Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

Функциональные части

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода

Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:

По принципу регулирования:

По виду передаточного устройства:

По виду преобразовательного устройства:

По методу передачи энергии:

По уровню автоматизации:

По роду тока:

По важности операций:

Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Что такое электропривод? Виды и принцип работы.

Электропривод в нашей жизни

Электроприводы переменного тока представляют собой очень важный элемент процессов автоматизации и промышленной экосистемы, в частности тогда, когда необходимо высокоточное управление скоростью электромотора. Помимо этого, все современные электропоезда или локомотивные системы оснащены электроприводами. Робототехника представляет собой также очень важную сферу применения, в которой регулируемые скорости обеспечивают точный контроль положения.

Даже в нашей повседневной жизни можно обнаружить довольно большое количество областей применения, где применяются электроприводы с изменяемой скоростью для реализации различных функций, включая управление электробритвами, управление компьютерными периферийными устройсвами, автоматическое управление стиральной машины и т. д.

Краткая история появления электропривода

Первая разработка электропривода появилась в далеком 1838 году в России, когда физик и изобретатель Борис Семенович Якоби собрал и протестировал первый электродвигатель постоянного тока, а затем оснастил им лодку и успешно испытал его в деле. Промышленная адаптация электропривода произошла спустя много лет примерно в 1870 году. Сегодня почти везде наблюдается применение электроприводов.

Что такое электропривод, и зачем он нужен?

Электропривод в первую очередь необходим для управления скоростью, крутящим моментом и направлением движущихся объектов. Электроприводы в основном применяются для управления скоростью или движением различных объектов, таких как станки, транспорт, роботы, вентиляторы и т. д. Если рассматривать приводы с точки зрения классификации по скорости, то электроприводы могут быть постоянного или переменного типа. Приводы с постоянной скоростью являются простейшими электроприводами, и они неэффективны, когда необходимо изменение скорости; в таких случаях приводы с переменной скоростью используются для управления нагрузками при любом значении из широкого диапазона скоростей.

Приводы с регулируемой скоростью необходимы для точного и непрерывного контроля скорости, положения или крутящего момента различных нагрузок. Помимо этих, безусловно, положительных преимуществ существует еще множество причин использовать устройства с регулируемой скоростью. К таким причинам можно отнести следующее:

Прогресс в области мощных электронных устройств, микропроцессоров и цифровой электроники привел к созданию современных электроприводов, которые являются более компактными, эффективными, дешевыми и имеют более высокий КПД, чем громоздкая, негибкая и дорогая традиционная электроприводная система, в которой используется многомашинная структура для организации переменной скорости. Простейшая структурная схема электропривода приведена ниже.

На этой блок-схеме электропривода изображены электрический двигатель, силовой электронный преобразователь, контроллер (это может быть ПИД-регулятор), датчики и фактическая нагрузка. Электродвигатель является основным компонентом электропривода, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию, которая в свою очередь управляет нагрузкой. Двигателем может быть электромотор постоянного тока или электромотор переменного тока, и во многом это зависит от типа нагрузки. О чем мы поговорим в следующих статьях.

Источник

Для чего нужен электропривод с регулируемой скоростью

Расход любой энергии должен быть как можно более эффективным и целесообразным. Вряд ли данное утверждение вызовет у кого-нибудь сомнения. Особенно это касается электрической энергии, выступающей сегодня главным ресурсом в народном хозяйстве и промышленности.

Решение проблемы энергосбережения в государственных масштабах приведет к значительному сохранению многих материальных ресурсов в сельском хозяйстве, в промышленном производстве, в коммунальной сфере, и положительно скажется на экологии страны.

Одним из главных потребителей электрической энергии во многих сферах является электропривод, и если повысить энергосбережение за счет более эффективного управления им, путем более грамотного расхода механической и электрической энергии в различных технологических процессах, то проблема будет в значительной степени решена.

Главным способом решения данной задачи является внедрение везде где возможно электропривода с регулируемой скоростью: ленты транспортеров, насосы водоснабжения, вентиляционные системы, компрессоры и т. д. К примеру настройка скорости движения конвейера, подающего детали в закалочную печь, позволит снизить количество тепла, затрачиваемого для закалки деталей разного сортамента.

Что и говорить о транспорте, системах коммунального водоснабжения и вентиляции, которые в разное время суток хорошо бы регулировать в соответствии с текущими потребностями, а не гонять приводные двигатели все время на полную мощность. Система вентиляции, например, может работать менее интенсивно ночью и более интенсивно днем.

Возьмем для примера насос, качающий воду в водопроводе. В разное время суток в жилых домах потребляется разное количество воды. Пики потребления, как известно, приходятся на утренние и вечерние часы, тогда как днем потребление воды вдвое меньше, а ночью — меньше в 8 раз чем утром и вечером.

Расход воды в системе пропорционален скорости вращения привода насоса, напор воды в системе — пропорционален квадрату скорости вращения привода, а мощность потребления приводного двигателя пропорциональна кубу скорости его вращения.

Значит чем меньше скорость вращения и чем меньше напор — тем больше экономия электроэнергии. Очевидно, имеет смысл снижать напор за счет уменьшения скорости вращения привода в ночные и дневные часы, это обеспечит очень заметную экономию электроэнергии.

