Электрический привод и его структура

Содержание

Конструкция задвижек:

Задвижка – тип запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия неагрессивной рабочей среды преимущественно с высокими показателями температуры и давления.Запорный элемент в задвижках перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды.Перекрытие потока происходит за счет поступательно-вращательного движения шпинделя, который перемещает клин из верхнего положения в нижнее. В отличие от кранов и затворов, которые открываются при повороте шпинделя на 90°, задвижки являются многооборотной арматурой. Плавное постепенное перекрытие потока обеспечивает отсутстие резких перепадов давления, а плавное открытие препятствует возникновению гидроудара. Именно из-за этих свойств задвижки используются преимущественно в магистральных технологических и транспортных трубопроводах диаметрами от 15 до 2000 мм. По конструкции запорного органа задвижки можно разделить на клиновые и шиберные задвижки. В клиновых задвижках сёдла в корпусе расположены под небольшим углом друг к другу, а затвор представляет собой устройство в виде клина — жёсткого, упругого или двухдискового, который в положении «закрыто» плотно входит в пространство между сёдлами. Со временем герметичность такой задвижки может быть нарушена из-за сильного трения в крайнем закрытом положении.

Задвижки с обрезиненным клином

являются модификацией клиновых задвижек. Задвижки с обрезиненным клином имеют гладкий полный проход, благодаря чему в момент перекрытия рабочего потока не возникает сильного трения. Обрезиненный клин задвижки призван обеспечивать высокие показатели герметичности и прочности, а также бесперебойную работу запорной арматуры, даже при резких перепадах температурного режима. Еще одна черта, характерная для задвижек такого типа, — низкие крутящие моменты при управлении.

Шиберные задвижки

являются разновидностью параллельной задвижки. Шиберные задвижки применяются в тех случаях, когда допускается одностороннее направление потока рабочей среды и не требуется высокая герметичность запорного органа. Они предназначены для установки в качестве запорных устройств на трубопроводах, транспортирующих канализационные стоки, шламы и другие, загрязнённые механическими примесями среды. Иногда затвор выполняется ножевым для разрушения частиц в рабочей среде, в этом случае задвижки называются шиберными ножевыми.

Большое значение для работы и области применения задвижек имеет расположение ходового узла. Он может быть расположен внутри задвижки в рабочей среде или вне полости корпуса. Иными словами, задвижки бывают с выдвижным штоком и с невыдвижным штоком.

Конструктивное сходство и различие разных модификаций запорного оборудования

Тело всех устройств этого типа, оснащённых электроприводом, состоит из корпуса и крышки, образующих пустотную конструкцию, в полости которой размещается узел рабочего механизма и часть движущейся среды под давлением.

Для подключения к процессу имеется два отвода под приварку либо с резьбой под наворачивание муфты или фланца.

Рабочий механизм состоит из двух седел, параллельных между собой или смонтированных под углом.

Они в положении «закрыто» всей плоскостью прижимаются к затвору с уплотнительным материалом на поверхности, предусмотренным для повышения степени герметизации. Затвор внутри корпуса электрозадвижки соединён со одним концом шпинделя (штока) и с его помощью передвигается под прямым углом к направлению течения рабочей среды, проходящей через него. Второй конец шпинделя выходит через крышку, уплотняющие прокладки и подсоединяется к электроприводу.

Применение электрифицированных задвижек непосредственно связано с их техническими характеристиками и специфичностью строения конструкции.

