Что называется рабочим циклом двигателя: Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы |

Содержание

3.2. Действительные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Действительные
рабочие циклы, протекающие при работе
реальных поршневых ДВС, существенно
отличаются от теоретических или
термодинамических циклов. Эти отличия
определяются следующим: изменением
химического состава рабочего тела в
течение цикла; сменой рабочего тела от
цикла к циклу; сообщением теплоты
рабочему телу по сложным закономерностям,
определяемым процессом сгорания;
наличием теплообмена между рабочим
телом и стенками цилиндра.

Таким
образом, в действительном цикле происходят
процессы, вызывающие дополнительные
по сравнению с теоретическим циклом
потери теплоты. В результате КПД
действительного цикла меньше КПД
теоретического.

Рабочий
цикл в цилиндре двигателя характеризуется
изменением температуры и давления
рабочего тела. Изменение давления газов
за цикл может быть представлено графически
в виде индикаторной диаграммы. Индикаторная
диаграмма используется для изучения и
анализа процессов, протекающих в цилиндре
двигателей. Она может быть получена с
помощью специального прибора — индикатора
давления, который регистрирует зависимость
давления

в цилиндре от угла поворота коленчатого
вала

.
Такая диаграмма называется «развернутой».
Полученную индикаторную диаграмму
можно с учетом связи между ходом поршня
и углом поворота коленчатого вала
перестроить в координатах

-V.
В этом случае она называется «свернутой».
Типичная индикаторная диаграмма
четырехтактного карбюраторного двигателя
в координатах
—
представлена на рис.
2,б,
а в координатах Р-V
на рис.
2,а.

Рис.
2. Индикаторная диаграмма безнаддувного
бензинового двигателя: а) свернутая; б)
развернутая.

Рабочим
циклом,
происходящим в цилиндре двигателя,
называется комплекс следующих друг за
другом в одной и той же последовательности
физических и химических процессов, в
результате, которого выделяющееся при
сгорании топлива количество теплоты
преобразуется в механическую работу.

Тактом
называется перемещение поршня от ВМТ
до НМТ или наоборот. Плоскость, в которой
находится верхняя кромка поршня при
его наибольшем удалении от оси кривошипа,
называется верхней мертвой точкой — ВМТ
(рис.
1).
При таком положении поршня кривошип
направлен вверх, шатун является его
продолжением и оба они лежат на оси
цилиндра.

Рабочий
цикл может осуществляться за два или
четыре такта. Подавляющее большинство
автотракторных двигателей работают по
четырехтактному циклу, обеспечивающему
их лучшую топливную экономичность,
меньшую дымность и токсичность
отработавших газов. По двухтактному
циклу работают двигатели средств малой
механизации и мотоциклетные двигатели.

В
четырехтактном бензиновом двигателе
рабочий цикл протекает в течение двух
оборотов коленчатого вала. На рис.
2,а,б
представлена индикаторная диаграмма
безнаддувного бензинового двигателя,
а также диаграмма фаз их газораспределения
(рис.
3),
на которой обозначены моменты начала
открытия и конца закрытия впускного и
выпускного клапанов.

Рис. 3. Диаграмма
фаз газораспределения.

1.
Такт впуска
(r
— а)
поршень перемещается от ВМТ к НМТ, а
освобождающаяся надпоршневая полость
цилиндра заполняется смесью воздуха с
топливом, называемой горючей
смесью.
Горючая смесь и продукты сгорания,
всегда остающиеся в объеме камеры сжатия
от предыдущего цикла, смешиваясь между
собой, образуют рабочую
смесь.

Количество
горючей смеси, поступающей в цилиндр
за один рабочий цикл, называют свежим
зарядом, а
продукты сгорания, остающиеся к моменту
поступления в него свежего заряда, —
остаточными
газами.

Для
повышения эффективной мощности двигателя,
стремятся увеличить абсолютную величину
свежего заряда и его массовую долю в
рабочей смеси. Достигают это снижением
сопротивления впускных патрубков и
других элементов впускного тракта,
использованием переменных фаз
газораспредления, повышением давления
на впуске, т. е. применением наддува
двигателя, вследствие чего повышается
плотность свежего заряда и, следовательно,
массовое наполнение цилиндров. Для
лучшего наполнения цилиндров свежей
смесью целесообразно увеличить
продолжительность фазы впуска. С этой
целью впускные клапана открывают до
верхней мертвой точки (ВМТ), а закрывают
после нижней мертвой точки (НМТ).

