Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


БЕСКОНТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Одной из актуальных проблем современной электрохимии, черной, цветной и порошковой металлургии, электроаппарато- и машиностроения в Республике Узбекистан и, в частности, при производстве меди, натрия, вольфрама, молибдена, цинка, водорода, кислорода, фосфора и других, при прокатке тугоплавких и жаропрочных металлов на прокатных станах, при получении продукции на волочильных машинах весьма важным является применение неразрушающего энергосберегающего контроля качества выпускаемой продукции и функционирования технологических процессов (ТП) [1].

Успешность применения неразрушающих методов контроля стабильности технологических процессов и качества продукции зависит от степени автоматизации операций контроля, квалификации персонала, совершенства оборудования и средств контроля [2]. Автоматизированные устройства неразрушающего контроля могут встраиваться в поточные линии. Усовершенствованные системы позволяют не только осуществлять контроль, но и изменять технологический процесс по показаниям контроля. Регулирование в ходе самого процесса производства предотвращает возможность появления брака, позволяет повысить качество и количество выпускаемой продукции, а также и качество функционирования ТП [3]. На практике широко применяются ферромагнитные преобразователи, позволяющие контролировать такие технологические параметры, как перемещение, скорость, ток и другие. Однако среди ферромагнитных преобразователей недостаточно исследованы и разработаны бесконтактные ферромагнитные преобразователи (БФП) больших постоянных токов (БПТ), которые определяют качество промышленной продукции и функционирования технологических процессов во многих отраслях промышленности и, в частности, в электрохимии, черной и цветной металлургии и др. Так, в электролизных цехах полную информацию о стабильности технологических процессов в электролизерах, о качестве и количестве промышленной продукции несет величина постоянного тока, контролируемого либо прибором, либо преобразователем, встроенным в систему контроля и управления. Величины постоянных токов, применяемых на электрохимических заводах в Республике Узбекистан при производстве меди, натрия, цинка и др., составляют значения от 2 кА до 40 кА. Рабочие значения постоянных токов могут отличаться от стандартных нормируемых значений из-за изменений электрических сопротивлений в цепях постоянного тока электролизеров, обусловленных агрессивностью и изменением температуры окружающей среды и сопротивлений переходных контактов, механическим напряжением, износом и коррозией отдельных участков шин и иными факторами. В результате нарушается стабильность непрерывно протекающего технологического процесса получения электролитическим способом продукции, приводящая к понижению ее качества и количества. Следовательно, получив информацию о величине постоянного тока, можно сделать вывод о степени стабильности технологического процесса и о качестве и количестве получаемой продукции. Аналогичные проблемы имеют место и в металлургии при получении и прокате таких тугоплавких и жаропрочных металлов, как вольфрам и молибден и сплавов на их основе, при получении вольфрамовых проволок на волочильных машинах, желтого фосфора в руднотермических печах, а также в лазерной технике при формировании энергии импульсов и т.д. Все эти процессы характеризуются тем, что при неразрушающем контроле качества продукции и стабильности технологических процессов их основной параметр контроля - большой постоянный ток.

Актуальным является проблема повышения точности, надежности и экономичности контроля этих технологических процессов, что в совокупности позволит повысить качество и количество промышленной продукции, стабильность технологических процессов и энергосбережение.

Таким образом, разработка бесконтактных преобразователей и приборов неразрушающего контроля качества продукции и стабильности технологических процессов посредством контроля токов в сильноточных цепях постоянного тока без их разрыва для систем контроля и управления является насущной необходимостью.

В результате анализа проведенных исследований для контроля качества промышленной продукции и функционирования технологических процессов выявлена острая необходимость на многих предприятиях Республики Узбекистан в неразрушающем энергосберегающем бесконтактном контроле БПТ в диапазоне 0,1-40 кА с помощью как переносных, так и стационарных БФП неразрушающего контроля качества с погрешностью 1-3 %, с применением в ряде случаев многопредельных, а также с гибким интегрирующим контуром БФП, и разработаны к ним основные требования.

Установлено, что ни один из известных и рассмотренных БФП не удовлетворяет жестким требованиям сполна, что в большей степени им удовлетворяют магнитомодуляционные БФП (МБФП) и что основная роль в создании оптимальной конструкции бесконтактного измерительного преобразователя принадлежит бесконтактному ферромагнитному преобразователю неразрушающего контроля качества.