Запорная арматура этого типа изготавливается в нескольких модификациях, различающихся:

направлением течения рабочего вещества — одностороннее, двухстороннее;
конструкцией запирающего механизма: клиновые (имеют жёсткий клин, двухдисковый клин или упругий клин), параллельные (с одним диском, с двумя дисками или с шибером);
типом шпинделя — выдвижной и не выдвижной шпиндель;
материалом изготовления — стальные, чугунные, алюминиевые, бронзовые, латунные, титановые электрозадвижки;
по способу производства — литые, сварные, штампованные или сочетающие литьё и сварку, штамповку и сварку;
конструктивными особенностями проточной корпусной части — полнопроходные, с суженным отверстием;
исходным местоположением запирающей детали электрозадвижки — нормально открытые; нормально закрытые;
методом герметизации соединения корпус/крышка — сальник без самоуплотнения, сальник с самоуплотняющим свойством, с затвором, с наличием гидрозатвора или комбинацией гидрозатвора и затвора;
типом передачи усилия от электропривода к запорающему органу — привод вращательного или поступательного типа.

В состав электропривода всех разновидностей устройств входят два основных узла — двигатель и редуктор, преобразующий скорость движения коленвала мотора.

Электрозадвижки в основном работают от двигателя переменного тока, но могут подключаться к мотору, с питанием от независимого источника — сети, подающей постоянный ток.

Для оснащения электропривода используются указатели и датчики положения рабочего органа, необходимые для удалённого контроля за степенью открытия агрегата в любой временной промежуток, а также ограничители, предупреждающие его перегрузки.

Поступление данных с датчиков и электропитания производится через специальные кабели, для крепления к электрифицированной задвижке используется фланцевое или муфтовое соединение.

Важно! Для автоматического контроля за работой запорного устройства, а так же во избежание негативного влияния несанкционированных перепадов напряжения в сети, электропривод подключается к шкафу управления

Преимущества и недостатки использования электроприводов

Фланцевый регулирующий клапан с приводом Потребление энергии электроприводом клапана происходит только при движении, а его отключение не вызывает смещения по инерции. Среди других преимуществ электроприводов выделяют:

постоянную скорость функционирования;
низкую стоимость потребляемой энергии;
плавную регулировку устройств, предназначенных для управления потоками перемещаемой среды;
точность настройки и точное позиционирование;
экологическую безопасность при установке на трубопроводах;
возможность подключения дополнительного оборудования и датчиков для контроля и управления.

В отличие от регулирующих клапанов с пневмоприводом аналогичные устройства с электроприводом не склонны к засорению и отличаются низким уровнем шума во время работы. При авариях клапаны с электроприводами могут быть подключены к независимым источникам питания — резервным аккумуляторам и генераторам.

Основные недостатки клапанов для регулировки параметров перемещаемой среды — высокая стоимость и возможность перегрева двигателя при непрерывной работе в течение длительного времени. Из-за них повышается суммарная величина затрат на монтаж магистралей и требуется контроль состояния элементов привода. К другим недостаткам механизмов с электрическим приводом относятся:

Возможность возникновения помех в управлении расположенных вблизи сетей, которые появляются из-за воздействия поля электромагнитных приводов.
Сложность использования в условиях большой влажности и пожароопасных зонах. В этом случае можно применять устройства специального исполнения с высокой степенью защиты двигателя или заменить их клапанами с пневмоприводом.
Необходимость регулярного технического обслуживания, поскольку исполнительный механизм состоит из множества подвижных деталей и элементов.

Уменьшение влияния негативных особенностей достигается благодаря точной кинематической схеме и грамотной разработке конструкции привода. Комплектация защитными средствами повышает срок службы и делает устройства более удобными для эксплуатации.

К элементам автоматизации производства относят:

Станки с ЧПУ;
Промышленные роботы;
Роботизированные технологические комплексы;
Комплексные шкафы управления;
Гибкие производственные системы;
Автоматизированные складские системы;
Системы контроля качества на базе ЭВМ;
Система автоматического проектирования (англ. Computer-aided Design, CAD) используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации.

Система автоматизированного проектирования реализует информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР. Первая советская/российская система автоматизированного проектирования была разработана в конце 80-х годов XX века рабочей группой Челябинского политехнического института, под руководством профессора Кошина.

