Устройство и принцип работы преобразователя частоты

8510

Преобразователи частоты (ПЧ, частотники, частотные преобразователи), которые сейчас используются с асинхронными двигателями, как правило, строятся по схеме двойного преобразования электроэнергии. Первое преобразование осуществляется выпрямителем, второе инвертором.

Основные составные части ПЧ: выпрямитель, звено постоянного тока, инвертор

Рис. 1. Принципиальная схема ПЧ

Выпрямитель строится на выпрямительных диодах либо, что бывает реже, по диодно-тиристорной схеме. Остановимся на самом простом – диодном выпрямлении.

Трехфазное сетевое напряжение с частотой 50 Гц и напряжением 380 В поступает на вход выпрямителя. После выпрямления мы получаем пульсирующее напряжение, оно уже имеет определенного рода пульсации, но постоянным еще не является. Постоянным напряжение становится после попадания на звено постоянного тока и сглаживания пульсаций. Между выпрямителем и звеном постоянного тока расположен так называемый резистор предзаряда.

Резистор предзаряда ограничивает ток заряда конденсаторов в первый момент времени, таким образом предохраняя диоды выпрямителя и сеть от большого броска тока. По мере заряда конденсатора этот резистор отключается и в дальнейшей работе участия не принимает.

Звено постоянного тока представляет собой, как правило, набор конденсаторов довольно большой емкости. Задача этого элемента максимально сгладить пульсации напряжения, привести его к постоянному значению. В нормальной ситуации, когда сетевое переменное напряжение 380 В, значение на звене выпрямленного постоянного тока составляет 540 В. Если сетевое напряжение больше или меньше, то величина выпрямленного напряжения пропорционально увеличивается или уменьшается.

Структура и особенности работы инвентора

После выпрямителя напряжение поступает на инвертор. Инвертор является самой сложной и важной частью преобразователя частоты. С выхода инвертора сигнал поступает уже непосредственно на электродвигатель. Форма напряжения на выходе инвертора представляет собой набор прямоугольных импульсов разной ширины и определенной длительности. Так строится силовая часть преобразователя частоты.

Схема прибора включает в себя также слаботочные цепи, которые помогают взаимодействию всех основных частей ПЧ. В частности, есть центральный процессор, который является, по сути, мозгом преобразователя, управляет как работой инвертора, так и других частей устройства. Информацию о выходном токе процессор получает от датчиков тока, расположенных на выходных цепях ПЧ. Сигнал с датчиков тока обрабатывается, и процессор далее формирует управляющий алгоритм, чтобы преобразователь мог функционировать в заданных пользователем условиях. Также еще есть источник питания собственных нужд, он питает как процессорную часть, так и часть, отвечающую за измерения выходного тока и измерение напряжения на звене постоянного тока. Помимо этого, есть блок драйверных микросхем, которые в свою очередь управляют транзисторами инверторной части, и еще ряд вспомогательных элементов.

Рис. 2. Принципиальная схема инвертора

Рассмотрим принципиальное устройство инверторной части. Основными элементами силовой части инвертора являются IGBT-транзисторы – мощные, специально спроектированные для работы в ключевом режиме. Это гибрид полевого и биполярного транзисторов. Управляющая часть представляет собой изолированный затвор (как у полевого), а силовая часть повторяет устройство биполярного, у которого имеется коллектор–эмиттер.

Силовые элементы выпускаются в виде сдвоенного модуля, состоящего из двух силовых транзисторов, включенных последовательно. Каждый из транзисторов шунтируется диодом в обратном направлении. Поскольку на выходе должно быть 3 фазы, в конструкции инвертора имеется 3 плеча (см. рис 2).

Рис. 3. Эквивалентная схема работы транзисторов

Чтобы лучше понять принцип работы, рассмотрим эквивалентную схему, где каждый транзистор заменен обычным выключателем. На схеме (рис. 3) условными обозначениями показаны 6 выключателей (транзисторов) и электродвигатель.

Изучим, как формируются выходные токи в обмотках двигателя. За управление транзисторами (переключателями на схеме) отвечает центральный процессор. Он переключает их строго по определенной программе, которая задается изначально алгоритмом его действия.

На схеме показано срабатывание ключей № 1, № 4, № 6. Обратите внимание, категорически не допускается ситуация, когда в одном плече замкнут и верхний ключ, и нижний – это короткое замыкание и отказ изделия. В ситуации, показанной на схеме, ток протекает через открытый ключ № 1, далее заходит в обмотку А электродвигателя, выходит из обмоток B и C, и через открытые нижние ключи №4 и № 6 уходит в минусовое звено.

Для того чтобы поменять ток в обмотке C, нужно переключить ключи среднего плеча. Ток по-прежнему будет протекать через открытый ключ № 1, а уходить через обмотку B и ключ №6 в минусовое плечо. При этом, одновременно, через замкнутый ключ № 3 и втекающий ток через обмотку C уходит в минус. Меняя положение открытых и закрытых ключей можно менять ток в обмотках двигателя. Если это делать по определенной программе, то получится изменяемый ток, как при работе двигателя от сети, то есть будет происходить плавное перетекание одной фазы в другую.

Рис. 4. Протекание тока в инверторе

Теперь вместо упрощенной схемы с выключателями рассмотрим, как протекает ток в цепи транзисторов на примере реального инвертора (рис. 4). По своей сути этот процесс ничем не отличается от рассмотренного ранее ключевого режима, за исключением того, что мы имеем дело с реальным двигателем, который, в принципе, является индуктивной нагрузкой.

В момент закрытия ключа индуктивность двигателя не позволит току мгновенно прекратиться за счет явления самоиндукции. Этот остаточный ток гасится обратными диодами, которые подключены к закрытым транзисторам (см. рис. 4), т.е. в момент выключения (закрывания) транзисторов остаточный ток протекает через обратные диоды, таким образом предотвращаются выбросы напряжения на ключе.