φ₁
– угол
опережения открытия впускного клапана
– позволяет обеспечить требуемое
проходное сечение впускного клапана к
моменту прихода поршня в верхнюю мертвую
точку (φ
= 10 —
20° по углу поворота коленчатого вала
(ПКВ)).

φ₂
– угол
опаздывания закрытия впускного клапана
– позволяет улучшить наполнение
цилиндров за счет использования силы
инерции входящей смеси. При увеличении
частоты вращения коленчатого вала этот
угол желательно увеличивать (переменные
фазы газораспредления), так как возрастает
инерция входящей смеси (φ
= 30 —
60° ПКВ).

2.
Такт
сжатия (а
– с)
(рис.
2,а)
оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь
от НМТ к ВМТ, сжимает рабочую смесь (в
общем случае — рабочее тело). Предварительное
сжатие рабочего тела интенсифицирует
процесс сгорания. При нахождении поршня
вблизи ВМТ рабочую смесь поджигают от
постороннего источника с помощью
электрической искры высокого напряжения
(до 18 кВ). Для подачи искры в цилиндр
двигателя с принудительным воспламенением
служит свеча 1
зажигания, которую ввертывают в головку
цилиндра, как показано на схеме рис.
1.

3.
Такт расширения
(с — z – в),
в течение которого поршень перемещается
от ВМТ до НМТ, совершая рабочий ход. Во
время этого такта в цилиндре происходят
три процесса — сгорание, расширение
продуктов сгорания и начало их выпуска,
причем первый из них начался еще в конце
такта сжатия. Раскаленные газы, стремясь
расшириться, перемещают поршень от ВМТ
к НМТ. Совершается рабочий ход поршня,
который через шатун передает давление
на шатунную шейку коленчатого вала и
вызывает его вращение.

3.
Такт выпуска (b—r)
поршень
перемещается от НМТ к ВМТ и через
открывающийся к этому времени выпускной
клапан 2
выталкивает отработавшие газы из
цилиндра. Продукты сгорания остаются
только в объеме камеры сгорания, откуда
их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность
работы двигателя обеспечивается
последующим повторением рабочего цикла.

Процессы,
связанные с подготовкой рабочей смеси
к сжиганию ее в цилиндре, а также
освобождением цилиндра от продуктов
сгорания, в одноцилиндровых двигателях
осуществляются движением поршня за
счет кинетической энергии маховика,
которую он накапливает при рабочем
ходе. В многоцилиндровых двигателях
вспомогательные ходы каждого из цилиндров
выполняются за счет работы других
цилиндров, поэтому в принципе они могут
работать без маховика.

Для
повышения мощности двигателя необходимо
улучшить очистку цилиндров от остаточных
газов (ОГ). Объясняется это следующими
причинами: ОГ имеют высокую температуру,
следовательно, входящая свежая смесь
будет подогреваться – ее плотность
уменьшиться – массовое наполнение
цилиндров ухудшиться; ОГ – это инертный
продукт, замедляющий процесс сгорания
(необходимо чтобы сгорание происходило
в минимальном объеме, т. е. в районе
ВМТ).

Для
лучшей очистки цилиндров от отработавших
газов (ОГ) целесообразно увеличить
продолжительность фазы выпуска. С этой
целью выпускные клапана открывают до
нижней мертвой точки (НМТ), а закрывают
после верхней мертвой точки (ВМТ).

– угол
опережения открытия выпускного клапана
– позволяет уменьшить отрицательную
работу, затрачиваемую на выпуск ОГ

(φ
= 30-60°
ПКВ).

– угол
опаздывания закрытия выпускного клапана
– позволяет улучшить очистку цилиндров
за счет использования силы инерции
выходящий газов (φ
= 10-20°
ПКВ).

