Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Анализ технических характеристик гистерезисной муфты

Работа №11054

Тип работы

Бакалаврская работа

Предмет

электротехника

Объем работы101
Год сдачи2016
Стоимость5900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
889
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


1 Введение 11
2 Обзор электроприводов для запорной арматуры 16
3 Магнитно-гистерезисные муфты 19
3.1 Назначение и области применения 19
3.2 Конструкции 21
3.3 Активные материалы 24
4 Расчет параметров магнитно-гистерезисной муфты 28
4.1 Параметры материалов и коэффициенты использования 29
4.2 Определение геометрии гистерезисной муфты 31
4.2.1 Основное расчетное уравнение 31
4.2.2 Геометрия индуктора 33
4.2.3 Геометрия гистерезисного слоя 34
4.4 Уточнение коэффициентов использования материалов 40
4.4.1 Коэффициент использования постоянного магнита 40
4.4.2 Коэффициент использования гистерезисного материала 41
4.5 Поверочный расчет 42
5 Анализ технических характеристик 44
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 50
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований 50
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 50
6.1.2 Анализ конкурентных технических решений 52
6.1.3 SWOT-анализ 54
6.2 Определение возможных альтернатив проведение научных
исследований 54
6.3 Планирование научно-исследовательских работ 57
6.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 57
6.3.2 Бюджет научного исследования 59
6.3.3 Бюджет научного исследования 61
6.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 66
7 Социальная ответственность 70
7.1 Техногенная безопасность 70
7.1.1 Вредные факторы производственной среды 70
7.1.2 Опасные факторы производственной среды 72
7.2 Региональная безопасность 76
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 70
8 Технология производства электрических аппаратов 78
8.1 Анализ конструкции магнитно-гистерезисной муфты на
технологичность 78
8.2 Составление схемы сборки и маршрутной технологии 80
8.3 Выбор оборудования 81
8.4 Расчет норм времени 83
8.5 Расчет количества оборудования 85
9 Заключение 87
Литература 89
Список публикаций 93
Приложение А. ФЮРА.303580.002 Схема сборки гистерезисной муфты 94
Приложение Б. ФЮРА.303580.003 График загрузки оборудования 95 Приложение В. ФЮРА.303580.004 Схема замещения
магнитной цепи 96
Приложение Г. ФЮРА.303580.001 Гистерезисная муфта.
Сборочный чертеж 97
Приложение Д. Комплект маршрутной документации 98