Но поскольку транзистор работает как ключ, он может выдать либо полное напряжение на двигатель, либо не выдать вообще. На практике же нужно получить некое плавное напряжение синусоидальной формы, причем изменяемое как по величине, так и по частоте, для того чтобы иметь возможность управлять скоростью вращения асинхронного двигателя.

Алгоритм работы ШИМ

Далее рассмотрим, как формируется выходное напряжение методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для примера возьмем некую гидравлическую модель, которая нам поможет понять, что происходит.

Рис. 5. Гидравлическая модель

Представим себе, что имеется ряд емкостей сосудов. В нижней части у каждого есть отверстия. С помощью некого устройства, которое выдает капельки воды определенных размеров с неизменной частотой, начинаем наполнять эти сосуды. Понятно, что там, где размер капель небольшой, уровень жидкости установится на низком уровне, а чем больше размер капель, тем более высокий уровень будет иметь жидкость в сосуде. Подобрав определенным образом размер капель, можно получить огибающую этих уровней (см. рис. 5). Таким образом получилось изобразить статическую картину, которая дает понимание процесса, как можно из дискретных частей сделать некое подобие аналоговых.

Теперь перейдем к работе в динамике. Представим, что сосуд один, но меняем размер капель, которыми он заполняется. В нижней части рис. 5 показан процесс в этот момент времени – по оси x время (t), по оси y напряжение (U) или, по-другому – уровень воды в сосуде. По мере того, как изменяется размер капли, изменяется и средний уровень жидкости, он возрастает, а затем начинает падать. Это уже динамический процесс. Теперь проводим аналогию с электричеством.

Рис 6. Преобразование дискретного сигнала в аналоговый

На рис. 6 наглядно показано, что происходит с дискретным сигналом, если мы будем открывать ключ и закрывать с определенной частотой и на определенное время: чем шире импульс открытия транзистора, тем выше некий средний уровень напряжения (красная огибающая сигнала).

Введем несколько параметров и объясним их.

• Период сигнала ШИМ – это время между импульсами. Параметр строго задан и не меняется (из ранее описанного примера это когда капельки все капают с одинаковой частотой, только разного размера).
• Частота ШИМ-модуляции — обратно пропорциональна длительности периода, это то, что мы имеем как один из параметров при программировании преобразователя частоты. Определяет частоту следования импульсов на выходе каждого из каналов IGBT-модуля.
• Длительность импульса (t-импульса). Определяется уже самим процессором. То есть процессор в зависимости от заданного значения выходного сигнала в данный момент определяет, на какое время нужно открыть каждый ключ. Если рассмотреть общий период изменения этих колебаний, будем иметь период выходной частоты (t-выходная). Это выходная частота, которая будет у нас на выходе преобразователя частоты. От нее прямо пропорционально зависит скорость вращения двигателя.

За тем, чтобы двигатель не перегружался, и напряжение, которое подводится к нему на этой частоте, пропорционально уменьшалось или увеличивалось, следит преобразователь частоты. Он сам определяет необходимое время открытия каждого ключа, то есть определяя t-импульс. И такая ситуация происходит одновременно на трех каналах, ведущих на выход преобразователя на электродвигатель.

Из рисунка видно, что чем чаще будут идти импульсы, тем ближе форма напряжения будет к синусоидальной.

Критерии выбора частоты

На практике частота ШИМ может задаваться пользователем, как правило, в пределах от 1 до 15 килогерц. Для того чтобы получить напряжение по форме более-менее близкой к синусоидальной, частота ШИМ должна быть в 20-30 раз больше максимальной выходной частоты, которую вы хотите получить.

Вы можете выбрать частоту ШИМ произвольно под свою конкретную задачу. Есть несколько параметров, которые определяют выбор.

Рис.7. Параметры, влияющие на выбор частоты ШИМ

1. Длина кабеля до двигателя. Чем длиннее кабель, тем меньшую частоту ШИМ можно задать. Например если у вас длина кабеля 100 метров и больше, то частоту ШИМ больше 2,3 килогерц нет смысла ставить, иначе на этой длине будут большие потери и напрасный расход мощности.

2. Акустический шум двигателя. При питании двигателя от преобразователя частоты слышится посторонний шум. Он зависит именно от частоты ШИМ, которую вы задали. Чем она выше, тем выше тон звука. Если задана чистота более 8,10 килогерц, шума практически не слышно. На более низких частотах (1,3,5 килогерц) этот шум значителен и вызывает дискомфорт.

3. Максимальная выходная частота. Большинство двигателей используют максимальную выходную частоту инвертора 50 гц, поэтому здесь частота ШИМ должна быть не менее чем в 20 раз выше. Здесь можно задавать частоту 1, 2, 3, 5 килогерц из всего диапазона.

Если вы используете высокоскоростной двигатель, например 400-герцевый, то здесь уже частоту ШИМ 1,3,5 килогерц ставить не стоит: на выходе будет не синусоида. Для таких скоростных двигателей частота ШИМ выбирается максимально возможной для данного инвертора, скажем, 15 килогерц.

4. Тепловыделение инверторной части преобразователя. Оно связано с тем, что IGBT-транзисторы, которые формируют выходное напряжение, не идеальны, подвержены разогреву в процессе работы. Для того чтобы эффективно отводить тепло, надо применять соответствующие радиаторы, вентиляторы охлаждения. Чем больше тепловыделение в этой инверторной части, тем более мощные приборы для охлаждения надо использовать.

Потери энергии в частотном преобразователе и способы их снижения

Рассмотрим вопрос тепловыделения в инверторной части преобразователя. Чем определяются потери транзистора?