В
районе ВМТ между двумя последовательными
циклами, где впускной клапан уже начинает
открываться, а выпускной еще не закрылся,
оба клапана находятся в приоткрытых
положениях. Это называется перекрытием
клапанов.
Перекрытие позволяет уменьшить
теплонапряженность деталей камеры
сгорания и улучшить очистку цилиндров
от ОГ.

Теория двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Теория двигателя внутреннего сгорания (ДВС) Классификация ДВС По способу смесеобразования
с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые)
с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется внутри цилиндров) — дизели

По способу осуществления рабочего цикла
четырехтактные
двухтактные
По числу цилиндров
одноцилиндровые
двухцилиндровые
многоцилиндровые
По расположению цилиндров
с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд
V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным)
По способу охлаждения
с жидкостным охлаждением
с воздушным охлаждением
По виду применяемого топлива
бензиновые
дизельные
газовые
многотопливные
По степени сжатия
высокого (E=12. ..18) сжатия
низкого (E=4…9) сжатия
По способу наполнения цилиндра свежим зарядом
без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня
с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя
По частоте вращения
тихоходные
повышенной частоты вращения
быстроходные
Основы устройства поршневого ДВС Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д — диаметр цилиндра. 2*S)/4*i, где i — число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность. Принцип работы Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы — расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0. 07 — 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.
В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом.
В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0. 3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 С.
Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60 С.
Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 С.
Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Принцип действия двухтактного двигателя Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей — продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:
Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.
Источник: autoinf.1gb.ru

Рабочий цикл — Определение рабочего цикла в автомобилестроении

Инженеры NATC консультируют наших клиентов в автомобильной промышленности со всего мира по широкому спектру программ и многогранным вопросам, связанным с проектированием и разработкой автомобилей, процедурами и стандартами, а также специализированными испытаниями.

Разработка транспортных средств

Работая с нашими клиентами, мы учитываем требования профилей использования транспортных средств и производственных возможностей, чтобы помочь оптимизировать затраты на проектирование, разработку и производство. Мы определяем сильные и слабые стороны разработанного клиентом транспортного средства, используя применимые ссылки, стандарты и исторические платформы. Кроме того, мы помогаем клиентам создавать планы проверки и проверки, чтобы свести на нет риски и обеспечить выпуск готового к продаже продукта.

Наши инженеры являются техническими экспертами в различных областях транспортной отрасли, включая легковые и коммерческие автомобили, внедорожные автомобили для отдыха, а также сельскохозяйственные, профессиональные и военные автомобили. Поскольку у нас есть инженерный опыт, инструменты моделирования и симуляции, а также средства для физических испытаний и проверки в одном месте, мы предлагаем комплексное решение для нужд наших клиентов.

Процедуры технического обслуживания/эксплуатации

NATC имеет значительный опыт первоначальной разработки, пересмотра, изменения, временного изменения и пересмотра процедур технического обслуживания и эксплуатации, используемых военными и промышленными клиентами. Сотрудничая с нашими клиентами, мы определяем уровень набора навыков, связанных с процедурами, и уровень предполагаемых знаний для целевой аудитории. Имея в штате сертифицированных главных механиков и опытных бывших военных ремонтников, мы разрабатываем эффективные и доступные процедуры технического обслуживания и эксплуатации и предоставляем их в формате, который может соответствовать отраслевым стандартам или стандартам Министерства обороны США.

Стандарты

NATC помогает регулирующим органам, руководителям автопарков и покупателям транспортных средств в разработке требований и стандартов для транспортных средств, используя наши обширные знания об эксплуатации дорожных и внедорожных транспортных средств и уроки, извлеченные из исторических документов по требованиям. Мы помогаем нашим клиентам определять наиболее важные возможности системы и разрешать противоречивые требования. У нас есть техническая база и опыт разработки и тестирования транспортных средств, чтобы брать условные описания транспортных средств и преобразовывать их в конкретные, объективные и проверяемые требования. Кроме того, наши инженеры являются активными членами с правом голоса в нескольких комитетах организаций по разработке стандартов, таких как SAE, ISO, TRB, ATA и т. д., которым поручено поддерживать и разрабатывать новые стандарты для наземных транспортных средств.

