Электромоторные приводы Для управления запорной (а иногда и регулирующей) арматурой наиболее часто применяются электромоторные приводы (электроприводы), использующие доступный вид энергии — электрическую. Несмотря на некоторые их недостатки, к которым относятся трудность обеспечения коррозионной защиты, необходимость оснащения сравнительно сложными пультами управления, значительная масса, увеличенная трудоемкость изготовления, электроприводы нашли широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ перед другими видами приводов. Эти приводы используют электроэнергию, которая включается только на период работы привода; она не требует сложных коммуникаций; приводы могут включаться на месте или дистанционно, что облегчает автоматическое управление процессами; при управлении электроприводами запаздывание во времени от подачи до исполнения команды незначительно. Относительная экономичность использования электроприводов возрастает при увеличении площади обслуживания или расстояния, с которого осуществляется управление. Кинетическую энергию вращающихся частей можно использовать для срыва с уплотнения затвора задвижек при открывании запорного органа. Монтаж и обслуживание электроприводов не требуют особо высокой квалификации обслуживающего персонала. Электроприводы могут быть установлены в труднодоступных местах благодаря простоте электрокоммуникаций. Они обычно имеют компактную конструкцию и небольшие габаритные размеры, лишь для арматуры с малыми диаметрами проходов они получаются относительно громоздкими. Устанавливаются непосредственно на арматуре или на расстояний от нее, в последнем случае движение от электропривода на арматуру передается с помощью механической дистанционной передачи. По мощности электропривод обычно выбирается так, чтобы крутящий момент на шпинделе арматуры находился в пределах 40—100от наибольшего крутящего момента, развиваемого данным типом электропривода. Стопроцентную нагрузку электропривод может принимать только при повторно-кратковременном режиме (ПВ = 15 %). Продолжительность одного цикла /цикла = /раб + to при повторно-кратковременном режиме работы не должна превышать 10 мин. В момент закрытия арматуры, когда уплотнительные поверхности затвора и корпуса соприкасаются, происходит резкое торможение движения, при этом момент на выходном валу возрастает за счет использования кинетической энергии ротора двигателя. Чтобы обеспечить нормальную работу арматуры, закрывание должно производиться с моментом, достаточным для обеспечения герметичности запорного органа. Чрезмерное повышение момента при закрывании затрудняет последующее открывание и может вызвать поломку деталей. Кроме того, после закрытия арматуры с повышенным моментом и в связи с увеличением коэффициента трения при трогании с места (коэффициент трения покоя) мощности двигателя для открывания может оказаться недостаточно. Для того чтобы избежать этого, все электроприводы снабжаются устройством, ограничивающим момент на выходном валу при закрывании арматуры. С этой целью в электроприводах предусматриваются муфты ограничения крутящего момента (механический способ) или реле ограничения силы тока в электродвигателе (электрический способ), а также муфты электромеханического действия (отключение электродвигателя производится пружинным устройством). Применение муфт ограничения крутящего момента несколько усложняет и удорожает конструкцию электропривода, но механические характеристики электроприводов с муфтами лучше, чем у электроприводов с реле тока. Последние допускают отклонения от установленного момента и переход кинетической энергии ротора двигателя в работу по закрыванию арматуры. В некоторых конструкциях муфта ограничения крутящего момента позволяет ограничивать моменты как при электрическом» так и. при ручном управлении (при использовании ручного дублера). Превышение действительного момента над номинальным будет тем большим, чем выше жесткость механизма привода и арматуры, поэтому для арматуры с большими условными диаметрами проходов разница в этих моментах будет меньше, чем в арматуре с малыми условными диаметрами прохода, жесткость которой велика. Для задвижек эта разница будет меньше, чем для вентилей. Несмотря на указанный недостаток, электроприводы с реле максимального тока иногда применяют благодаря своей простоте и дешевизне. Они могут быть рекомендованы для управления задвижками. Муфты могут быть одностороннего и двустороннего действия. Арматура, не имеющая верхнего уплотнения (перекрытие сальника), может оснащаться приводом с муфтой одностороннего действия, при этом ограничение крутящего момента происходит только в сторону закрытия арматуры. При открывании момент от действия электродвигателя не ограничивается. Арматура с верх¬ним уплотнением оснащается электроприводом с муфтой двустороннего действия, в котором ограничение момента производится при движении затвора как в сторону закрытия, так и в сторону открытия арматуры. Серийно электроприводы для арматуры выпускаются с наибольшими крутящими моментами от 5 до 10 ООО Н-м в нормальном и взрывозащищенном исполнениях при различной категории взрывозащиты и для различных климатических зон. Для снижения частоты вращения при передаче движения от электродвигателя к выходному валу и увеличения крутящего