Рис. 8. Потери энергии

Возьмем условный IGBT-транзистор, который включен в цепь с напряжением 500 вольт, ограничивающий резистор.

Закрытое состояние: на затворе напряжения нет, напряжение на коллекторе равно сетевому напряжению, ток отсутствует, утечки мизерные, тепловыделения никакого нет. Открываем транзистор с помощью напряжения 10 вольт на затворе, это стандартное напряжение практически для всех транзисторных модулей. Транзистор переключается в открытое состояние не мгновенно, у каждого транзистора есть параметр, который называется время включения или время выключения. Типичное значение для самых распространенных транзисторов — 0,2 микросекунды. Время небольшое, но за это время на кристалле транзистора присутствует как напряжение, которое быстро спадает, так и нарастающее значение тока, которое тоже нарастает не мгновенно. В этот момент происходят потери. И чем выше частота ШИМ, про которую мы раньше говорили, чем чаще включается и выключается транзистор, тем больше идет тепловыделения за счет потерь переключений.

Когда транзистор открылся, установился статический режим на какое-то небольшое время, тепловыделение продолжается: оно происходит за счет того, что в момент состояния открытия, напряжение на транзисторе тоже не равно нулю, он определяется потерями на кристалле в открытом состоянии. Типичное его значение 1,5 вольта. Оно может незначительно варьироваться в зависимости от технологии изготовления транзистора и пр.

В этот момент тепловыделение тоже существует, но с потерями в открытом состоянии мы ничего не можем сделать, максимум — применить транзисторы с меньшим напряжением в открытом состоянии. С потерями при переключении мы можем бороться путем уменьшения частоты ШИМ. Это бывает полезно, если преобразователь находится в закрытом шкафу, где он греется больше. Понизив частоту ШИМ, мы можем снизить потери на преобразователе и снизить его температуру.

Общие потери преобразователя частоты в виде тепла составляют около 3%.

Потери на выпрямителе происходят через открытые диоды. Падение напряжения на открытом диоде, а также протекающий через него выпрямленный ток приводят к его нагреву. Звено постоянного тока, состоящее из электролитических конденсаторов большой емкости, тоже нагревается, потому что постоянно происходит процесс заряда и разряда. Также к потерям можно отнести собственные нужды преобразователя частоты: работу вентиляторов охлаждения, электронной схемы, вторичного источника питания и так далее.

Состав типового частотного преобразователя (на примере 75 кВт)

Рис.9. Состав типового преобразователя частоты

Рассмотрим некий преобразователь частоты мощностью 75 кВт с выходным током 150 ампер. В таком преобразователе используются выпрямительные диоды с номинальным током 200 ампер на рабочее напряжение 1600 вольт, их здесь 6 штук. Звено постоянного тока состоит из набора электролитических конденсаторов, они обычно включаются параллельно и последовательно для получения необходимой емкости и рабочего напряжения.

В данном случае суммарная емкость будет равна 6800 микрофарад и рабочее напряжение батареи — 800 вольт. Инверторная часть состоит из IGBT-транзисторов с током в открытом состоянии 300 ампер и рабочим напряжением 1200 вольт. Ниже фотографии некого типичного диодного модуля, он состоит из двух диодов в верхней и нижней части (верхнее и нижнее плечо). И IGBT-транзистор точно также состоит из двух транзисторов, верхнего и нижнего плеча.

В преобразователях малой мощности (до 15, 22 киловатт и меньше) в качестве силового элемента используется матрица IGBT. Выпрямительная часть собрана в виде готового модуля с тремя выводами для подключения переменного напряжения и выходом на плюс-минус звена постоянного тока. Здесь включается резистор предзаряда либо другие элементы между выпрямительной частью и инверторной. Инверторная часть собрана на 6 транзисторах, шунтированных диодами, то есть готовых выходов для подключения на двигатель.

Один из обязательных элементов матрицы IGBT — ключ для управления тормозным резистором. Как правило, матрица IGBT снабжается встроенным терморезистором, который позволяет преобразователю частоты оценивать температуру силовых элементов и соответственно управлять вентиляторами для обдува радиатора.

Устройство и принцип действия винтового насоса

Винтовые насосы применяют для перекачивания вязких жидкостей. Они производительны и обеспечивают высокий напор. В этой статье мы поговорим про их устройство и принцип действия, рассмотрим сильные и слабые стороны, расскажем о том, где данный тип насосов применяется.

Винтовые насосы являются насосами объемного типа. Встречаются и другие названия этих насосов: шнековые, героторные, червячные и эксцентриковые насосы.

Винтовые насосы относятся к разновидности роторно-зубчатых и условно делятся на одновинтовые и многовинтовые. Многовинтовой насос это такой насос, в котором основной ведущий винт (ротор) имеет спиральное зацепление с одним или несколькими ведомыми винтами. При вращении ведущего винта, ведомые винты также начинают вращаться. Многовинтовые насосы обладают большим коэффициентом полезного действия и возможностью создания более высокого давления на выходе. В данной статье мы рассмотрим принцип работы и конструкцию насосов, которые чаще других используются на промышленных производствах – одновинтовых насосов.

Одновинтовые насосы условно можно разделить на насосы высокой производительности для перекачивания больших объёмов продукта и шнековых насосов для бочек, «еврокубов» и другой мобильной тары. Основное различие между этими двумя видами в их предназначении. Первые имеют массивную конструкцию и предназначены для перекачивания большого объема жидкости при этом, не погружаясь ни одной из своих частей в емкость. Вторые, как раз наоборот, имеют в своей конструкции погружную часть такого диаметра, которую можно установить в заливное отверстие бочки. Тем не менее, данные насосы имеют схожую конструкцию, являются самовсасывающими и способны перекачивать вязкие жидкости.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия винтового насоса. Любой винтовой насос условно можно разделить на две части. Первая часть приводит в движение рабочий орган насоса, и, заставляя тем самым насос перекачивать жидкость. В неё входит двигатель и редуктор. Вторая – механическая часть насоса, благодаря которой и происходит перекачивание жидкости с определенной производительностью и напором.