Итак, если мощность потребления двигателя насоса системы бытового водоснабжения пропорциональна напору и расходу воды одновременно, значит, во сколько раз будет снижен напор, при неизменном расходе воды, во столько же раз станет меньше расход электроэнергии.

Проведем приблизительный типовой расчет, опустив все формулы связанные с гидравликой. Допустим имеется насос в стандартном режиме обеспечивающий напор H = 50 м. Номинальный расход жидкости Q = 0,014 куб.м/с, при этом КПД насоса n = 0.63.

Это если не изменять напор. Если же варьировать напор в соответствии с текущим расходом, путем уменьшения скорости вращения двигателя, то потребление того же двигателя составит всего 22000 кВт-ч. Экономия более чем вдвое!

Применение частотных преобразователей в регулируемом электроприводе:

Источник

Принцип работы электропривода

Электрический приводпредставляет собой электромеханичёское устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения ее связанных масс, точность передач и т. п. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии.

Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного электропривода(рисунок 1.1) ведет к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства.

Рисунок 1.1 – Схема автоматизированного электропривода

2 Классификация электроприводов

Электроприводы по способам распределения механической энергииможно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.

Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Структурная схема группового трансмиссионного электропривода

Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному,хотя в ряде случаев еще находит применение и групповойпривод по схеме на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Структурная схема группового электропривода

Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственныепомещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиямии передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность трудавследствие облегчения управления отдельными механизмами, уменьшения запыленности помещений, лучшего освещениярабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими показателями.

В трансмиссионном приводе при выходе из строя или при ремонте электродвигателя выбывает из работы группа машин, тогда как в случае индивидуального привода или группового по схеме на рисунке 2.2 остановка одного электродвигателя вызывает остановку лишь одной рабочей машины.

Рисунок 2.3 – Индивидуальные электроприводы рабочих органов (шпинделей) продольно-фрезерного станка

Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например в сложных металлорежущих станках, в прокатных станах металлургического производства, в подъемно-транспортных машинах, экскаваторах, в роботах-манипуляторах и т. п.

Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок (рисунок 2.3), имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок).

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузокили положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным пли технологическим соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить приводцепного конвейера. На рисунке 2.4 показана схема такого привода, рабочим органом которого является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М1, М2),расположеннымивдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.

Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационныхмашинах полиграфического производства, и текстильных агрегатах, в прокатных станах металлургического производства, в поточных технологических линиях но производству шинного корда, синтетических пленок и т. д.

Рисунок 2.4 – Схема взаимосвязанного привода конвейера

По виду движенияэлектроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движения.

Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т. п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называемые линейные электродвигатели, магнитогидродинамическиедвигатели).

По степени управляемостиэлектропривод может быть:

1) нерегулируемый — для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;

2) регулируемый — для сообщения изменяемой пли неизменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства;

3) программно-управляемый — управляемый в соответствии с заданной программой;

4) следящий — автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

5) адаптивный — автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства. В этом смысле электропривод бывает:

1) редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;

2) безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

По уровню автоматизацииможно различать:

1) неавтоматизированный электропривод, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;

Что такое водопроводные задвижки и где они используются

Электрический привод арматуры — это устройство, являющееся видом электрических приводов, служащее для механизации и автоматизации трубопроводной арматуры, и широко применяющееся во всех отраслях промышленности, играя важнейшую роль практически во всех технологических процессах. Чаще всего электропривода используются для дистанционного управления арматурой, еë открытия и закрытия, а также для определения положения арматуры. Кроме электрических приводов, существуют пневматические, гидравлические и электромагнитные арматурные привода.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные либо прямоходные предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение выходного вала, либо линейное перемещение выходного штока.

Многооборотные электроприводы для задвижек и клапанов

Электроприводы для задвижек, клапанов и т.п.

Многооборотные электрические исполнительные механизм и приводы (электроприводы) предназначены для передачи крутящего момента арматуре (как правило это задвижки и клапаны) при ее повороте на один оборот и более. Механизмы и приводы предназначены для приведения в действие запорно-регулирующей арматуры в системах автоматического регулирования технологическими процессами, в соответствии с командными сигналами регулирующих и управляющих устройств.

Однооборотные / четвертьоборотные электроприводы для затворов, кранов, заслонок

Электроприводы для затворов дисковых, кранов шаровых, поворотных заслок и т.п.

Однооборотные (или неполноповоротные) электрические исполнительные механизмы и приводы предназначены для передачи крутящего момента арматуре (как правило это затворы,краны,поворотные заслонки и т.п.) при ее повороте на один оборот или менее (от 0 до 360°).

Прямоходные электроприводы для клапанов, заслонок

Электроприводы для клапанов, различных заслонок и т.п.

Прямоходные электроприводы предназначены для приведения в действие запорно-регулирующей арматуры (как правило это клапаны, заслонки). Они передают усилие штоку арматуры при его поступательном перемещении и применяются с в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами регулирующих и управляющих устройств.

Все типы электрических исполнительных механизмов:

Электроприводы для воздушных заслонок, воздушных клапанов и пр.