Обзор известных работ показал, что рассмотренные отдельными авторами различные конструкции БФП имеют большие габариты и массу при узком контролируемом диапазоне, повышенную материалоемкость и нетехнологичность конструкции, погрешности от влияния магнитных полей, соседних шин с токами и остаточного намагничивания, т. е. пониженную эффективность, а также не располагают возможностью фиксированного регулирования чувствительности БФП в широком контролируемом диапазоне и имеют гибкий интегрирующий контур, т.е. узкие функциональные возможности; что в них отсутствуют эффективные способы расширения контролируемого диапазона и общие принципы построения БФП. Нами разработан целый ряд новых оригинальных МБФП. Ниже приведены обобщенные конструкции разработанных МБФП с поперечно (рис.1) и продольно (рис.2) распределенными магнитными параметрами.

МБФП с поперечно распределенными магнитными параметрами (рис.1) содержит разъемный замкнутый магнитопровод, размещенный в защитном корпусе 1 и выполненный из ферромагнитных элементов 3, перпендикулярных шине 5 с преобразуемым током, и ферромагнитных элементов 2, параллельных шине 5. В сквозных отверстиях элементов 2 и 3 расположены последовательно соединенные модуляционные обмотки 4, подключенные к источнику переменного тока. На элементах 2 намотаны измерительные обмотки 6, соединенные последовательно попарно-встречно. После обхвата шины 5 с контролируемым постоянным током в разъемном магнитопроводе создается постоянный рабочий магнитный поток. Под действием стабильного переменного тока модуляционных обмоток 4 изменяется магнитная проницаемость элементов 2 и 3 разъемного магнитопровода, что приводит к модуляции магнитного сопротивления на пути рабочего магнитного потока. В результате в измерительных обмотках 6 наводится ЭДС, зависящая от величины преобразуемого постоянного тока.


Расположение измерительных обмоток на элементах 2 разъемного магнитопровода и последовательное попарно-встречное их включение позволяют значительно снизить погрешность от влияния внешних неоднородных магнитных полей из-за взаимной компенсации встречно направленных ЭДС, наведенных внешними магнитными полями в измерительной цепи, а также погрешность от влияния соседних шин с током, что в целом приводит к повышению точности контроля БПТ без разрыва цепи, т. е. к повышению эффективности БФП. Техническая характеристика МБФП (рис.1): диапазон контролируемых постоянных токов - 0-10 кА; чувствительность - 2 мВ/А; величина приведенной погрешности - 2 %; диаметр внутреннего окна разъемного магнитопровода - 180 мм; габариты - 240-220-30 мм; масса - 1,2 кг.

МБФП с продольно распределенными магнитными параметрами (рис.2) имеет также замкнутый О-образный разъемный магнитопровод, собранный из одинаковых ферромагнитных элементов 1 с продольными и поперечными зазорами между ними. Ферромагнитные элементы набраны из отдельных тонких ферромагнитных пластин и расположены в параллельных плоскостях, нормальных к оси шины 4 с контролируемым током 1и. В каждом ферромагнитном элементе имеются по два сквозных отверстия, через которые намотаны модуляционные обмотки 3, соединенные между собой последовательно и подключенные к источнику переменного тока. Между каждой парой сквозных отверстий намотаны, охватывая параллельно расположенные ферромагнитные элементы, измерительные обмотки 2, соединенные между собой последовательно и согласно.


Для контроля БПТ МБФП (рис.2) охватывают шину 2. За счет модуляционных ампервитков разъемный магнитопровод находится в насыщенном состоянии в течение каждого полупериода питающего напряжения. При этом проницаемость магнитопровода для продольного поля, созданного контролируемым током, резко уменьшается. В момент, когда ток модуляции проходит через нулевое значение, проницаемость возрастает до начального значения. Таким образом, при стабильности ампервитков модуляции в измерительной обмотке появляется сигнал удвоенной частоты, зависящий от контролируемого тока 1и.

МБФП имеет широкий контролируемый диапазон и малую массу. Это обеспечивается значительным ростом магнитного сопротивления за счет увеличения длины рабочего магнитного потока по стали и включения на его пути продольно распределенных промежутков и поперечных зазоров. Кроме того у преобразователя повышена точность, которая обусловлена непрерывностью потока модуляции по контору интегрирования за счет взаимноперекрывающихся ферроэлементов.

Техническая характеристика МБФП (рис.2): диапазон контролируемых токов - 025000 А; чувствительность - 0,2 мВ/А; величина приведенной погрешности - 1,5 %; диаметр внутреннего окна разъемного магнитопровода - 500 мм; масса 2,5 кг.

На базе рассмотренных МБФП разработаны БФП, отличающиеся от известных расширенным диапазоном контролируемых БПТ при малых габаритах и массе, повышенной точностью, простотой и технологичностью конструкции при низких ее материалоемкости и стоимости, гибкостью интегрирующего контура и многопредельностью преобразователя, а также экономным энергопотреблением.

Сборник трудов Международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики», в 2 томах. - Ташкент, ТашГТУ им. Беруни, 2011. Т1 - 246 с., Т2 - 241 с.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????