Двигатель насоса и редуктор

В качестве привода винтового насоса, чаще всего, используются асинхронные электрические двигатели закрытого типа. Мощность электродвигателя может достигать 15-20 кВт, а частота вращения вала варьируется от 300 до 1500 оборотов в минуту. Многие производители винтовых насосов могут предложить насос с электродвигателем, который оснащён частотным преобразователем. В случае если частотный преобразователь стандартного образца, то он, как правило, крепится на вертикальной части тележки, на которой находится сам винтовой насос. Это сделано для тех случаев, когда одним насосом необходимо перекачивать жидкость с разных емкостей. В случае когда нет необходимости в передвижении насоса его устанавливают стационарно и в таком случае используют частотные преобразователи с беспроводным блоком управления.

Как правило, все винтовые насосы в своей конструкции оснащены понижающими редукторами. Редуктор является связующим звеном между двигателем и механической частью. Он служит для изменения числа оборотов приходящих от электродвигателя к самому насосу. Понижающий редуктор уменьшает количество оборотов и увеличивает крутящий момент. Иногда встречаются редукторы, которые могут изменять направление вращения вала электродвигателя. Величина крутящего момента очень важна, когда перекачиваемая жидкость имеет большую вязкость и плотность. Конструктивно редуктор состоит из нескольких зубчатых колёс, которые находятся в последовательном зацеплении друг с другом, при том, что диаметр колеса со стороны электродвигателя всегда меньше, чем диаметр колеса со стороны насосной части. Именно поэтому редуктор на выходе всегда имеет крутящий момент больше, а угловую скорость ниже. Вместе электродвигатель и редуктор называют мотор-редуктором.

Наиболее важной характеристикой в данном случае является передаточное отношение. Она показывает, во сколько раз вырос крутящий момент и во сколько раз уменьшились обороты передаваемые электродвигателем. Производители винтовых насосов предлагают мотор-редукторы с различным передаточным отношением, которые подходят практически под любую задачу. При подборе мотор-редуктора следует придерживаться следующего правила: чем вязкость и плотность перекачиваемого продукта выше, тем выше должно быть передаточное отношение, ведь именно в этом случае будет высокий крутящий момент и ниже угловая скорость рабочего органа насоса. Насос сможет забрать вязкую жидкость из емкости в рабочую камеру, не перегружая электродвигатель. Тут также не менее важна мощность самого электродвигателя, ведь жидкость еще нужно подать на расстояние. Впрочем, необходимый напор насоса определяет не только мощность электродвигателя, а также конструктивные особенности механической части.

Кроме электрических двигателей на винтовых насосах устанавливают пневматические двигатели, работающие от сжатого воздуха. Они, как правило, встречаются у бочковых вертикальных насосов и по своей конструкции напоминают пневмодвигатели центробежных бочковых насосов.

Механическая часть

Основными составляющими механической части винтового насоса можно считать ротор (1), статор (2), вход/выход насоса с резьбовым соединением (3), корпус подшипников (4), механическое уплотнение (5) и карданное соединение (6). Все эти детали последовательно соединены друг с другом и находятся внутри специальных опор (7).

Карданный вал, его ещё называют «тяга», с обоих концов имеет шарниры. Один шарнир, через переходной вал, соединяет «тягу» с мотор-редуктором, второй шарнир — с ротором насоса. Карданный вал является связующим звеном по передаче крутящего момента от двигателя к ротору. Кроме этого, так как карданный вал имеет шарнирное соединение, то крутящий момент может передаваться под углом относительно оси вала электродвигателя. Чтобы механизм шарниров не контактировал с перекачиваемой жидкостью во время работы насоса, они помещены в специальные герметичные кожухи выполненные из того же материала что и «тяга».

Карданный вал находится внутри цилиндра, который является корпусом насоса. Корпус фланцами соединен, с одной стороны, со статором насоса, а с другой стороны с подшипниковым корпусом.

Сверху корпуса насоса располагается напорный патрубок, который может иметь резьбовое или фланцевое соединение. Поскольку винтовые насосы могут перекачивать жидкость реверсивно, то этот патрубок вполне может быть не подающим, а всасывающим. Кроме этого патрубок насоса бывает в виде загрузочной воронки.

Загрузочные воронки (или бункер) применяют, когда перекачиваемый продукт имеет большую вязкость, пастообразен, не обладает свойствами текучести. В этих случаях карданный вал заменяют вспомогательным транспортировочным (питательным) шнеком, который также имеет шарнирное соединение. Вспомогательный шнек кроме передачи крутящего момента перемещает продукт, загружаемый в воронку к героторной паре.

Героторная пара это важнейший узел винтового насоса, который состоит из подвижной части — ротора и неподвижной части — статора. Статор – это стальная гильза во внутренней части, имеющая спиралевидный равномерный эластомерный слой, получаемый в результате процесса вулканизации. Металл корпуса статора и внутренний эластомерный слой нераздельно соединены друг с другом. В зависимости от назначения героторной пары, статор может быть изготовлен из различных материалов. В винтовом насосе статор иногда называют обоймой и гильзой, а ротор — винтом, шнеком, червяком. Ротор – это винт, который совершает вращательное движение внутри статора.