Приводы пневмотические для трубопроводной арматуры: — многооборотные пневмоприводы (задвижки, клапаны) — неполноповоротные или однооборотные пневмоприводы (затворы дисковые, краны шаровые) — прямоходные пневмоприводы (клапаны, заслонки)

Редукторы ручные для трубопроводной арматуры

Приборы контроля и регулирования технологических процессов

Виды защиты схемы управления

Как и любой сложный электромеханический прибор, автоматическая задвижка имеет несколько видов защиты схемы управления от различного рода перегрузок.

В щитке управления имеется кнопка ЗКУ, которая служит для мгновенного аварийного выключения электродвигателя. При этом существуют и автоматические элементы защиты:

Что такое задвижка с редуктором

Задвижка с редуктором — это тип промышленной арматуры, с помощью которого можно управлять или перекрывать поток внутри трубопровода. Ее необходимо устанавливать при монтаже любого трубопровода, так как она решает многие задачи и облегчает процесс эксплуатации оборудования.

Запирающий элемент, расположенный внутри корпуса, движется благодаря поворотно-поступательным движениям редуктора. Относительно оси трубы и потока он расположен перпендикулярно.

Такой узел нашел большую область применения за счет удобного конструктивного решения. Завод «Адмирал» предлагает стальные (нержавеющие, легированные и углеродистые) задвижки для всех видов трубопроводов. Каждую из них нужно выбирать исходя из условий эксплуатации. Ознакомиться с продукцией можно в удобном каталоге компании.

Они способны выдержать давление до 2,5 МПа. Благодаря способности выдерживать большую скорость внутри системы и агрессивное воздействие среды, а также перепады температуры, задвижка с редуктором монтируется на трубопроводы:

● на трубопроводы бытового назначения;

Чтобы выбрать задвижку правильно необходимо учесть диаметр трубопровода, какая будет рабочая среда, температура и давления

Важно учитывать какие жидкости и газы будут протекать по нему

Достоинства и недостатки задвижки с редуктором

Основное преимущество такой детали — это возможность открывать и закрывать поток, не прикладывая особых усилий. Поэтому его применяют на трубопроводах большого диаметра, где масса устройства регулировки настолько велика, что необходимы дополнительные механизмы для управления. Помимо этого редуктор обладает рядом преимуществ, к которым можно отнести:

● при полностью открытом затворе — минимальное гидравлическое сопротивление;

● движение потока рабочей среды возможно в любом направлении;

● небольшая строительная длина.

К недостаткам относят:

● большую строительную высоту и массу, что увеличивает нагрузку на трубопровод. Также это делает невозможным установку в труднодоступных местах;

● нельзя применять в трубопроводе с кристаллизацией веществ;

● недопустим большой перепад давления в корпусе.

Функции и принцип действия

Задвижки с электроприводом выполняют обычные функции запорной арматуры – запорную и регулирующую:

Функционирование запорного устройства, приводящегося в действие электрическим приводом, осуществляется в трёх режимах:

Наладочный режим функционирования используют после установки или замены (ремонта). Здесь последовательно подаются команды (замыкают контакты) на электропривод, которые он «запоминает» и в дальнейшей эксплуатации использует. Наладку работы электропривода осуществляют после установки, при ручном регулировании крайних положений (открытозакрыто).

Автоматический режим — это режим функционирования запорного устройства, когда электропривод настроен на перемену параметров потока, его давления, температуры. Изменение параметров фиксирую специальные датчики. Они же «подают сигнал» на контролирующую схему, замыкаются контакты, подаётся магнитный Электропривод устанавливает перекрывающий механизм в требуемое положение.

Дистанционный режим – это когда работа электропривода задвижки регулируется с пульта управления оператором в ручном режиме.

Виды и классификация водопроводных задвижек

По конструкции запорного органа задвижки для водопроводных систем подразделяются на:

Клиновые задвижки оснащаются затвором конусообразной формы, который в положении «закрыто» плотно входит в пространство между сёдлами. Клин может быть разных видов:

К параллельным задвижкам относятся устройства, у которых уплотнительные поверхности запорного или регулирующего органа располагаются в параллельных плоскостях друг к другу.

Для печных дымоходов используют шиберные задвижки, в конструкцию которой входит рамка и металлическая пластина с ручкой. При открывании задвижки пластина выдвигается из рамки, при закрывании возвращается в первоначальное положение.

Клиновидная конструкция

Изделие с клином применяют для систем отопления и соответствующих коммуникаций, перекачки углеводородов в жидком виде, газообразных веществ и химических реагентов, горячей и холодной воды. Применение конструкции в нефтяной, газотранспортной, энергетической промышленности, а также в области ЖКХ говорит само за себя.Задвижка имеет технические особенности, а также помогает закрыть или открыть движение по трубе (отсюда и 2 фазы эксплуатации – открыто/закрыто). Это проявляется в том, что седло запорного подвижного элемента располагают под углом, а сам запор делают в виде клина.

