о сун и р 1.3.2. Клапаны Клапан - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный р затво ть ы б ти кы ер п ятс ен зм и с ктеи хар или регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно параллельно в ето м ар п оси потока рабочей среды. Затвор имеет вид плоской или конусной тарелки. В а л сед узки агр н то и агн м чск и ехан м я ен м и р п некоторых конструкция затвор может двигаться по дуге. Принципиальная схема я чн и увел ке сун и р ь гател ви д вй ето сб клапана представлена на рисунке 3 [7]. в о б и р п в б о сп Рисунок3 - Принципиальная схема клапана ве сн о л кан стг л хо 23 Клапаны используются для создания перепада давления (дроссельные), е п м ко ен зм и гю р уп для предотвращения обратного потока жидкости (обратные), для частичного ути п ы н д хо ер п х ы ал м выпуска рабочей среды при повышении давления сверх установленного уровня й чско и ехан м чск и техн ая чн гузо ер п й ы асчетн р (предохранительные), для понижения давления и поддержания его постоянным ту м ар вам н сти о д д во и р п (редукционные), для регулирования расхода потока (регулировочные). Также р затво етс явл е и ы ткр о клапаны применяют как запорную арматуру для герметичного отключения ск и д г ан зд со м ен ш вы о п трубопроводов, технологических аппаратов, энергетических установок и др. й б со й ы тр ко м ы ар н и д о Достоинства клапанов: сть ж зм ево н сь о вн екти эф возможность работы при высоких перепадах давлений на запорном т о см зави го ш ей ьн ал д еть м и органе и при больших значениях рабочих давлений; с ктеи хар и уц стр н ко к о сун и р простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях м н р о зап м ы н й о тр ту м ар эксплуатации; для полного перекрытия прохода необходим небольшой ход еть м и м еьы и тн о л уп з и ехан м запорного органа (0,25 Д); ь ел н о м относительно небольшие габаритные размеры и масса; возможность использования в качестве регулирующей арматуры; возможность установки на трубопроводе в любом пространственном л кан я атн р б о е ж и н ен зм и м и хд б ео н л кан ути п кх й о астр н положении. чем и ал н Недостатки клапанов: высокое гидравлическое сопротивление, возникающее из – за о аун р п тем ен м и р п ке сун и р двукратного изменения направления движения рабочего потока внутри корпуса. учае сл й ы тр ко в о ан кр етс явл я ти кы ер п Еще одной причиной является проходное сечение седла меньше чем у задвижек чей о аб р ы чн етр м си ы схем ен м и р п ; невозможность применения при работе с сильно загрязненными ту м ар вг ско и д я ен м и р п рабочими средами и средами с высокой вязкостью; е гам о р п стак о ед н подача рабочей среды возможна только в одном направлении. Это к атчи д е вы ско и д м ы н й о тр й н д о обусловлено конструкцией клапана. м и хд б ео н й о р кт По назначению клапана: предохранительные; обратные; смешивающие; ь чен о ы н о ьф л си й ческо м хи поплавковые - для контроля и регулирования уровня жидкостей емкостях; м аво ер н т и звл о п ти со 24 регулирующие; балансировочные - для присоединения импульсной трубки к й ы асчетн р и есл ую н р о зап обратному трубопроводу. ьт л во По конструкции запорного элемента запорные клапана можно разделить: та ен о м л кан я и ен авл р уп мембранные (диафрагмовые) и золотниковые. а п м ко к о сун и р Мембранные клапаны. Затвор представляет из себя упругую гибкую чи о аб р а схем ска и д ачеи зн мембрану, которая под действием приложенного усилия прогибается в н ж зм во й ы ан д м евы ьц л ко направлении, перпендикулярном оси движения потока [3]. Седло представляет е сл о п cd ath m вая о угл из себя край перегородки, стоящую поперек канала для протока рабочей среды. ут ед сл ачеи зн м о п а п ти вы ц ан л ф еж При прогибе мембрана плотно примыкает к краю перегородки и перекрывает я и н щ м ер п ет ж о м й вы ско и д ту м ар свободное сечение для прохода потока. Данный тип клапанов предназначен для естах м ы ем л б о р п узки агр н перекрывания потоков рабочих сред при невысоких температурах и невысоких та ен о м о вн еси агр рабочих ц и л таб давлениях. д хо вы Преимущество е этап мембранных етр ам и д клапанов, тчесй и кр отсутствие ятс ен м и р п «застойных» зон и полная герметизация. и сац ен п м ко Золотниковые клапана. Основной частью клапана является золотник. х часто кх й о астр н х ы таж н о м м ы ан д ват чи есп б о Золотник может быть различной формы: тарельчатым, игольчатым, поршневым етс явл ет м и е о авн л х ы таж н о м (цилиндрическим), сферическим. Его форма зависит от конструктивного к и тн л зо й н вд п о уб тр ье ал д уо н си исполнения уплотнительных поверхностей – конусные, плоские, сферические я ти кы ер п я еи тн о л уп ь ал н и ц п о [3]. Золотник находится в цилиндрическом канале и при своем перемещении м еьы и тн о л уп ьта езул р д во и р п открывает или закрывает своей боковой поверхностью отверстия, которые в ьсо ул п м и имеются вй о л си в д во и р п м н д о цилиндрическом м это канале. Перемещение то и агн м золотника может ы ан р еб м м вед осуществляться сжатым воздухом, поступающим к торцу золотника, или сть о еж ад н я гател ви д е ьзван л о сп и механическими тягами. Возврат золотника в начальное положение обычно р о б вы й ьш л о б й о сам осуществляется пружиной[8]. х ы тен о асм р 1.3.3. Краны Кран - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или я ти кы ер п и ен авл р уп к ж ви зад л кан ы часто регулирующий орган имеет форму тела вращения, который поворачивается я н о тац м и м и щ ваю кы ер п ь гател ви д о н м ер п вокруг собственной оси, перпендикулярно направлению оси потока рабочей у н р сто и ен авл р уп я ван о и егул р 25 среды. Тело вращения (затвор) имеет отверстие для пропуска потока рабочей я си твер о твеи со ы часто м вед сью о среды. Затвор часто называют пробкой [3]. а д тсю о твеи со чатся и увел Кран находится в открытом положение, еслиось отверстиязатвор й и сац ен п м ко м ы н й во д х ы тр еко н совпадает с осью трубопровода. Поток может протекать через отверстие. Если ам вд п о уб тр cd ath m я и н тващ о ед р п я ем вр же затвор повернуть на 900 , то ось отверстия станет перпендикулярна оси ату м р к о сун и р г н р о зап трубопровода и кран закроется. Поэтому для того чтобыоткрыть или закрыть я н р о зап м ы н й о тр счет ке сун и р ы н д хо ер п кран, требуется совершить всего один поворот затвора на 900. Поэтому краны, е яж ар сн твеи со е вд п о уб тр е авкы л п о как правило, снабжают рукояткой. Любой кран состоит из двухосновные ть ы б ьу скл о п деталей: е о авн гл неподвижный (корпус) м ы ар н и д о г о хр н аси и подвижный, вращающейся сть ж зм ево н а гд о н и затвор. ю и сац ен п м ко Принципиальная схема крана представлена на рисунке 4 [7]. учаи сл у м о д каж н ставл ед р п Рисунок 4 - Принципиальная схема крана е тр ко Классифицировать краны можно следующим образом[3]: р затво т о см зави ути п В зависимости от характера движения пробки: ть ш завы й о н ьт л во краны с вращением пробки без подъема; краны с вращением пробки и с её подъемом (отжимом) перед в о б и р п я ц ф аси кл ста о р п ед ср ту м ар поворотом и последующим опусканием (прижимом) после поворота. ату м р ую ен л ш ы м о р п ска и д Корпуса и пробки кранов изготавливаю из различных материалов: тки м б о етс явл р затво твеи со бронзовые, латунные, цинковоалюминиевые чугунные, стальные, титановые, ска и д й ы атн р б о чей о аб р пластмассовые, керамические, графитовые и др. Уплотнительные поверхности н ж зм во ая щ б о й вн и л п то изготавливают из металлических, пластмассовых, графитовых материалов. е вы ско и д с ктеи хар По конструкции корпуса различают краны с разъемом параллельным, чег о аб р н й о тр ы часто я и уц стр н ко перпендикулярным или наклонным к оси трубопровода и с цельным корпусом в ско и д к о сун и р (без разъема). ем уд б Область применения кранов ограничивается давлением в виду наличия у б о сп ая щ б о н и д о я ван о ая н д хо ер п скользящих рабочих элементов. я си твер о 26 В зависимости от геометрической формы уплотнительных поверхностей т ю ад л б о счет и щ м о п пробки и затвора краны разделяют на три основных типа: чн и увел ск и д й н д о шаровые или сферический затвор, рисунок 5-а; цилиндрические, рисунок 5-б; конусный, рисунок5-в. о ьн л ави р п ы ято егул р ье ал д уо н си м тави со в асчето р Рисунок 5 – Краны – а шаровой, б – цилиндрический, в – конический. е уктво д н и Достоинства кранов: д о и ер п авго ед н малое время й и яш н д сего открытия и закрытия ваку и р п я ван о и егул р (для открытия/закрытия достаточно повернуть маховик на 90°) й щ ю и егул р ь гател ви д естах м незначительная величина гидравлическое сопротивление; я и ен авл р уп небольшая строительная высота и длина; cd ath m й ы тр ко м ы н д ви о ар ш полнопроходность, в шаровых кранах, допускающая возможность вг ско и д ж ви д о еп н н ставл ед р п механизированной очистки трубопровода; кй о р и ш я ти кы ер п простота конструкции и упраавления; возможность применения при работе с вязкими или загрязнёнными х ы тен о асм р х еьы и тн о л уп а н ко л си й вн и л п то средами; универсальность (возможность использования в качестве запорного зкая и н я атн р б о к о сун и р или регулирующего устройства). Недостатки кранов: сь уктво д н и всей для управления кранами с большими условными диаметрами х н о ал б х часто туы м ар прохода, необходимыбольшие значения крутящих моментов; я гател ви д н ап кл снижение й и щ яю л ед р п о герметичности а ул м р о ф в конусных кранах, яе тавл со ту м ар из – за неравномерногоизноса по высоте пробок; ен ж ви д 27 необходимость применения ет ж о м (для ьк л то некоторых разновидностей) кх д и ж неметаллических уплотнительных элементов; н ставл ед р п я ц ф аси кл 1.3.4. Затворы Затвор – промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный я и уц стр н ко о ен м и етс явл м ы н яр скал или регулирующий орган поворачивается вокруг оси, не являющейся его я и ен авл р уп ту м ар собственной осью. Это определение взято из недействительного ГОСТа 24856а зд со т о см зави вет ы закр счет 81. В новом ГОСТе в трубопроводной арматуре осталось определение только ке сун и р й б со й ы м и хд б ео н дискового затвора [3]. и уц стр н ко с ктеи хар Дисковый затвор – тип трубопроводной арматуры, в котором запирающий ачеи зн я стви ей д чег о аб р или регулирующий элемент имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, й тр ко й твен б со асте зр во е квы и тн л зо расположенный перпендикулярно или под углом к направлению потока рабочей чей о аб р еи тн о л уп ь л во среды. Не рекомендуется употреблять термин заслонка, запорная заслонка, аем р и б вы ая н ер туц ш ватьн о ед сл туы м ар с ктеи хар поворотный затвор. Не правильно откидной клапан, поворотный клапан, т ю ад л б о м уги р д сью о поворотно-дисковый клапан, клапан баттерфляй, дроссельный клапан. е этап Ходом х ы скутвен и дискового ы чн етр м си запирающего еть м и затвора, (регулирующего) является чей о аб р элемента ства ущ м еи р п вращательное ьзуетя л о сп и (затвора). е ж и н перемещение схд и о р п Управление такими к атчи д затворами может осуществляться с помощью электропривода или вручную. к о сун и р т хи д о п ая н д хо ер п В промышленности такой тип арматуры используется в следующих е яж ар сн м о теьн и л д к ж ви зад вариантах: Запорно-регулирующая арматура к о сун и р сть н ж зм во в вентиляции (дроссельные сти н щ о м заслонки). Дроссельная заслонка (рисунок 6) типа КР 150 используемая в всей тки м б о вется ачи р б о вентиляции для контроля над потоком воздуха. Для предотвращения сью о ь чн кси то я атн р б о распространения продуктов горения из одного помещения в другое и огня по ю и сац ен п м ко еть м и с ктеи хар воздуховодам применяются противопожарные клапаны (рисунок 7); cd ath m ве сн о тки м б о Запорная арматура при работе с сыпучими материалами (рисунок 8). гю р уп я ван о и егул р и н л ед р п о Эта арматура служит для дозирования, транспортировки и обработке сыпучих ту м ар е о ал м й б со й о сам аем р и б вы материалов 28 Запорно-регулирующая арматура применяется в различных областях у м это а п ти cd ath m промышленности; Обратный затвор (недопустимо - обратный клапан), рисунок 9. к ж ви зад ая ьн сел о р д о вн еси агр Обратный затвор препятствует обратному течению рабочей жидкости при вя ко ап ц д секун м вы о н и кл е ы тн и р габ порыве трубопровода. Главное различие обратного затвора и обратного клапан твеи со стью н щ о м ято егул р тка м б о ч и ал н кроется в их конструкции, а именно в конструкции запорного элемента. Как было в б о сп те о аб р к о сун и р отмечено ранее, у клапана запорный элемент представлен в виде золотника, а у еть м и х и ащ ж ер д со ая ген о и кр я ван о затвора используется круглый диск, который часто называют захлопкой. Еще ту м ар ческ м хи кх й о астр н чск и ехан м т и звл о п одним различием является направление потока рабочей среды, обратные су ктеи хар ы схем стачн о д ая ген о и кр клапаны выполняются проходными (направление потока в них не изменяется) и е л о б аи уат к ж ви зад угловыми (направление потока меняется на 90°), а обратные затворы – только х ы таж н о м г о хр н аси кул ти ар ы н д хо ер п су ктеи хар проходными; сть н щ о м Дисковый затворприменяется в качестве запорно-регулирующего д секун кй о р и ш устройства на трубопроводах длярегулирования (транспортировки)газ, воды, ен п м ко ва н сти о д е вы то и аф гр пара, нефти, масел,жидких неагрессивных нефтепродуктов. Затворы широко х вы ско и д я и ен авл р уп применяются тка о п ьзуетя л о сп и вгазоперерабатывающей,нефтяной, м таки химической, й и щ яю л ед р п о х часто металлургической и энергетической промышленности. р затво кул ти ар Рисунок 6 - Дроссельная круглая заслонка типа КР 150 е вы ско и д Рисунок7 - Клапан противопожарный систем вентиляции КЛОП-1 ства ущ м и е р п е авкы л п о ва н сти о д р затво ятс н е м и р п 29 Рисунок 8 - Внешний вид затворов: а - откидной типа ТКВ; б - затвор для р о б вы ьц л ко открытых резервуаров я н е м и р п й ум ти е р ко Рисунок 9 - Обратный затвор о е азм р ь чн кси то 2. ДИСКОВЫЕ ЗАТВОРЫ История изобретения дискового затвора теряется в глубине веков. Во н ставл ед р п ем вр н д о а б о сп а д ви всяком случае, т. н. захлопки или их прототипы использовались в водяных ь гател ви д р затво е о азн ф насосах, появившихся еще в цивилизациях Древнего мира - в Греции и Риме [9]. ческ м хи й вы ско и д уса п р ко л кан стчекй ги о л В период с 1774 по 1784 годы, знаменитый британский изобретатель а м р о ф Джеймс яес твл зго и Уатт работал над чей о аб р совершенствованием м н часто вй о угл тка о п паровой машины. В 30 конструкцию созданного им технического устройства входил поворотный е тн о л п т о см зави кац ф и ун я гател ви д затвор. В начале XX столетия, 1901 год, поворотный дисковый затвор под г о хр н аси й чско гти ер эн й ы м и хд б ео н названием «дроссельная заслонка» был использован в топливной системе о ьн аел тщ его щ яю авл р уп к о сун и р собранного в Германии автомобиля Mercedes. н зако ти со й ы ан д На первом этапе своего существования дисковые затворы использовались чскм и техн еи яж р ап н сью о преимущественно в качестве не очень герметичной арматуры на трубопроводах етр ам и д всей т яю н л о п вы большого диаметра. Совершенствование конструкции позволило применять их етс явл ке сун и р м ы н й о тр к о сун и р ьт л во при более высоких значениях температуры и давления, что обеспечило к о сун и р г н л о п а м р о ф продвижение в области производства с тяжелыми условиями эксплуатации. д хо вы ста вещ у б о сп После появления новых материалов для изготовления уплотнительных г то ы часто ет ж о м элементов, это стало возможным после успехов в химической индустрии, еще и уж ар сн ь ел н о м и н л ед р п о ем уд б больше расширили возможности дисковых затворов. е уктво д н и я и н ел азд р ктеу хар 2.1. «Имена» дискового затвора е ы в к и тн зол й ы ал м Применительно к дисковому затвору всегда использовали самые разные чск и ехан м н зако т ею м и названия: заслонка, дроссельная заслонка, дроссель-клапан, герметический й стян о п чск и ехан м й ж ви д о еп н клапан (гермоклапан), поворотный элемент и другие [9]. й и сац ен п м ко схд и о р п а б о сп «ГОСТ 24856 – 81. Арматура трубопроводная промышленная. Термины и еи тн о л уп ая щ б о ческ м хи определения» именовал его предельно коротко– затвор. ту м ар т схд и о р п о теьн и л д В «СТ ЦКБА 011 – 2004. Арматура трубопроводная. Термины и ы ц н ко ы н и м тер учаи сл определения» указано, что использовать названия «заслонка» и «затвор» не яап ен м и р а схем ет ж о м рекомендуется, а «клапан герметический» и «гермоклапан» – вообще ать р б д о п и уц стр н ко вая то уф м недопустимо. «ГОСТ Р 52720 – 2007 Арматура трубопроводная. Термины и о н чтасд я и ен авл р уп к о сун и р ст го определения» свое отношение к терминам «герметический клапан» и й твен б со г н б о уд е п м ко «гермоклапан» смягчил, «переведя» их из «недопустимых» в «нерекомендуемые е ы тн и р габ ус п р ко р затво ». 