В настоящее время большой интерес со стороны конструкторских групп и разработчиков вызывает применение магнито-твердых материалов в проектировании электрических машин и аппаратов. Ввиду развития технологии производства и появления новых материалов с высокими энергетическими характеристиками приобретает актуальность ряд решений, имевших ранее довольно узкую специализацию. В частности, новый вектор развития могут получить и магнитно-гистерезисные муфты для трубопроводной арматуры.
Трубопроводную арматуру принято классифицировать по функциональному назначению на несколько классов: запорную, служащую для перекрытия, регулирующую, предназначенную для регулирования состояния среды, распределительную и т.д. Запорная арматура является наиболее применяемым классом, так как одним из методов транспортировки сред является последовательная перекачка, что требует наличие задвижек в большом количестве.
Арматуру классифицируют в зависимости от конструкции привода затвора. Основное разделение по конструкциям происходит на вентили, задвижки, клапаны и краны. Распространенным типов являются задвижки, вследствие ряда достоинств, таких как простота конструкции, малые габариты и малое гидравлическое сопротивление. Недостатком является сильное трение, сказывающееся на быстром износе деталей, и на времени открытия и закрытия, что следует учитывать при проектировании системы управления.
Задвижки различаются в конструкции запорного органа на два основных класса: клиновые и параллельные. Параллельные задвижки используются тогда, когда не требуется полного герметичного перекрытия и среда может содержать примеси. Клиновая задвижка состоит из клинового затвора и уплотнительных поверхностей, расположенных к друг другу под углом. При этом требования к параметрам эксплуатации клиновых задвижек перекрывают требования к задвижкам всех остальных типов [21]. В связи с этим в работе будет рассматриваться задвижка клинового типа. Показателем качества всей системы является герметичность, которая препятствует прохождению среды в закрытом состоянии и обеспечивается соединением поверхностей клина и уплотнительными кольцами корпуса.
К процессу закрытия и открытия арматуры предъявляются определенные требования, нарушение которых может привести к некорректному функционированию объекта, и, в конечном итоге, к отказу всей системы в целом. Для надежной и длительной работы арматуры необходимо соблюдать требования, предъявляемые к приводам:
1. Величина момента, создаваемая приводом, не должна превышать пределов, заданных производителем задвижки, чтобы не происходила деформация внутренних поверхностей с дальнейшей потерей герметичности. Но при этом требуется соблюдать узкий предписываемый диапазон значений, не допуская образования щелей между задвижкой и трубопроводом. Идеальным результатом является мягкая механическая характеристика, представленная на рисунке 1, для обеспечения максимальной производительности и ограничением по моменту и скорости.
2. Открывание и закрывание затвора должно производиться быстро, с постоянной скоростью, но без возникновения гидроударов.
3. Привод должен быть экономичным, а значит энергетически эффективным. Для оценки используется параметр КПД.
4. Выполнение требований по взрывозащите, пожаробезопасности, и технике безопасности, по стойкости к различного вида механическим и температурным воздействиям.
Разработки в области электропривода запорной арматуры ведутся давно, при этом основной целью является уменьшение потребления энергии, увеличение производительности и создание быстрых, адаптивных и оптимальных режимов работы. В состав электропривода входят как правило, электродвигатель, блок управления и редуктор. Подавляющее большинство исследований проводятся в области управления асинхронными двигателями, являющимися одними из самых распространенных, например работы по микропроцессорному управлению [16, 17]. Решением является спроектированная система управления электродвигателем с учетом особенностей работы (ударный момент, работа на упор и т. д), которая позволяет включать некоторые индивидуальные требования от заказчика. Преимуществом является использованием одного процессора для выполнения ряда задач, саморегулирование при изменении момента нагрузки, исключение затяжных переходных процессов, реагирование при возникновении аварийных ситуаций. Недостатком являются ограничения по эксплуатации полупроводниковых элементов.
Применение другого типа двигателей, например, вентильных двигателей с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов Nd-Fe- В в настоящее время являются перспективными исследованиями [21]. Так, данный тип двигателя обладает конструктивными и эксплуатационными преимуществами, такими как отсутствие скользящих электрических контактов по сравнению с двигателями постоянного тока, большая перегрузочная способность, высокие энергетические показатели. Ряд работ направлен на создание интеллектуальных систем для вентильных двигателей [32, 33, 14]. Недостатком является общая стоимость комплекса из-за дорогих материалов для изготовления и технологий, а также повышенная сложности управления двигателем.
Кроме замены на синхронный вентильный электропривод, возможен вариант с высокоскоростным синхронно-гистерезисным двигателем, так как достоинствами являются наличие пускового момента и плавный вход в синхронизм, независимость частоты вращения ротора от напряжения в сети и другие. Но применение такого типа двигателя в запорной арматуре крайне не развито, а стоимость соизмерима со стоимостью вентильного двигателя.
Для создания необходимых механических характеристик возможно применить магнитно-гистерезисную муфту между двигателем и редуктором для исключения сложных систем управления приводом. Магнитно-гистерезисная муфта способна осуществлять передачу постоянного момента независимо от скорости вращения ведущего вала — в случае достижения максимального момента муфта остановится и не деформирует внутренние поверхности задвижки. Развитие гистерезисных материалов расширяет перспективы применения муфт в более мощных по требуемому моменту системах. Возможность упрощения системы электропривода запорной арматуры является актуальностью данной темы, определяет цели и задачи исследования.
Целью работы является анализ технических характеристик магнитногистерезисной муфты типа «звездочка» для улучшения системы регулирования запорной арматуры.
Для реализации данной цели необходимо было решить ряд задач:
1. Рассмотреть требования, предъявляемые к электроприводам запорной арматуры.
2. Выполнить обзор существующих материалов для изготовления гистерезисной муфты.
3. Выполнить автоматизацию методики расчета параметров гистерезисной муфты.
4. Проанализировать технические характеристики, которые возможно получнтъ для определения оптимального варианта параметров, удовлетворяющих требованиям к запорной арматуре.
Объектом исследования является магнитно-гистерезисная муфта. Предметом исследования становится технические характеристики и показатели муфты.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработана автоматизированная методика расчета параметров магнитногистерезисной муфты с индуктором типа «звездочка».
2. Определены технические характеристики конструкции для диапазона моментов существующих электродвигателей.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