Планирование и увязка отдельных элементов плана с использованием ЭВМ — Computer-Aided Process Planning (CAPP), автоматизированная технологическая подготовка производства — это программные продукты, помогающие автоматизировать процесс подготовки производства, а именно планирование (проектирование) технологических процессов.

Автоматизация какого-либо технологического процесса (АСУ ТП) слагается из следующих элементов: автоматизация контроля, регулирования и защиты.

Автоматизация контроля — обеспечивает систематическое наблюдение за ходом процесса при помощи указывающих самопишуших регистрирующих приборов.

Автоматизация управления процессом заключается в автоматическом пуске, останове, изменении скорости и реверсировании механизмов с требуемой последовательностью. Автоматизация управления часто сопровождается блокировкой, которая на допускает неправильных операций.

Автоматизация регулирования осуществляет рациональное протекание процесса в функции технологических параметров с заданной точностью, недостижимой при регулировании вручную. Таково, например, автоматическое регулирование температуры пресс-форм в трикотажном или меховом производстве.

Основные характеристики и классификация электроприводов

Такие устройства имеют свою классификацию. Она осуществляется по определенным признакам.

Электроприводы взаимодействуют с системами и устройствами. В данном случае можно выделить три стороны. Первая – система электроснабжения и источник энергии. Вторая – технологическая установка или машина. Третья – контакт с человеком-оператором посредством применения информационного преобразователя. Такой прибор – часть всей системы.

Микропроцессорная техника развивается стремительными темпами. Это привело к тому, что в системах управления электроприводом стали применяться цифровые регуляторы.

Такое внедрение существенным образом позволяет расширить набор реализуемых линейных и нелинейных законов и алгоритмов для контроля устройством с одной стороны. Однако с другой это вносит определенные особенности. Они присущи цифровым системам. Это непосредственно импульсный характер информации.

Другими словами присутствует квантование по времени и по уровню. Также имеется запаздывание в канале управления. Оно необходимо для обработки данных и формирования сигналов.

На этом фоне возникла потребность в применении новых алгоритмов управления и методов синтеза этих систем. Так, современные электроприводы с цифровым управлением имеют следующую схему.

Такие машины обладают рядом уникальных свойств:

Арифметические или логические возможности являются развитыми. Такая особенность способствует реализации сложных линейных и нелинейных законов управления, функциональной экстраполяции, трансцендентных зависимостей и пересчету координат из одной системы в другую в электроприводе многосвязного типа.
Имеется свободная память. За счет этого производится формирование текущего управления с учетом накопительной информации.
Программируемость. Именно посредством этого можно создавать многорежимные и многофункциональные устройства, которые базировались бы на микропроцессорных системах.

Электроприводы – приборы, позволяющие решить множество задач в промышленности.

Больше о современных электроприводах и системах можно узнать на ежегодной выставке «Электро».

Шаровые краны с электроприводомЭксплуатация, управление, ремонт электроприводомВысоковольтные электрические аппараты

Схемы электроприводов

В промышленности широко применяются электроприводы. Их основным предназначением является преобразование энергии. Устройства представляют собой автоматизированную электромеханическую систему.

Электромеханическая система электроприводов в свою очередь включает три вида узлов:

электрические;
механические;
электронные.

Обычно данная система состоит из двигателя, преобразователя и автоматического управления. Электроприводы способствуют приведению в движение практически всех механизмов, которые имеются на заводах и фабриках, а также транспортных средств и бытовой техники.

На сегодняшний день практически все аппараты, приборы и агрегаты оборудованы данным устройством.

Сюда можно отнести:

сплит-системы и холодильное оборудование;
трамваи и троллейбусы;
поезда и самолеты;
автомобили;
бытовая техника;
принтеры и сканеры;
часы.

Схема электропривода, который имеет промышленный механизм, представлена на рисунке ниже.