31 В ГОСТ 24856 – 2014они полностью «узаконены», но только для в со зи ан тр ьзя ел н его щ ю р и зап трубопроводной арматуры систем вентиляции. Именовать затвор дисковый х о л п ю еи вл р ап н й ы атн р б о «заслонкой», «затвором поворотным», «поворотно-дисковым затвором» этот м еьи тр я ц ф аси кл ы ум еб тр нормативный документ не рекомендует. я и ен авл р уп узки агр н к о сун и р Название «дисковый затвор» может видоизменяться. Например, обратную атн р б о арматуру, т хи д о п конструктивно к о сун и р м ы н й во д выполненную м н р о зап в виде ято егул р дискового затвора, предназначенного для предотвращения обратного потока рабочей среды, еи яж р ап н й н вд п о уб тр я ц ф аси кл называют обратный затвор или, если он снаряжен диском, состоящим из двух в каучо тка о п тчесй и кр скат ер п м вед половин, прижимающихся к седлу пружинами,– обратный двустворчатый ью щ м о п в ето м ар п я вн и аж сгл й о тн и защ затвор. Кстати, ГОСТ 24856 – 2014 не рекомендует называть его захлопка. сти хн вер о п чесм акти ф к о сун и р ГОСТ 24856 – 2014 дает следующее определение дисковому затвору: ы часто вм о н етс явл я и сац ен п м ко ка сун и р Дисковый затвор – тип арматуры, у которой запирающий или ы м аво ер н к о ун ы р затво регулирующий элемент имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, ая ьн сел о р д асть л б о ек ж ви зад х уги р д перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей уг кр во к о сун и р г н л о п среды, в ГОСТ 24856 – 2014, АРМАТУРА ТРУБОПРОВОДНАЯ. Термины и й ы о хр н аси тг р ко качеств определения [10]. ятс ен м и р п твеи со Дисковый затвор ы б что представляет (рисунок я и ен авл д те о аб р 16) собой короткий цилиндрический корпус, через который протекает рабочая среда. Внутри ем уд б е вы ско и д г о азн ф я ен ж ви д корпуса расположена подвижная часть (рабочий орган) – диск, имеющий ы ято егул р я и сац ен п м ко е яж ар сн ст го а л сед возможность вращаться с помощью штока вокруг своей оси и таким способом, ат н и д р ко ы часто у ем н м и ен суж прижимаясь к седловому уплотнению, которое чаще всего выполнено с х вы сн о я н о тац м и качеств ьта езул р у етр ам и д резиновым уплотнительным кольцом, и перекрывать проход рабочей среды. cd ath m н зо ап и д ю и сац ен п м ко 32 Рисунок10 - Устройство дискового затвора й тр ко м ы н й о тр тс яе авл р уп Одной из тенденций развития научно–технического прогресса является ы н д хо ер п к о л б ы часто разделение круга решаемых задач между используемыми «в связке» к ж ви зад ство ущ м еи р п о ьн аел тщ материалами. Один материал обеспечивает необходимую конструктивную ткв о п и ен ащ зр во м ы ар н и д о учета прочность, другой – требуемые функциональные качества. Такое объединение вть азы н х вы ско и д ю и сац ен п м ко усилий позволяет повысить эксплуатационные параметры деталей технических й н д хо вы тка о п е и ы ткр о уска п твеу со устройств и добиться существенного снижения материалоемкости. ье ал д уо н си Такая тенденция нашла свое применение и в конструкции дисковых я и чн есп б о м и л ед р п о это еть м и ая ествн затворах, в виде вкладышей. Вкладыши выполняют роль второго корпуса. Также й ы тр ко ы н д хо ер п м и щ ваю кы ер п cd ath m вкладыши называют седлом и рубашкой. Он может быть съемным или й н часто еи вл р ап н ю еи вл р ап н монолитным с корпусом е уктво д н и ю ен зм и ст зави Рабочая среда при наличии вкладыша контактирует только с диском и а м р о ф у м это й н д о уплотнением. Поэтому задача подобрать материал корпуса для конкретной к о сун и р ы етр ам и д ту м ар я и ен ащ вр тка о п рабочей среды отпадает. В большинстве случаев можно остановиться на чугуне. ауы р п тем ве сн о ватьн о ед сл ти кы ер п Это значительно уменьшает стоимость готовых изделий. ту м ар Конструкция тг р ко й щ ю и егул р вкладыша позволяет отказаться х еьы и тн о л уп д во и р п от использования дополнительных уплотнений при монтаже дискового затвора между фланцами су ктеи хар уск п й н вд п о уб тр й вы ско и д трубопровода. Корпуса дисковых затворов выполняются преимущественно из чугуна и ем щ б о г о хр н аси ьзуетя л о сп и стали. Первый представлен серым чугуном и высокопрочным чугуном с тки м б о ство ущ м еи р п н ставл ед р п й твен б со т ьзую л о сп и шаровидным графитом. Сталь представлена разными видами: углеродистая, ая н вд п о уб тр й часто кул ти ар низколегированная хладостойкая, нержавеющая, в т. ч. с повышенным ства ущ м еи р п к ж ви зад ать р б д о п 33 содержанием молибдена. Реже используют цветные металлы: алюминиевые ятьп ен м р и тс яю ен м и р п n siem сплавы, бронзу, монель (сплав никеля и меди). я и ан ж ер д о п е о вн акти а л сед е вы ско и д Рабочий орган (диск) преимущественно изготавливают из стали и чугуна. к о сун и р м о угл й ы м усти п о д Они могут быть выполнены из титана и цветных металлов, например, бронзы. ут ед сл г о хр н аси ы н д хо ер п ч и ал н еы н тгаб и р Бронзовые диски применяются, когда рабочей средой является морская вода. чск и техн е сл о п всей тем асчи р Нержавеющая сталь лучше других материалов подходит для контакта с е квы и тн л зо ая ествн р затво азч н ед р п м и хд б ео н пищевыми рабочими средами. к о сун и р Для изготовления штоков применяют легированные или нержавеющие в р ки о л б е яж ар сн т ен ц и эф ко стали. Для футеровки корпусов дисковых затворов способом вулканизации ту м ар г то м щ ваю ты учи используют различные материалы: композитные армированные пластики, твм ед ср о п яем авл р уп cd ath m высокомолекулярный полиэтилен, поливинилдиенфторид, поливинилхлорид, ы етр ам и д к атчи д е п м ко политетрафторэтилен (фторопласт-4), полихлортрифторэтилен. В результате я и ан ж ер д о п ю и сац ен п м ко формируется несъемное монолитное стекло. чск и ехан м ут ед сл х вы о ар ш «Футеровка – специальная отделка для обеспечения защиты поверхностей а зд со ческо авл р д ги от возможных механических, физических, термических и ы схем чя о аб р химических ы р затво х часто повреждений» Съемные вкладыши изготавливают из различных каучуков – каучука на узки агр н сть н ж зм во основе сополимера этилена тс яю ен м и р п ЭПДМ (EPDM), хлоропреновых счет о н м ер п ьта езул р каучуков кул ти ар (Neoprene), фторорганических каучуков (торговая марка Viton), а также а щ м ер п ст го я и н щ м ер п нитрильной резины, полиэтилена (Hypalon), силикона и др. ы ц н ко н л ед м я тн р о аб л Вкладыши могут быть как эластомерными, так и комбинированными – ет м и к ж ви зад к о сун и р резинометаллическими. Например, в компании АРМАТЭК для дисковых затворов серий в р ки о л б ая н зи р ко ем щ яю авл р уп стк и к о сун и р «Эксклюзив» и «Эксклюзив–М» применяются резинометаллические вкладыши. а д ви Износостойкие резинометаллические вкладыши увеличивают надежность и е ж и н т хи д о п чег о аб р ресурс дисковых затворов, помогают им выдерживать повышенные давление и к о сун и р тка о п ятс ен м и р п ует и м р о ф я себ температуру. Такие затворы применяются в горячем водоснабжении, при твм ед ср о п г то уат перекачке агрессивных сред, содержащих абразивные включения и других й о учн р ая утчн еж м о р п е сл о п х ы скутвен и сложных условиях. 34 Для защиты от агрессивного воздействия рабочей среды корпус и диск я ван о и егул р ста о р п м ы стян о п ту м ар ятс ен м и р п снаряжают дополнительной защитой, снаружи и изнутри наносят эпоксидное а л сед с ктеи хар к о сун и р покрытие. Эпоксидное покрытие предохраняет дисковый затвор от влияния ус п р ко а зд со уска о р п ту м ар погодных условий снаружи и агрессивных (сред) испарений изнутри. яе тавл со й вы ско и д Используют евя ц ан л ф ти кы ер п полную ен твл зго и футеровку корпуса т ен ц и эф ко и диска, покрывая е авкы л п о их к о р и ш фторопластом, резиной и другими материалами. д во и р п Специальными покрытиями может быть защищена поверхность диска. ы часто ьта езул р часто ться и б о д н ап кл Использование гуммированных (с резиновым покрытием) и футерованных (с ке сун и р полимерным покрытием) дисков позволяет эксплуатировать затворы в а п ти к о сун и р и ен ащ зр во ует и м р о ф а б о сп агрессивных средах или пищевых средах, крайне чувствительных к материалам, м ы н д ви о ар ш ет м и ы ван о утер ф с которыми они контактируют. Если при изготовлении дисков можно применять ья ал о и кц ун ф ы ан р еб м м ер б со м ги р уп углеродистые стали вместо легированных, можно снижает стоимость дисковых ествап ущ м и р к о сун и р и ен авл д к о сун и р ы ято егул р затворов без ухудшения их эксплуатационных параметров. я н о тац м и Гуммированные и футерованные диски использованы в дисковых затворах и сечн производства е и ы ткр о й ж ви д о еп н компании туы м ар качеств АРМАТЭК серий «Универсал», ке сун и р «Стандарт», «Эксклюзив» ы часто м ы н д ви о ар ш Тщательно отполированная сферическая рабочая поверхность диска н ап кл твеи со вй о л си обеспечивает хорошую герметичность, меньший момент, необходимый для е вы то и аф гр счет я и ен авл р уп поворота диска, а также продолжительный срок службы уплотнения. и течн я н о тац м и стью н щ о м л кан Дисковые затворы создают небольшое гидравлическое сопротивление т ен ц и эф ко у етр ам и д м о угл потоку, обладают высокой герметичностью перекрытия потока в обоих в со зи ан тр я ачеи зн ы ан р еб м направлениях, не требуют дополнительных прокладок в местах присоединения сь о вн екти эф к о сун и р ат ш евы р п ы ван о утер ф е л о б к трубопроводу, не требуют дополнительной смазки рабочих частей, ухода и ти кы ер п е вы ско и д я чн ти р квад регулировки. ст зави Дисковые поворотные затворы позволяют соединить в одной конструкции с ктеи хар х н о ал б счет две основные функции трубопроводной арматуры: регулирующие и запорные. н ставл ед р п я гател ви д х и ущ ж р о етал м Область применения дисковых затворов ограничена их конструкцией, которая а ед ср й и сац ен п м ко я и ен авл р уп м щ ваю ты учи н ставл ед р п плохо приспособлена для работы при средних и высоких давлениях рабочей х и ущ ж р о етал м ем щ яю авл р уп ты о аб р среды. вя ко ап ц Преимущества дисковых затворов: естах м н ставл ед р п 35 Дисковые затворы можно применять на трубопроводах с большим т яю н л о п вы х ы ер ж н и тм вр о п диаметром; Затворы легко и просто монтируются и ремонтируются. Элементы г о ям р п я и ен авл р уп й и еш вн ткв о п уплотнения заменяются весьма быстро. Это можно сделать без демонтажа ан кр ы часто н ставл ед р п изделия; Затворы очень просты в эксплуатации; н ап кл е тако етс явл Затворы не нуждаются в постоянном уходе; сь уктво д н и е этап Отсутствуют мест скопления грязи; чн и увел и уц стр н ко д во и р п Простота конструкции, малое количеством деталей; Малозначительные значения гидравлических сопротивление. Небольшие габариты и малый вес. ке сун и р а вд п о уб тр ем щ б о та ен о м х вы о н и кл чей о аб р Недостатки дисковых затворов: й тр ко Затруднение получения расчетных пропускных характеристик, если ать р б д о п чск и техн ться и б о д эксплуатировать дисковый затвор в качестве регулирующей заслонки; сью о у м о д каж м и ен суж я и учен л о п т схд и о р п Дисковые затворы, полностью исполнение из метала (уплотнение с ктеи хар у етр ам и д е сл о п метал) обладают низким уровнем герметичности; естах м т ен о м чей о аб р Ухудшенные гидравлические характеристики затвора в открытом к о сун и р положение. Диск в открытом положение заслоняет проход корпуса. За счет этого чи о аб р ти со ст о еж л ад н и р п е о чн асти эл х вы о н и кл а д ухо происходит ухудшение гидравлических сопротивлений. Очистка трубопровода м таки ьо тел и авн ср к о сун и р механическими устройствами затруднена; е ы чн и азл р ая н вд п о уб тр Необходима установка редуктора для управления дисковым затвор, учета зкая и н учаях сл если он установлен трубопроводе большого диаметра. авго ед н ка ел тд о м ы н д ви о ар ш 2.2. Классификация дисковых затворов к ж и в зад 1)По типу присоединения к трубопроводу [3]: фланцевые,под приварку, вй ети р ко й вн и л п то та ен о м муфтовые; межфланцевые (стяжные). н зако к о сун и р 2) По материалам уплотнения в затворе:эластичное уплотнение, металл по я и ен ащ вр м о б ю л к о сун и р ч и ал н металлу. 36 3)По типу привода: электрический, пневматический, гидравлический, и ен авл д х ы тен о асм р ую ен л ш ы м о р п ручной, ручной с редуктором, под дистанционное управление. е тн о л уп к о сун и р к о сун и р 4) По исходному положению запирающего (регулирующего) элемента учета х еты р н ко т ен о м (затвора): Нормально открытый, при прекращение подвода энергии, создающее ую н р о зап ы часто вая чи есп б о перестановочное усилие, затвор открывается; с й ф тер н и д во и р п м ы н д ви о ар ш Нормально закрытый, при прекращение подвода энергии, создающее ы чн етр м си ах вд п о уб тр ес л ко перестановочное усилие, затвор закрывается. я н р о зап ь гател 5) По функциональному назначению: запорный, регулирующий; запорно – ы часто а хд о р п я вн и аж сгл регулирующий. ческ м хи 2.3. Конструктивное исполнение дисковых затворов ок сун и р Дисковые затворы по то и агн м ая общ конструкции «диск-уплотнение» могут г то м ы ткр о изготавливаться в следующих вариантах:cсимметричным диском;с одинарным ь ел си тн о азч н ед р п е вчы о р си н ал эксцентриситетом; с двойным эксцентриситетом; с тройным эксцентриситетом я ен м и р п ат ещ вм со х м о ектр эл [3]. 2.3.1. Дисковый затвор с симметричным диском. ы ор затв Рассмотрим затворы с симметричным диском. Дисковые затворы с ст го уса п р ко счет симметричным диском имеют в своей основе эластичный элемент уплотнения т ю ад л б о е о ал м ятс ен м и р п ту м ар туы м ар (вкладыш) и диск в различных исполнениях (металлический или с полимерным к о сун и р ст го ен ш вы о п й и еш вн покрытием). Тип присоединения к трубопроводу – межфланцевый (стяжной)[11] етс явл яц л ти вен й б со . Конструкция затвора с симметричным диском изображена на рисунке 11. еи тн о л уп к ж ви зад т ен о м 37 Рисунок 11 - Конструкция затвора с симметричным диском м ы н й о тр и н е д хж о р п ус п р ко Конструкция представляет собой помещенный в корпус из короткого в о б и р п уса п р ко ы н о ьф л си отрезка трубы диск, который вращается на валу. Ось вращения диска пересекает ь л во м ы ар н и д о сть н щ о м сть н щ о м я и н щ м ер п ось уплотнительного седла. Угол полного поворота равен 90 градусам. При скат ер п тка о п з и ехан м к ж ви зад положении диска вдоль корпуса, поток почти не испытывает сопротивления при к о сун и р я ц ф аси кл к ж ви зад ату м р ческ м хи прохождении через затвор. м аго ш Устанавливают дисковые затворы д во и р п с ю азчеи н симметричным диском ска и д в трубопроводах с низким давлением. ы часто ьта езул р Затворы поворотные с симметричным диском от других, широко и ен ж л о п й чско гти ер эн ьта езул р применяемых типов трубопроводной арматуры, выгодно отличают следующие а п м ко ас кл я ван о и егул р преимущества: ту м ар • малый вес; • малая строительная длина; тка о п м ы н й о тр • герметичное перекрытие потока в обоих направлениях (класс А) по ГОСТ е о авн гл я ен м и р п я себ я д каж Р 54808-2011; • ремонтопригодность; • устойчивость к средам с содержанием механических примесей; тай н ко тка о п ы м аво ер н • высокая пропускная способность; й вы ско и д ая ускн о р п • запорная и регулирующая функция. ен ж л о д Значительным шагом вперед в развитии дисковых затворов стало а п ти ьт л во м о теьн и л д яетс авл р уп й и еш вн расположение диска с эксцентриситетом. В этом случае ось, вокруг которой сть н ж зм во происходит вращательное ту м ар движение ти кы ер п д во и р п диска, я ен ж ви д смещена чск и техн относительно у п ти 38 своего«классического» положения » (когда она пересекает ось уплотнения) [9]. е о азн ф л чи есп б о и н екащ р п Эторешение помогло устранить трение уплотнительных поверхностей как ть ы б ы тем си м о п в момент начала движения диска, так и в момент прижима. Это делает более й вы ско и д ятс ен м и р п ти со м ы н д ви о ар ш ю еи авн ср плотное прилегание и гарантирует уплотнение затвора, а, следовательно, и его ар уд й ы о хр н аси ть ы б протечки. Выход