При эксплуатации клин входит в промежуток между седлами и надежно перекрывает путь движущемуся по трубе веществу.В зависимости от затвора различают такие клиновидные задвижки:жесткие;двухдисковые;упругие.Жесткий клин имеет хорошую герметичность и устойчивость за счет вторичных эластичных уплотнителей. Двухдисковые изделия менее изнашиваются, по сравнению с жесткими (у которых уплотнители быстро выходят из строя), имеют высокую усилительную способность и низкую вероятность заклинивания. Но у них размеры намного больше, чем у жестких, что обусловливает дополнительную металлоемкость.Упругая задвижка представлена дисками, соединенными между собой упругими частями.

Такое изделие устойчиво к температурам и рабочему давлению, но плохо справляется со средами, которые имеют примеси.Жесткие изделия менее металлоемкие, но являются трудоемкими при изготовлении. Двухдисковые – всегда больших размеров, но делаются легко

Упругие – являются средними по показателям между жесткими и двухдисковыми.ВАЖНО! Конструкция регулирующего элемент задвижки с клином может быть разных моделей, но все они делаются по качественным стандартам действующего ГОСТа 24856-2014

Задвижка с клином быстро перекрывает поток движущегося вещества. Для этого используют ручные маховые колеса и автоматизированные системы, что очень удобно для удаленных объектов.Устройство изделия очень простое и представлено:металлическим корпусом с запорными элементами;шпиндель-гайкой внутри или снаружи корпуса (выдвигает шпиндель на всю величину);штоком (приводит в действие затвор);фланцевыми соединителями (обеспечивают герметичность);уплотнителями (резиновыми, полиуретановыми, фторопластовыми, металлическими наплавками, эластомерами).В зависимости от шпинделя, клиновые конструкции бывают выдвижными и не выдвижными (компактными). Второй тип часто применяют для подземных трубопроводов.Выдвижные шпинделя – чугунные или стальные, имеют свойство полнопроходности (с не суженой выемкой для диаметра патрубков).

Представленные изделия являются шиберными, они оборудованы электрическим проводом.Невыдвижные шпинделя всегда погружены в транспортируемую среду, поэтому требуют частой замены

Конечно, такое устройство выигрывает перед выдвижными устройствами из-за компактности и строительной массы, зато являются долговечными и износоустойчивыми.ВАЖНО! Изделие приводится в движение с помощью махового колеса или электрического, пневматического, гидравлического приводов. Ручное либо автоматическое управление клиновой задвижкой выбирают в зависимости от перекачиваемой среды

Автоматизация электропривода задвижки

Схема электропривода с электромеханической муфтой.

Задвижки, как правило, выполняют 2 команды: закрыть или открыть трубопровод в зависимости от состояния управляемых органов (насосов или вентиляторов) и от изменения контролируемых параметров (уровня, давления, температуры, расхода и т.п.).

Гидроприводом, электроприводом и пневмоприводом можно на расстоянии осуществлять управление задвижкой. В основном при автоматизации задвижки пользуются электроприводом благодаря простоте управления.

Асинхронный двигатель является электроприводом задвижки, выходной вал которого соединен с червячным редуктором, а выходная шестерня червячного редуктора входит в зацепление с выходным винтом задвижки.

Во время работы электродвигателя затвор вместе с винтом опускается или поднимается, закрывая либо открывая задвижку. Выходная шестерня редуктора через промежуточный редуктор передает вращение ряду дисков с кулачками. Во время открытия задвижки кулачки поворачиваются вправо и переключают контакты микровыключателя КВО. Во время закрытия задвижки кулачки поворачиваются влево и переключают контакты микровыключателя КВЗ. Диски с кулачками расположены таким образом, что во время полного открытия задвижки происходит срабатывание выключателя КВО, а во время полного закрытия – выключателя КВЗ.

Электрическая принципиальная схема управления электроприводом задвижки предусматривает 3 режима управления: дистанционный, автоматический и наладочный.

Дистанционный режим используется при управлении электроприводом на расстоянии, к примеру, с диспетчерского пульта. Для подготовки данного режима устанавливается переключатель управления 1ПУ в положение “Дистанционный”, тумблер 2ВБ в положение “включен”, тумблер 1ВБ в положение “выключен”. На диспетчерский пульт управления питание подается выключателем В.

Что это такое и зачем она нужна

Задвижка, которая имеет в конструкции электрический привод, применяется на трубопроводах водоснабжения и канализации. Также это оборудование устанавливают в системах кондиционирования и даже отопления. Это возможно при условии, что в трубопроводах не циркулируют химические, агрессивные жидкости. Устройство арматуры задвижки с электроприводом позволяет системе функционировать эффективно.

Наличие электроприводов значительно упрощают управление системой отопления, водоснабжения и т. д. Если раньше приходилось отвинчивать вентиль вручную, то сейчас эту работу выполняет механизм. Такую запорную арматуру сегодня применяют на многих промышленных предприятиях. Особенно целесообразно устанавливать это оборудования в местах, небезопасных для доступа человека.

Где используют задвижки с электроприводом

Установить запорную арматуру, которая приводится в действие электрическим током, можно как на бытовой трубопровод, так и на промышленные коммуникации, магистрали. Вариативность диаметра труб от 1,5 см до 200 см. Задвижки имеют тот же диаметр, что и участок трубы, на который они устанавливаются.

Установка запорных устройств с электроприводом целесообразна в местах, где ручное управление потоком затруднено.