Ротор это цельная деталь, но её условно можно разделить на две части. Первая часть это головка крепления ротора к карданному валу. Вторая – это сам тело ротора имеющее форму спирали и во время работы насоса находящийся в постоянном контакте с обоймой. Статор и ротор – это пара трения имеющая внутреннее циклоидальное зацепление. Героторная пара винтового насоса, крепится фланцами к корпусу насоса. На конце, в зависимости от направления вращения ротора, имеет всасывающий или подающий патрубок.

Для герметизации привода насоса, конструкцией предусмотрено торцевое механическое уплотнение. Оно находится между шарниром «тяги» и корпусом подшипников.

Подшипниковый корпус – это узел, состоящий из двух радиально-упорных подшипников и переходного вала, который, с одной стороны, соединён с мотор-редуктором с помощью шпонки или шлицев, а с другой стороны шарнирно с карданным валом.

Горизотальный винтовой насос конструктивно может быть с байпасом. Данная модификация насоса используется, когда в напорной линии дополнительно установлено устройство регулирования потока (например электромагнитный клапан). Байпас позволяет не отключать каждый раз двигатель насоса, когда клапан в линии подачи перекрывается. При перекрытии клапана насос продолжает работать и перекачивает жидкость по кругу из напорного патрубка обратно во всасывающий, тем самым позволяя избежать превышения давления на участке от насоса до клапана.

Принцип работы насоса

Насос подключен к электрической цепи или пневматической линии. При включении насоса вал электродвигателя начинает вращение с определенным количеством оборотов в минуту. Вращение вала электродвигателя через муфтовое соединение передается на вал редуктора. Зубчатые колеса редуктора, находящиеся в последовательном зацеплении, снижают количество оборотов на выходе из редуктора и увеличивают крутящий момент. Через переходной вал, находящийся в подшипниковом узле, угловая скорость мотор-редуктора передается на карданный вал или транспортировочный шнек, который в свою очередь через шарнирное соединение приводит в движение ротор насоса.

Рассмотрим вариант работы винтового насоса, где патрубок со стороны героторной пары является всасывающий, а патрубок со стороны корпуса насоса – напорным. Направление вращения подвижных частей насоса происходит соответствующее данной схеме (справа — налево или против часовой стрелки, если смотреть на торец ротора со стороны всасывания жидкости). Винт вращается в статоре. Так как центр вращения ротора смещён относительно центральной оси статора на величину эксцентриситета, а эластомерный слой статора имеет спиралевидную форму, со стороны входа жидкости в насос образуется полость разряжения. Жидкость всасывается в это пространство. Ротор делает поворот на 90 градусов и данная полость с находящейся в ней жидкостью герметично замыкается в то время как сама жидкость получает перемещение внутри статора героторной пары. При повороте статора на 90 градусов, кроме замыкания полости с жидкостью, образуется новая разряженная полость, в которую поступает определенный объём жидкости.

При каждом следующем повороте винта в героторную пару поступает новая порция жидкости, а поступившая ранее жидкость получает всё большее и большее перемещение. Так как тело ротора также имеет спиралевидную форму по всей своей длине, то в сопряжении со статором оно образует несколько замкнутых объемов. Именно по этим объемам и перемещается жидкость при вращении ротора, удаляясь от точки всасывания, а так как эти полости герметичны перекачиваемая жидкость не может перетекать обратно — к всасывающей стороне. Далее перекачиваемая жидкость под давлением поступает из героторной пары в корпус насоса и выходит из насоса через напорный патрубок. В том случае, если подвижные части насоса вращаются по часовой стрелке, то патрубок корпуса насоса является всасывающим, а патрубок героторной пары – нагнетательным.

Геометрия героторных пар

Производительность винтового насоса зависит от объёма замкнутых полостей героторной пары и числа оборотов мотор-редуктора, а создаваемый насосом напор от числа замкнутых полостей на единицу длины героторной пары и мощности электродвигателя. Так как характеристики винтового насоса, во многом, зависят от геометрии героторных пар, рассмотрим этот вопрос подробнее.

Есть несколько конструктивных геометрических факторов, непосредственно влияющих на выходные характеристики винтового насоса, а также на ограничения возможности их использования. Такими факторами можно считать: количество замкнутых полостей героторной пары, диаметр поперечного сечения ротора (и статора соответственно), объём замкнутых полостей между ротором и статором.

При равной длине героторной пары возможны различные модификации по количеству замкнутых полостей. Для примера рассмотрим два варианта исполнения винтовой пары при одинаковом диаметре и равной длине. Вариант с большим количеством замкнутых объёмов обладает плавной подачей продукта из-за относительно низкой скорости потока при увеличенном значении напора, а также высокой всасывающей способностью. Кроме этого из-за увеличенной площади входного сечения возможно перекачивание частиц большего размера. Также стоит отметить, что такая конструкция героторной пары максимально исключает возможность утечку жидкости из неё после останова насоса. Преимуществом конструкции с меньшим количеством замкнутых объёмов является высокая производительность. Это связано с тем, что объём каждой конкретной полости, в данном случае, больше, чем в первом варианте. Данная конструкция имеет высокие объёмные характеристики при длительном межремонтном периоде благодаря длинной линии контакта между ротором и статором. Поэтому при конструировании и подборе винтового насоса под ту или иную задачу потребителя, в первую очередь необходимо руководствоваться геометрией героторной пары и характеристиками мотор-редуктора.