Специализированные тесты

Мы стремимся удовлетворить все потребности наших клиентов в тестировании и диагностике. Независимо от того, настраиваете ли вы тесты для анализа основных причин отказов или тестируете подтверждение концепции, мы преуспеваем в нестандартизированных и специализированных тестах. У нас есть ресурсы и опыт, необходимые для создания и настройки любого теста, который может понадобиться клиенту.

Ресурсы включают, но не ограничиваются:

Выделенный инструментальный отдел, занимающийся сбором соответствующих данных
Специализированный отдел электроники и управления с возможностью изготовления по индивидуальному заказу прецизионных испытательных приспособлений и контроллеров
Инженерный отдел для проектирования и разработки испытаний
Возможности трехмерного САПР и моделирования, включая МКЭ компонентов и систем, оценки усталости и жизненного цикла, а также полные модели динамического моделирования
Программное обеспечение для отслеживания высокоскоростного видео и трехмерного видео
Аэрофотосъемка с использованием беспилотных летательных аппаратов
Полностью оснащенные производственные и механические цеха с сертифицированными сварщиками

Опыт и знания включают в себя, но не ограничиваются:

Разработка последовательного пожара в салоне автомобиля для проверки установленных на автомобиле систем пожаротушения
Разработка устройства для последовательного переворачивания транспортных средств для проверки систем защиты от опрокидывания
Испытания систем ночного видения и ночного вождения на километрах частных трасс
Разработка приспособлений, позволяющих проводить структурные испытания при минимальном влиянии на траекторию нагрузки

Что такое рабочий цикл и как он связан с электрическими шаровыми кранами?

Электрическое управление повышает эффективность процессов за счет поддержания точности повторяющегося открытия и закрытия шаровых кранов. Электрические приводы представляют собой компактные и масштабируемые устройства управления потоком, которые могут создавать переменный крутящий момент. Рабочий цикл — это общий термин, когда речь идет о выборе электрических приводов шаровых кранов. Рабочий цикл привода клапана влияет на срок службы привода. Каждый привод имеет соответствующую норму использования, которая гарантирует безопасную работу привода в различных условиях эксплуатации. Превышение рекомендуемых рабочих циклов сопряжено с опасностями. Электродвигатель может перегреться, что приведет к повреждению электродных щеток и других компонентов привода.

Что такое рабочий цикл?

Рабочий цикл — это числовое значение, определяемое как отношение между временем работы привода и временем покоя привода. Другими словами, отношение времени включения к времени выключения срабатывания. Математически это выглядит следующим образом:

Привод с более высоким рабочим циклом работает дольше, чем привод с более низким рабочим циклом. Например, масштабируя концепцию рабочего цикла до продолжительности в одну минуту, привод с рабочим циклом 90% будет работать в течение 54 секунд и иметь время отдыха 6 секунд. Тот, у которого рабочий цикл 25%, будет работать в течение 15 секунд и отдыхать в течение 45 секунд, прежде чем снова включиться. Время срабатывания может варьироваться от нескольких секунд, минут, часов до недель или месяцев. Это означает, что приводу требуется достаточно времени, чтобы остыть, прежде чем он снова начнет работать. Часто повторяющиеся операции с трубопроводами, такие как процессы модуляции потока, требуют, чтобы клапаны открывались и закрывались почти постоянно или непрерывно. Чтобы поддерживать надежность таких условий потока, становится неизбежным использование приводов с более высокими показателями рабочего цикла и тех, которые требуют меньшего обслуживания.

Факторы, влияющие на рабочие циклы электрических приводов шаровых кранов:

Величина гидравлической нагрузки, действующей на клапаны — При увеличении нагрузки на клапан или резком увеличении рабочей скорости привод, рабочий цикл уменьшается. И наоборот, когда привод работает медленно и поддерживает меньшую нагрузку на клапан, рабочий цикл привода увеличивается. Привод приближается к точке максимальной эффективности.
Температура и влажность рабочей среды — При более высоких температурах приводам клапанов труднее рассеивать тепло, выделяемое при работе.

Почему рабочий цикл важен для клапанов?

Каждый привод имеет порог срабатывания, выше которого дальнейшее повышение температуры может привести к повреждению или ухудшению характеристик привода. Например, привод с рабочим циклом 25 % не должен работать непрерывно при максимальной нагрузке и со скоростью, равной или превышающей указанное значение 25 %.