Задвижки применяют для регулирования, открывания, закрывания потоков жидкостей, газов. В строительстве это коммуникации жизнеобеспечения:

Особые, реечные задвижки с электроприводом используют в погружных насосах для автоматизации регулировки подачи воды. Запорное устройство оснащено шибером.

В промышленности задвижки с электроприводом позволяют автоматизировать подачу, отведение жидкостей, газов в автоматическом режиме. Работа электрозадвижки осуществляется через коммуникационный шкаф.

Разновидности запорной электроарматуры

Для электрозапорной арматуры нет ограничений по диаметру трубы. Соединение с трубопроводом фланцевое.

По конструкции различают запорную арматуру:

По способу расположения ходового механизма различают:

Принципиально разное расположение поворотного механизма влияет на возможности сферу использования запорного устройства.

Различают следующие разновидности электропривода для запорной арматуры:

Электроарматура запорная изготавливается как из чугуна, так и из стали. Выбирают задвижку исходя из особенностей эксплуатационных условий (температуры, давления потока).

Стальные устройства имеют перед чугунными следующие преимущества:

Затворы водоснабжения

В затворе водопровода запорный элемент выполнен в форме диска, диаметр которого равен размеру внутреннего диаметра трубы. Во время открывания и закрывания затвора диск вращается вокруг оси, перпендикулярной направлению потока.

Корпус затвора имеет укороченную цилиндрическую форму, бывает разборным и монолитным (цельносварная конструкция). Изготавливается он из чугунных сплавов, разных видов сталей, цветных металлов, композитных полимеров. В его полости располагается запорный орган, представленный из подвижной части — плоского или двояковыпуклого диска и неподвижной — седла. В качестве уплотнителей используются кольца из эластичной резины.

Критерии выбора задвижек

Для правильного выбора водяной задвижки необходимо выполнить тщательный анализ исходных требований к её техническим характеристикам, а также сравнить цены на изделия у разных производителей.

Выполняют такой анализ в следующей последовательности:

Арматура из чугуна для систем отопления и водоснабжения в последнее время применяются реже, в основном здесь используют стальные устройства. Чугунную запорную арматуру чаще устанавливают в канализации, в системах подачи сжатого воздуха, пара и сыпучих материалов.

Принцип работы и устройство

Представленное оборудование работает в разной рабочей среде (вода, пар, масло нефть и т. д.). При выборе того или иного агрегата нужно учитывать, для какой среды разработан конкретный механизм. Некоторые модели электроприводов для задвижки приводят конструкцию в два положения (открыто или закрыто). Но есть агрегаты, рассчитанные для работы в промежуточных положениях. Спектр положения их заглушек шире.

Изделие имеет корпус и фланцы. Соединение бывает параллельным, либо под углом. Дополнительную герметизацию обеспечивают уплотнители.

Задвижки оснащаются асинхронным электрическим двигателем (АСВ) с ротором короткозамкнутого типа. Мотор сочленен с червячным редуктором. Электропривод включает в себя выключатель ВП-700, а также ручной дублер.

Механизм оснащен поворотным диском. Он подает или перекрывает подачу внутренней среды (пар, вода масло и т. д.). За это отвечает контрольный блок и датчики. Запорный механизм приходит в движение только после получения соответствующего сигнала.

Движение заглушки обеспечивается штоком или шпинделем. Деталь образует вместе с гайкой резьбовую пару. Если шпиндель не выпирает, это оборудование не устанавливают на ответственном объекте. Ходовый механизм находится внутри, что усложняет его ремонт и обслуживание.

Механизм срабатывает из-за изменений температуры, давлениия или расхода жидкости трубопровода. Сигналом для перемещения заглушки может быть состояние насосов, вентиляторов.

Электропривод

Анализ работы систем электропривода и регулирования технологических параметров. Основными электроприемниками всех, за некоторым исключением, промышленных предприятий является электропривод технологических машин и механизмов. На его долю приходится около 80 % потребляемой предприятиями электроэнергии. Поэтому от его состояния и режимов работы зависит величина электроэнергетической составляющей выпускаемой продукции.

Электропривод представляет собой систему, в состав которой входят электродвигатель, передаточный механизм, рабочий механизм и устройство управления. Все системы электропривода делятся на разомкнутые и замкнутые, с дискретным управлением и регулируемые (автоматизированный электропривод).

К основным недостаткам электропривода действующих промышленных предприятий относятся:

а) большое количество электродвигателей устаревших модификаций, которые к настоящему времени сняты с производства;

б) длительный срок эксплуатации, составляющий десятки лет, в результате чего очень низкая вероятность безотказной работы систем электропривода;

в) около половины эксплуатируемых электродвигателей имеют завышенную мощность по сравнению с проектной;

г) преобладающее число систем электропривода являются разомкнутыми с дискретным управлением.

На промышленных предприятиях находится в эксплуатации большое количество автоматических систем регулирования технологических параметров. В качестве исполнительных механизмов используются регулирующие клапаны, которые представляют собой запорные устройства с дистанционным управлением. Они работают по принципу создания дополнительного гидравлического сопротивления в трубопроводах. По оценкам специалистов на регулирование технологических параметров (автоматическое и ручное) расходуется до 20 % потребляемой электроэнергии. На некоторых предприятиях внедрены системы автоматизированного электропривода, но они никак не связаны с автоматическим регулированием технологических параметров и их работа оказывается недостаточно эффективной.