Материалы деталей винтовых насосов

Корпусные детали винтового насоса, к которым можно отнести корпус насоса с патрубками и корпус статора, изготавливают из нержавеющей стали или чугуна. Так как насосы зачастую используют в пищевой промышленности, а материал корпуса непосредственно контактирует с перекачиваемой средой, для изготовления берут пищевую нержавеющую сталь (как правило, это низкоуглеродистая аустенитная сталь марки AISI 304 (08Х18Н10 и её разновидности по количеству легирующих элементов). В остальных случаях используют ковкий чугун с хлопьевидной формой графита. Данный вид чугуна, среди прочих, обладает наибольшей пластичность, что максимально исключает образование и развитие трещин во время эксплуатации, обеспечивает высокую коррозионную стойкость. Внутреннюю часть статора изготавливают из эластомерных материалов NBR – синтетический полимер (бутадиен-нитрильный каучук), EPDM – синтетический эластомер (этилен-пропиленовый каучук). У бочковых шнековых насосов очень часто встречается исполнение спиралевидной внутренней части из универсального фторопластового материала PTFE (политетрафторэтилен). Данный материал химически устойчив практически к любой агрессивной жидкости, а также к низким и высоким температурам. Это мягкий пластичный материал обладает также низкими адгезивными свойствами. Детали вращения (карданный вал и ротор), а также защитный корпус шарнирного соединения выполнены из нержавеющей стали.

Виды установки винтовых насосов

Как уже говорилось в данной статье, вертикальные шнековые бочковые насосы являются одним из видов винтовых насосов и по конструкции и принципу действия схожи с горизонтальными, но имеют узконаправленное применение.

Стандартный шнековый насос устанавливается на горизонтальную поверхность и крепится на ней за счет специальных опор. Бочковой же устанавливается вертикально в емкость. Тем не менее, встречаются нестандартные варианты установки: вертикальная у обычного винтового насоса и горизонтальная у бочкового шнекового. В этом случае меняется направление прохождения продукта через насос, то есть патрубок нагнетания становится местом куда поступает жидкость, а патрубок всасывания – патрубком нагнетания. Замена горизонтальной установки винтового насоса на вертикальное расположение, как правило, бывает обусловлена желанием потребителя сэкономить производственное пространство или когда оно попросту ограничено. Это еще раз подтверждает вариативность данного вида насосов.

Аксессуары

Как уже упоминалось ранее, для удобства эксплуатации горизонтальных винтовых насосов они могут поставляться на транспортировочных мобильных тележках. Вариант насоса на тележке используется, когда есть постоянная или периодическая потребность в перекачивании жидкостей в различных частях одного цеха или предприятия в целом. Тележка может, как место установки дополнительного оборудования, к прим. частотного преобразователя.

Для бочковых шнековых насосов по аналогии с горизонтальными винтовыми устанавливают байпасный клапан. Подсоединение байпасного клапана производится непосредственно к напорному патрубку насоса. Во время работы насоса, перекачиваемая жидкость приобретает силу инерции. Когда перекрывается клапан в линии подачи, а двигатель насоса остановлен, жидкость продолжает выходить из насоса, создавая давление. Чтобы избежать разрыва напорного шланга устанавливается байпасный клапан. Он механически отрегулирован для открытия при определённом давлении и позволяет жидкости, которая двигается по инерции стекать обратно в ёмкость.

Так как бочковые шнековые насосы предназначены для работы в мобильной таре, их необходимо постоянно устанавливать из одной емкости в другую. Поскольку масса данных насосов значительно больше, чем у бочковых центробежных, их переустановка из емкости в емкость отнимает много сил у обслуживающего персонала. Поэтому двигатели бочковых шнековых насосов выпускаются с дополнительной крепёжной скобой. Она обеспечивает легкий монтаж и демонтаж насоса с помощью тельфера или кран-балки. В случае если на производстве, где используется бочковой насос, отсутствуют подъемные механизмы можно приобрести специальную тележку для бочек с подъёмным устройством.

Преимущества и недостатки

Преимуществ винтовых (шнековых) насосов значительно больше, чем недостатков. Рассмотрим, какие преимущества имеет данный вид насос в сравнении с другими:

1. Насос объемного типа и каждый оборот ротора равен определенному количеству перекачиваемой среды, поэтому есть возможность точного регулирования производительности.
2. Насос является самовсасывающим.
3. Так как вращающиеся детали напрямую соединены друг с другом, а объемные полости между статором и ротором герметичны, насос обладает высоким коэффициентом полезного действия.
4. Насос может использоваться как в горизонтальном так и в вертикальном положении.
5. Насос может перекачивать жидкости в разных направлениях, так как обладает функцией реверса.
6. Способны перекачивать невязкие, вязкие, высоковязкие и даже неньютоновские жидкости.
7. Перекачиваемый продукт не подвергается ни ударному, ни сдавливающему воздействию, вследствие чего не разрушается его структура (режим течения близок к ламинарному).
8. Возможны различные конструктивные исполнения насоса исходя из задачи потребителя (с байпасом, с загрузочной воронкой, на тележке, с частотным преобразователем).
9. Возможность получения высокой производительности и устойчивого давления нагнетания при различном количестве оборотов ротора.
10. Возможность перекачивания жидкостей насыщенных газами, так как насос не чувствителен к кавитации и гидравлическим ударам.
11. Бесшумная работа механической части. Во время работы насоса слышен шум только от привода насоса.
12. Низкое энергопотребление при использовании электродвигателя в качестве привода.

К недостаткам винтовых насосов можно отнести их высокую стоимость, связанную с трудоемкостью их изготовления, а также их массовые и габаритные показатели. Кроме этого данный вид насосов не предназначен для работы без жидкости, так это приведёт к выходу из строя статора насоса.