диска из этого контакта происходит уже при минимальном угле чскя и ехан м к ж ви зад я ен л б со и р п всей открытия. При возвращении диска в положение «Закрыто» снова обеспечивается сью о те о аб р м о п м это ен м и р п очень высокая, вплоть до класса A, герметичность. Дисковые затворы е ягки м я и ан ж ер д о п ти кы ер п изготавливаются с одинарным, двойным и тройнымэксцентриситетом. Первый вть азы н эксцентриситет е гам о р п вал и сац ен п м ко уплотнительных ти со вращения поверхностей ы ято егул р диска седла. (1) Вал смещается ве сн о вращения н часто г о хр н аси относительно еты м ар п диска смещается относительно центра оси трубопровода (2). Это первые два эксцентриситета. к атчи д м о п ту м ар Третьим является наклон вершины конуса уплотнительной поверхности в к о л б т яю н л о п вы ста вещ й ен ж л о асп р сторону осевой линии трубопровода(3). чег о аб р ет м и 2.3.2. Дисковый затвор с одинарным эксцентриситетом м ы ан д т оен м я ен м и р п Дисковые затворы с одинарным эксцентриситетом представляют собой м и хд б ео н ен твл зго и яем авл р уп промышленную арматуру, предназначенную для полного открытия или вам н сти о д й о тн и защ ка сун и р закрытия движения потока. Их можно применять и для регулирования потока вй ето сб х часто г вн о усл рабочей среды. При длительном применении в режиме регулирования нельзя я себ ы чн етр м си еи яж р ап н а кб ц гарантировать 100% герметичность затвора при закрытии [12] а ед ср й н вд п о уб тр я и ен авл р уп В конструкции затвора одинарный эксцентриситет (рисунок 12) – ось й ьш л о б чатся и увел а вд и п о ектр эл управляющего вала не совпадает с осью уплотнения. ска и д т ен о м н ж зм во Рисунок 12 – Дисковый затвор с одинарным эксцентриситетом д кун се ан гл со й б со 39 Рабочий орган (диск) закреплен на управляющем валу и цапфе, которые ты о аб р т о см зави ет ж о м т о см зави уска о р п установлены в самосмазывающихся подшипниках скольжения. Вал уплотнен с х м о ектр эл помощью уплотнительного кольца круглого сечения (рисунок 13). р затво сь уктво д н и cd ath m й о учн р е вы ско и д Рисунок 13 – Вал затвора с одинарным эксцентриситетом к о сун и р Цапфа уплотнена плоской безасбестовой прокладкой (рисунок 14). ы р затво г о н м ер п ы н д хо ер п Уплотнение прилегает к конической поверхности седла и совместно с диском к ж ви зад м вед уск п ваку и р п чскм и техн дожимается давлением, которое развивает рабочая среда, в седло, за счет этого е о вн акти е ы тн и р габ м н р о зап е вы ско и д достигается абсолютная герметичность в этом направлении. В противоположном х о л п й вы ско и д к о сун и р направлении герметичность ограничена. ста о р п чск и ехан м Рисунок14 – Уплотнение дискового затвора с одинарным эксцентриситетом тка о п чн и л уве Дисковые затворы с и е тн о л уп одинарным й ы м усти п о д м это эксцентриситетом в т сче основном изготавливаются из чугуна и углеродистой стали. я себ я ен м и р п с ктеи хар К достоинствам затворов с одинарным эксцентриситетом можно отнести е ы чн и азл р и л ы б т вю азы н малые габариты и массу, отсутствие необходимости технического обслуживания ауы р п тем атя ещ см ы часто учаи сл , высокая ремонтопригодность, достаточно большой срок службы (10 – 15 лет), н ставл ед р п гю р уп чей о аб р низкая стоимость. ен м и р п е и ьш л о б 40 2.3.3. Дисковый затвор с двойным эксцентриситетом я ен собл и р п Дисковые затворы с двойным эксцентриситетом представляют собой ь чен о е ы чн и азл р чск и тр м гео промышленную трубопроводную арматуру, предназначенную для полного уск вп асть л б о я гател ви д открытия или закрытия движения потока. Их можно применять и для чая ю вкл а д ви и течн регулирования расхода рабочей среды. При длительном применении в режиме ает ж л д о р п чей о аб р узки агр н сти хн вер о п еи тн о л уп регулирования нельзя гарантировать 100% герметичность затвора при его я ван о скат ер п е о вн акти закрытие [12]. я етн р б зо и Конструкция дискового т о см зави ы н д хо ер п затвора с двойным эксцентриситетом к о сун и р представлена на рисунке 15. В его конструкции ось управляющего вала не ет м и а ед ср г о азн ф совпадает с осью уплотнения диска (1) и ось управляющего вала не совпадает с м ы н й о тр вая то уф м г то осью потока (2). й щ ю и егул р г н л о п Рисунок15 -Дисковый затвор с двойным эксцентриситетом гю р уп я б се ьта зул е р Диск закреплен на управляющем валу и цапфе (рисунок 16), которые ем щ яю авл р уп е о авн гл ки н ы р ти со поворотно установлены в самосмазывающихся подшипниках скольжения. Вал ы м аво ер н н зако уплотнен с помощью сальникового уплотнения. м и ен суж ы тем си сти хн вер о п Рисунок 16 -Вал затвора с двойным эксцентриситетом у тве со Цапфа уплотнена плоской безасбестовой прокладкой (рисунок 17). ты о аб р ю и сац ен п м ко о аун р п тем е авкы л п о я гател ви д Уплотнение прилегает к конической поверхности седла и совместно с диском ан кр х еьы и тн о л уп и вам й о устр 41 дожимается давлением, которое развивает рабочая среда, к седлу, за счет этого ан гл со ы часто г н л о п е о ал м ен аж р б зо и достигается абсолютная герметичность в этом направлении. В противоположном ц и л таб е о вн акти ватьн о ед сл е вы ско и д направлении герметичность ограничена. а п ти Рисунок 17 - Уплотнение дискового затвора с двойным эксцентриситетом кх д и ж ьзн л яе х ьы е и тн о л уп У дисковых затворов размером DN 80-125 главное уплотнительное кольцо и ен ащ зр во м еьы и тн о л уп х н о ал б ста о р п к о сун и р в корпусе закрепляется с помощью прижимного кольца (рисунок 18). ке сун и р а д во и р п я и уц стр н ко Рисунок 18 - Уплотнение дискового затвора с двойным эксцентриситетом с к о сун и р е б ги о р п чк и р е сф помощью прижимного кольца я гн о 2.3.4. Дисковый затвор с тройным эксцентриситетом ус п ор к астоы ч й отр к Дисковые затворы с тройным эксцентриситетом представляют собой ьо тл ен м и р п уся еб тр ую н о ьф л си промышленную трубопроводную арматуру, предназначенную для полного ы н и м тер я атн р б о х еты р н ко открытия либо закрытия движения потока рабочей среды. Также их можно е о азн ф м евы ьц л ко ы ям авл р еуп н я ц ф аси кл й вы ско и д применять для регулирования потока рабочей среды. При долгосрочном туе м ар применении в режиме т яю ел азд р чн и вел регулирования т ен о м нельзя гарантировать й ьы сал вер и ун к о сун и р данную герметичность. Затворы данного типа имеют в своей основе металлический диск тс ю явл atlb m ватьн о ед сл я и ен авл р уп с многослойным металлографитовым уплотнением и металлический корпус с ачеи зн асте зр во стй ви еы р п седлом из легированной стали. Тип присоединения к трубопроводу – фланцевый. ста о р п асп б о я н о тац м и 42 Конструкция затвора с тройным эксцентриситетом изображена на рисунке 25 с ктеи хар о вн еси агр ю и сац ен п м ко ы ц н ко е д хо вы [11]. Тройной эксцентриситет дискового затвора изображен на рисунке 19. Где м стян о п я и уц стр н ко часто первый эксцентриситет (1) ось управляющего вала не совпадает с осью ец ан л ф ти кы ер п ю и сац ен п м ко уплотнения диска, второй эксцентриситет (2) ось управляющего вала не е о чн асти эл яетс авл р уп ы ц и л таб х ы н вд п о уб тр совпадает с осью протока и третий эксцентриситет (3) ось конуса седла не н р о ап те о аб р ы ям авл р еуп н совпадает с осью протока. я н о тац м и а гд ко Рисунок19 - Конструкция затвора с тройным эксцентриситетом а д тсю о и е вл р ап н р затво Рисунок 20 - Тройной эксцентриситет дискового затвора ы часто Конструкция к о сун и р затвора с сть ж зм ево н тройным я б се эксцентриситетом обеспечивает ьта езул р чн и увел следующие: уменьшается момент открытия и закрытия затвора, за чет того что й ы атн р б о сти н ж зм во я тн р о аб л уплотнение затвора мгновенно отделяется от уплотнительной поверхности тка о п учаях сл р ы о в б корпуса, а при закрытие затвора прикасаются непосредственно перед закрытием. ы ям авл р еуп н г тр ко я и сац ен п м ко я ачеи зн Также за счет этого открытие и закрытие происходит с минимальным трением ью щ м о п ен м и р п й ческо м хи м евы ьц л ко ческ м хи уплотнительных поверхностей, и следовательно увеличивается срок службы. е ти ы закр м и хд б ео н г о хр н си Затвор обеспечивает герметичность в обоих направлениях. й о н м ер п а гд то тг р ко 43 ВЫБОР 3. ОБОРУДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК я а в то ф у м И я и н зад РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ н ап л к Подбора надежной и долговечной трубопроводной арматуры, в нашем atlb m ть ы б т ен о м случае дискового затвора, на сегодняшний день не теряет своей актуальности. с ктеи хар а д тсю о ватьн о ед сл и уж ар сн Ведь именно от работы качественного, удобного в эксплуатации и ремонте х ы ж б о тр ен ц чн и вел я и чен ю кл д о п затвора зависит эффективность функционирования целой системы газо-, нефтиatlb m х м о ектр эл к о сун и р о ьн аел тщ ве сн о , водо-, и теплоснабжения [13]. е ы н хд о р п Наиболее сильно на выбор затвора влияют физические свойства рабочей й щ ю и егул р ь м и сто качеств с ктеи хар авго ед н среды (потока), которая будет проходить через затвор в открытом состояние. ат ш евы р п ткм о п тс яю ен м и р п ачеи зн Рабочая среда определяет материал, из которого будет изготовлен поворотный ти кы ер п я чн ти р квад ск и д е вы ско и д ь ал н и ц п о диск и внутренняя поверхность затвора. Так, например, для пищевых продуктов я и уц стр н ко а гд то е вчы о р си н ал к о сун и р используют затворы, элементы которых изготовлены из нержавеющих сталей и о б и л й вы ско и д ы н ер м и л о п специальных полимеров, химически инертных к подаваемому продукту. Для я ставл ед р п м ы ткр о ту м ар работы в условиях повышенной запылённости, необходимо использовать ь ел н о м ен м то к о сун и р затворы специального взрывобезопасного исполнения. н зако еьы и тн о л уп ты о аб р Не менее важный фактор, который влияет на выбор затвора, это рабочее г стян о п й н д о ы часто ется м и ю еи авн ср давление материала. Для дисковых поворотных затворов, используемых для г о хр н си ьк л то уска о р п работы с сухими сыпучими продуктами, давление обычно не превышает20.265 ы ям авл р еуп н у этм о п тка о п я ан д кН∙м2, поскольку на продукт действуют только силы тяжести. Если ьта езул р уск вп ту м ар предполагаемое давление превышает это значение, следует рассматривать я и ан зд со ту м ар ти со ста о р п х еьы и тн о л уп поворотные дисковые затворы, имеющие чугунный корпус. й о еж ад н я н вакум чк и ер сф Геометрические параметры также являются существенным критерием г то х ы ер ж н и я и ен ащ вр выбора. Основным из них является условный диаметр проходного сечения вм о н я ти кы ер п тс яю ен м и р п чей о аб р дискового затвора (ДУ, DN), который выбирается из нормализованного я и н ел азд р с ктеи хар размерного ряда ДУ100, ДУ150, ДУ200, ДУ250, ДУ300, ДУ350 и ДУ400мм. В ар уд ья ал ц н и р п и ен ж л о п м ер б вы я и сац ен п м ко н ж зм во соответствии с выходной горловиной бункера (силоса), подбирают наиболее ьу скл о п стй ви еы р п ство ущ м еи р п подходящую форму монтажных фланцев. и сац ен п м ко а п м ко ке сун и р В заключении, остаётся определиться с желаемым типом привода, который м и ьш л о б ается р и б вы е ж и н будет управлять работой дискового затвора. ь ел н о м го н ед ср я еи тн о л уп 44 Выбираем дисковый затвор фирмы ЗАО «АРМАТЭК». ЗАО «АРМАТЭК» н й о тр к о сун и р д хо вы – ведущий производитель современной запорно-регулирующей и защитной ает ж л д о р п к ж ви зад с ктеи хар трубопроводной арматуры в Северо-Западном регионе, поставляющий свою сь уктво д н и а п м ко е п м ко продукцию на рынки России и зарубежья [11]. е тн о л п е щ б во Благодаря ства ущ м еи р п разнообразию и веки о р п универсальности представленного ассортимента продукция ЗАО «АРМАТЭК» нашла применение в различных е о вн акти н ставл ед р п ан кр областях современного нефтегазоперерабатывающей ы часто промышленного производства: ческ м хи и й часто нефтегазодобывающей ве сн о отраслях, к о сун и р теплоэнергетике, атомной, химической и металлургической промышленности, счет й о н к о сун и р системах водоснабжения и ТЭК. вй ети р ко ЗАО «АРМАТЭК» производит два типа дисковых затворов: х ы таж н о м ы м аво ер н в й о устр • с симметричным диском (Серии «УНИВЕРСАЛ»; «СТАНДАРТ»; ы етр ам и д твм ед ср о п «ЭКСКЛЮЗИВ»; «ЭКСКЛЮЗИВ-М»); а гд ко • с тройным эксцентриситетом (Серия «АТЛАНТ») с ктеи хар в о б и р п atlb m По каталогу фирмы ЗАО «АРМАТЭК» выбираем дисковый затвор м ы н й о тр ья ал о и кц ун ф р затво УНИВЕРСАЛ – 250. К нему предлагаетсяэлектропривод «МЭОФ». Мощность я и чн есп б о к о сун и р ается уд электропривода «МЭОФ»равняется 170 Ватт с номинальным крутящим ь м и сто ь ал н и ц п о ьт л во моментом на выходе 250 Н∙м.Время открытия затвора (поворот на 900) 63 сек. г вн о усл ет ж о м ту м ар Внешний вид УНИВЕРСАЛ – 250 изображен на рисунке 21. яац в ко п его щ яю авл р уп Рисунок21 - Внешний вид дискового затвора УНИВЕРСАЛ 250 е уктво д н и ткв о п ьо тл н е м и р п На кафедре электропривода и электрооборудования имеется оборудование к о сун и р к о сун и р аем р и б вы для лабораторного стенда, состоящего из асинхронных двигателей, двух х ы таж н о м н и д о центробежных вентиляторов, различных датчиков. и есл чей о аб р уск п й вы ско и д Выберем в качестве 45 исполнительного механизма трубопроводной арматуры асинхронный двигатель ая укн стр ы чн етр м си ь ел си тн о к о сун и р АИР 56В4У2мощностью 180 Вт. Для достижения требуемого крутящего момента на выходном звене ЭП и ватьн о ед сл й о учн р ту м ар обеспечения требуемого времени открытия затвора 40…63 необходимо выбрать ю и сац ен п м ко в о б и р п е н ай кр редуктор.Выберем червячный о н м ер п е сл о п редуктор тг р ко Ч2-40/63М1 й ы асчетн р с н зо ап и д передаточным отношением1600. Момент на выходу редуктора равен 244 Н∙м[14]. м о б ю л а д во и р п Габаритные и т ен ц и эф ко м о угл присоединительные размеры ято егул р и есл редукторов Ч2-40/63 е н ай кр представлены на рисунке 22. Рисунок22 -Габаритные и присоединительные размеры редукторов Ч2-40/63 ь л те звд и о р п х ы ал м ск че и м авто 3.1. Расчет и определение параметров двигателя дискового затвора о ем я сл и ч ы в ту м ар еи отн л уп от см и зав зуетя ь ол сп и 3.1.1. Определение параметров Т – образной схемы асинхронного ан р к двигателя АИР 56В4У2 ет ж о м я ти ы к ер п Справочные технические данные асинхронного двигателя АИР 56В4У2 й ен ж л о асп р яет звл о п а м р о ф приведены в таблице 1. ы часто Таблица 1 – Технические данные АИР 56 В4У2 е ягки м КПД(η), cosφ, Iпуск/ n0, й вы ско и д ть ш завы Мпуск/ Mмакс/ Ммин/ J, Pном, nном, кВт об/мин об/мин % о.е. Iном Мном Мном Мном кг∙м2 0,18 1350 0,67 5 2,2 2,2 1 0,0008 ы н д хо ер п 1500 м еьы и тн о л уп х о л п 56 чя о аб р ую атн р б о Для расчёта характеристик асинхронного двигателя, как правило, чей о аб р части а хд о р п пользуются его математической моделью, которая в общем случае представлена веки о р п это й тр ко я ан д 46 различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных чскя и ехан м ь ел д н и п ш ы ято егул р расчётов асинхронного двигателя является Т - образная схема замещения у этм о п счет а п ти ктеу хар е ы тн и р габ (рисунок 23) [15]. I 2' I 1 U1 j ' R X 2 j I0 E2' j X j X1 j R1 E1 Em R2' s Рисунок23 - Схема замещения асинхронного двигателя й н е ж л о асп р м ы н й во д ы часто На рисунке приняты следующие обозначения: го ш ей ьн ал д ческ и м авто ы р затво Uj– фазное напряжение статора; ы ан кр R1– активное сопротивление обмотки статора; учаев сл е уктво д н и X1σ–индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора; е о чн асти эл ства ущ м еи р п ек ж ви зад I1– ток обмотки статора; и км гай E1– ЭДС обмотки статора; R’2–активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке ткв о п ято егул р те со вы чег о аб р ск и д статора; X’2σ– индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведённое ться и б о д ст о еж л ад н и р п чско и техн к обмотке статора; ю ен зм и Em– ЭДС от главного магнитного поля машины; о хр н аси к о сун и р E’2– ЭДС обмотки ротора, приведённая к обмотке статора; д секун й ен ж л о асп р ки н ы р I0– ток холостого хода асинхронного двигателя; есв ц о р п у этм о п г о хр н аси s – скольжение. Основные уравнения г то асинхронного двигателя, соответствующие я р д аго л б кая со евы н выбранной схеме замещения: о н д ви Синхронная угловая частота вращения: я и уц стр н ко 0 n0 30 у м н д схо и 1500 157,08 рад/ с. 30 Номинальная частота вращения: м стян о п 47 н (1 sн ) 0 (1 0,10) 157,08 141,372 рад/ с. Ток холостого хода асинхронного двигателя: я етн р б зо и чн и вел ю азчеи н 2 2 1 sн 1 0,1 2 I pж I1н 0,64 0,75 0,727 1 рж sн 1 0,75 0,1 I0 0,524 А, 1 0,1 1 sн 1 0,75 1 рж 1 0,75 0,1 1 рж sн 2 11 где pж 0, 75 - коэффициент загрузки двигателя. е ы ктвн о и ад р о н м ер п Номинальный ток статора: и есл I1н Pдвн 1000 0,18 1000 0,67 А. 3 U1н cos н н 3·220·0,67·0,56 Номинальный момент двигателя: ен м и р п Рн Pдвн 1000 н а гд ко 0,18 1000 1,273 Н м. 141,372 Ток фазы статора при частичной загрузке: ы ум еб тр I11 pж Pдвн 0,75 180 0,64 А . 