Модернизация систем электропривода. К основным рекомендациям по модернизации систем электропривода следует отнести следующее:

а) замена электродвигателей с большим физическим износом на новые;

б) приведение мощности электродвигателей к фактической мощности производственных механизмов;

в) применение автоматизированного электропривода;

г) включение систем автоматизированного электропривода в системы автоматического регулирования технологических параметров.

Для обоснования рекомендаций о необходимости приведения мощности электродвигателей к фактической мощности производственных механизмов выборочно делается проверочный расчет мощности по методикам, изложенным в [62]. При обнаружении завышения мощности электродвигателей по отношению к расчетной мощности производственных механизмов проводится предварительный расчет величины снижения электропотребления по методике, изложенной в [63].

Обоснование применения автоматизированного электропривода технологических насосов, компрессоров и вентиляторов основывается на анализе режимов их работы. Если режим работы длительный с постоянной нагрузкой, близкой к номинальной, то необходимости применения автоматизированного электропривода нет. Эффективность применения автоматизированного электропривода хорошо проявляется только в тех случаях, когда производственные механизмы работают с переменной нагрузкой, изменение которой связано с регулированием технологических параметров и их среднесуточная загрузка менее 80 %. Для выбранных систем электропривода производится расчет снижения потребляемой электроэнергии за счет уменьшения гидравлических потерь при регулировании расхода жидкости или газа путем изменения скорости вращения электродвигателей нагнетательных машин. Расчет проводится на основании методик, изложенных в [62, 63].

Обоснование включения автоматизированного электропривода в состав автоматических систем регулирования технологических параметров связано с возможностью повышения качества регулирования. Для этого проводится анализ работы регулирующих органов, делается сравнение их технических характеристик с характеристиками автоматизированного электропривода нагнетательных машин в плане точности установки требуемых расходов потоков жидкостей или газов. Это особенно важно для тех потоков, изменение которых реализуется с большими трудностями. Например, изменение производительности вентиляторов воздушных холодильников, дутьевых вентиляторов, дымососов и т. п.

Проверочный расчет мощности и выбор электродвигателей. Проверочный расчет мощности проводится для всех электродвигателей, работающих непрерывно длительное время. Расчет мощности проводится по методикам, изложенным в [62, 63], на основании технических характеристик всех производственных механизмов.

Для выбора электродвигателей используются следующие признаки:

а) мощность (Рн ≥ Рр) [54, 62, 63];

б) скорость вращения (nдв = nмех) [62, 63];

в) род тока (постоянного или переменного тока). В основном переменного тока, так как электроснабжение предприятий осуществляется на переменном токе [62];

г) принцип работы (для двигателей переменного тока). Предпочтение необходимо отдавать асинхронным двигателям как более простым по конструкции и надежности в эксплуатации и более дешевым. Синхронные двигатели выбираются для механизмов с циклической нагрузкой и большой мощности, когда достоинства асинхронных двигателей перекрываются более высокими значениями технико-экономических показателей синхронных двигателей [54, 62];

д) напряжение. При мощности Рн ≤ 315 кВт используется напряжение до 1 кВ, а при мощности Рн ≥ 250 кВт – напряжение свыше 1 кВ [62];

е) условия окружающей среды в местах установки электродвигателей [62, 63].

В последнем случае производится предварительный анализ окружающей среды во всех зонах, где предполагается установка электрооборудования и прокладка кабелей и шинопроводов по методике, изложенной в [62, 63].

В заключение данного раздела необходимо привести таблицу с техническими характеристиками выбранных электродвигателей.

Расчет мощности и выбор электрических преобразователей. В настоящее время электротехническая промышленность всех стран мира, в том числе и России, выпускает электрические преобразователи постоянного и переменного тока с тем же рядом мощностей и напряжений, который принят для электродвигателей. В паспортных данных электрических преобразователей указываются мощность и напряжение электродвигателей, для которых они предназначены. Поэтому основными условиями для выбора электрических преобразователей являются Рн эп = Рн дв и Uн эп = Uн дв. Для выбора электрических преобразователей переменного тока (преобразователи частоты) используется дополнительный признак – закон частотного управления [52, 55]. Если производственный механизм имеет вентиляторную нагрузку [52, 55], то выбираются преобразователи частоты с законом частотного управления типа U/f = const как наиболее дешевые. Если производственный механизм имеет нагрузку нулевого порядка [52, 55], то необходимо выбирать преобразователи частоты с законом частотного управления типа Мк = const.

В заключение данного раздела необходимо привести таблицу с техническими характеристиками выбранных электрических преобразователей и схему внешних подключений с указанием назначения силовых и информационных входов-выходов.