момента наиболее часто используется червячный редуктор, но применяются и конструкции с зубчатыми передачами, в том числе и планетарными. Червячные редукторы имеют компактную конструкцию, сравнительно малое число деталей, большое передаточное число и просты в изготовлении. В последнее время предложены конструкции электроприводов арматуры с редукторами, в которых применяется принципиально новый вид передачи — планетарно-винтовая. Эти приводы предназначены для арматуры с выдвижным шпинделем, имеют малые габаритные размеры и низкую металлоемкость. Помимо муфты ограничения крутящего момента или реле тока приводы имеют путевые выключатели, останавливающие привод при достижении затвором заданного положения. Предусматривается также ручной дублер, позволяющий управлять арматурой при отсутствии электроэнергии и при выполнении пуско-наладочных работ. Электроприводы предназначены для работы при температуре окружающей среды от —40 до +50 °С и относительной влажности до 90 %. Каждый электропривод имеет определенный интервал регулировки крутящего момента и рабочего числа оборотов приводного вала для полного закрытия арматуры. Последнее определяется типом и маркой коробки путевых выключателей. Для электроприводов арматуры применяются асинхронные электродвигатели переменного тока напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц. Электроприводы позволяют осуществлять следующие действия при управлении арматурой: нажатием на пульте управления пусковых кнопок «Открыто» и «Закрыто» — открытие или закрытие рабочего органа арматуры; нажатием кнопки «Стоп» — остановку затвора в любом промежуточном положении; автоматическое отключение электродвигателя муфтой ограничения крутящего момента при достижении затвором крайних положений и при аварийном заедании подвижных частей в процессе движения на открытие или закрытие; автоматическое отключение электродвигателя путевыми выключателями при достижении затвором крайних положений; сигнализацию на пульте управления крайних положений затвора и срабатывания муфты соответствующим сигнализационными лампами; местное указание крайних положений затвора на циферблате местного указателя; дистанционное указание степени открытия прохода арматуры на пульте управления; автоматическое переключение электропривода из положения ручного управления на электрическое; электрическую блокировку электроприводов с работой других механизмов и агрегатов. Классификация электроприводов арматуры приведена на схеме 3.1. Кинематическая схема действия одной из конструкций электроприводов с червячной передачей приведена на рис, 3.2. Электродвигатель 1 через кулачковую муфту 2 приводит во вращение червяк 3 и червячное колесо 4. С помощью кулачков А на червячном колесе и кулачков Б на выходном валу вращение с червячного колеса передается на выходной вал 5, который снабжен кулачковой муфтой для передачи крутящего момента арматуре. Включение ручного привода для управления маховиком 6 производится перемещением валика 8 внутри полого червяка. При этом расцепляется муфта 2 и сцепляется муфта 7, благодаря чему маховик оказывается сцепленным с червяком, а электродвигатель — отключенным. Передача движения на коробку путевых выключателей осуществляется с помощью зубчатых колес zl и z2. Кулачки А червячного колеса и кулачки Б выходного вала могут быть изготовлены с большим свободным ходом (до 30—45°), что позволяет производить открывание арматуры с использованием инерции ротора электродвигателя. На рис. 3.3 показана кинематическая схема электропривода с червячной и зубчатой передачей для передачи больших крутящих,моментов. Электродвигатель / с помощью муфты 2 приводит во вращение червячную пару 3, 4. Вал 5 через зубчатую передачу zl~z2 и z3~z4 передает движение на выходную муфту 6 для передачи крутящего момента арматуре. Через муфту 7 в движение приводится коробка концевых выключателей, Электропривод, изображенный на рис. 3.3, отличается от электропривода," показанного на рис. 3.2, дополнительным редуктором с зубчатой передачей. Схема 3.1 Классификация электроприводов арматуры
Ручное управление маховиком 8 осуществляется после переключения вала 9, благодаря чему муфтой 2 отключается электродвигатель, а муфтой 10 включается маховик ручного управления. Ограничение крутящего момента в этих двух приводах осуществляется применением реле максимального тока. Конструкция электропривода с червячным редуктором и с реле тока приведена на рис. 3.4. Кинематическая схема электропривода с электромеханической муфтой одностороннего действия с присоединением типа А показана на рис. 3.5, а конструкция электропривода с такой муфтой — на рис. 3.6. Здесь червяк выполнен в виде полой детали с шлицевым отверстием, он расположен на шлицевом валу и может вдоль него перемещаться. Пружина сжатия удерживает вал в крайнем ле¬вом положении. При достижении на выходном валу крутящего момента установленного значения червячное колесо останавливается, червяк, вывинчиваясь из неподвижного червячного колеса, перемещается вдоль шлицевого вала, сжимает пружину и смещается вправо. Рис. 3.4. Электропривод с червячным редуктором и реле тока