3 U1н cos z z 3 220 0,612 0,522 Коэффициент мощности при частичной загрузке, принимаем согласно: й часто е о вн акти е вчы о р си н ал cosz cos cosz 0,67 0,058 0,612. Коэффициент полезного действия при частичной загрузке, принимаем ьт л во г то у м о д каж стй ви еы р п гут о м согласно: z z 0,56 0,038 0,522. Активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке статора о теьн и л д ь ел н о м сь уктво д н и стй ви еы р п асинхронного двигателя: R ' 2 3 U1ф 2 (1 sн ) 1 2 mk Pн с1 ( ) sk 2 3 2202 (1 0,1) 1 2 2,2 180 1,072 (1 ) 0,555 51,246 Ом. 2 Определим коэффициенты: ям си твер о ет м и с1 1 I0 0,524 1 1,072. 2 ki I1н 2 5 0,727 Критическое скольжение: к о сун и р 48 kmax kmax 2 (1 2 sн (kmax 1)) 2,2 2,22 (1 2 0,1 1 (2,2 1)) sк sн 0,1 0,555. 1 2 sн (kmax 1) 1 2 0,1 1 (2,2 1) где ( ) - коэффициент, значение которого находится в диапазоне 0,6 - 2,5, кй со вы туы м ар чскя и ехан м принимаем ( 1). Активное сопротивление статорной обмотки можно определить по я н о тац м и я и ан зд со у етр ам и д следующему выражению: а гд о н и а гд то R1 с1 R2' 1,072 51,246 1 54,943 Ом. Определим параметр который (γ), ы р затво позволит найти я ачеи зн индуктивное г о хр н аси сопротивление короткого замыкания ( X к ): скат ер п 1 1 2 2 1 1,498, 2 2 s 0,555 к тогда: X кн с1 R2' 1,498 1,072 51,246 82,297 Ом. Индуктивное сопротивление статорной обмотки может быть определено ы н и м тер тки м б о к о сун и р е ти ы закр й щ ю и егул р по следующему выражению: е п м ко X1н 0,42 X кн 0,42 82,297 34,565 Ом. Индуктивность обмотки статора, обусловленная потоком рассеяния, в ем уд б х ы ж б о тр ен ц узки агр н номинальном режиме: ая теьн и л д L1н е тако X 1н 34,565 0,11 Гн. 2 f1н 2 50 Индуктивное сопротивление роторной обмотки, приведённое к статорной, м ы н й о тр е яж ар сн ватьн о ед сл может быть рассчитано: я ц ф аси кл X 2' н 0,58 X кн 0,58 82, 297 44,52 Ом. с1 1,072 Индуктивность обмотки ротора, обусловленная потоком рассеяния, в ту м ар у б о сп м н д хо вы номинальном режиме: г о н м ер п L'2 н еги чско авл р д X 2' н 44,52 0,142 Гн. 2 f1н 2 50 По данным значениям С1, R’2, XKH определим критическое скольжение: к о сун и р й тр ко сь уктво д н и 49 C1 R2' sk1 R12 X кн2 1,066 2,164 2,1642 48,9692 0,555. Если рассчитанные значения sк1, sк не равны, то необходимо внести е уктво д н и сь уктво д н и ас кл поправку, которая будет находится в диапазоне 0,6 - 2,5. ту м ар я и ен авл р уп е ы тн и р габ Согласно векторной диаграмме ЭДС ветви намагничиванияЕ1, наведённая с о р аб н ьт л во т ен о м потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме, равна: м ы н й во д а зд со ен м и р п ен твл зго и Е1 (U1н cos н I1н R1 ) 2 (U1н sin н I1н Х 1н ) (220 0,67 0,727 54,943) 2 (220 0,742,727 34,565) 175,06 Тогда индуктивное сопротивление контура намагничивания: ы часто X н ято егул р ки н ы р E1 175,06 333,777 Ом. I0 0,524 Результирующая индуктивность, обусловленная магнитным потоком ктеу хар у б о сп чем и ал н воздушном зазоре, создаваемым суммарным действием токов статора cd ath m й ы ал м стй ви еы р п (индуктивность контура намагничивания): е тсуви о и уц стр н ко L н Xн 2 f1н 175,06 1,062Гн. 2 50 Проверка адекватности расчётных параметров двигателя: ая н зи р ко ы н д хо ер п ус п р ко При найденных параметрах рассчитываются значения номинального его щ яю авл р уп е сл о п ства ущ м еи р п электромагнитного момента двигателя Мэм.н; М*эм.н: х о л п М эм.н1 2 3 U1фн R2' ' 2 R R1 R2' 2 2 0 sн X кн R1 sн sн X 2 Н м. 3 2202 51,246 2 51,246 54,943 51,246 2 157,08 0,1 82,297 54,943 0,1 0,1 333,777 М *эм.н2 1,411. L 3 2 zp 2н 2 I1н I 02 ' 2 ( L L2 ) 3 1,062 2 0,788 2 0,727 2 0,5242 1,485Н м, 2 (1,062 0,142) 50 где, 2н 2 I 0 L 2 0,524 1,062 0,788 Вб. Должны выполняться условия: ю еи авн ср стью н л о п М дв.н М эм.н1 1.1 М дв.н 1,273 1,411 1,401 Н м, М эм.н1 М эм.н2 1,411 1,485. По результатам расчёта эти условия выполняются. чско и техн й чско гти ер эн к о сун и р Таблица 2 – Параметры схемы замещения АИР56ВУ4 д во и р п Rs 54,943 еа м и р п а б о сп 3.2. Расчет Rr Ls Lr 51,246 0,11 0,142 и построение ы н ход ер п еи ач зн Lm 1,062 ы н д хо ер п естественной механической и электромеханической характеристик. м ги у р д Рассчитаем и построим естественную механическую характеристику [15]: сть о еж ад н М (r ) к о ун ан ти 2 3 U1фн R2' 2 0 r R2' 2 0 [ Х кн R1 0 r 0 0 R1 R2' 0 r Х 0 2 ] ; r (0 0,0001),(0 2).. а; Рассчитаем критический момент двигателя по его рассчитанным счет ю еи авн ср кй со вы параметрам: М эмк 2 3 U1фн R2' R' 2 0 sкр Х кн R1 2 sкр 2 R R' 1 2 sкр Х 2 3 2202 51, 246 2 2 51, 246 54,943 51, 246 157, 08 0,525 82, 297 2 54,943 0,525 0,525 333, 777 2,977 Н м; Критический момент по паспортным данным рассчитывается по формуле: уса п р ко ж ви д о еп н вется ачи р б о ус п р ко к о сун и р M кр M ном kмакс 1,273 2,2 2,801Н м. Момент пусковой: M п М ном kп 1,273 2,2 2,801 Н м . 51 рад/ с 0 150 М эмн н 100 кр М эмк 50 М Мп 0 1 3 Н м 2 Рисунок24 - Естественная механическая характеристика я и н тващ о д е р п к о сун и р ан ти асинхронного двигателя к о сун и р Рассчитаем и построим естественную тка о п г о сер электромеханическую характеристику: I1(i ) I 02 I 2' (i )2 2 I 0 I 2' (i ) sin 2 ; sin 2 (i ) Х кн ; R 2 2 (R )2 Х кн 1 i 0 0 I ( ) - значение приведенного тока ротора от скольжения; 2 д хо вы I 2' (i ) м ы н й во д ь ел си тн о U1н ' R R2 1 0 i 0 2 R R2' 1 X2 кн i 0 X 0 2 ; i (0 0,0001),(0 2)..0. По вышеприведенным s fo an d формулам рассчитывается естественная й ьы ал и м о н я ен ж ви д электромеханическая характеристика, приведенная на рисунке 25. сть ж зм ево н 52 рад/ с 150 н I1 f ( ) 100 50 I 2' f ( ) I 2' (н ) I I0 I1н 0 1 2 A Рисунок25 - Естественная электромеханическая характеристика в со зи ан тр м е щ яю авл ту м ар асинхронного двигателя й чско и хан е м 4. вй о угл СИЛОВОЙ КАНАЛ ЭЛЕКТРОПРИВОДА атя в и ч обесп 4.1. Обзор систем управления его щ ю р и зап и н часто способов регулирования тка о п электропривода Силовая преобразователь частоты с инвертором напряжения приведена на тка о п й тр ко чск и ехан м рисунке 26. Силовая часть преобразователя частоты состоит из следующих е уктво д н и ческ и м авто с ктеи хар м н р о зап ья ал о и кц ун ф элементов[15]: 1. Неуправляемы выпрямитель, который формирует пульсирующее качеств я гн о ая ген о и кр твеи со выпрямленное напряжение; 2. Промежуточная цепь, которая представляет фильтр, содержащий ьк л то е тн о л уп я и уц стр н ко конденсатор, предназначенный для сглаживания выпрямленного напряжения. к о сун и р м ы н яр скал н ставл ед р п 53 ИндуктивностьL представляет собой коммутационный дроссель, в цепи ьзя ел н й вы ско и д ке сун и р постоянного тока; к о сун и р г о азн ф Инвертор, который формирует напряжение необходимой амплитуды 3. м вы о н и кл я и н щ м ер п р б яо атн и частоты; ует и м р о ф Блок торможения, который состоит из силового ключа (транзистор) 4. чег о аб р ек ж ви зад е ягки м и нагрузочного резистора. Резистор может быть встроенным в ПЧ или внешним та ен о м ьта езул р и ан п м ко й и сац ен п м ко у н р сто . Рисунок 26 – Схема силовой части преобразователя частоты с инвертором напряжения ути п у б о сп й ы атн р б о й н часто Выходной каскад инвертора выполняется в видеIGBT – транзисторов и чск и тр м гео ен ш вы о п м вы о н и кл методом ШИМ осуществляется преобразование постоянного напряжения в счет ы часто в каучо систему переменного трёхфазного напряжения. стачн о д ы ан кр и уц стр н ко 4.2.Выбор преобразователячастоты сти хн ер ов п е п ом к Главным недостаткомасинхронного электродвигателя до недавнего я д каж времениявляласьсложность и неэффективность регулирования их частоты к ж ви зад й н д хо вы ки п о захл ем щ б о г н часто вращения.Плавное регулирование двигателей с короткозамкнутым ротором ы еьн л ар п тки м б о в ско и д было практически невозможно. При этом регулирования частоты вращения была вется ачи р б о г н л о п узки агр н й ческо м хи 54 особенно важно для приводов механизмов, которыеприменялись для изменения м аво ер н н ап кл ство н и ед я и уц стр н ко м ы н й во д расходов и работающих с переменной нагрузкой [16]. тай н ко Благодаряразвитиюсиловой полупроводниковой и микропроцессорной тка о п г о н м ер п ьзя ел н техникиудалось создатьустройства частотного регулирования электроприводов и уц стр н ко с ктеи хар к о сун и р тка м б о ар уд с асинхронными двигателями. тка о п Преобразователь частоты (ПЧ) в электроприводе является силовым р о б вы к о сун и р ы часто регулятором, на вход которогоподаются нерегулируемые значения напряжения века о р п тка м б о х ы тр еко н U1 и частотыf1, а на выходе обеспечиваются регулируемые значения е ягки м твеи со ы ан кр этихнапряженияU2 и частоты f2 в зависимости от задания и управляющих етс явл х еьы и тн о л уп а стян о п сигналовUу. тай н ко м о теьн и л д Эти устройства позволяютэкономично и точно управлять скоростью и т ен ц и эф ко к о сун и р чей о аб р моментом двигателя. х еьы и тн о л уп Частотно-регулируемый привод (ЧРП) тки м б о состоит чя о аб р из асинхронного электродвигателя М и преобразователя частоты ПЧ (рисунок 27): м ы н д ви о ар ш е вы то и аф гр ьт л во Рисунок27 - Общая структура частотно регулируемого электропривода й ьы сал р ве и ун а щ м р е п н ж ви д о п Асинхронногоэлектродвигатель приводит в движение рабочий механизм ва н сти о д е вы ско и д чскй и ехан м ь н степ РМ (арматуру, вентилятор, конвейер и т.п.).На выходе преобразователя чег о аб р твеи со формируется электрическое напряжение с регулируемой частотой и амплитудой ти кы ер п е р затво ьта езул р вй ето сб . В результате чего преобразователь частоты управляет электрическим г ан зд со м н д хо вы чк и ер сф двигателем. При изменении частоты вращающегося магнитного поля, создаваемого я ван о и егул р й тр ко ет ад вп со статоромдвигателя, происходит регулирование частоты вращения ротора ьтам езул р ю тавл зго и я ен м и р п ю еи авн ср а д тсю о асинхронного электродвигателя. а ед ср 55 В наиболее распространенном частотно-регулируемом приводе на основе сью о кая со евы н асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором применяют два вида м н д хо вы ту м ар я ц ф аси кл чей о аб р управления – скалярное и векторное. ы часто я ен ж ви д При скалярном управлении одновременно изменяют частоту и амплитуду етс явл ает ж л д о р п т и звл о п напряжения подводимого к двигателю. е ьзван л о сп и Преобразователь частоты состоит из системы управления, выпрямителя и ы н д хо ер п у н р сто сь уктво д н и шины постоянного тока. Входное синусоидальное напряжение с постоянной сти хн вер о п ти со я и н тващ о ед р п туы м ар к о сун и р амплитудой и частотой выпрямляется в звене постоянного тока B, сглаживается г тр ко фильтромкоторый состоит из дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв. Затем и ан п м ко счет ах р яо л ти вен л кан чк и ер сф выпрямленное напряжениевновь преобразуется инвертором АИН в переменное узки агр н ы часто напряжениеизменённойчастоты р затво частотыfвых ства ущ м еи р п и и узки агр н счет амплитуды. Регулирование напряжения Uвыхосуществляется ы ято егул р в ь вател и м р о ф выходной чн и вел инверторе за счет вй ети р ко высокочастотного широтно-импульсного управления. ь ел д н и п ш учае сл Рисунок 28 - Структурная схема частотного преобразователя ы часто Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода ьта езул р г то ьзуетя л о сп и ы чн етр м си следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая и л ы б с ктеи хар ьо тл ен м и р п кауч ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу е сл о п полупериода ен м и р п су ктеи хар уменьшается. Таким я ен м и р п образом, ю ен зм и система еты м ар п управления е вд п о уб тр СУИ обеспечивает ШИМ напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя. н р о ап я тн р о аб л Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей кх й о астр н atlb m ус п р ко и л ы б синусоидальной функции. Таким образом, на выходе преобразователя частоты г н р о зап чатся и увел азч н ед р п 56 формируется трехфазное переменное напряжение изменяемой частоты и м и л ед р п о м ы н й о тр чск и ехан м амплитуды. ьзват л о сп и ая теьн и л д Рассмотрим несколько вариантов преобразователей частоты. сью о 1.Micromaster 420 д во и р п и н л ед р п о Область применения: твм ед ср о п Преобразователь MICROMASTER 420может использоваться для решения чей о аб р к о сун и р многочисленных задач, требующих применения приводов с изменяемыми кх й о астр н етс явл л кан етр ам и д скоростями вращения. Более всего он подходит для использования в насосах, я и ен авл р уп вентиляторах и ус п р ко ет уд б транспортерах. узки агр н к о сун и р Преобразователь отличается высокой а б о сп производительностью и комфортабельным использованием. Большой диапазон тс ю явл ы р затво и сац ен п м ко сетевого напряжения позволяет использовать его в любой части света. ья ал о и кц ун ф е д хо вы чск и ехан м Технические данные преобразователя Micromaster 420 представлены в таблице я и н щ м ер п чк и ер сф й ы о хр н аси 3[17]. и л ы б и ен авл р уп Таблица 3 – Технические данные Micromaster 420 уса п р ко Сетевое ческо авл р д ги напряжение с ктеи хар и диапазон 3 АС 380 В – 480 В ± 10% мощностей 0,37 кВт … 11 кВт Частота сети 47 Гц … 63 Гц ет уд б Коэффициент мощности ≥ 0,95 КПД преобразователя 96 а б о сп м ы н й во д м ы ан д Перегрузочная способность 1,5 Пусковой ток Не вет ы закр к ж ви зад выше расчетного входного ке сун и р тока(1,5 А, при мощности 0,37) г ан зд со Законы управления Линейная асте зр во й ы м и хд б ео н зависимость U/f; квадратичная зависимость U/f; прямое ьзя ел н управление еть м и ство н и ед потоком (FCC), параметрируемая зависимостьU/f. ы ям авл р еуп н Последовательный интерфейс а щ м ер п ваятф о у м RS – 485, в качестве принадлежности RS – 232 Стоимость учае сл чи о аб р 12200 р. 57 Частотный преобразователь Siemens 6SE6420-2UD13-7AA1 ток 1,2А ая н д хо ер п 0.37кВт 380В 3ф. Данный преобразователь частоты является представителем л во м си ы схем яа ен м и р п е сл о п ческ м хи серии MICROMASTER 420 [18]. м н д о В таблице 4 приведены технические характеристики преобразователя чск и техн ы н ер м и л о п т вю азы н частоты Siemens 6SE6420-2UD13-7AA1 ен м и р п твеи со Таблица 4 – Технические характеристики ты о аб р Артикул й щ ю и егул р 6SE6420 - 2UD13-7AA1 азч н ед р п в о б и р п Напряжение, В 380 Мощность, кВт 0,37 Ток, Iном., А 1,2 Расчетный входной ток, А 1,5 Расчетный выходной ток, А 1,2 Степень защиты IP 21 е авкы л п о тки м б о ан гл со ец ан л ф в ьсо ул п м и Стоимость 21258 р й о н 2.Преобразователь частоты Innovert ISD251M43B а д во и р п Высокоэффективный, ует и м р о ф универсальный тс ю явл преобразователь частоты INNOVERT серии ISD представляет собой многофункциональный частотный ту м ар к о сун и р м и хд б ео н ан гл со й ван о р еги л преобразователь, отличающийся удобством в управлении и настройках[19]. яетс авл р уп й и сац ен п м ко ает ж л д о р п Отлично подходит для работы с электродвигателями и мотор-редукторами су ктеи хар в промышленных к о сун и р установках, конвейерных системах, ы еьн л ар п кауч экструдерах, металлорежущих станках, системах водоснабжения, кондиционирования и ь н степ вет ы закр ьт л во вентиляции воздуха. ватьн о ед сл й ван о р еги л Талица 5 – Технические характеристики ПЧ Innovert ISD251M43B ы часто Номинальное напряжение Производитель ен аж р б зо и atlb m 3х380/400V INNOVERT тка о п сть о еж ад н Мощность 0,25 кВт Режим управления U/f (скалярное, вольт-частотное) Перегрузка 150% в течение 1 мин. м н д о ая н зи р ко а чугн у м о д каж я ен ж ви д 58 Интерфейс RS-485 Выходной ток 1,2 А Стоимость 10100 р е сл о п я и ен авл р уп 3.