Пристрій для визначення складових корисної потужності та коефіцієнта корисної дії заглибного електротепломеханічного перетворювача

Реферат: Пристрій для визначення складових корисної потужності та коефіцієнта корисної дії заглибного електротепломеханічного перетворювача містить гідравлічний гальмівний вимірювач моменту, що включає нерухомий корпус з рідиною, в якому встановлено гальмівний елемент у вигляді порожнистого статора з протилежно розташованими крізними пазами і розміщеного в ньому з проміжком ротора та силовимірювача, що з'єднаний з порожнистим статором, вимірювач швидкості обертання ротора та вимірювач підведеної електричної активної потужності. Додатково містить вимірювач температури, корпус забезпечено кришкою, а ротор являє собою власне заглибний електротепломеханічний перетворювач з лопатями, закріплений на кришці за допомогою вагонесучих елементів кріплення, порожнистий статор виготовлено з легкого немагнітного матеріалу і який містить змінний порожнистий циліндр, диск з пазами, вісь та підшипниковий вузол, при цьому вісь нерухомо закріплена до корпуса. UA 84010 U (12) UA 84010 U UA 84010 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до непрямих способів вимірів корисної потужності та коефіцієнта корисної дії електротепломеханічних перетворювачів технологічного призначення, в яких ротор, або сам перетворювач, занурений у робоче середовище (рідина чи сипкий матеріал) і може знайти застосування при випробуваннях заглибних електротепломеханічних перетворювачів. Відомий пристрій для визначення корисної потужності, в якому вал двигуна, що підлягає випробуванням, з'єднується з вимірювачем швидкості обертання та гідравлічним гальмом, що складається з заповненого рідиною статора, в якому обертається ротор, у вигляді одного або декількох дисків з камерами, а статор з'єднаний з вимірювальним пристроєм [Одинец С. С. Средства измерения крутящего момента. - С. С. Одинец [и др.]. - М.: Машиностроение, 1997. С. 10-12.]. До недоліків відомого пристрою відносять неможливість механічного приєднання вимірювача швидкості обертання гідравлічного гальма до заглибного електротепломеханічного перетворювача у зв'язку з відсутністю у останнього вихідного кінця валу і відсутністю елементів для безпосереднього або непрямого виміру теплової потужності, а також зі значною похибкою вимірювань через вплив гальмівної дії підводів і відводів рідини. Найбільш близьким за призначенням і технічною суттю є пристрій, який містить гідравлічний гальмівний вимірювач моменту, що включає нерухомий корпус з рідиною, в якому встановлено гальмівний елемент у вигляді порожнистого статора з протилежно розташованими крізними пазами і розміщеного в ньому з проміжком ротора та силовимірювача, що з'єднаний з порожнистим статором, вимірювач швидкості обертання ротора то вимірювач підведеної електричної активної потужності [Авторское свидетельство СССР № 1118877, кл. G01L 3/20, 15.10.84 Бюл. № 38]. До недоліків відомого пристрою відносять значну похибку при вимірюванні корисної механічної потужності електротепломеханічного перетворювача через наявність проміжних передатних елементів між двигуном та гідравлічним гальмівним вимірювачем моменту, а також неможливість точного визначення корисної теплової потужності з урахуванням реологічних властивостей рідини, в яку занурено електротепломеханічний перетворювач. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити пристрій для реалізації способу визначення коефіцієнта корисної дії електротепломеханічного перетворювача, в якому завдяки введенню додаткових елементів та їх визначеному з'єднанню між собою досягається підвищення точності визначення енергетичних характеристик заглибних електротепломеханічних перетворювачів. Поставлена задача досягається тим, що у пристрої для реалізації способу визначення коефіцієнта корисної дії електротепломеханічного перетворювача, який містить гідравлічний гальмівний вимірювач моменту, що включає нерухомий корпус з рідиною, в якому встановлено гальмівний елемент у вигляді порожнистого статора з протилежно розташованими крізними пазами і розміщеного в ньому з проміжком ротора та силовимірювача, що з'єднаний з порожнистим статором, вимірювач швидкості обертання ротора то вимірювач підведеної електричної активної потужності, відповідно до корисної моделі, пристрій додатково включає вимірювач температури, корпус забезпечено кришкою, а ротор являє собою власне заглибний електротепломеханічний перетворювач з лопатями, закріплений на кришці за допомогою вагонесучих елементів кріплення, порожнистий статор виготовлено з легкого немагнітного матеріалу і містить змінний порожнистий циліндр, диск з пазами, вісь та підшипниковий вузол, при цьому вісь нерухомо закріплена до корпуса, а змінний порожнистий циліндр прикріплений одним торцем до диска, а другим кінцем з'єднаний з силовимірювачем, який закріплено на кришці, на лопатях ротора на однаковій відстані від осі обертання закріплені постійні магніти, а на зовнішній поверхні