Разработка системы регулирования технологических параметров с применением автоматизированного электропривода.Разработка системы автоматического регулирования технологических параметров с применением автоматизированного электропривода проводится в следующей последовательности:

а) выбирается система автоматизированного электропривода одного из производственных механизмов;

а) выделяется технологический поток, который создается с помощью выбранного производственного механизма;

б) производится выбор регулируемого параметра, в качестве которого используется такой, на величину которого оказывает наибольшее влияние выявленный технологический поток (управляющее воздействие);

в) на базе выбранного регулируемого параметра и управляющего воздействия производится построение системы автоматического регулирования;

г) система автоматического регулирования технологического параметра оформляется в виде функциональной схемы по упрощенному варианту.

Способы регулирования основных химико-технологических процессов подробно рассмотрены в [65].

Выбор технических средств контроля и управления.Выбор технических средств контроля и регулирования производится на основании технической структуры исходя из их функционального назначения и условий окружающей среды из каталогов на современные средства автоматизации. В качестве управляющих устройств необходимо выбирать комплектные устройства на базе вычислительной техники. Можно использовать технические средства АСУТП действующего производства.

Электромагнитный привод: типы, назначение, принцип работы

В применении компактных, производительных и функциональных приводных механизмов сегодня заинтересованы практически все сферы деятельности человека от тяжелой промышленности до транспорта и бытового хозяйства. Этим обусловлено и постоянное совершенствование традиционных концепций силовых агрегатов, которые хоть и улучшаются, но не меняют принципиального устройства. К наиболее популярным базовым системам такого типа можно отнести электромагнитный привод, рабочий механизм которого задействуется и в крупноформатном оборудовании, и в мелких технических устройствах.

Назначение привода

Практически во всех целевых объектах применения данный механизм выступает исполнительным органом системы. Другое дело, что характер выполняемой функции и степень ее ответственности в рамках общего рабочего процесса может меняться. Например, в запорной арматуре данный привод отвечает за текущее положение клапана. В частности, за счет его усилия перекрытие принимает положение нормально закрытого или открытого состояния. Такие устройства используют в разных коммуникационных системах, что определяет и принцип срабатывания, и защитные характеристики устройства. В частности, электромагнитный привод дымоудаления входит в инфраструктуру системы пожарной безопасности, конструкционно стыкуясь с вентиляционными каналами. Корпус привода и его ответственные рабочие части должны быть устойчивы к высоким температурам и вредным контактам с термически опасными газами. Что касается команды на исполнение, то обычно срабатывает автоматика при фиксации признаков задымления. Привод в данном случае является техническим средством регуляции потоков дыма и гари.

Более сложная конфигурация применения электромагнитных исполнительных органов имеет место в многоходовых кранах. Это своего рода коллекторные или распределительные системы, сложность управления которыми заключается в одновременном контроле целых групп функциональных узлов. В таких системах используется электромагнитный привод клапана с функцией переключения потоков через патрубки. Поводом для закрытия или открытия канала могут служить определенные величины рабочей среды (давление, температура), интенсивность потока, программные настройки по времени и т.д.

Конструкция и составные части

Центральным рабочим элементом привода является блок соленоида, который образуется полой катушкой и магнитным сердечником. Коммуникационные электромагнитные связи данного компонента с другими деталями обеспечиваются малой внутренней арматурой с управляющими импульсными клапанами. В нормальном состоянии сердечник поддерживается пружиной со штоком, который опирается в седло. Кроме того, типовое устройство электромагнитного привода предусматривает наличие так называемого ручного дублера рабочей части, который берет на себя функции механизма в моменты резких перепадов или полного отсутствия напряжения. Может предусматриваться и дополнительный функционал, обеспечиваемый средствами сигнализации, вспомогательными запирающими элементами и фиксаторами позиции сердечника. Но поскольку одним из преимуществ приводов такого типа является небольшой размер, то в целях оптимизации разработчики стараются исключать чрезмерное насыщение конструкции второстепенными устройствами.

Принцип работы механизма

И в магнитных, и в электромагнитных силовых устройствах роль активной среды выполняет магнитный поток. Для его формирования используется или постоянный магнит, или аналогичное устройство с возможностью точечного подключения или отключения его активности путем изменения электрического сигнала. Исполнительный орган начинает действовать с момента подачи напряжения, когда по контурам соленоида начинает проходить ток. В свою очередь, сердечник по мере наращивания активности магнитного поля начинает свое движение относительно полости катушки индуктивности. Собственно, принцип работы электромагнитного привода как раз и сводится к преобразованию электрической энергии в механическую посредством магнитного поля. И как только напряжение падает, в дело вступают силы упругой пружины, которая возвращает на место сердечник и арматура привода принимает исходное нормальное положение. Также для регуляции отдельных этапов передачи усилия в сложных многоступенчатых приводах могут дополнительно включаться пневмо- или гидроприводы. В частности, они делают возможным первичную генерацию электричества из источников альтернативной энергии (воды, ветра, солнца), что удешевляет рабочий процесс оборудования.

Исполнительные действия электромагнитного привода

Схема движения приводного сердечника и его способности работать в качестве выходного силового узла определяют особенности действий, которые может совершать механизм. Сразу надо отметить, что в большинстве случаев это устройства с однотипными элементарными движениями исполнительной механики, которые редко дополняются вспомогательными техническими функциями. По этому признаку электромагнитный привод разделяется на следующие типы:

С точки зрения конструкционного решения силовой элемент и сердечник вполне могут быть разными деталями, что повышает надежность и долговечность устройства. Другое дело, что принцип оптимизации требует совмещения нескольких задач в рамках функционала одного технического компонента в целях экономии места и энергетических ресурсов.