Преобразователи частоты Danfoss м о п Частотный преобразователь Danfoss VLT Automation Drive FC-300 (FCй щ ю и егул р о хр н аси ачеи зн сть о еж ад н еты м ар п 301, FC-302) - универсальный преобразователь частоты, который подходит для я себ вам н сти о д етр ам и д решения широкого круга задач. Преобразователь частоты VLT AutomationDrive ке сун и р о яем сл чи вы кх д и ж м ы н й о тр имеет гибкую модульную конструкцию, способную обеспечить универсальное й и сац ен п м ко е тр ко е о азн ф техническое решение управления двигателями [21]. я н о тац м и еи тн о л уп атн р б о Привод Danfoss AutomationDrive поставляется в двух вариантах, ь н степ тем асчи р еть м и отличающихся по алгоритму управления и характеристики на валу двигателя. я и ан ж ер д о п ч и ал н ска и д Более дешевый (поставляется в базовой версии) VLT AutomationDrive FC301 ес л ко ья ал о и кц ун ф а л сед м аго ш ке сун и р применяет алгоритмы от U/f до управления вектором напряжения (VVC+), а учаях сл й н д хо вы ве сн о усовершенствованная модель VLT AutomationDrive FC302 — от U/f до ства ущ м еи р п ьзват л о сп и и ен ж л о п управления вектором магнитного потока и управления двигателями с е ц и л таб и есл г о хр н аси постоянными магнитами, имеет дополнительные функциональные возможности. ан ти ачеи зн я атн р б о Данная модель преобразователей частоты Danfoss имеют различные й о учн р ы часто еты м ар п е сл о п встроенные и встраиваемые опции: дроссель и ЭМС-фильтр, логистический а м р о ф д о и ер п ат н и д р ко контроллер SLC, опционально встраиваемые сетевые интерфейсы, различные й вы ско и д т о см зави л во м си опции входов и выходов, возможность подключение энкодера, sin/cos у б о сп тки м б о стак о ед н датчика,резольвера, а также опционально встраиваемый контроллер движения й ы тн вр о п вм о н и н щ м ер п х о л п ть ы б (PLC). VLT AutomationDrive FC-301 я н вакум Danfoss может управлять ти со только ту м ар асинхронными двигателями. В таблице 7ниже приведены технические я ен ж ви д к о сун и р ю еи вл р ап н характеристики FC-301. ке сун и р Таблица 7 – Технические характеристики VLT AutomationDrive FC-301 уат н р о ап м о ьн л ави р п Типовая мощность на валу, кВт 0,37 Напряжение сети, В~ 380 – 480 еты м ар п е о азн ф чскя и ехан м Выходной ток 59 Длительный (3 x 380-440 В), А 1,3 Прерывистый (3 x 380-440 В), А 2,1 Длительная мощность (400 В~), кВА 0,9 ы м аво ер н г о ал м с ктеи хар еи яж р ап н в о б и р п Макс. входной ток Длительный (3 x 380-440 В), А 1,2 Прерывистый (3 x 380-440 В), A 1,9 Стоимость 39248,35 р. к о сун и р а схем ьт л во ы р затво Из всех рассмотренных типов преобразователей частоты выбирается ая ьн сел о р д у етр ам и д х о л п MICROMASTER 420 типа Siemens 6SE6420-2UD13-7AA1. Используемые ста о р п к о сун и р й ы о хр н аси модели преобразователей частоты Siemens отличаются высокой надежностью и а п м ко ь ел си тн о е д во и р п универсальностью применения, включая вентиляторы, насосы, компрессора, ы чн етр м си й и сац ен п м ко к о сун и р транспортеры и так далее. КПД моделей составляет порядка 97%. Вместе с тем й и еш вн о авн гл а щ м ер п комплексная система торможения, включающая в себя динамический, с о р аб н х еты р н ко ен м и р п к о сун и р су ктеи хар комбинированный и генераторный надежно защищает аппарат от перегрева, м тави со я себ я ем вр блокировки и короткого замыкания. Также есть функция подключения энкодера чя о аб р г о сер м еьы и тн о л уп й ад кл о р п . Схема подключения преобразователя частоты Siemens 6SE6420-2UD13-7AA1 ска и д ткм о п ткв о п представлена на рисунке29. Привод работает с высокой точностью даже во время е о ям р п еи яж р ап н и сац ен п м ко чск и техн а ул м р о ф торможения и в режимах резкого замедления скорости. Это возможно благодаря ату м р я и н ел азд р ую ен л ш ы м о р п интегрированному тормозному резистору. ты о аб р 60 Рисунок29 - Схема подключения Siemens 6SE6420-2UD13-7AA1 тс ю явл н ставл д е р п й щ ю и гул е р Выбор закона частотного управления 4.3. та ь езул р ь ел он м х ы отен асм р Если одновременно изменять частотой питающей сети f1jи переменное ая н вд п о уб тр й о тн и защ скат ер п напряжениеU1j обмоток статора асинхронного двигателя, то можно реализовать м н д хо вы ы часто яа ен м и р п т ен ц и эф ко й ьш л о б в системах преобразователь частоты – асинхронный двигать различные законы схд и о р п ват чи есп б о ческ м хи регулирования скорости [22]. ы р затво По характеру зависимости момента механизма от его скорости ь л во у м о д каж М С f ( ) можно й ы атн р б о е вы сн о х еьы и тн о л уп выделить следующие механические ять ен м и р п характеристики производственных механизмов: ем щ яю авл р уп ц и л таб 61 М С const, PС k , механическая характеристика не ам вд п о уб тр зависит от угловой скорости; к о сун и р кул ти ар М С k 1 , PС const, механическая характеристика нелинейно узки агр н спадающая, работа с постоянной мощностью; с ктеи хар я ван о М С k 2 , PС k 3 , механическая характеристика й вы ско и д нелинейно возрастающая, вентиляторная нагрузка. к о сун и р ы н ставл ед р п Управление напряжением и частотой тока статора асинхронного двигателя й н д хо вы й н д о е сл о п етр ам и д в зависимости от механической характеристики производственного механизма и течн ту м ар е вы сн о осуществляется по следующим законам: ве сн о я ан д U1 j / f1 j const, при постоянном моменте нагрузки М С const; U1 j / я гател ви д f1 j const, при нелинейно спадающей нагрузке м о ьн л ави р п ах м и еж р М С k 1; U1 j / f12j const, при нелинейно возрастающей или вентиляторной х еты р н ко нагрузке М С k 2 . Таким образом, для того, чтобы наиболее эффективно реализовать ая н д хо ер п я ц ф аси кл м евы ьц л ко сть н щ о м й н д о принципы частотного управления асинхронным двигателем, необходимо в е сл о п е ьзван л о сп и ы часто соответствии с видом нагрузки на валу двигателя выбрать соответствующий с ктеи хар е ы н хд о р п й вы ер п е о авн л закон управления напряжения, подводимого к статору и частоты тока статора. т со чем и ал н й и сац ен п м ко Функциональная схема скалярного частотного й и щ яю л ед р п о и уц стр н ко м ер б вы управления скоростью чск и тр м гео х уги р д асинхронного двигателя, реализующая различные законы управления класса а стян о п я и ен авл р уп ус п р ко U1 j / f1 j приведена на рисунке 30 [22]. сть ж зм ево н 62 Рисунок30 - Функциональная схема скалярного частотного управления к о сун и р г о учн р я ц ф аси кл ва й о устр м аво р е н скоростью асинхронного двигателя часто Производственный механизм трубопроводная арматура, а именно й о учн р й ен ж л о асп р н ставл ед р п дисковый затворимеет постоянную механическую характеристику М С const, ве сн о ьтам езул р я ачеи зн и, следовательно,необходимо выбрать закон изменение напряжения и частоты atlb m м ен ш вы о п тк м б о U1 j / f1 j const. 4.4. Расчёт искусственных механических и электромеханических ом угл г ов ск и д а бер и ш характеристик приводапри частотном регулировании г сок ы в й ы атн обр Момент от сил трения механизма[15]: у п ти й вы ско и д я атн р б о МС М эм.н1 М двн 1,411 1,273 0,137. Постоянная нагрузка: Nagr 0,5 М двн 0,636. М С1 Nagr MC 0,636 0,137 0,773. Принимаем максимальный момент: я н о тац м и М max (н ) 1,5 M двн MC ; М 1max М max (н ) 2,046 Н м. Полный момент нагрузки: й часто у н р сто к о сун и р М нагр 1, 273 Н м. Механические характеристики нагрузки е ы н хд о р п й ван о р еги л механизма строятся по уравнениям: ует и м р о ф М С 2 (нагр ) М С (нагр ) MC ; М нагр (нагр ) М С 2 (нагр ); М С 3 (нагр ) М С (нагр ); нагр 0,5..1,05 0 . На рисунке 31 изображена механическая характеристика постоянной у этм о п о хр н аси н ставл ед р п нагрузки механизма(дисковый затвор). г о н м ер п й чско гти ер эн 63 нагр м/ с 150 М С1 0,773 100 50 М С1 1,5 Н м 0 0,5 1 Рисунок 31 - Механическая характеристика постоянной нагрузки механизма ю и сац н е п м ко ткв о п я чн ти р квад нагр м/ с 150 М С 3 1,273 100 МС2 1,41 50 0 0,5 1 МС Н м 1,5 Рисунок32 - Механическая характеристика механизма с учетом сил трения ту м ар ть ы б стг л хо Коэффициент, определяющий закон частотного регулирования, при законе м ы н й во д я и ен авл р уп я ачеи зн й н вд п о уб тр регулирования: f U const , ui i . f f1н 1 f f f f f1 f f , 2 2 , 3 3 , 4 4 , 5 5 , 6 6 , 7 7 . f1н f1н f1н f1н f1н f1н f1н Механические и электромеханические характеристики строятся при я ц ф аси кл ы н ж л о д ю еи авн ср частотах: f1 50, f 2 40, f3 30, f 4 20, f5 20, f 6 10, f 7 5. Механические характеристики всей е вы ско и д без компенсации по напряжению т со асинхронного электродвигателя рассчитывается по выражению: м ы н й о тр те о аб р 64 3 U1 иi R2 2 M ( s, ) 2 R R R 2 0 i s X кн i 2 R1 2 1 2 s s X н i 2 . рад/с н 150 М нагр f1 f2 100 f3 кр М эмк М1max f4 50 f5 f6 f7 0 1 М 3 Нм 2 Рисунок 33 -Механические характеристики при законе регулирования ы часто кул ти ар я и н е авл р уп U const f Бывает так, что после расчета механических характеристик при выбранной ы ц н ко ю еи авн ср я гател ви д начальной частоте пуск двигателя не удается обеспечить. Анализируя х м о ектр эл я ти кы ер п ьзват л о сп и с ктеи хар механические характеристики видно что, двигатель не будет работать на малых и н щ м ер п тк м б о и ен авл р уп частотах. Для решения данной проблемы необходимо изменить параметры й ы асчетн р начального участка ю и сац ен п м ко я н вакум вольт – ует и м р о ф частотной чск и ехан м характеристики.Механические вая чи есп б о я ачеи зн тка о п характеристики,представленные на рисунке 33 были получены при вольт – чск и техн ы м аво ер н ь ал н и ц п о частотной характеристике U =f ( fчас. ) (рисунок 34). р затво 65 U B U кор B 250 200 150 100 U f ( f час. ) 50 f час . 0 10 20 40 30 60 Гц 50 Рисунок 34 – Вольт – частотная характеристика преобразователя при законе ы м р и ф сь уктво д н и о ьн те и л д регулирования U / f const ятс н е м и р п г зко и н Для увеличения диапазона регулирования введем добавку по напряжению яет звл о п л кан при следующих значениях частоты, ан гл со которые представлены в таблице 8. В тс яю ен м и р п чн ы б о м и щ ваю кы ер п результате получим следующую вольт – частотную характеристику, которая к о сун и р сь уктво д н и ту м ар ьта езул р изображена рисунке 35. Таблица 8 – Значения добавочных напряжений н й о тр й н д о е вд п о уб тр f, Гц 40 30 20 15 10 5 ∆U, В 4 12 23 28 34 42 U B U кор B 250 200 U кор f ( f час. ) 150 100 50 f час . 0 10 20 40 30 50 60 Гц Рисунок 35 – С корректированная вольт – частотная характеристика м это Механические характеристики й о учн р асинхронного еть м и й ум ти е р ко вг ско и д электродвигателя с компенсацией по напряжению рассчитывается по выражению: ая утчн еж м о р п 3 U1 иi U R2 2 M ( s, ) 2 R2 R1 R2 2 2 0 i s X кн i R1 s s X н i 2 . 66 рад/с 150 н М нагр f1 f2 100 f3 кр М эмк М1max f4 f5 50 f6 f7 0 1 2 3 М Нм Рисунок36 - Механические характеристики при законе регулирования м о угл я и чн сп е б о ск че м хи U / f const с IRкомпенсацией й че о аб р е ш вы С помощью коррекции вольт – частотной характеристики (смотри рисунок г о сер и ен ж л о п ет м и 35) удалось обеспечить пуск двигателя на малых частотах. т ен о м д во и р п х ы ер ж н и Естественные электромеханические характеристики электродвигателя я себ я гател ви д е о авн гл рассчитывается для значения частоты fи =f1н =50 Гц по выражению: е и ьш л о б I1(i ) I02 I 2'2 (i ) 2 I 0 I 2' (i ) sin φ2 (i ), где I 2' (i ) U1фн ui U i R2' R1 + 0 i i 0 i sin φ 2 (i ) 2 ' R1 R2 ( X кн i ) 2 0 i i X μ i 0 i X кн i R2' R1 + 0 i i 0 i 2 2 ; ; +(X кн i ) 2 i (0 i 0,0001),(0 i 2)..0; 67 I 0i U1фн иi U i R12 ( X1 i X i ) 2 . По результатам расчета строятся электромеханические характеристики я чн ти р квад м аво ер н ь ел д н и п ш I1 f (ω) . Электромеханические характеристики приведены на рисунке. кул ти ар р о б вы й и сац ен п м ко рад/с 150 I 0 I1н 100 50 0 1 I A 2 Рисунок 37 – Электромеханические характеристики при законе регулирования асть л б о т н е ц и эф ко U / f const рад/с 150 Iн доп Iинв.max 100 50 0 1 2 I A 3 Рисунок38 - Электромеханические характеристики при длительно допустимом й чско и хан е м к о сун и р а вд п о уб тр и максимальном токе с й ф р те н и Анализируя характеристики на рисунке 38 видно, что допустимый ток и ен д хж о р п чи о аб р стачн о д уменьшатся при снижение частоты.Асинхронные двигатели могут охлаждаться счет х вы ско и д х еьы и тн о л уп 68 различными кза ж ви д способами. м вед Это естественные и искусственные с ктеи хар системы охлаждения. Асинхронный двигатель с самовентиляцией, имеет на своем валу к о сун и р с ктеи хар й ен аж р б зо и ятс ен м и р п еть м и вентилятор который и охлаждает двигатель. Частота вращения вентилятора ту м ар века о р п у б о сп напрямую зависит двигателя. Чем медленнее двигатель вращается, тем и есл т ьзую л о сп и й ы тр ко медленнее вращается вентилятор, тем самым не обеспечивая его охлаждения. В я ц ф аси кл ы м аво ер н н ставл ед р п у б о сп результате этого допустимы ток необходимо уменьшить на малых частотах, так ь тел звд и о р п х вы ско и д о теьн и л д как двигатель не будет иметь возможность охлаждения. чск и ехан м тью р ско ы ан р еб м 69 5. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ е ж и н СИСТЕМЫ х ы ов н и л к ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ – АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ы ан ов утер ф ДИСКОВОГО ЗАТВОРА я н р о п за ю ось 5.1. Проверка адекватности расчетов параметров асинхронного н ой тр ую н еств ок сун и р двигателя АИР 56В4У асти ч Для проверки адекватности расчетов параметров асинхронного двигателя ту м ар тк м б о ую атн р б о АИР56В4У2соберем имитационную модель прямого пуска асинхронного ы н ер м и л о п ткв о п я и уц стр н ко электродвигателя с помощью программы MATLAB Simulink(рисунок39). Для й тр ко е тако т яю н л о п вы ьзя ел н н ж о м создания имитационной модели прямого пуска найдем следующие параметры ет д аж хл о ар б о й ы тн ство ущ м еи р п в ьсо ул п м и двигателя [15]: Индуктивность фазы обмотки статора: е уктво д н и чей о аб р L1н я ен м и р п X 1н 34,565 0,11 Гн. 2 f1н 2 50 Индуктивность фазы обмотки ротора: чск ати евм н п то и агн м X 2' н 44,52 L 0,142 Гн. 2 f1н 2 50 ' 2н Индуктивность цепи намагничивания: тай н ко L н Xн 2 f1н 175,06 1,062Гн. 2 50 Рисунок39 – Библиотечная модель пуска асинхронного двигателя ст го р затво и чн се 70 Рисунок40 - Параметры асинхронного двигателя ки н ы р т ю е м и а д ви В результате моделирования были получены переходные характеристики тг р ко а щ м ер п чск и техн двигателя (рисунок 41). Время наброса нагрузки было задано 0,25 сек. д во и р п стк и и ен авл р уп е б ги о р п к о сун и р рад/ с Н M 10 м I 100 А 180 f (t ) 160 140 120 100 0 157,082 н 140,071 I f (t ) 80 60 40 20 0 M f (t ) I0 0, 589 Iн 0, 69 А M н 1,273 t 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 с Рисунок 41 - Переходные характеристики скорости, момента и тока двигателя, о н м р е п а д и р уе л о п н р о ап при прямом пуске й ы тн асче р 71 После анализа полученных графиков, видно что модель двигателя работает ст о еж л ад н и р п е тсуви о а б о сп м стян о п уг кр во правильно, двигатель выходит на номинальную скорость при номинальной к о сун и р чей о аб р в ско и д частоте питающей сети. Значения номинального тока и скорости совпадают с ачеи зн еи яж р ап н ая щ б о сети значениями полученными в программе Mathcadприведенные в таблице 9. ы н ап кл ас кл м ер б вы Таблица 9 – Сравнение значений тока, момента и скорости етр ам и д Mathcad вй то уф м й ж ви д о еп н MatLAB м ы ан д 0 , рад/ с , рад/ с I0 , A 157,08 141,372 0,589 140,071 0,524 157,082 ая щ б о я и ен авл р уп й ы м и хд б ео н I, A M н , рад/ с 0,727 1,273 0,69 1,273 е н ай кр и н л ед р п о Из таблицы 9 видно, что параметры, полученные в среде Mathcad верны. й часто ая укн стр ья ал о и кц ун ф 5.2. Разработка имитационной модели преобразователь частоты – ац к ф и ун ог сер зон ап и д асинхронный двигатель для дискового затвора ы н ход ер п ь гател и в д Функциональная схема системы частотно регулируемого асинхронного ту м ар ск и д о вн еси агр ен м и р п двигателя со скалярным управлением представлена на рисунке 42. Данная схема ает ж л д о р п ачеи зн всей может быть реализована на основанииструктурной схемы асинхронного л чи есп б о а п ти я гн о электродвигателя в неподвижно системе координат α и β [15]. стчекй ги о л д во и р п качеств Рисунок 42 - Функциональная схема системы частотно – регулируемого м р е б вы ск и д м ьи е тр асинхронного двигателя со скалярным управлением м ги р уп я ц ф аси кл и л е д о м - фактическое значение угловой скорости вращения ротора; й и еш вн в ето м ар п етс явл ЗИС – задатчик интенсивности скорости; я ен м и р п я и ен авл р уп 72 РС – регулятор скорости; и течн ФНУ 1 – формирователь напряжений управления двухфазным АД. ФНУ 1 тке м б о а ул м р о ф применительно к структурной схеме АД в неподвижной системе координат я гател ви д яес твл зго и ки п о захл статора α и β формирует два напряжения переменного тока u и u . я етн р б зо и я и н щ м ер п д во и р п ФНУ 2 – преобразователь напряжений управления двухфазным АД в n siem ы н д хо ер п в со зи ан тр напряжения управления трехфазным двигателем. ам вд п о уб тр f1k , U1k , - компенсация (компенсирующие сигналы управления в канале х вы ско и д м ги р уп яет авл р уп частоты и напряжения); ь ел н о м я ставл ед р п Символом звездочка обозначены сигналы задания и управления. счет яес твл зго и ке сун и р В соответствии с функциональной схемой, представленной на рисунке 42, я ц ф аси кл о аун р п тем ен м и р п составим имитационную модель привода в среде Simulink системы MatLab. у м о д каж к о сун и р я и ан зд со ы н д хо ер п Данная имитационная модель представлена на рисунке 43.