При этом он воздействует на микровыключатель, и электродвигатель останавливается. На принципе использования подвижного червяка основаны и конструкции электромеханических моторов двустороннего действия. Принципиальная схема действия такой муфты показана на рис. 3.7, а конструкция электропривода с муфтой двустороннего действия — на рис. .3.8. Электромеханическая муфта двустороннего действия предусмотрена также в унифицированных приводах с присоединениями Б, В и Г, где предусмотрена механическая блокировка контактов муфты. Кинематическая схема этих приводов приведена на рис. 3.9. Вращение от двигателя 7 зубчатыми колесами 2 и 3 передается зубчатому колесу 4, на торце которого имеются кулачки, а на своем валу оно сидит свободно. Движение на вал передается кулачками зубчатого колеса и кулачковой муфты 5, установленной на шлицах вала. При электрическом управлении кулачки муфты 6, связанные с маховиком, выведены из зацепления с обращенными к ней кулачками зубчатого колеса 4. Далее движение от вала 84, червяка 35 и червячного колеса Р передается выходному валу 10, а при помощи червячной пары 8 и 33, зубчатых колес 32 п 31 н пальца-вилки 30 — червячной Паре 28 и 29, распределительному валику 24, на котором расположены кулачки 22 путевых выключателей 23 и кулачки 20 блокировки выключателей муфты моментов, закрепленные на распределительном валике фрикционно. От распределительного валика 24 зубчатым колесом 27 вращение передается зубчатому коле¬су 26, которое связано с потенциометром 25, а также стрелке местного указателя 19 положения запорного органа арма¬туры. Рис. 3.5. Кинематическая схема электропривода с электромеханической муфтой одностороннего действия с присоединением типа А: 1 ~ маховик; 2 — рукоятка переключения на ручное управление; 3 — втулка регулировки усилия пружины; 4 — стакан регулировочный; 5, 13, 14 — кулачковые муфты; 6 — пружина; 7 — втулка; 8 — подшипник; 9 опора; 10 — рычаг; II — выключатель; 12 — червяк. 15 — электродвигатель; 16 — тарелка; 17 — хвостовик; 18 — вал червяка; 19 — червячное колесо; 20, 22 — зубчатые колеса; 21~ вал выходной; 23 — коробка путевых выключателей
Для перевода привода на ручное управление необходимо нажимать на рукоятку 6 до тех пор, пока кулачки муфты 5 не вступят в зацепление с ответными кyлачками (для чего может понадобиться некоторый поворот маховика ручного дублера). После сцепления кулачков можно управлять арматурой вручную. При работе от электродвигателя, когда момент сопротивления на приводном валу 10 достигнет предельного значения, вращение червячного колеса 9 прекратится, благодаря чему червяк 35 начнет перемещаться на валу 34 в ту или иную сторону (в зависимости от направления его вращения), сжимая пружину 36. Рис. 3.7. Кинематическая схема электропривода с электромеханической муфтой двустороннего действия; 1 — червяк; 2 — червячное колесо; 3 — кулачковая муфта; 4 - злектродвигатель; 5 - червяк; 6 — червячное колесо; 7, 8 кулачковые полумуфты; 9, 10 — передаточные шестерни; 11 — пружина муфты; 12 -натяжная гайка; 13 -выключатель 14 — маховик; 15 -рукоятка переключения на ручное управление; 16, 17 - кулачковые муфты
Это движение при помощи рычага 7, валика 11, секторного зубчатого рычага 13, зубчатого колеса 12, пальца и валика 14 передаётся зубчатому колесу 15, которое связано с кулачковыми барабанами 21. Рис, 3.8. Электропривод с электромеханической муфтой двустороннего действия(с дополнительным входным червячным редуктором): 1, 2 — червячные колеса соответственно второй у первой ступеней; 3, 11 — червяки; 4, 9 - валы; 5- выключатель; 6, 8 — рычаги; 7 — ось; 10 -кулачковая муфта
Рис. 3.9. Кинематическая схема электроприводов с присоединениями типов Б, В и Г унифицированного ряда (без дополнительного входного червячного редуктора)
Один из них вращается в том направлении, при котором его кулачок, воздействуя на рычаг 16, освобождает рычаг 18 выключателя 17, его контакты размыкаются, и двигатель привода отключается от сети. Привод имеет блокировку кулачков, которая действует следующим образом. Блокировочные кулачки 20 в соответствующие моменты блокируют рычаги 18 выключателей 17 в течение всего времени вращения распределительного валика в одном направлении. Рис. 3.10. Типовая принципиальная электрическая схема управления электроприводом с электромеханической муфтой двустороннего действия с механической блокировкой контактов выключателей муфты: М электродвигатель; /<1, К2 — пускатели; FI — автомат; F'i — предохранитель; 57 — кнопка «Стоп»; S1, S2, S5, S6 — путевые выключатели; 53, 54 — выключатели муфты; 58, 59 1= кнопки «Открыто» и «Закрыто»; И\—НЪ — сигнальные лампы; П- Потенциометр
При перемене направления вращения валика один выключатель освобождается, а другой — блокируется. Система работает таким образом, что под действием блокировочного кулачка находится тот выключатель муфты, который не предназначен для срабатывания при вращении выходного вала в ту сторону, Б которую он вращается. На рис. 3.10 показана типовая принципиальная электрическая схема управления электромоторными приводами унифицированного ряда с электромеханической муфтой двустороннего действия с механической блокировкой контактов выключателей муфты. В зависимости от назначения арматуры, ее связи с другими объектами и степени автоматизации технологического процесса применяются рабочие схемы, разрабатываемые на базе типовой. Из них можно выделить три следующих основных варианта.