Применение винтовых насосов

Винтовые насосы активно применяют в различных сферах промышленности. В виду специфики выпускаемого продукта, а именно высокой вязкости и плотности, большое распространения эти насосы получили в пищевой промышленности. Их используют в виноделии (вино, ягоды винограда), в молочной промышленности (сливочное масло, йогурт, сметана, мороженное, сливки, молоко, кефир, творог, сыры, маргарин, сгущенное молоко), в кондитерских изделиях (мед, патока, шоколад, варенье, джем, желе, мусс, крем), для различных соусов и приправ (горчица, кетчуп, томатная паста, майонез) и т.д. Их используют в косметической промышленности (шампунь, жидкое мыло, краски для волос, помада, кремы), нефтяной промышленности (нефть, битумно-полимерные материалы, дизельное топливо, мазут, бензин), в химической промышленности (моющие средства, чернила, краски, клей, кислоты, щелочи), целлюлозно-бумажной промышленности (флокулянты, ил, краски, бумажные массы, таловое масло, целлюлозно-водяная каша, красители), а также в очистке бытовых и промышленных стоков (флокулянты, коагулянты, ил, шламы, известковое молоко, сапропель).

Устройства: Принцип

При работе с , устройство является отправной точкой. Вам нужно устройство для выполнения конкретной задачи (т.е. конкретное устройство), с которого вы хотите разместить .

Проектирование с помощью устройств начинается с управления устройствами. Управление устройствами интегрировано в управление деталями; он содержит как коммерческие, так и технические данные. A может быть присвоен номер детали, номер типа и номер заказа. Эти номера предлагают различные способы доступа к детали. Если вы используете (например) номера типов чаще, чем номера деталей, вы можете просто выбрать устройство, используя номер типа.

На этапе строительства вы используете существующие функции этого устройства. Это помогает избежать ошибок и, в свою очередь, делает возможным проверку правдоподобия.

При выборе устройств выбираются типы, соответствующие функции. Это может произойти после процесса проектирования на схеме или в качестве предварительного выбора, после которого проектирование появляется на схеме на втором этапе.

Модули

Модуль представляет собой набор частей, принадлежащих ряду обычно вложенных устройств. В управлении деталями для каждой детали в модуле указывается, к какому устройству принадлежит деталь для этого модуля. Модуль имеет собственный номер детали. Он может содержать части и далее.

Шаблоны функций

Шаблоны функций вводятся в детали. Они не имеют графического представления на принципиальной схеме и служат для обозначения устройств.

Шаблоны функций могут быть заменены «неразмещенными» или «размещенными» функциями, если идентификация функций совпадает с идентификацией функций. Таким образом, шаблон функции присваивается функции. Никакие дополнительные данные не могут быть добавлены в шаблоны функций. Это возможно только в самой функции. Таким образом, шаблоны функций не являются частью проекта, а принадлежат ему.

Определение устройства

В EPLAN для устройства можно создать «пул функций». Вы создаете отслеживаемый пул функций, используя выбор деталей или устройств. Вы можете выбирать и размещать функции из этого пула при проектировании. Функцию можно проверить на наличие ошибок только в том случае, если она назначена определению устройства.

Устройства предопределены в управлении деталями; там вы можете определить определение устройства для каждой части. Идентифицирующие свойства (т. е. электротехнические функции и технические данные) для каждой функции устройства определяются шаблонами функций. Кроме того, вы можете присвоить символ или макрос детали, которая размещается при вставке детали.

Определение устройства состоит из набора x шаблонов функций. В дополнение к определению функции в каждом из этих шаблонов функций (например, ).

Определение устройства хранится в основной функции детали. Это (например) для контактора, катушки или для в тексте определения штекера и т. д. Если основная функция (или часть) удаляется, то определение устройства также удаляется. Если основная функция копируется, то копируется и определение устройства и т. д.

См. также

Устройства

Список устройств

Управление запасными частями: модули

Принципы независимой от устройства публикации

Принципы независимой от устройства публикации

Реферат

В этом документе с изложением позиции предлагаются некоторые руководящие принципы создания аппаратно-независимых
веб-контент. Он выходит за рамки нынешнего господства браузеров для ПК и процветающего
телефоны WAP и iMode в сеть, через которую контент может быть доставлен во многие
способы. Он учитывает потребности как контент-провайдеров, так и контент-провайдеров.
потребители. Задача состоит в том, чтобы применить эти принципы во время разработки.
архитектур, стандартов, руководств и возможных реализаций.

Поставщики и потребители

Сеть позволяет поставщикам контента, как формальным, так и неформальным издателям, предоставлять
информации и услуг для потребителей контента. Провайдеры могут извлечь выгоду из
сделать их контент более доступным для широкого круга потребителей, а потребители
могут извлечь выгоду из простого доступа к широкому спектру контента.

Когда Интернет в основном доставлялся через браузеры на компьютерах, издатели
могут создавать свой контент, чтобы использовать известные возможности браузера.
Однако это не всегда позволяло потребителю контента получать
информацию в нужном им виде. Например, просмотр только текста стал
почти невозможно для многих веб-сайтов. Теперь веб-контент начинает доставляться
через широкий спектр устройств, включая телефоны, принтеры, телевизоры и КПК, каждый
из которых имеют разные возможности с точки зрения типов контента, которые они могут
поддерживать.

Контент-провайдер не желает повторно создавать свой контент для каждого вида
устройства доставки или для каждой комбинации требований пользователя. Однако они
хотят сохранить существующих потребителей и выйти на новых потребителей, и должны
соответствующим образом адаптировать свою контент-стратегию.

Потребитель контента хочет получить доступ к широкому спектру контента из любой
устройство, которое они используют в настоящее время, и так, как они хотят его использовать. Когда там
является конкуренцией, они выберут того поставщика контента, который лучше всего удовлетворит их
потребности.

Обоснование

Следующие принципы предлагаются для обоснования разработки
стандартов, руководств, рекомендаций и реализаций для аппаратно-независимых
доставка контента. Они более общие, чем текущая сеть W3C.
Руководство по доступности контента, предназначенное в первую очередь для дизайнеров.
отдельных веб-страниц для доставки в формате HTML.