Электромагнитная арматура

Исполнительные органы привода могут работать в разных конфигурациях, совершая те или иные действия, требующиеся для эксплуатации конкретной рабочей инфраструктуры. Но в любом случае одной лишь функции сердечника или силового элемента будет недостаточно для оказания достаточного эффекта с точки зрения выполнения конечной задачи за редкими исключениями. В большинстве случаев требуется и переходное звено – своего рода транслятор генерируемой механической энергии от непосредственно приводной механики к целевому устройству. Например, в системе полного привода электромагнитная муфта выступает не просто передатчиком усилия, а двигателем, который жестко соединяет две части вала. В асинхронных механизмах предусматривается даже собственная катушка возбуждения с выраженными полюсами. Ведущая часть таких муфт выполняется по принципам роторной обмотки электродвигателя, что и вовсе наделяет этот элемент функциями преобразователя и транслятора усилия.

В более простых системах с прямым действием задачи трансляции усилия выполняют стандартные шарикоподшипниковые устройства, шарнирные и распределительные агрегаты. Конкретное исполнение и конфигурация действия, а также взаимосвязь с приводной системой реализуется по-разному. Нередко разрабатываются индивидуальные схемы сопряжения компонентов между собой. В той же муфте электромагнитного привода организуется целая инфраструктура с собственным металлическим валом, контактными кольцами, коллекторами и медными брусками. И это не считая параллельного устройства электромагнитных каналов с полюсными наконечниками и контурами направления линий магнитного поля.

Рабочие параметры привода

Одна и та же конструкция с типовой схемой работы может требовать подключения разных мощностей. Также типовые модели приводных систем различаются по силовой нагрузке, виду тока, величине напряжения и т.д. Простейший электромагнитный привод клапана работает от сети на 220 В, но также могут встречаться модели с аналогичной конструкцией, но требующие соединения с трехфазными промышленными сетями на 380 В. Требования к энергетическому питанию определяются размерами устройства и характеристиками работы сердечника. Количество оборотов двигателя, к примеру, напрямую определяет объем потребляемой мощности, а вместе с ней свойства изоляции, обмотки и параметры сопротивления. Если конкретно говорить о промышленной электротехнической инфраструктуре, то в проекте интеграции мощного привода должны быть рассчитаны тяговые усилия, характеристики заземляющего контура, схема реализации предохранительных устройств цепи т.д.

Блочные приводные системы

Наиболее распространенный конструкционный форм-фактор выпуска приводных механизмов на электромагнитном принципе действия – блочный (или агрегатный). Это самостоятельное и отчасти изолированное устройство, которое монтируется на корпусе целевого механизма или также обособленного исполнительного узла. Принципиальное отличие таких систем заключается в том, что их поверхности никак не соприкасаются с полостями переходных силовых звеньев и тем более рабочих элементов исполнительных органов целевого оборудования. По крайней мере, такие контакты не обуславливают необходимости принятия каких-либо мер для защиты обеих конструкций. Блочный тип электромагнитного привода задействуют в тех случаях, когда функциональные узлы требуется изолировать от негативного влияния рабочей среды – например, от рисков коррозийного поражения или температурного воздействия. Для обеспечения механической связки используется такой же изолированный орган арматуры наподобие штока.

Особенности встроенного привода

Разновидность электромагнитных силовых приводов, которые выступают в виде составной части рабочей системы, образуя с ней единую коммуникационную инфраструктуру. Как правило, такие устройства имеют компактные размеры и небольшую массу, что и позволяет их встраивать в самые разные инженерно-технические конструкции без существенного влияния на их функциональные и эргономические характеристики. С другой стороны, оптимизация по размерам и необходимость расширения возможностей для обвязки (прямого подключения к оборудованию) ограничивает создателей в обеспечении высокой степени защищенности таких механизмов. Поэтому продумываются типовые бюджетные изолирующие решения наподобие разделительных герметичных трубок, помогающих защищать чувствительные элементы от агрессивного воздействия рабочей среды. К исключениям можно отнести вакуумные клапаны с электромагнитным приводом в металлическом корпусе, к которому подключаются арматурные узлы из высокопрочного пластика. Но это уже специализированные укрупненные модели, имеющие комплексную защиту от токсичных, термических и механических факторов воздействия.

Сферы применения устройства

С помощью данного привода решаются задачи силового механического обеспечения разного уровня. В наиболее ответственных и сложных системах для управления электромагнитными устройствами применяется бессальниковая арматура, повышающая степень надежности и производительности оборудования. В такой комбинации агрегаты используются в транспортных и коммуникационных трубопроводных сетях, при обслуживании хранилищ с нефтепродуктами, в химической промышленности, на перерабатывающих станциях и комбинатах в разных отраслях производства. Если же говорить о простых устройствах, то в бытовой сфере распространен электромагнитный привод вентилятора приточных и вытяжных систем. Мелкоформатные механизмы также находят свое место в сантехнической арматуре, насосах, компрессорах и т.д.

Источник