В результате проведенных теоретических исследований электропривода запорной арматуры был выявлен необходимый рабочий диапазон электродвигателей, в рамках которого рассмотрено применение магнитно-гистерезисных муфт в качестве ограничителя максимального момента.
Произведен обзор типов магнитно-гистерезисных муфт, обоснован выбор типа индуктора. Установлено, что наиболее простым в технологическом изготовлении является индуктор в форме «звездочка». Отмечена перспективность применения муфты в электромеханической системе электропривода.
Разработана автоматизированная методика расчета параметров магнитно-гистерезисной муфты, с помощью которой проанализированы технические характеристики, что говорит о применимости данного способа работы. Рассчитан ряд муфт и их основные габариты для различных серий электродвигателей, применяемых в электроприводе запорной арматуры. При анализе технических характеристик была получена зависимость размеров муфты от перегрузочного момента. Определено, что муфты лучше всего соответствуют сериям двигателей до 7,5 кВт. Применение муфт такого типа с остальными сериями двигателей может быть нецелесообразно из-за возможно большой стоимости изделия. Рассмотрено влияние принимаемых параметров при расчете на диаметр индуктора, только изменение числа пар полюсов приводит к увеличению диаметра, остальные параметры — к уменьшению. В результате исследований, по энергетическим показателям и конструктивным параметрам магнитно-гистерезисную муфту возможно использовать в качестве ограничителя момента в электроприводе запорной арматуры, но изменение типа материала и конструкции может улучшить полученные результаты.
По результатам анализа с различных позиций — ресурсоэффективности, финансовой и экономической у реализации производства магнитно-гистерезисных муфт есть большой коммерческий потенциал и возможности для реализации, но не хватает нескольких существенных разработок в виде отсутствия прототипа и испытательного стенда, что говорит о дальнейшей необходимости проведения исследований, которые позволят более точно определить критерии оценок и их результаты о конкурентоспособности технического решения.
Муфта не является источником шума, для предотвращения вибраций необходимо производить сборку в соответствии с документацией. Влияние электромагнитного поля слабое, средств защиты не требуется. Муфта механически безопасна, необходим периодический осмотр системы. Электрическая безопасность обеспечивается заземлением кожуха, так как в конструкции нет электрических обмоток. Исполнение кожуха с высокой степенью защиты отвечает требованиям пожаро- и взрывобезопасности. При эксплуатации не требуется селитебной зоны, так как выбросы в атмосферу, сбросы в гидросферу, отходы в литосферу отсутствуют. Чрезвычайной ситуацией является возможность пробоя нефте- или газопровода или отказ работы задвижки. Мерами предупреждения являются контрольные испытания при производстве арматуры, своевременный осмотр, плано-предупредительные ремонты.