Рабочий цикл в отношении электрических шаровых кранов

На рынке существуют различные типы клапанов с различными приводными механизмами, подходящими для промышленного применения. Электрические, пневматические, гидравлические и электрогидравлические приводы обеспечивают средства для автоматизации работы клапана. Электрические приводы клапанов, как и другие электронные компоненты, во время работы выделяют тепло.

Автоматизированные механизмы управления полагаются на технологические сигналы для изменения положения клапана, чтобы инициировать, останавливать или изменять скорость потока рабочей среды. Рабочие циклы различаются для каждого привода в зависимости от характеристик нагрузки и рабочих температур окружающей среды.

Установка шаровых кранов с электрическим приводом в системе трубопроводов обеспечивает низкий перепад давления на протяжении всего процесса. В быстродействующих устройствах регулирования расхода небольшое смещение клапана инициирует быструю подачу рабочей жидкости. Приводы преобразуют электрический ток в импульсы, которые реагируют на условия давления в трубопроводе для открытия или закрытия клапанов.

Электрические шаровые краны могут иметь переменный ток (AC), постоянный ток (DC) или регулируемую ширину импульса в качестве входных сигналов. Устройства контроля потока на четверть оборота обеспечивают герметичные уплотнения, необходимые для устранения загрязнения. Они обычно используются в соединениях с большими портами и могут работать с более тяжелыми средами (полутвердые жидкости, шлам) и перекачивать большие объемы, чем соленоидные клапаны. Электрические шаровые краны имеют длительный срок службы, обеспечивают отличные характеристики уплотнения и эффективное управление потоком для тысяч оборотов. Они предпочтительнее для большинства промышленных применений, таких как обработка химикатов, производство продуктов питания и напитков, электростанции и нефтепроводы, поскольку они допускают высокое давление на входе и имеют более высокую величину противодавления.

Улучшение работы электропривода требует снижения мощности, подаваемой электрическими сигналами. При избыточной мощности происходит нагрев, увеличивающий вероятность отказа привода. В электрических шаровых кранах используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для уменьшения неравномерного распределения мощности. Он разбивает электрические сигналы на непрерывные импульсы, которые обеспечивают достаточную мощность для поддержания работы клапанов. Схемы ШИМ способствуют экономии энергии, снижая общую стоимость эксплуатации.

Электромагнитные клапаны и электроприводы быстро реагируют на входные сигналы (электрические импульсы). Когда частота импульсов увеличивается, колебания якоря двигателя увеличиваются. Широтно-импульсная модуляция гарантирует, что входные сигналы имеют те же рабочие частоты, что и электромагнитный клапан или электрический привод. Когда частоты меняются, компоненты лампы имеют тенденцию следовать (отставать) за колеблющимся входным сигналом. Применение равномерной частоты сигнала на протяжении всего цикла срабатывания защищает механические части клапана от перебегов, увеличивающих тепловые нагрузки на корпус клапана.

Дополнительные критерии выбора шаровых кранов с электроприводом

К настоящему моменту стало ясно, что рабочие циклы имеют решающее значение при выборе приводов для шаровых кранов с электроприводом. Выбор шарового крана будет зависеть от типа рабочей среды, простоты обслуживания, потребляемой мощности и быстродействия. Есть несколько других факторов для рассмотрения.

Скорость двигателя — Более быстрые двигатели гарантируют быструю реакцию на входные сигналы при работе с жидкостным регулированием. Хотя быстрая реакция исполнительного механизма имеет решающее значение, она влияет на стабильность электрических исполнительных механизмов. Быстродействующий привод, скорее всего, выйдет за пределы своего рабочего предела. Решение этой проблемы требует использования двигателя с меньшим числом оборотов в минуту. В качестве альтернативы, механизм снижения скорости будет способствовать идеальному балансу между стабильностью и отзывчивостью.
Характеристики запирания клапана — Для работы с жидкостью типа «открыто-закрыто» привод должен работать на максимальной скорости. Когда клапан приближается к закрытому положению, турбулентность жидкости возрастает.