змінного порожнистого циліндра - давач швидкості обертання і термопара, які включенні в електричні кола відповідно вимірювача швидкості обертання ротора і вимірювача температури, на обох кінцях вагонесучих елементів кріплення розміщенні термопари, включені за диференційною схемою і приєднані до вимірювача температури, виходи вимірювачів температури, швидкості обертання ротора, підведеної активної потужності, гідравлічного гальмівного вимірювача моменту підключені на входи персонального комп'ютера. Пристрій ілюструється кресленням, де на Фіг. 1 показаний повздовжній розріз пристрою, на Фіг. 2 - схема електричних кіл. Пристрій містить гідравлічний гальмівний вимірювач моменту 1, що включає корпус 2 з кришкою 3, заповнений рідиною 4, в якому встановлений гальмівний елемент 5 у вигляді порожнистого статора 6 з крізними пазами 7 і розміщеного в ньому з проміжком заглибного електротепломеханічного перетворювача 8, який підлягає випробуванням і містить зовнішній феромагнітний масивний ротор 9, що виконує функції ротора гальмівного елемента 5. 1 UA 84010 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Перетворювач 8 закріплений на кришці 3 за допомогою вагонесучих елементів кріплення 10. Порожнистий статор 6 виготовлено з легкого немагнітного матеріалу підвищеної теплопровідності та корозійної стійкості і він складається зі змінного порожнистого циліндра 11, диска 12 з пазами 13, осі 14 та підшипникового вузла 15, при цьому вісь 14 нерухомо закріплена на корпусі 2. Порожнистий статор 6 приєднаний до силовимірювача (динамометра) 16 за допомогою ваги 17. На лопатях 18 феромагнітного масивного ротора 9 на однаковій відстані від осі обертання закріплені постійні магніти 19, а на зовнішній поверхні змінного порожнистого циліндра 11 - давач швидкості 20 і термопари 21. На обох кінцях одного з вагонесучих елементів кріплення 10 розміщені термопари 22, 23, включені за диференційною схемою. Виходи термопар 21, 22, 23 приєднані до входу вимірювача температури 24, вихід давача швидкості 20 приєднано до входу вимірювача 25 швидкості обертання ротора, входи вимірювача підведеної активної потужності 26 приєднані до лінійних провідників трифазної мережі живлення електротепломеханічного перетворювача 8, а виходи вимірювача температури 24, вимірювача швидкості обертання ротора 25, вимірювача підведеної активної потужності 26, силовимірювача 16 приєднані до персонального комп'ютера 27. Рідина 4, яка заповнює порожнину корпуса 2 при випробуваннях, використовується саме та, що підлягає розігріву і технологічній переробці. Діаметр змінного порожнистого циліндра 11 вибирається відповідно до типорозміру заглибного електротепломеханічного перетворювача і приєднується до диска 12, в якому передбачені фланцеві з'єднання відповідного діаметра. Здійснення роботи пристрою розкрито на прикладі заглибного електротепломеханічного перетворювача для технологій розігріву та змішування епоксидних компаундів. Заглибний електротепломеханічний перетворювач 8 підключається до трифазної мережі живлення, при цьому утворюється обертове магнітне поле і феромагнітний масивний ротор 9 з  лопатями 18 починає обертатись з кутовою швидкістю р . Постійні магніти 19 при обертанні ротора 9 збуджують імпульсні сигнали давача швидкості 20, які реєструються вимірювачем швидкості обертання 25 (тахометром). За допомогою вимірювача активної потужності 26 реєструється підведена активна потужність Р1, яка споживається електротепломеханічним перетворювачем. При обертанні ротора 9 утворюється момент опору рідини М2, який складається з дії сил розриву і тертя між рідиною та ротором, при цьому шар рідини, прилеглий до поверхні ротора залучається до обертання і отримує момент кількості руху, що дорівнює обертовому моменту електротепломеханічного перетворювача 8. Момент кількості руху передається на порожнистий статор 6, а з'єднаний з ним силовимірювач 16 втримує його від обертання і одночасно забезпечує можливість вимірювання моменту М 2. За рахунок тепла, яке генерується в заглибному електротепломеханічному перетворювачі 8 і передається рідині, а також тепловиділень в самій рідині за рахунок внутрішнього тертя, в'язкість останньої зменшується і швидкість обертання ротора підвищується. За рахунок дії лопатей 18 через пази 7, 13 порожнистого статора 6 здійснюється масообмін і теплообмін в об'ємі рідини, що заповнює корпус 2. Одночасно здійснюється контроль температури рідини Орд в зоні гальмівного елемента 5 та різниці температур Δθкр на кінцях елементів кріплення 10 термопарами 21, 22, 23 та вимірювачем температури 24. Інформація з виходів блоків 24, 25, 26 та 16 одночасно передається на входи персонального комп'ютера 27, в якому відповідно до заявленого способу здійснюються розрахунки складових корисної потужності Р 2мех, Р2тепл, загального коефіцієнта корисної дії η. Приклад 3 У порожнистий циліндричний корпус об'ємом 0,06 м завантажений заглибний електротепломеханічний перетворювач з зовнішнім масивним феромагнітним