При этом данные устройства могут в значительной степени отличаться по своим габаритам. Электроприводы выполняются от нескольких миллиметров до гигантских размеров с «двухэтажку», которые двигают мощный прокатный стан.

Подобные системы отличаются рядом особенностей.

Первая заключается в том, что скорость электроприводов регулируется посредством применения полупроводниковых преобразователей энергии.

Второй особенностью является использование микропроцессорных контроллеров. Они непосредственно позволяют решать задачу управления данными устройствами. Общая структура прибора выглядит следующим образом.

Электропривод для запорной арматуры

Запорная арматура — это вид арматуры трубопроводной, который предназначается для перекрытия потока среды. К ней относятся задвижки, краны, соединительная арматура, клапаны. Данные изделия изготавливаются из легированной стали, не подвергающейся коррозии и пригодной для

агрессивных условий. Без арматуры, как вспомогательного стандартного устройства, например, отопительная система функционировать не сможет.

Основным назначением запорно-регулирующей арматуры является перекрытие по трубопроводу потока рабочей среды, а также обеспечение необходимой герметичности. Производители трубопроводной арматуры строго следят за качеством продукции, которая крепится на трубопроводах с низким и высоким давлением, на агрегатах и сосудах. Запорная арматура управляет водяной, газо- и парообразной, газожидкостной массой.

На сегодняшний день строительный и промышленный рынок предлагает покупателю различные виды запорной арматуры, в этот список входит также запорная арматура с электроприводом. Последний предназначен для автоматизации арматуры трубопроводной, и благодаря ему многие технологические процессы автоматизируются. Электроприводы применяются также для дистанционного управления запорной арматурой. Необходимо отметить, что запорная арматура, помимо электропривода, может оснащаться также электромагнитным, гидро- и пневмоприводом.

По своей конструкции стандартный электропривод арматуры состоит из электродвигателя, силового ограничителя, путевого выключателя, редуктора, крепежного приспособления и дублера ручного типа. Запорно-отпорное устройство движется под управлением электродвигателя, силовой ограничитель предупреждает поломку и перегрузки арматуры. Путевые выключатели устанавливают положение рабочего органа и одновременно отключают электродвигатель от источника питания. Редуктор предназначается для преобразования вида, а также скорости движения элементов на выходе. Крепежное приспособление, в свою очередь, фланцевым соединителем стыкует электропривод с арматурой, а муфта предназначена для крепежа вала привода с арматурой.

Датчики указывают в отдельный промежуток времени степень открытости арматуры, адублер ручного типа в качестве рычага управления позволяет управлять арматурой вручную. Специальный переключатель датчика обеспечивает безопасность работы при подаче электричества. Благодаря электроприводу появляется возможность централизованного управления всеми типами арматуры любого размера: от самого большого до минимального. Необходимо отметить, что электропривод работает на одном виде энергии, и монтируется устройство как на арматуру, так и недалеко от нее. Электропривод прост в обслуживании и ремонте; опасность самопроизвольного изменения рабочего органа исключена. Электропривод можно устанавливать также на ту арматуру, которая оснащена устройством ручного управления без его переоборудования.

Метки:Трубопровод

Особенности систем управления

Системы управления электроприводами являются неотъемлемой частью механизма.

Системы управления выполняют определенные функции в зависимости от назначения устройства:

пуск и выключение;
регулировка скорости;
управление положением механизма или машины;
контроль и изменение характеристик устройства в соответствии с заданными параметрами;
защита, блокировка оборудования или сигнализация.

В зависимости от типа управления все системы делятся на три группы:

ручные. Оператор самостоятельно следит за рабочими процессами, непосредственно воздействуя на механизмы электропривода. Недостаток очевиден – это низкая точность, наличие человеческого фактора и медлительность системы. Этот тип управления используется редко, для выполнения базовых операций и контроля за одним процессом;
полуавтоматические. В данном случае присутствие оператора необходимо, но его участие в процессе остается минимальным – он лишь воздействует на автоматические системы, причем контроль может проводиться дистанционно. Главное преимущество – повышается быстродействие и точность обработки данных и регулировки процессами;
автоматические. Эти системы управления не допускают участия оператора – все процессы контроля и регулировки электроприводами осуществляются в автономном режиме согласно заложенной программе и с учетом внештатных ситуаций.