Эти принципы предназначены для архитекторов и дизайнеров веб-сайтов.
системы управления и доставки контента. Это отражает предположение о том, что
еще многое предстоит узнать о структурировании контента, чтобы сделать его адаптируемым к множеству
требования к доставке, и еще многое предстоит сделать в разработке инструментов, поддерживающих
создание и распространение такого контента. В частности, предполагается, что
содержимое может храниться более гибкими способами (например, на основе XML), что
упростить выбор и адаптацию для доставки на широкий спектр устройств.

Принципы

Каждый принцип мотивирован краткими примерами. Некоторые последствия принятия
эти принципы рассматриваются позже. Список не претендует на то, чтобы быть исчерпывающим.

Контент предоставляется в формате, подходящем для устройства доставки

Возможности устройства доставки (включая его интерфейсы ввода/вывода)
и его аппаратная/программная функциональность) ограничивают допустимые формы контента
которые могут быть ему доставлены, и взаимодействие, которое может происходить между
пользователя и этот контент. Это может показаться очевидным, но таких случаев уже много.
веб-сайтов, которые не могут быть просмотрены должным образом, если к ним обращаются с «неправильного»
вид браузера. Контент-провайдер должен убедиться, что он предоставляет
подходит для устройства доставки. Не следует полагать, что каждое устройство,
или путь доставки к устройству, может адаптировать контент. Например, : а
телефон может не отображать цветные изображения; КПК может поддерживать только ограниченное
набор текстовых шрифтов; оба могут иметь ограниченные возможности для адаптации изображений
к их маленькому дисплею.

Потребители могут ограничивать способ доставки контента

В рамках возможностей устройства доставки потребитель может дополнительно ограничить
доставленный контент либо в соответствии с их способностями и окружением, либо для
личное предпочтение. Например, : слепой пользователь может использовать веб-браузер.
со средством чтения с экрана, которое обрабатывает только текстовый вывод; офисный работник может
отключить весь аудиовыход; водитель может выбрать только голосовое взаимодействие с
телефон в машине.

Контент идентифицируется способом, который не зависит от его доставки
формат

Ссылки на содержимое, которыми манипулирует пользователь, например ссылки, закладки
а печатные названия веб-сайтов должны быть действительными на всех устройствах. Может быть, что
доступный контент представлен по-разному в зависимости от устройства,
но идентификация контента должна быть независимой от устройства. Например, :
если пользователь видит URI, напечатанный на рекламном объявлении, он должен работать независимо от того, вводят ли они
в веб-браузер ПК или в WAP-телефон; или если пользователь хочет передать
файл закладок между их КПК и веб-браузером, соответствующий
версия элементов с закладками должна быть доступна из любой из них. (Смотреть телевизор
Требования к широковещательным схемам URI для получения дополнительных примеров).

Доступ к контенту произвольно не ограничивается конкретными устройствами

Если пользователь столкнулся с каким-либо контентом при использовании одного устройства, он будет ожидать
чтобы иметь возможность получить к нему доступ (не обязательно с таким же внешним видом) из другого
устройство. Это означает, что это не должно быть необходимо, хотя это может быть более приятным,
иметь «правильное» устройство для доступа к некоторому контенту. Например, : если кто-то
видел меню ресторана на веб-странице с помощью веб-браузера ПК дома,
они также ожидают, что смогут найти и получить доступ к меню с телефона, когда
они мобильны (даже если их неудобно отображать). Доступ к некоторому контенту,
таких как платное телевидение, может быть ограничено по причинам коммерческого авторского права.

Последствия

Рассмотрение всех последствий принятия изложенных принципов
выше, выходит за рамки данной статьи. Однако просто для иллюстрации влияния
они могли иметь некоторые последствия для поставщиков контента.

Издателю недостаточно предложить одну расширенную форму контента
и предположим, что адаптация будет происходить дальше по пути доставки. Это может
формировать частичное решение в переходные периоды, такие как адаптация
HTML в содержимое WML для телефонов в шлюзах WAP. Но нельзя предположить
что устройства с ограниченной доставкой могут сами выполнять адаптацию. В любом случае,
многие издатели захотят сохранить контроль над качеством получаемых
контент, предоставляя соответствующий формат со своих собственных серверов.

Также издателю будет недостаточно предлагать параллельные веб-сайты.
адаптированные под разные устройства. Мало того, что проблемы множественного авторства
взорваться с ростом числа устройств, но гибкость адаптации к
потребительские потребности (например, только голосовая или текстовая доставка) и возможность
обращение к «одному и тому же» контенту на разных устройствах будет сильно затруднено.

Последствием для издателя является необходимость создавать свой контент
в первую очередь в достаточно богатой форме, чтобы ее можно было приспособить для различных
виды доставки. Например, фрагмент текста может быть представлен не только
в полноформатной версии, но и в перефразированной версии, подходящей для
дисплеи малого формата или в голосовой версии для доставки только аудио. Право
версия должна быть поставлена ​​в зависимости от возможностей устройства доставки
и предпочтения пользователя. Для этого потребуются более сложные инструменты
для создания, управления и доставки контента.

Области для дальнейшего обсуждения

Необходимо дальнейшее обсуждение достоинств таких общих принципов,
есть и другие принципы, которые следует добавить к списку, и в частности
последствий их принятия.

Есть надежда, что разработка новых стандартов W3C на основе XML, таких как
XHTML, XSL,
CC/PP и XForms,
может обеспечить основу для гибких систем публикации и доставки в будущем
устройства.

Но еще многое предстоит сделать. Например, издателям нужно помочь,
стандарты и инструменты для создания адаптируемого контента и наборов стилей презентации
подходит для различных требований доставки. Это необходимо учитывать не
только соображения одного сайта, но и увеличение синдикации контента
динамическое взаимодействие между коммерческими сайтами.