ротором діаметром 0,17 м та радіальним розміром лопатей 0,035 м, довжина перетворювача - 0,3 м. Перетворювач закріплено на кришці корпуса за допомогою трьох вагонесучих стержнів діаметром 0,02 м і довжиною 0,12 м зі сталі Ст. 45 з коефіцієнтом теплопровідності λ=32 . Вт/(м °С). Порожнистий статор гальмівного елемента, який коаксіально охоплює заглибний електротепломеханічний нагрівач, виготовлено з латуні товщиною 0,003 м (коефіцієнт . теплопровідності λ=110,7 Вт/(м °С)). Проміжок між внутрішньою поверхнею статора та лопатями ротора перетворювача - 0,005 м. Постійні магніти розташовані на чотирьох лопатях ротора на однаковій відстані від осі обертання і закріплені за рахунок магнітного тяжіння, а на зовнішній поверхні статора гальмівного елемента закріплений геркон, електрично з'єднаний з входом тахометра LR7N фірми "Kubler". Відстань між магнітом і герконом складає 0,015 м і забезпечує надійне генерування імпульсів при обертанні ротора перетворювача. На зовнішній поверхні статора також закріплена термопара мідь-константан. Дві такі ж термопари закріплені відповідно на одному з вагонесучих стержнів в містах приєднання їх до перетворювача і кришки корпуса. Виходи термопар підключені до вимірювача температури восьмиканального УТК 38 2 UA 84010 U 5 10 Щ4. Порожнистий статор гальмівного елемента за допомогою ваги з'єднано з динамометричним моментоміром, в який вмонтовано давач обертового моменту Т 10 F фірми НВМ з класом точності 0,1 %. Первинна обмотка заглибного електротепломеханічного перетворювача приєднана до трифазної мережі з лінійною напругою 380 В промислової частоти через аналізатор параметрів мережі DMK 62 з використанням програмного забезпечення DMK SW10 для передавання інформації на персональний комп'ютер. В таблиці зведені дані випробувань заглибного електротепломеханічного перетворювача при різних температурах рідини і, відповідно, різному реологічному стані незатвердженої епоксидної смоли ЭД-20 (ГОСТ 10 587). Температура рідини θp, °C 38 75 85 15 20 Результати вимірювань М2, -1 Р1, Вт ωр, с Δθкр, °C . Нм 31,7 2490 15.7 16 14 2200 31,4 50 7 1560 55 57 М2+М, . Нм 33 14,9 7,6 Результати розрахунків Р2мех, Рт.в, Р2тепл, Σ Р, Вт Вт Вт Вт 518,1 1972 8,4 1964 467,9 1732 10,5 1722 418 1142 13 1129 , % 99,57 99,56 99,17 При нанесенні на стержні кріплення теплоізолюючого шару товщиною 7 мм, наприклад, з асбослюди різко зменшується коефіцієнт тепловіддачі αр і втрати теплового потоку складають 10,5 Вт. Відповідні значення коефіцієнта корисної дії заглибного електротепломеханічного перетворювача такі: без теплоізоляції елементів кріплення =96,5 %; з теплоізоляцією 99,56 %. Практична ізотермічність потоку рідини по перерізу порожнини між ротором і статором гальмівного елемента, а також однакова температура статора і рідини досягається за рахунок високого коефіцієнта теплообміну вже при швидкостях потоку 0,5 м/с і інтенсивного перемішування потоку рідини. Таким чином використання запропонованого пристрою дає можливість точного визначення корисної теплової потужності з урахуванням реологічних властивостей рідини, в яку занурено електротепломеханічний перетворювач. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Пристрій для визначення складових корисної потужності та коефіцієнта корисної дії заглибного електротепломеханічного перетворювача, що містить гідравлічний гальмівний вимірювач моменту, що включає нерухомий корпус з рідиною, в якому встановлено гальмівний елемент у вигляді порожнистого статора з протилежно розташованими крізними пазами і розміщеного в ньому з проміжком ротора та силовимірювача, що з'єднаний з порожнистим статором, вимірювач швидкості обертання ротора та вимірювач підведеної електричної активної потужності, який відрізняється тим, що додатково містить вимірювач температури, корпус забезпечено кришкою, а ротор являє собою власне заглибний електротепломеханічний перетворювач з лопатями, закріплений на кришці за допомогою вагонесучих елементів кріплення, порожнистий статор виготовлено з легкого немагнітного матеріалу і який містить змінний порожнистий циліндр, диск з пазами, вісь та підшипниковий вузол, при цьому вісь нерухомо закріплена до корпуса, а змінний порожнистий циліндр прикріплений одним торцем до диска, а другим кінцем з'єднаний з силовимірювачем, який закріплено на кришці, на лопатях ротора на однаковій відстані від осі обертання закріплені постійні магніти, а на зовнішній поверхні змінного порожнистого циліндра - давач швидкості обертання і термопара, які включенні в електричні кола відповідно вимірювача швидкості обертання ротора і вимірювача температури, на обох кінцях вагонесучих елементів кріплення розміщенні термопари, включені за диференційною схемою і приєднані до вимірювача температури, виходи вимірювачів температури, швидкості обертання ротора, підведеної активної потужності, гідравлічного вимірювача моменту підключені на входи персонального комп'ютера. 3 UA 84010 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4