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду механической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имеющий наименьшие габариты, массу и стоимость.
Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Общепромышленный, взрывозащищенный:

Электроприводы используются для автоматизации арматуры во всех сферах инженерных систем, начиная от простого водоснабжения и заканчивая объектами добывающей, металлургической, нефтехимической промышленности и даже атомной энергетики. В каждой сфере промышленности существуют определенные требования к технике безопасности. В данном контексте принято говорить об исполнении электропривода

. По своему исполнению электроприводы делятся на общепромышленные, взрывозащищенные, а так же электроприводы для АЭС, для шахт, и электроприводы морского исполнения.Общепромышленные электроприводы — наиболее распространенные и часто используемые приводы для автоматизации взрывобезопасных промышленных объектов. В конструкции общепромышленных приводов предусмотрена пылевлагозащита определенного класса, защита от коррозии, допустимый перепад температур окружающей среды. Чем сложнее условия эксплуатации, тем сложнее конструкция привода и дороже его цена. Общепромышленные приводы разработаны с тем учетом, чтобы не перегружать конструкцию излишними качествами там, где это не нужно, и обеспечивать исправную работу в течении всего срока эксплуатации. Основные сферы применения — горячее и холодное водоснабжение, водоотведение, паровые сети, системы пожаротушения, кондиционирования и вентиляции, трубопроводы пищевой и химической промышлености, технические трубопроводы любых негорючих материалов — жидких, твердых (абразивных) и газообразных. К эксплуатации во взрывоопасных зонах предъявляются особые требования, которые должны быть соблюдены.

Взрывозащищенные электроприводы на порядок сложнее общепромышленных. Взрывозащита — это меры, которые обеспечивают безопасность оборудования для работы во взрывоопасных средах, процессов его производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации, а также утилизации. К техническим решениям относят применение оборудования (в первую очередь электрооборудования), не способного вызвать взрыв. Взрывозащищенные электроприводы обозначаются маркировкой Ex. По области применения оборудование делится на следующие группы:

I — оборудование, предназначенное для применения в подземных выработках шахт, рудников, опасных в отношении рудничного газа и (или) горючей пыли, а также в тех частях их наземных строений, в которых существует опасность присутствия рудничного газа и (или) горючей пыли (категория смеси — I );
II — оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок (категория смеси — II по газу);
III — оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных пылевых средах (категория смеси — II по пыли).

Электроприводы в морском исполнении устанавливаются в прибережных зонах, верфях, на нефтедобывающих платформах, и даже на судах и подводных лодках. На морских судах электроприводы используются для дренажных, топливных, балластных, спринклерных систем и систем пожаротушения. Морские суда характеризуются ограниченностью пространства, что налагает более жесткие требования к массогабаритным характеристикам установленного на них оборудования. Приводы морского исполнения должны отвечать всем требованиям по устойчивости к ударной и вибрационной нагрузкам для морских судов и подводных лодок. Все элементы корпуса делаются из бронзы, все внешние винты – из высокопрочной нержавеющей стали. Это обеспечивает устойчивость к воздействию морской воды в течение долгого времени.

Характеристики привода[ | код]

Статические характеристики | код

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика | код

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Электромеханическая характеристика двигателя | код

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.

Динамическая характеристика | код

Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.