Модели я ачеи зн ается р и б вы ста о р п асинхронного электропривода дискового затвора с частотным скалярным ьзя ел н те о аб р и н л ед р п о управлением на базе модели двухфазного асинхронного электродвигателя в е н ай кр я етн р б зо и ан кр неподвижной системе координат α и β без датчика тока. В модели а н ко л си е квы и тн л зо ен аж р б зо и предусмотрены две отключаемые модели некорректируемой и корректируемой к о л б р о б вы ятс ен зм и U/f вольт –частотной характеристики, IR-компенсации,s-компенсации. еи тн о л уп й н д хо вы я ачеи зн Рисунок 43– Имитационная модель частотно – регулируемого асинхронного двигателя в α, β координат е ьзван л о сп и n m sie й ж ви д о п е н х вы сн о к о сун и р Она состоит из следующих блоков: atlb m 73 Рисунок 44 – Имитационная модель асинхронного двигателя в α, β координатах atlb m чн и л ве г о ал м Рисунок 45 – Имитационная модель постоянной нагрузки ь л те звд и о р п й че о аб р ы н р е м и л о п Рисунок 46 - Имитационная модель задатчика интенсивности ы ван о р уте ф тк м б о 5.3. Имитационные асинхронного атя щ е см исследования частотно-регулируемого й н в и л топ электроприводадискового затвора х ы ов н и л к со скалярным й ы ов ск и д ат зв ь ол сп и ор затв управлением В качестве примера смоделирована работа электрическим приводом в каучо й о н м ер п к о сун и р дискового затвора следующего цикла: fmin 5Гц , f1 20 Гц , f ном(max) 50Гц . й и сац ен п м ко тс яю ен м и р п схд и о р п 74 Первый опыт проведем со стандартной вольт частотной характеристикой и ен д хж о р п я н о тац м и х ы н вд п о уб тр а кб ц изображенной на рисунке 47. Эту характеристику вводим в блок формирования и ен ж л о п ео азм р вам н сти о д напряжения. U B U кор B 250 200 150 100 U f ( f час. ) 50 f час . 0 10 20 40 30 60 Гц 50 Рисунок 47 – Воль частотная характеристика для закона U/f т яю л е азд р ты е м ар п ту м ар В результате моделирования были получены следующие переходные характеристики скорости, момента и тока,представленные на рисунке 48. и км гай м ы ан д я и учен л о п я стви ей д м ы ан д ат ещ вм со рад/ с M 20 Н м I 20 А 140 120 100 80 60 40 20 0 2 4 6 8 t 12 с 10 Рисунок 48 – Переходные характеристики асинхронного двигателя АИР 56В4У к и тн л зо м это у кте хар Двигатель пускается при постоянной нагрузке при частоте 5 Гц. В 0,5 ватьн о ед сл ьк л то и ен д хж о р п секунд добавляется 20 Гц, а 6 секунд добавляем еще 30 Гц и выходим на м аво ер н я гател ви д ях и ен авл д номинальную скорость.Как видно из графиковдвигатель не работает на малых стчекй ги о л чей о аб р ую н р о зап я и учен л о п я ставл ед р п частотах.При данных частотах невозможно обеспечить пуск двигателя. Поэтому й чско и ехан м сть о еж ад н с ктеи хар г о азн ф необходимо изменить начальный участок вольт– частотной характеристики. я и н тващ о ед р п л кан яес твл зго и Скорректированнаяволь – частотная характеристикаизображена на рисунке 49 с й ф тер н и яы ен зм и всей г о азн ф ту м ар (см. главу 4.4). 75 U B U кор B 250 200 U кор f ( f час. ) 150 100 50 f час . 0 10 20 40 30 60 Гц 50 Рисунок49 - С корректированная вольт частотная характеристика к о сун и р ка л е тд о кй со вы В результате моделирования были получены следующие переходные часто чск и тр м гео уса п р ко характеристики, представленные на рисунке 50. ах м и еж р рад/ с M 20 Н м I 20 А 140 f 50Гц 120 f (t ) 100 I 80 II M f (t ) 60 f 20 Гц 40 20 I f (t ) f 5Гц 0 2 4 6 8 10 t с 12 Рисунок50 - Переходные характеристики асинхронного двигателя АИР 56В4У это ю тавл зго и т яю л е азд р Как видно из рисунка с уск вп корректированной вольт я н азб р д во с и кте хар частотной характеристикой двигатель работает на всех частотах. я д каж я р д аго л б ьзя ел н Когда увеличивается отношение U/f, двигатель перейдёт в состояние ти кы ер п е вчы о р си н ал ы чн етр м си магнитного к и тн л зо насыщения. н л ед м Насыщенный двигатель й о езьб р характеризуется неравномерным вращением вала и рывками. Температура двигателя также сью о я ц ф аси кл е гам о р п о хр н аси о аун р п тем повышается, и увеличатся намагничивающий ток, и потери в стали. То есть не вй о л си я и ен авл р уп ео азм р рационально постоянно завышать вольт – частотную характеристику(повышать л кан ет м и вая чи есп б о вая чи есп б о значение напряжения), на всем участке работы двигателя. е л о б аи ат н и д р ко д о и ер п Альтернативой коррекции вольт– частотной характеристики, является IR – й щ ю и егул р части я ц ф аси кл компенсация (компенсация момента). Функциональная схема частотного вы ц ан л ф еж ту м ар ту м ар 76 управления асинхронным двигателем с компенсацией момента и скольжения ска и д я ен л б со и р п еть м и представлена на рисунке 51 [22]. л кан я и н тващ о ед р п Рисунок51 - Функциональная схема частотного управления асинхронным ьзват л о сп и й и ш е вн сью о ы р затво двигателем с компенсацией момента и скольжения р о б вы г н часто Схема, изображенная на рисунке 51, работает следующим образом. При уска о р п р о б вы й н д о увеличении момента на валу двигателя, ток каждой фазы статора двигателя сть ж зм ево н сь уктво д н и й ум ети р ко чн и увел возрастает и сигналI (действующее значение тока) формирователь тока статора у б о сп о ьн аел тщ atlb m (ФТС) тоже возрастает. д во и р п я ван о и егул р уска о р п В результате увеличивается корректирующее т о см зави е вы ско и д напряжение положительной обратной связиUкор, вычисляемое по действующему д во и р п а б о сп я чн ти р квад значению тока звеном с передаточной функцией W ( p) kкм / (1 Ткм ), где k км учета и ан п м ко м н часто коэффициент компенсации момента, Т км - постоянная времени задержки чая ю вкл о н м ер п к о сун и р компенсации момента. С ростом сигнала положительной связи возрастает сигнал ая н зи р ко т со й яо ен зм и ы часто управленияUу канала напряжения и соответственно к росту фазного напряжения х вы о ар ш ятс ен м и р п д секун скат ер п х вы о н и кл . В случае если при увеличение момента происходит сильное проседание и ен авл р уп ьу скл о п стй ви еы р п скорости, то для поддержания скорости на требуемом уровне при малых ь ал н и ц п о г о учн р ьы ал и м о н т о см зави значения фазного напряжения необходимо включит компенсацию скольжения. у б о сп ки п о захл е о вн акти То есть дополнительное воздействие на канал частоты. н р о ап е тр ко ет ж о м 77 5.4. Имитационные исследования т ю я н ол п ы в частотно-регулируемого е ы н ч и азл р асинхронного электропривода дискового затвора скорректировкой вольт – н л став ед р п я и н зад частотной характеристики на низких частотах ск ч и ехан м ен м и р п й щ ю и егул р ом угл Так как требуемы диапазон регулирования 1:10 и асинхронный двигатель atlb m адекватно работает на 50 Гц, будем проводить имитационное моделирование г н л о п к о сун и р атн р б о т о см зави я ц ф аси кл проводить на 5 Гц. Введем два ограничения: еть м и 1. Напряжение не должно превышать 40 В; м н д о ы часто 2. Ток не должен превышать номинальное значение 0,7 А етр ам и д В результате моделирования были сняты переходные й ж ви д о еп н я и ан зд со характеристики ту м ар пуска двигателя без нагрузки с последующим увеличением момента нагрузки на й и еш вн етс явл а н вед и р п ьта езул р ьк л то валу двигателя в 0,5 секунд. С ростом момента скольжение увеличивается. м и щ ваю кы ер п стй ви еы р п х еьы и тн о л уп м ы ткр о Механический момент оказывается больше максимально момента, скольжение ую н о ьф л си й н вд п о уб тр е уктво д н и увеличивается, приближается к 1 и двигатель останавливается.Переходные уг кр во ед ср д секун характеристики скорости, момента и тока без компенсации представлены на ь н степ е о азн ф я ан д рисунке 52. а п ти м и ен суж рад/ с M 20 Н м I 20 А 16 14 f (t ) 12 10 8 6 I f (t ) 4 M f (t ) 2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 t с 0,8 0,7 Рисунок 52–Переходные характеристики пуска двигателя на минимальную о аун р п м те ы ан кр ту м ар скорость с последующим набросом нагрузки й ы ьн те и л д Чтобы тс яю ен м и р п сети избежать остановки двигателя й н д о необходимо ввестиIR е ы ктвн о и ад р к о сун и р – компенсацию. В данномслучае при увеличение момента на валу, ток изменяется а ед ср н й о тр етс явл не значительно, а изменяется угол между напряжение и током. Поэтому уся еб тр асчетр ке сун и р ью щ м о п 78 невозможно адекватно использоватьIR – компенсацию и компенсацию по уска о р п n siem м ы н й во д скольжению. В результате было решено проводить компенсацию не по ует и м р о ф о авн гл чскя и ехан м изменению величины тока, а по изменению скорости вращения двигателя и углу а н ко л си я етн р б зо и в со зи ан тр а д ви ет уд б между током и напряжения (угол нагрузки). к о сун и р БлокIR – компенсации и s – компенсации представлен на рисунке 53. чи о аб р счет его щ ю р и зап ю еи авн ср еи яж р ап н Рисунок 53 – Имитационная модель компенсации момента и скольжения е ж и н ая н вд п о уб тр в о ан кр Проведем IR – компенсациюпо изменению скорости. Это возможно только его щ яю авл р уп ьо тл ен м и р п е тн о л п при наличии датчика скорости. ьта езул р В момент времениt = 0,5 секунд увеличиваем момент на валу двигателя. По то и агн м тчесй и кр тг р ко г о н м ер п й н вд п о уб тр датчику скорости фиксируем сильно проседание скорости двигателя. Далее кх й о астр н р затво в со зи ан тр к о сун и р вводим IR – компенсацию, происходи линейное увеличение напряжения с 0 до я и н зад ы р затво й и сац ен п м ко 40 В (см. рисунок 54). В результате двигатель после наброса нагрузки и уж ар сн его щ яю авл р уп ы р затво продолжает работать. Полученные в результате моделирование переходные чег о аб р atlb m счет характеристики представлены на рисунке 55. евя ц ан л ф счет я ти кы ер п 79 UB 70 60 U f (t ) 50 40 30 20 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 t с 1,2 Рисунок 54 – Переходная характеристика напряжения е ы тн и р габ сь уктво д н и рад/ с M 20 Н м I 20 А 30 25 20 f (t ) I 0,775А 15 10 I f (t ) 5 M f (t ) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 t с Рисунок55 -Переходные характеристики пуска двигателя при набросе нагрузки, яц л ти н ве м таки н ап кл я и ан зд со с IR – компенсацией Анализируя вам н сти о д я ачеи зн полученные характеристики (рисунок55) видно, й вы ско и д что происходит значительно проседание скорости (так как двигатель имеет мягкие й яо ен зм и в й о устр ти со е тн о л п я гател ви д механические характеристики). Поэтому введем компенсацию по скольжению. ен п м ко Полученные ы часто о ен м и переходные характеристик в вй ето сб результате я ван о ая ьн сел о р д моделирования представлены на рисунке 56. ческ и м авто 80 рад/ с M 20 Н м I 20 А 35 30 25 f (t ) 20 I 0,8А 15 I f (t ) 10 5 M f (t ) 0 0,1 0,2 0,3 0,5 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9 t 1 с Рисунок 56 -Переходные характеристики пуска двигателя в неподвижной о ьн л ави р п й че о аб р уск вп системе координат α, β при набросе нагрузки, с IR и s– компенсацией ту м ар сть н ж зм во ьц л ко 5.5. Имитационные асинхронного исследования ок сун и р электропривода ор затв частотно-регулируемого аботы р дискового затвора бор ы в я и ен ч ю л к од п со скалярным управлением с компенсациейc наблюдение за углом нагрузки. стй и в еы р п ст и зав тс я ен м и р п Предыдущий способ компенсации имеет недостаток – наличие энкодера. н ж о м у б о сп м еьи тр Поэтому проведем IR – компенсации с отслеживанием за изменением угла ва н сти о д й ж ви д о еп н й и сац ен п м ко го ш ей ьн ал д нагрузки. При данном способе будем отслеживать изменение угла между я н азб р д во к о сун и р ту м ар напряжением и током. После увеличения момента на валу двигателя происходит я еи тн о л уп чатся и увел м ы н й о тр м еьи тр су ктеи хар уменьшения угла. Так как ток и напряжения, а соответственно и угол между н ап кл вй ети р ко ан кр ь чен о ними меняются через период (на 5 Гц период равен 0,2 секунды), то после чей о аб р й щ ю и егул р и уц стр н ко увеличения момента на валу необходимо время равное периоду для того чтобы у этм о п кац ф и ун я р д аго л б века о р п к о сун и р увидеть необходимые изменения. На рисунке57 представленыпереходные ьт л во ту м ар ы м аво ер н я гател ви д характеристики тока и напряжения.I – режим ХХ, II–наброс нагрузки ивремя м ы ар н и д о г о хр н аси е сл о п определения угла нагрузки,III – режим нагрузки, введение компенсации. еть м и ткв о п ы ан р еб м еи вл р ап н ста вещ 81 U B I 100 А 150 I 100 I f (t ) 50 U f (t ) II III нагр хх 0 -50 -100 -150 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t 1,2 с 1 Рисунок 57 -Переходные характеристики тока и напряжениядвигателя в и е вл р ап н й о зьб е р й н вд п о уб тр неподвижной системе координат α, β при набросе нагрузки, сIR –компенсацией ке сун и р ю и сац н е п м ко р о б вы Анализируя переходные характеристики видно, что угол между током и ы часто й н д хо вы ет м и напряжениев режиме холостого хода хх 30,6 0 и в режиме наброса нагрузки чск и ехан м м н д о с ктеи хар в ето м ар п нарг 22,05 0 . Угол между током и напряжение уменьшился. Необходимо ввести ю тавл зго и компенсацию. м ы н й о тр В ы часто результате я и ен авл р уп х м о ектр эл моделирования были асть л б о сняты следующие характеристик рисунок 58 и рисунок59. в б о сп к о сун и р т ен ц и эф ко 82 рад/ с M 20 Н м I 20 А 30 I 25 20 II III f (t ) 15 10 I f (t ) M f (t ) 5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 t с 1,2 Рисунок 58 - Переходные характеристики скорости, момента и тока двигателя в ус п р ко с и кте хар ы ан р б е м неподвижной системе координат α, β при набросе нагрузки, с компенсацией по и н кащ е р п азч н д е р п ы н ап кл моменту (углу). а м схе вм о н рад/ с M 20 Н м I 20 А 40 35 I 30 II III f (t ) 25 20 15 I f (t ) 10 5 M f (t ) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t 1,2 с 1 Рисунок 59 -Переходные характеристики скорости, момента и тока двигателя в а ьтр л и ф стачн о д м и ьш л о б у б о сп неподвижной системе координат α, β при набросе нагрузки, с IR и s – вая чи сп е б о я л гате ви д компенсацией и сац н е п м ко Вывод: Проведен выбор оборудования и расчет основных характеристик. я и ен ащ вр Полученные ь тел звд и о р п я и ен авл р уп результаты ю и сац ен п м ко и сечн имитационных исследований ать р б д о п доказывают, что частотно-регулируемый асинхронный электропривод дискового затвора при кг о хы свер скалярном управлении ая н вд п о уб тр и км гай ы н д хо ер п с законом яет звл о п управления U/fобеспечивает ы н д хо ер п работу 83 электропривода с начальной частоты f = 5 Гц и требуемый диапазон я ц ф аси кл м это н ап кл регулирования скорости. Это удалось добиться с помощью корректировки вольт ьы ал и м о н ет д аж хл о й чско и ехан м – частотной характеристики, IR–компенсации и s - компенсацией по изменению н часто я н азб р д во т яю н л о п вы скорости и углу.Переходные процессы в электроприводе протекают плавно с й и яш н д сего р затво я и ен авл р уп сть н щ о м я д каж ограничением динамического момента, токов двигателя и преобразователя. м аго ш ая н ер туц ш й ы теьн и л д Первый способ имеет недостаток, необходимость применения датчика скорости, вть азы н ы р затво е и ы ткр о atlb m энкодер. Применение энкодера способно увеличить стоимость и габариты узки агр н тк м б о тка о п электропривода. у м это й ен аж р б зо и 84 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» Студенту: Группа З-5Г3А1 ФИО Суржиков Андрей Сергеевич Школа Инженерная школа энергетики Отделение Уровень образования Бакалавриат Направление/специальность Электроэнергетика и электротехника Электроэнергетика и электротехника Исходные данные к разделу «Социальная ответственность»: 1. Характеристика объекта исследования (вещество, материал, прибор, алгоритм, методика, рабочая зона) и области его применения - Описание рабочего места оператора дискового затвора: Рабочая площадка находится в закрытом помещении – лаборатория ТПУ. Основное рабочее оборудование – электропривод переменного тока, управляющий дисковым затвором. Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Производственная безопасность 1.1. Анализ выявленных вредных факторовпри 1. Повышенный уровень шума. разработке и эксплуатации проектируемого решения. 2. Повышенный уровеньвибрации; 1.2. Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого решения. 2. Экологическая безопасность: анализ воздействия объекта на литосферу (отходы); разработать решения по обеспечению экологической безопасности со ссылками на НТД по охране окружающей среды. 3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: перечень возможных ЧС при разработке и эксплуатации проектируемого решения; выбор наиболее типичной ЧС; разработка превентивных мер по предупреждению ЧС; разработка действий в результате возникшей ЧС и мер по ликвидации её последствий. 4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности: специальные (характерные при эксплуатации объекта исследования, проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства; организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны. 1. Движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования; 2. Электрический ток. 3. Статическое электричество 1.Отходы возникающие в процессе «жизненного цикла» оборудования. 1.Чрезвычайная ситуация: пожар; 1.Гарантии и компенсации за работу во вредных условиях труда. 2.Эргономические требования к размещению органов управления дисковым затвором. Дата выдачи задания для раздела по линейному графику 85 Задание выдал консультант: Должность ФИО Ассистент Мезенцева Ирина Леонидовна Ученая степень, звание Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО З-5Г3А1 Подпись Подпись Дата Дата Суржиков Андрей Сергеевич 86 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСЬ В данном разделе рассматриваются эксплуатационные характеристики электропривода трубопроводной арматуры, установленной в лаборатории ТПУ. Анализируются все вредные и опасные фактора, и влияние электропривода на экологию. А также, рассматриваются возможные чрезвычайные ситуации и правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 6.1. Производственная безопасность. Таблица 10 - Опасные и вредные факторы при эксплуатации трубопроводной арматуры для регулирования расхода газа. Источник фактора, наименование видов работ Факторы (по ГОСТ 12.0.003-2015)[1] Вредные Опасные 1) эксплуатация и ремонт электропривода трубопроводной арматуры 1. Повышенный уровень шума. 1. Движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования; 1. ГОСТ 12.0.003-2015 ССБТ. 2. Электрический ток. 5.ГОСТ 12.1.012–90 ССБТ. 2. Повышенный уровень вибрации; 3. Статическое электричество Нормативные документы 2.СН 2.2.4/2.1.8.562-96. 3.ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. 4.СН 2.2.4/2.1.8.566-96. 6.ГОСТ 12.2.003–91 ССБТ. 7.ГОСТ 12.1.038–82 ССБТ. 8.ГОСТ 12.4.011-89 ССБТ. Вредные факторы. Повышенный уровень шума. Источником повышенного уровня шума в электроприводе запорной арматуры является электродвигатель и редуктор. Человеческий организм по-разному реагирует на шум разного уровня. Шумы уровня 70-90 дБ при длительном воздействии приводят к заболеванию нервной системы, а более 100 дБ - к снижению слуха, вплоть до глухоты. В соответствии с [2] предельно допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест, разработанные с учетом категорий тяжести и напряженности труда, представлены в табл. 11. 87 Таблица 11 - Предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест. № пп Вид трудовой деятельности, рабочее место Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Уровни звука и эквивалентные уровни звука (в дБА) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Выполнение всех видов работ на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий. 107 95 87 82 78 75 73 71 69 80 В соответствии с [3] к коллективным средствам и методам защиты от шума при использовании приводной арматуры можно отнести: ‒ звукоизолирующие кожухи; ‒ рациональное размещение технологического оборудования, машин и механизмов; ‒ рациональное размещение рабочих мест; ‒ оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и автоматического контроля; ‒ совершенствование технологии ремонта и обслуживания машин; ‒ использование рациональных режимов труда и отдыха работников на шумных предприятиях. К средствам индивидуальной защиты относятся: ‒ противошумные наушники, закрывающие ушную раковину снаружи; ‒ противошумные вкладыши, перекрывающие наружный слуховой проход или прилегающие к нему; ‒ противошумные шлемы и каски; ‒ противошумные костюмы. Повышенный уровень вибрации. Источниками вибраций являются движение тяжелого (в томчисле грузового) автотранспорта, работа насосного оборудования и приводной арматуры (задвижки, дисковые затворы и т.п.). Длительное воздействие вибрации на организм человека приводит к серьезным последствиям под названием «вибрационная болезнь». Это 88 профессиональная патология, которая возникает в результате длительного влияния на организм человека производственной вибрации, превышающей предельно допустимый уровень Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратические значения виброускорения или виброскорости, а также их логарифмические уровни в децибелах. Нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора для длительности смены 8 ч., для общей вибрации категории 3 тип «а», по санитарным нормам значение виброускорения составляет 100 дБ, а для виброскорости – 92 дБ. [4]. К средствам защиты от повышенного уровня вибрации относятся устройства: оградительные;виброизолирующие, виброгасящие и вибропоглощающие;автоматического контроля и сигнализации;дистанционного управления. [8]. Опасные факторы. Движущиеся машины и механизмы производственного оборудования; подвижные части производственного оборудования; Подвижными частями электропривода запорной арматуры являются шток дискового затвора и вал электродвигателя. Движущиеся части производственного оборудования, являющиеся возможным источником травмоопасности, должны быть ограждены или расположены так, чтобы исключалась возможность прикасания к ним работающего или использованы другие средства (например, двуручное управление), предотвращающие травмирование. Если функциональное назначение движущихся частей, представляющих опасность, не допускает использование ограждений или других средств, исключающих возможность прикасания работающих к движущимся частям, то конструкция производственного оборудования должна предусматривать сигнализацию, предупреждающую о пуске оборудования, а также использование сигнальных цветов и знаков безопасности. В непосредственной близости от движущихся частей, находящихся вне поля видимости оператора, должны быть установлены органы управления аварийным остановом (торможением), если в опасной зоне, создаваемой движущимися частями, могут находиться работающие.[6]. 89 Поражение электрическим током Источником повышенного напряжения в электроприводе запорной арматуры являются токоведущие части электропривода. Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека, не должны превышать следующих значений: – переменный (50 Гц) – U не более 2,0 В, I не более 0,3 мА; – переменный (400 Гц) – U не более 3,0 В, I не более 0,4 мА; – постоянный – U не более 8,0 В, I не более 1,0 мА. Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25°С) и влажности (относительная влажность более 75%), должны быть уменьшены в три раза. [7] К коллективным средствам защиты от поражения электрическим током относят: оградительные устройства;устройства автоматического контроля и сигнализации; изолирующие устройства и покрытия; устройства защитного заземления и зануления; устройства автоматического отключения; устройства выравнивания потенциалов и понижения напряжения; устройства дистанционного управления; предохранительные устройства; молниеотводы и разрядники; знаки безопасности.[8] К коллективным средствам защиты от повышенного уровня статического электричества относятся: заземляющие устройства;нейтрализаторы;увлажняющие устройства;антиэлектростатические вещества;экранирующие устройства. Средства индивидуальной защиты: специальная одеждаантиэлектростатическая;специальная обувь антиэлектростатическую;предохранительные приспособления антиэлектростатические (кольца и браслеты);средства защиты рук антиэлектростатические. 6.2. Экологическая безопасность В процессе «жизненного цикла» рассматриваемого оборудования могут возникать следующие отходы: Вышедшие из строя детали и узлы; Изоляция; Ликвидация изделия (при полном выходе из строя). Девять этапов технологического цикла отходов: 1 - появление; 2 - сбор и/или накопление; 3 - идентификация; 90 4 - сортировка (с обезвреживанием); 5 - паспортизация; 6 - упаковка (и маркировка); 7 - транспортирование и складирование; 8 - хранение; 9 - удаление. Первым подэтапом 9-го этапа является утилизация объектов и отходов. На подэтапе утилизации может быть произведена переработка бракованных или вышедших из употребления изделий, их составных частей и отходов от них путем разборки (разукрупнения), переплавки, использования других технологий с обеспечением рециркуляции (восстановления) органической и неорганической составляющих, металлов и металлосоединений для повторного применения в народном хозяйстве, а также с ликвидацией образующихся вновь отходов. Вторым подэтапом 9-го этапа технологического цикла ликвидации опасных и других отходов является их безопасное размещение на соответствующих полигонах или уничтожение, если захоронение отходов угрожает здоровью и жизни людей, и окружающей среде. В современных условиях вопросы переработки и/или захоронения (уничтожения) чаще решают на основе экономически целесообразных механизмов при обеспечении безопасного обращения с отходами. При санкционированном захоронении опасных и других отходов следует учитывать, что с появлением новых научнотехнических и технологических решений отходы смогут быть утилизированы, поэтому такие захоронения следует рассматривать как техногенные месторождения полезных ископаемых («вторая геология»).[9] 6.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях Пожарная безопасность. Пожарная опасность электроустановок обусловлена наличием в применяемом электрооборудовании горючих изоляционных материалов. Горючими являются изоляции обмоток, различных электромагнитов (контакторы, реле, контрольно-измерительные приборы), проводов и кабелей. Противопожарная защита должна достигаться применением одного из следующих способов или их комбинацией: применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники; применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения; 91 применением основных строительных конструкций и материалов, в том числе используемых для облицовок конструкций, с нормированными показателями пожарной опасности; применением пропитки конструкций объектов антипиренами и нанесением на их поверхности огнезащитных красок (составов); устройствами, обеспечивающими ограничение распространения пожара; организацией с помощью технических средств, включая автоматические, своевременного оповещения и эвакуации людей; применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара; применением средств противодымной защиты.[10] 6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности: Правовые нормы трудового законодательства Оплата труда работников, занятых на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, устанавливается в повышенном размере. Минимальный размер повышения оплаты труда работникам, занятым на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, составляет 4 процента тарифной ставки (оклада), установленной для различных видов работ с нормальными условиями труда. Конкретные размеры повышения оплаты труда устанавливаются работодателем с учетом мнения представительного органа работников в порядке, установленном статьей 372 ТК РФ для принятия локальных нормативных актов, либо коллективным договором, трудовым договором.[11, статья 147] Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны При размещении органов управления необходимо выполнять следующие эргономические требования[12]: органы управления должны располагаться в зоне досягаемости моторного поля; наиболее важные и часто используемые органы управления должны быть расположены в зоне легкой досягаемости моторного поля; органы управления, связанные с определенной последовательностью действий оператора, должны 92 группироваться таким образом, чтобы действия оператора осуществлялись слева направо и сверху вниз; расположение функционально идентичных органов управления должно быть единообразным на всех панелях рабочего места; расположение органов управления должно обеспечивать равномерность нагрузки обеих рук и ног человека-оператора. Штурвал используемый для ручного управления дисковым затвором должен отвечать общим эргономическим требованиям. [13] Основные размеры маховиков управления и штурвалов должны соответствовать указанным в табл.12. Таблица 12 - Основные размеры маховиков управления и штурвалов. Способ Обод Рукоятка вращения Диаметр наибольший Поперечное сечение Длина Диаметр наибольший Предель Оптималь Предель Оптималь Предель Оптималь Предель Оптималь ные ные ные ные ные ные ные ные значения значения значения значения значения значения значения значения Двумя руками 140-1000 350-400* 10-40 25-30 - - - - за обод Одной рукой 50-140 75-80 10-25 15-20 - - - - за обод Преимуществ 150-400 250-300 - - 75-150 100-120 15-35 25-30 50-200 75-100 - - 30-75 40-50 10-20 15-18 енно кистью за рукоятку Преимуществ енно пальцами за рукоятку Плоскость вращения маховика, не имеющего рукоятки, и штурвала должна находиться при вращении двумя руками: сидя - перпендикулярно продольной плоскости симметрии сиденья и под углом от 40 до 90° к горизонтали; стоя - под углом от 0 до 90° к горизонтали с осью вращения в сагиттальной плоскости тела оператора 93 Плоскость вращения маховика без рукоятки, вращаемого одной рукой как сидя, так и стоя, должна находиться под углом от 10 до 60° по отношению к предплечью соответственно действующей (правой или левой) руки. Плоскость вращения маховика, снабженного рукояткой должна находиться по отношению к предплечью соответственно действующей (правой или левой) руки под углом: от 10 до 90° - при вращении кистью с предплечьем и от 10 до 45° - при вращении всей рукой. Интервал между ободами и другими деталями соседних маховиков, расположенных в одной плоскости, должен быть не менее: 50 мм - при вращении одной рукой последовательно или в случайном порядке; 100 мм - при вращении двумя руками одновременно; 130 мм - при работе в рукавицах или перчатках. 94 ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛА «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ» Студенту: Группа З-5Г3А1 ФИО Суржиков Андрей Сергеевич Школа Инженерная школа энергетики Отделение Уровень образования Бакалавриат Направление/специальность Электроэнергетики и электротехники Электроэнергетика и электротехника Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»: 1. Стоимость ресурсов проектной работы: - Примерный бюджет проекта 200 тыс.руб.; материально-технических, энергетических, - В исследовании задействованы 2 человека: руководитель проекта, инженер-разработчик; финансовых, информационных и человеческих - Проект выполняется на базе лаборатории ТПУ - Стоимость оборудования (ПК) – 14 тыс. рублей - Проект выполняется в соответствии с ГОСТ 2. Нормы и нормативы расходования ресурсов 14.322-83 «Нормирование расхода материалов» и ГОСТ Р 51541-99 «Энергосбережение. Энергетическая эффективность» В соответствии с ГОСТ 14.322-83 «Нормирование расхода материалов» и ГОСТ Р 51541-99 «Энергосбережение. Энергетическая эффективность» 3. Используемая система налогообложения, ставки -Отчисления во внебюджетные фонды – 27,1% налогов, отчислений, кредитования дисконтирования и от ФОТ Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке: 1. Оценка коммерческого потенциала, перспективности и альтернатив проведения проектной работы с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения - Инициализация проекта и его техникоэкономическое обоснование, - Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения -Планирование научно-исследовательских и пуско-наладочных работ Определение эффективности проекта 2. Планирование и формирование бюджета проектной работы научно-технической - Планирование работ по проекту, -Расчет бюджета затрат проекта по внедрению частотного электропривода -Расчет капитальных вложений в основные средства 95 3. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования Определение ресурсной (ресурсосберегающей) и экономической эффективности исследования Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): 1. Смета затрат Дата выдачи задания для раздела по линейному графику Задание выдал консультант: Должность ФИО Доцент Попова Светлана Николаевна Ученая степень, звание Кандидат экономических наук Подпись Дата Задание принял к исполнению студент: Группа ФИО З-5Г3А1 Суржиков Андрей Сергеевич Подпись Дата 96 7. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ Существует проблема испытаний новых современных алгоритмов управления электроприводом запорной арматуры на имитационной модели. Но экспериментальным путем эти проблемы можно решить. В данной работе решается задача создания экспериментальной установки для исследования регулировки газообразных сред. Соответственно целью данной работы является разработка экспериментального стенда имитации газообразного потока. 7.1 Планирование работ и их временной оценки Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке: определение структуры работ в рамках технического задания; определение участников каждой работы; установление продолжительности работ; построение графика проведения работ. Для выполнения проектирования формируется рабочая группа, в состав которой входят научный руководитель и инженер. На каждый вид запланированных работ установлена соответствующая должность исполнителя. Номерам этапов соответствуют следующие виды выполняемых работ, представленные в таблице 1. 97 Таблица 13 – Перечень работ и оценка времени их выполнения Основные этапы Разработка технического задания и его выдача Выбор направления исследований № раб Содержание работ 1 Составление и утверждение технического задания 2 Подбор и изучение материалов по теме 3 Выбор направления исследований 4 Обобщение и оценка результатов Инженер 9р 20 Научный 3 руководитель, инженер 9р Научный 3 руководитель, инженер 9р 14 6 Построение макетов (моделей) и проведение экспериментов Инженер 9р 18 7 Сопоставление результатов экспериментов с теоретическими данными Инженер 9р 8 Инженер 9р 6 Инженер 9р 30 Научный руководить Инженер 9р 2 8 9 Оформление отчета но НИР Научный 1 руководитель, инженер 9р Инженер 9р 5 Теоретические и экспериментальные исследования Календарное планирование работ по теме Проведение теоретических расчетов и обоснований Должность исполнителя Продолжительность выполнения работ, дней 10 Оценка эффективности полученных результатов Составление пояснительной записки Проверка полученных результатов Всего 105 дн., в том числе НР 9 дн. НР участвует в проекте 8,57%. 98 7.2 Смета затрат на научно-техническое проектирование Таблица 14 - Месячный оклад работников № Проектная группа Оклад 1 Инженер 9р 17000 2 Научный руководить 33664 Смета затрат на проект (Кпр) включает в себя материальные затраты, амортизацию, затраты на заработную плату, на социальные нужды и накладные затраты. Кпр= Кз/пл+ Кс.о+ Кпр. + Кнакл, Кз/пл – затраты на заработную плату; Кс.о – затраты на социальные нужды; Кпр. – прочие затраты; Кнакл – накладные затраты. 7.3 Затраты на заработную плату Заработная плата – вознаграждение за труд в зависимости от квалификации работника, сложности, количества, качества и условий выполняемой работы, а также компенсационные и стимулирующие выплаты. ЗП исполнителей в месяц с учетом коэффициентов К1 и К2: ЗПмес ЗПо К1 К 2 , где ЗП0 – месячный оклад работника; К1 = 1,1 – коэффициент, учитывающий отпуск (10%); К2 = 1,3 – районный коэффициент (30%). ЗПмес(инж) = 17000 ∙ 1,1 ∙ 1,3 = 24300руб/мес.; ЗПмес(НР) = 33664 ∙ 1,1 ∙ 1,3 = 48140руб/мес. В месяце 21 рабочий день. Тогда заработная плата ЗП ор каждого участка в соответствии таб.1: 99 ЗПор ЗПмес n, где 21 n – количество дне в проекте. ЗПмес(инж) 24300 ∙𝑛 = ∙ 105 = 121500руб. 21 21 ЗПмес(НР) 48140 = ∙𝑛 = ∙ 9 = 20631руб. 21 21 ЗПинж = ЗПНР Основные затраты на заработную плату исполнителей за весь период работы составит: Кз/пл = ЗПинж + ЗПНР = 121500 + 20631 = 142131руб. 7.4 Затраты на социальные нужды Затраты организации по обязательным и добровольным взносам в органы государственного страхования, пенсионного фонда, фонда медицинского страхования от затрат на оплату труда работников, занятых в производстве продукции, работ, услуг в непроизводственной сфере в соответствии с порядком, установленным законодательством. Затраты на социальные нужды (отчисления) берем 27,1% от Кз/пл. Кс.о. = Кз/пл ∙ 27,1% 142131 ∙ 27,1 = = 38518руб. 100% 100 7.5 Прочие затраты Прочие затраты составляют 10% от общих затрат на проект. Кпр.= ( Кз/пл+ Кс.о)∙0,1=(142131+38518)=18065руб. 100 7.6 Накладные затраты Накладные расходы учитывают прочие затраты организации, не попавшие в предыдущие статьи расходов: печать и ксерокопирование материалов исследования, оплата услуг связи, электроэнергии, почто-вые и телеграфные расходы, размножение материалов и т.д. Их величина определяется по следующей формуле: Кнакл= (Кз/пл+ Кс.о+ Кпр.)∙0,16=(142131+38518+18065)=31794руб. Смета затрат на проект: Кпр= Кз/пл+Кс.о+ Кпр. +Кнакл= =142131+38518+18065+31794=230508руб. Таблица 15 – Результаты полученных данных № Элементы затрат Стоимость, руб. 1 Затраты на заработную плату 142131 2 Затраты на социальные нужды 38518 3 Прочие затраты 18065 4 Накладные расходы 31794 Итого: 230508 7.6 Смета затрат на оборудование Расчет затрат на оборудование для научных (экспериментальных) работ. Все расчеты по приобретению спецоборудования и оборудования, имеющегося в организации, но используемого для каждого исполнения конкретной темы, сводятся в таблице 4. 101 Таблица 16 - Расчет бюджета затрат на приобретение спецоборудования для научных работ Наименование Количество, Цена за ед. Затраты на шт руб. материалы, руб ПК 1 14000 14000 Преобразователь 1 22000 22000 частоты Двигатель 1 3440 3440 Датчики 6 25000 150000 Дисковый 1 2000 2000 затвор Итого 10 66440 191440 Чтобы посчитать монтажные работы (Мраб), берем 20% от стоимости оборудования. М раб Со 20% 191440 0, 2 38288 руб. , где 100% Со – общая стоимость оборудования. Анализ полученных результатов Данный технический проект направлен на расчет параметров схемы замещения АД и его математическое и имитационное моделирование с определенными параметрами, требуемыми заказчиком: - диапазон регулирования 1:10; - открытие затвора за 63 секунд; - ограничение бросков тока и момента; В результате проделанной работы, на выходе проекта достигаем необходимый результат, тем самым можно сделать вывод, что проект реализован верно: 102 После расчетов параметров АД, выбора редуктора требуемое время открытия 63 было достигнуто. Оно составило 60 секунд, что не является критичным. На имитационной модели с помощью задатчика интенсивности удалось ограничить броски момента и тока, в результате пуск двигателя проходит плавно. 103 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Целью данной выпускной магистерской работы является исследование электропривода трубопроводной арматуры, обеспечение требуемого диапазона регулирования. Были рассмотрены различные виды трубопроводной арматуры, из которых в качестве исследуемого объекта выбран дисковый затвор. Дисковый затвор является серьезной альтернативой использованию задвижек, вентилей и кранов. Дисковый затвор может объединять как регулирующие, так и запорные функции. Для обеспечения требуемого времени открытия дискового затвора был выбран асинхронный двигателя АИР56В4У и червячный редуктор. Результатами расчета параметров двигателя являются статические механические и электромеханические характеристики. Также были построены воль частотные характеристик для закона регулирования U/f , которые были использованы для моделирования частотно-регулируемого асинхронного электропривода дискового затвора со скалярным управлением. Работа двигателя на 5 Гц была обеспечена с помощью компенсации воль – частотный характеристики различными способами. Смоделированная система удовлетворяет требованиям технического задания. В экономической части произведена оценка затрат на проектирование. В разделе безопасности и экологичности проанализированы опасные и вредные производственные факторы, рассмотрена социальная ответственность, даны практические рекомендации по технике безопасности и производственной санитарии. 104 CONCLUSION The purpose of this master's thesis is to study the electric drive of pipeline valves, to provide the required control range. Various types of pipe fittings were considered, of which a disk shutter was selected as the object under study. The butterfly valve is a serious alternative to the use of valves, gates and valves. The butterfly valve can combine both regulating and locking functions. To ensure the required opening time of the butterfly valve, the asynchronous motor AIR56B4U and the worm gearbox were selected. The results of calculating engine parameters are static mechanical and electromechanical characteristics. Frequency characteristics for the U / f regulation law were also constructed, which were used to simulate a frequency-controlled asynchronous electric drive of a disk shutter with scalar control. The operation of the motor at 5 Hz was provided by compensating the vol - frequency characteristic in various ways. The modeled system meets the requirements of the technical specification. In the economic part, the design costs are estimated. In the section of safety and ecology, hazardous and harmful production factors are analyzed, social responsibility is considered, practical recommendations on safety and industrial sanitation are given. 105 Список используемой литературы: 1. Магистральные трубопроводы для нефти, газа и нефтепродуктов [Электронный ресурс] – Режим доступа http://rgk-palur.ru/magistralnye- truboprovody-istoriya-razvitiya-i-vozniknoveniya/ (дата обращения 05.04.17); 2. Трубопроводный транспорт газа [Электронный ресурс] – Режим доступа http://gaz-prof.ru/gas-stream/transportation/ (дата обращения 05.04.17); 3. В.Т. Новиков. Трубопроводная арматура. – Томск, : Издательство Томского политехнического университета, 2013. – 290 с; 4. С. А. Ахметова, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / под ред. С. А. Ахметова – СПб.: Недра, 2006 – 868 с; 5. Классификация трубопроводной арматуры [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=22 (дата обращения 06.04.17); 6. Разновидности арматуры по присоединению к трубопроводу [Электронный ресурс] – Режим доступа http://armatek.ru/about/truboprovodnaya_armatura/raznovidnosti_armatury_po_priso edineniyu_k_truboprovodu/ (дата обращения 07.04.2017); 7. Трубопропроводная арматура. Курс лекций [Электронный ресурс] – Режим доступа http://armtorg.ru/files/books/trub_armatura_lek/Truboprovodnaya_armatura_kurs_lek ciy.pdf (дата обращения 07.04.2017); 8. Золотниковые клапаны rocky серии tpc [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.aberika.ru/airtec-controls/kolbenventile-TPC/ (дата обращения 08.04.17.); 9. Дисковые затворы [Электронный ресурс] – Режим доступа http://armatek.ru/about/truboprovodnaya_armatura/diskovye_zatvory/ (дата обращения 08.04.17.); 106 ГОСТ 10. определения 24856-2014 Арматура [Электронный ресурс] трубопроводная. – Термины Режим и доступа http://docs.cntd.ru/document/1200115380 (дата обращения 08.04.17.); Каталог продукции ЗАО «АРМАТЭК» [Электронный ресурс] – 11. Режим доступа (дата http://armatek.ru/files/katalog/katalog_armatek_2014_1_04_2016.pdf обращения 08.04.17.); Затворы дисковые запорные и регулирующие [Электронный ресурс] 12. – Режим доступа https://baumgroup.ru/catalog/ Каталог%20AG.%20Затворы%20стальные.pdf (дата обращения 08.04.17); Поворотные дисковые и шиберные затворы [Электронный ресурс] – 13. Режим доступа (дата http://www.zatvor.org/zatvor_vybor.html обращения 08.04.17); 14. Червячные двухступенчатые редукторы [Электронный ресурс] – Режим доступа http://reduktor58.ru/ (дата обращения 08.04.17); 15. Л.С. Удут, О.П. Мальцева, Н.В. Кояин, Проектирование и исследование автоматизированных частотно – регулируемый электроприводов. Часть 8. Асинхронный электропривод: Учебное пособие. Томский политехнический университет. 2 – е. изд., перераб. и доп., - Томск: Изд – во Томского политехнического университета, 2014. – 648 с. 16. Частотные преобразователи [Электронный ресурс] – Режим доступа https://www.110volt.ru/text/invertor (дата обращения 09.07.17); 17. Режим MICROMASTER преобразователи частоты [Электронный ресурс] – доступа https://www.siemens-pro.ru/doc/documentation/micromaster.pdf (дата обращения 09.04.17); 18. Частотные преобразователи [Электронный ресурс] – Режим доступа http://elleron.ru/catalog/chastotnye-preobrazovateli/siemens/micromaster420/chastotnyy-preobrazovatel-siemens-6se6420-2ud13-7aa1-tok-1-2a-0-37kvt380v-3f/ (дата обращения 09.04.17); 107 19. Преобразователи частоты [Электронный ресурс] – Режим доступа (дата http://rusautomation.ru/privodnaya-tehnika/innovert-mini-isd251m43b обращения 09.04.17); 20. Частотные преобразователи [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.invt.su/katalog/chastotnye-preobrazovateli/seriyachf100a/preobrazovatel-chastoty-invt-chf100a-0r7g-4.html (дата обращения 09.04.17); 21. Преобразователи частоты [Электронный ресурс] – Режим доступа http://vlt-invertor.ru/preobrazovatel-chastotyi-vlt-automationdrive-fc301-i-fc302/ (дата обращения 09.04.17); 22. А.Ю. Чернышев, Ю.Н. Дементьев, И.А. Чернышев, Электропривод переменного тока: учебное пособие/ Томский политехнический университет. – Томск: Изд – во Томского политехнического университета, 2011. – 213с; 23. ГОСТ 12. 0. 003 – 74.ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация; 24. ГОСТ 12. 1.004 – 91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования (01. 07. 92); 25. ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. – М.: Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, 2003; 26. ГОСТ 12. 1. 030 - 81 ССБТ. Защитное заземление, зануление; 27. ГОСТ 12. 1. 010-76 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования; 28. ФЗ №123 от 22.07.2008г. "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"; 29. РД 03-29-93 «Методические указания по проведению технологического освидетельствования сосудов работающих под давлением»; 30. ГОСТ 12. 1. 012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования; 108 31. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. 32. ГОСТ 12. 1.005 – 88 (с изм. №1 от 2000г.). ССБТ. Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны (01. 01.89). 33. ГОСТ 12. 1. 003 – 83 (1999) ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. 34. ГОСТ 12. 1. 003 – 83 (1999) ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. 35. ГОСТ 12. 1. 007 – 76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (с изм. 1990г.). 36. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. 37. СТП-001-05. Нормы и правила проектирования, строительства и эксплуатации металлических сборно-разборных трубопроводов. 38. ГОСТ 12. 1. 038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. 39. ГОСТ 12. 1. 019 -79 (с изм. №1) ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. 40. ГОСТ 12. 1. 030 - 81 ССБТ. Защитное заземление, зануление. 41. ПБ 10-115-96 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением» 42. ГОСТ 12.0.003-2015 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Опасные и вредные производственные факторы. Классификация 43. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. 44. ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация 45. СН 2.2.4/2.1.8.566-96 Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. 46. ГОСТ 12.1.012–90 ССБТ. Вибрационная болезнь. Общие требования. 47. ГОСТ 12.2.003–91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. 48. ГОСТ 12.1.038–82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. 109 49. ГОСТ 12.4.011-89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация 50. ГОСТ 30773-2001Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла. Основные положения 51. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования 52. "Трудовой кодекс Российской Федерации" от 30.12.2001 N 197-ФЗ 53. ГОСТ 22269-76 Система "Человек-машина". Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования 54. ГОСТ 21752-76 Система человек-машина. Маховики управления и штурвалы. Общие эргономические требования 110 Приложение А 111
