увеличения средней длины витка обмотки и длины средней линии магнитной индукции. Обмотка встроенного АЭМП работает в сложных температурных условиях. Она находится в тепловом контакте с рабочей средой, заполняющей полости герметизирующей разделительной трубки и корпуса; с окружающей средой, находящейся за кожухом АЭМП, с деталями привода и исполнительного механизма. Температура нагрева обмотки будет определяться следующими основными факторами: теплотой выделяемой в обмотке при протекании по ней электрического тока, температурой рабочей и окружающей сред, температурой нагрева деталей вихревыми токами, тепловым контактом деталей АЭМП с деталями исполнительного механизма. На рис. 12,6 показано распределение установившейся температуры слоев /, , /, IV обмотки АЭМП при различной температуре рабочей среды и температуре окружающей среды 65±1°С. График приведен для случая, когда обмотка АЭМП находится под напряжением (линии /, , /, IV), и для случая, когда обмотка обесточена и запирающий элемент (поз. 2 на рис. 1) поднят над седлом а (линии , / , IV ). Как видно из графика, температура рабочей среды значительно влияет на нагрев обмотки. Поэтому для встроенных АЭМП наряду с номинальным диапазоном температур рабочей и окружающей сред необходимо оговаривать их максимально допустимую суммарную температуру.

Индикация положения сердечника и связанного с ним запирающего элемента во встроенных АЭМП с герметичной разделительной трубкой является весьма сложной задачей. Размещение каких-либо датчиков в рабочей среде нецелесообразно из-за низкой точности и нестабильности показаний. Для датчиков, располагаемых вне полости герметизирующей разделительной трубки или исполнительного механизма, необходимы передаточные звенья (штоки, рычаги), требующие дополнительных подвижных уплотнений (сальников, сильфонов). Это связано со снижением ресурса и эксплуатационной надежности изделия, а также с затратой существенной части тягового усилия на преодоление трения в уплотнении или деформацию сильфона. В связи с этим заслуживает внимания использование обмотки АЭМП в качеств датчика положения сердечника [26], причем положение последнего определяется по ее индуктивному сопротивлению. Положение запирающего элемента клапана можно контролировать по изменению индуктивного сопротивления обмотки АЭМП, обусловленному перемещением сердечника, жестко связанного 52

С клапаном. Если между сердечником и полюсом нет зазора (что соответствует полностью открытому проходу исполнительного механизма клапана), то индуктивное сопротивление обмотки максимально. При увеличении зазора клапан закрывается (при этом ток обмотки имеет минимальное значение), проход закрывается, уменьщается индуктивное сопротивление и растет ток обмотки. Изменения тока воспринимаются специальным электронным устройством и регистрируются с помощью сигнальных ламп, при этом можно фиксировать остановку сердечника в промежуточном положении, свидетельствующем о неполном открытии или перекрытии прохода клапана. Основным недостатком такого способа сигнализации является его сложность.

е. ВЫБОР АЭМП ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА И МЕТОДЫ СОГЛАСОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Выбор типа и исполиеиия. Специфические условия работы и конструктивные особенности АЭМП относятся к числу основных факторов при определении технико-экономической целесообразности проектирования и применения арматуры с электромагнитным приводом для конкретных условий работы. От выбора типа (И конструкции АЭМП зависят надежность, циклический и временной ресурс арматуры в целом, ее быстродействие, масса, габариты и потребляемая электроэнергия. Предельный перепад давления рабочей среды в арматуре определяется диаметром проходного канала, перекрываемого запирающим элементом исполнительного механизма. Выбор типа и конструктивного исполнения АЭМП для конкретного исполнительного механизма осуществляется на основе следующих данных:

силовой характеристики исполнительного механизма, определяющей изменение перестановочного усилия при перемещении запирающего элемента;

преимущественного критерия оптимизации, например минимальной массы, габаритов, потребляемой электроэнергии:

рода тока, частоты и напряжения питания;

требуемого быстродействия;

токов (напряжений) срабатывания и отпускания;

необходимости в герметизирующей разделительной трубке;

диапазона возможных изменений давления, вязкости, температуры и чистоты рабочей среды, ее агрессивности, пожаро- и взрывоопасности, а также температуры окружающей среды;

необходимости регулирования тягового усилия.