[1] Балагуров В.А.,Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторвг с постоянными магнитами. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.
[2] Борвба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и хранении/ Абузова Ф.Ф. Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. —М.: Недра, 1981. — 243 с.
[3] Magtrol. Гистеризисные тормоза/Сцепления [Электронный ресурс].
Режим доступа: http://www. magtrol. ru/catalog/cohesions&
brakes/cohesions& brakes.html,-(Дата обращения: 11.05.2015).
[4] Гистерезисные тормоза, муфтвг фирмвг Automation! and Gears [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: / / www.nordtechno.com / products / gisterezisnye-tormoza-i-mufty / а- g.html.-^aTa обращения: 11.05.2015).
[5] ГОСТ 25639-83. Магниты литые постояннвге. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3).
[6] ГОСТ Р 53672-2009. Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности.
[7] ГОСТ 12.4.011-87. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация.
[8] ГОСТ 12.4.125-83. Система стандартов безопасности труда. Средства коллективной защиты работающих от воздействий механических факторов. Классификация.
[9] Правила устройства электроустановок (ПУЭ). М., Энергоиздат, 1986.
[10] ГОСТ 12.2.021-76. ССБТ. Электрооборудование взрывозащищенное. Порядок согласования технической документации, проведения испытании. выдачи заключений и свидетелвств.
[11] ГОСТ 12.2.020-76. ССБТ. Электрооборудование взрывозащищенное. Классификация. Маркировка.
[12] Санитарно-эпидемиологические правила и нормативах СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнитнв1е поля в производственных условиях.
[13] Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры, Л.: Машиностроение, 1968г. — 888с.
[14] Дроздов П.А. Разработка HOBBIX алгоритмов управления вентильно- индукторнв1х электроприводов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени капд.техн.наук: 05.09.03 — Москва, 2002. — 20 с.
[15] Завод электромагнитных муфт. Каталог продукции [Электроннв1Й ресурс]. - Режим доступа: http://emufta.ru/catalog/.-(Дата обращения:
11.05.2015) .
[16] Ланграф, С. В. Асинхронный моментнв1Й электропривод с векторнв1м управлением для имитации усилий запорной арматуры магистральных нефтепроводов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук; — Томск: Б.и., 2007. — 20 с.
[17] Каракулов, А. С. Микроконтроллерное управление асинхронным электроприводом запорной арматуры : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук; Томский политехнический университет; — Защищена 28.12.2005 г. — Томск: Б.и., 2005. — 136 л.: ил. — Библиогр.: с. 122-129 (54 назв.).
[18] Мизюрин С.Р., Ермилов М.А. Проектирование магнитно-гистерезисных муфт. Ротапринт МАЙ. —123 с.
[19] Мишин Д. Д. Магнитные материалы: Учеб, пособие. — М.:Высш. школа, 1981 — 335 с.
[20] Молоканов Ю.К., Харас З.Б. Монтаж аппаратов и оборудования для нефтяной и газовой промышленности. М: Недра, 1982. — 391 с.
[21] Электропривод запорной арматуры: монография / А.Г. Гарганеев, А.С. Каракулов, С.В. Ланграф; Томский политехнический университет. - Изд-во Томского политехнического университета, 2012. — 157 с.
[22] Котелевский Ю.М., Мамонтов Г.В. и др. Современные конструкции
трубопроводной арматуры для нефти и газа. Изд. 2-е и доп.. М: Недра, 1976. 496с.
[23] Планово-финансовый отдел. Регламентирующие до
кументы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: lift}): portal.tpii.rn departments/otdel/рео/documents.-(Дата обращения: 11.05.2015).
[24] Постоянные магниты: Справочник/ Алвтман А.Б., Герберг А.Н., Г Малышев П.А. и др.; Под ред. Ю.М. Пятина. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. Энергия, 1980. — 488с.
[25] ПОТ РО 112-002-98. Правила труда при эксплуатации магистральных нефтепродуктопроводов.
[26] СН 2.2.4/2.1.8.562 - 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории застройки.
[27] СН 2.2.4/2.1.8.566. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. М.: Минздрав России, 1997.
[28] Техмаркет. Запорно-регулирующая арматура. Электроприводы. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.techmarcet.ru/catalog/2/18/29.html-(flaTa обращения:
15.03.2015) .
[29] «Уфимское приборостроительное производственное объединение». Продукция [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uppo.ru/production/nefteprod/evimta .-(Дата обращения:
15.03.2015) .
[30] Формирование высококоэрцитивного состояния и магнитные свойства сплавов системы Fe-Cr-Co-Mo.
[31] Магнитные гистерезисные свойства Fe-26Cr-16Co порошковых магнитотвердых сплавов Устюхин А.С., Алымов М.И., Миляев И.М.
[32] Шабуров, П.О. Интеллектуальный электропривод на основе вентильного двигателя для запорной арматуры. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук; — Челябинск ЮУрГУ, 2009. - 18 с.
[33] Максимов, Андрей Александрович. Разработка и исследование микропроцессорных систем управления электроприводами собственных нужд с индукторными двигателями.
[34] Harmonic Drive. Servo Mount Gearheads [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.harmonicdrive.net/products/servo-mount- gearheads.-^aTa обращения: 11.05.2015).
[35] StS Coupling GmbH. Magnetic Couplings [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stscoupling.de/index.php?p=content& id=ll& name=magnetkupplungen& агеа=1.-(Дата обращения: 11.05.2015).


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