Сфера применения и преимущества

Трубопроводные задвижки производятся в диапазоне диаметров от 15 до 2000 мм. Они предназначены для монтажа в системы с температурой рабочей среды до 550 градусов и давлением до 25 МПа включительно. Сфера использования задвижки непосредственно зависит от материала, из которого изготовлен ее корпус. Наиболее распространенные стальные конструкции могут применяться:

в сфере жилищно-коммунального хозяйства для установки на трубопроводы центрального водоснабжения и отопления;
в нефтегазовой и энергетической промышленности на транспортных магистралях;
в производственных сферах на трубопроводах подачи парообразных, жидких и сыпучих веществ.

Также производятся задвижки в корпусах из нержавеющей стали, за счет устойчивости которой к коррозийным воздействиям они получили широкое распространение в химической и фармацевтической промышленности.

Конструктивные особенности задвижки не позволяют использовать ее в качестве регулирующей арматуры, запорный элемент всегда должен находиться в крайних положениях – “закрыто” либо “открыто”, в противном случае значительно ускорится износ уплотнительных поверхностей и, как следствие, рабочий ресурс конструкции.

Фланцевые задвижки с выдвижным шпинделем имеют следующие эксплуатационные преимущества:

простота компоновки, надежность и ремонтопригодность;
минимальное гидравлическое сопротивления;
небольшая габаритная длина;
возможность комплектации механизированными приводами гидравлического, электрического либо пневматического типа;
простота установки и возможность быстрого демонтажа за счет фланцевого соединения.

Высота клиновой задвижки

Есть у конструкции и недостатки, основной из них – большая габаритная высота за счет шпинделя, длина которого идентична диаметру пропускного отверстия в корпусе. При открытии затвора шпиндель полностью выходит из корпуса, что требует наличия свободного пространства над трубопроводом.

Задвижка с невыдвижным шпинделем отличается от рассматриваемой нами конструкции тем, что ее шпиндель при открытии затвора совершает исключительно вращательное движение, тогда как выдвижной шток движется вращательно-поступательно. В сравнении с фиксированной арматурой конструкция с выдвижным шпинделем требует значительно меньших затрат времени на открытие.

К недостаткам задвижек также относится достаточно быстрый износ уплотнительных поверхностей на седлах и затворе за счет их постоянного трения, что требует частого планового ремонта, выполнить который без монтажа арматуры с трубопровода невозможно.

Принцип работы и особенности конструкции

Задвижки в большинстве случаев выполняются в полнопроходной конфигурации, предусматривающей одинаковое сечение пропускного отверстия корпуса по отношению к диаметру трубопровода, на который устанавливается арматура.

Клиновая задвижка двухдискового типа в разразе

Конструкция клиновой задвижки состоит из следующей элементов:

Корпус (стальной, чугунный либо нержавеющий).
Клиновидный запорный механизм.
Два седла, в которые затвор упирается при перекрытии пропускного отверстия.
Привод ручного либо механического типа.
Шпиндель зафиксированный ходовой гайкой, направляющей его перемещение внутри корпуса.

При активации привода шток, вращаясь вокруг своей оси внутри ходовой гайки, опускается в низ и перемещает запорный механизм, который перекрывает пропускное отверстие. Герметизации отсечения рабочей среды достигается за счет покрытия затвора и седел эластичным материалом. В зависимости от типа покрытия выделяют несколько видов арматуры, наиболее часто встречается задвижка с обрезиненным клином и конструкции с затвором покрытым фторопластом.

Нижняя часть корпуса задвижки цельносварная, к ней винтами крепится крышка, из которой выходит шпиндель. На боковых частях корпуса расположены оборудованными фланцами присоединительные патрубки. Фланец представляет собой круглую стальную пластину, по периметру которой размещены посадочные отверстия под крепежные винты.

При монтаже арматуры на трубопровод наваривается ответный фланец, имеющий аналогичные размеры и шаг между винтами, что и фланец задвижки. Между пластинами размещается уплотнительная прокладка из резины либо паронита и фланцы стягиваются крепежами друг с другом. За счет уплотнительной прокладки обеспечивается максимальная герметичность соединения.