При выборе типа АЭМП целесообразно пользоваться табл. 1, 2, 9. При выборе АЭМП его тяговая характеристика Рзм(х) должна быть согласована с силовой характеристикой F e(x) исполнительного механизма

Таблица 9. Области применеиия АЭМП в зависимости от вида питающего напряжения

* Благодаря тому что тепловой режим оЗмотки не изменяется при недоходе сердечника до полюса.

* Из-за естественной форсирозки тока оЗмотки при начальном рабочем зазоре.

на всем пути перемещения сердечника и связанного с ним запирающего элемента, т. е. должно соблюдаться равенство

где X - текущее значение пути, пройденного сердечником и механически связанным с ним запирающим элементом по направлению к полюсу от начала движения; Рзм - тяговое усилие, создаваемое в электромагнитной системе АЭМП; Рвв - перестановочное усилие исполнительного механизма; Kf - коэффициент запаса по тяговому усилию. Коэффициент Kf зависит от конкретных условий эксплуатации, требований надежности, принятых технологических допусков иа изготовление деталей и узлов, разброса магнитных и электрических характеристик примененных материалов. Практически = 1,2-М,8. Перестановочное усилие исполнительного механизма

-> -*

Fbh = Fs, с + F -\- mg,

где /д.с - сила статического давления рабочей среды на запирающий

->

элемент, механически связанный с сердечником; Fa - усилие упругих элементов, воздействующих на сердечник; т - масса сердечника и механически связанных с ним деталей.

От рационального выбора соотношения движущих и противодействующих сил зависит следующие технико-экономические показатели арматуры:

надежность работы при всех заданных режимах и условиях эксплуатации;

износоустойчивость и ресурс работы;

расход обмоточного провода и ферромагнитных сталей;

потребляемая электроэнергии;

массо-габаритные характеристики;

допустимые колебании параметров питающей сети;

максимальные температуры рабочей и окружающей сред.

Если АЭМП и управляемый им исполнительный механизм предназначены для работы в условиях повышенной вибрации, то должно соблюдаться соотношение

?эм (х) = Кр [д. c + F + mg(\ + п)],

где п - кратность линейных перегрузок.

Для того чтобы АЭМП при допустимых отклонениях параметров сети питания и заданных температурах рабочей и окружающей сред обеспечивал заданные показатели надежности и срок службы, его тяговая характеристика должна лежать (см. рис. 4, 5) в заштрихованной области, ограниченной линиями Рзм mm и Рзя max, которые численно представляют собой силовые характеристики исполнительного механизма, построенные для минимальных и максимальных значений параметров рабочей среды.

При определении требуемой тяговой характеристики АЭМП должны учитываться следующие факторы.

1. Кинетическая энергия, запасенная сердечником и связанным с ним запирающим элементом, в конце их перемещения расходуется иа удар торцов сердечника и полюса либо (в зависимосги от конструкции) на удар уплотннтельной поверхности запирающего элемента о седло. В конструкциях АЭМП с герметичной разделительной трубкой масса жидкой рабочей среды, перемещающаяся в перепускных каналах при движении сердечника, приведенная к оси сердечиика, может быть соизмерима с массой подвижных элементов. Это должно учитываться при динамических расчетах АЭМП. Удары приводят к ускоренному износу взаимодействующих поверхностей, появлению иа них наклепа, раэрушеиию уплотнительных поверхностей запирающего элемента, седла и других деталей. Для уменьшения этого явления тяговая характеристика АЭМП не должна значительно превышать силовую характеристику исполнительного механизма на всем перемещении сердечника. Тем не менее она должна обеспечивать заданную скорость срабатывания и надежность работы исполнительного механизма при наиболее тяжелых условиях эксплуатации. В ряде конструктивных исполнений уплотнение запирающего элемента выполняется упруго-под-внжным. В отдельных конструкциях седло запорного органа выполняется из упругого материала либо снабжается пружиной.

2. Необходимый рабочий ход сердечиика (см. табл. 1 и 2) определяется из требуемого подъема запирающего элемента (основного, разгрузочного или обоих) с учетом деформации кр его уплотнения. В ряде конструкций значение Хр соизмеримо с необходимой высотой подъема запирающего элемента илн существенно превышает ее, например при использовании уплотнений из резины мягкой н средней твердости и при больших перепадах давления рабочей среды.

3. Когда запирающий элемент исполнительного механизма поднят иад седлом и поток рабочей среды протекает через арматуру на запирающий элемевт (см. рис. 4,а) действует сила f д,с, обусловленная установившимси потоком рабочей среды и направленная в сторону седла 2 проходного канала, т. е. стремящаяся прижать запирающий элемент к седлу и закрыть проход. Поэтому иа рис. 4 сила f д,с при подпитом запирающем элементе не равна нулю. В зависимости от геометрических размеров, конфигурации запирающего элемента и проточной части корпуса, а также перепада давления рабочей среды оиа может быть довольно значительной. Если не учесть указанное явление, то при определенных скоростях потока рабочей среды может произойти самопроизвольное перемещение запирающего элемента и связанного с иим сердечиика в сторону седла, т. е. закрытие запорного органа исполнительного механизма. Следств1ием этого могут быть нарушение технологического процесса в системе (вплоть до возникновения аварийной ситуации), разрушение изоляции обмотки переменного тока из-за повышения ее нагрева и другие недопустимые явлеиии. В конструкциях:

армагуры типа НО (см. рис. 4,в) указанное явление необходимо учитывать при расчете установочного усилия пружины 4, удерживающей запирающий элемент 5 в поднятом иад седло.м положении при обесточенной обмотке 1 АЭМП.

При подаче напряжения иа обмотку 1 (см. рис. 4,в) сердечник 2 перемещается к полюсу 3 и, сжимая пружину 4, прижимает запирающий элемент 5 к седлу 6 канала а корпуса исполнительного механизма. Клапан закрывается. После отключения обмотки запирающий эле-яент под действием пружины поднимается над седлом и открывает проход рабочей среде через канал а. Клапан открывается. Арматура такой конструкции преимущественно применяется, когда по условиям работы клапаи большую часть времени открыт при обесточенной обмотке АЭМП либо когда требуется открытие прохода клапана при исчезновении напряжении питания.

4. В эксплуатационных условиях должно обеспечиваться преимущественное нахождение обмотки АЭМП в обесточенном состоянии. При этом необходимо учитывать, что усложнение схемы управления АЭМП с целью снижения его габаритов и длительно потребляемой электроэнергии, например введение блока импульсного питании обмоток, а -также применение различных фиксаторов положения сердечиика (электромеханических, электромагнитных, магнитных) может приводить к снижению иадежиости работы арматуры в целом и удорожанию ее изготовлении или эксплуатации.

5. В § 3 показано, что для большинства типов арматуры желателен электромагнитный привод с пологой тяговой характеристикой, обеспечивающей большое начальное тяговое усилие. При этом габариты и масса АЭМП должны быть минимально возможными. В [10, 12, 14, 20] и других источниках рассмотрены тяговые характеристики электромагнитов с втягивающимся сердечником в зависимости от конструкции, геометрических размеров магнитопровода и т. д. Для рационального выбора электромагнита привода арматуры необходимы достаточно объективный критерий сравнения и проведение экспериментальных исследований.

В [14, 21] показано, что при неизменных значениях температуры обмотки и коэффициента теплоотдачи тиговое усилие электромагнита пропорционально кубу его определяющего геометрического размера. Следовательно, отношение тягового усилия к кубу определяющего размера не зависит от конкретных размеров конструкции. В качестве определяющего размера целесообразно выбрать радиус сердечника [10]. При относительно больших рабочих зазорах (6ном>ас) магнитный поток электромагнита практически линейно зависит от МДС и тяговое усилие пропорционально квадрату МДС. Для оценки конструкции магнитной системы независимо от значения приложенной МДС в знаменатель критерия должен войти квадрат МДС. Исходя из изложенных соображений, критерий для выбора типа АЭМП с втягивающимся сердечником для конкретного исполнительного механизма должен быть в виде без-