CC BY
99
УПРАВЛЕНИЕ КА ЧЕСТВОМ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
УДК338.43:621.646.98
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА СИСТЕМ «ЭЛЕКТРОПРИВОД -ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА» НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Е.В. Плахотникова
В статье приводится алгоритм обеспечения функциональной технической совместимости интегрируемых в единую электродинамическую систему объектов электропривод и запорная арматура. Реализация алгоритма на стадии проектирования позволяет повысить функциональную эффективность проектируемых систем, снизить фактические нагрузки, возникающие в запорной арматуре под действием электропривода, повысить согласованность систем по нормированным и фактическим силовым характеристикам, путем использования потенциальных возможностей функционально совмещаемых элементов.
Ключевые слова: электропривод, запорная арматура, электродинамический момент, качество, совместимость, согласованность, техническая эффективность.
В современных условиях, когда приоритетным направлением развития экономики России является импортозамещение, проблема повышения конкурентоспособности отечественной продукции приобретает особую актуальность.
В основе конкурентоспособности лежит сбалансированность соче-тания«цена - качество», достичь которую возможно путем обеспечения технической эффективности продукции уже на стадии проектирования.
Цена и качество электродинамических систем «электропривод - запорная арматура» определяется совокупностью характеристик функционально совмещаемых в рамках системы элементов, т.е. электропривода и запорной арматуры. Проектирование и производство указанных элементов реализуется в рамках различных машиностроительных предприятий, их интеграция в единую систему производится путем обеспечения технической совместимости с учетом нормированных в технической документации показателей. В результате элементы с различным целевым назначени-
ем выполняют в рамках системы единую целевую функцию - обеспечение требуемой герметичности трубопровода.
Номенклатура показателей, регламентированная ГОСТ Р 536742009 [1] и широко используемая отечественными производителями при проектировании систем «электропривод - запорная арматура», позволяет обеспечить совместимость элементов по техническим и качественным характеристикам (габаритным размерам, показателям надежности, силовым характеристикам и т.д.), а так же совместимость системы по эксплуатируемым объектам: «система - среда», «система - технология», «система -человек» и т. д., но как показали предыдущие исследования [2],не учитывает эмерджентные свойства системы.
Под эмерджентностью в данном случае понимается способность систем обеспечивать более высокие, чем нормируемые в технической документации и заданные при их настройке силовые характеристики (крутящие моменты и усилия).
В классических работах [3, 4] указанное свойство связывают с отрицательными последствиями - динамическими нагрузками, повышающими риск поломок и выхода систем из работоспособного состояния, предотвращение которых возложено на каждого производителя в отдельности. Следует отметить, что в настоящее время указанная проблема решается, но все решения носят частный характер: ужесточаются требования к прочности запорной арматуры и точности позиционирования электропривода; вводятся ограничения по быстродействию систем; в системы интегрируются дополнительные элементы, компенсирующие нагрузки и т.д.
Перечисленные мероприятия приводят к увеличению весогабарит-ных и мощностных характеристик элементов, снижая выходные качественные характеристики системы и повышая их стоимость. Все перечисленное нарушает баланс «цена - качество» иснижаетконкурентоспособ-ность отечественной продукции.
Проведенные автором исследования [2], позволяют утверждать, что при правильном подходе к проектированию рассматриваемых систем, электродинамический крутящий момент, возникающий при функциональном совмещении электропривода и запорной арматуры в рамках единой системы, можно использовать как положительный системный эффект повышающий потенциальные возможности рассматриваемых систем.
Необходимыми условиями являются:
- учет индивидуальных свойств функционально объединяемых элементов, влияющих на электродинамический момент системы: крутильной жесткости запорной арматуры, времени задержки системы управления, инерции и частоты вращения электропривода;
- расчет электродинамической поправки, которая являетсяиндиви-дуальнойдля каждой системы, но описывается едиными функциональными зависимостями;
- оценка технической эффективности системы, определяющей ее выходные качественные характеристики (весогабаритные, силовые, энергосберегающие и т.д.).
Реализовать сформулированные условия позволит алгоритм (рис.1), разработанный с учетом необходимых ограничений.
Рис. 1. Алгоритм обеспечения технической совместимости элементов в рамках единой электродинамической системы Лгаран - гарантированное значение электродинамической поправки,
зависящее от характеристик совмещаемых элементов; Лгаран.тах- максимальное значение электродинамической поправки, которое можно учитывать; Мэл.прив. - динамический крутящий
момент системы
В основу алгоритма положены теоретические и экспериментальные обоснованиявозможности обеспечения герметичности электроприводной запорной арматуры и снижения времени запирания трубопровода путем уменьшения мощности электропривода с одновременным увеличением скорости выходного вала, что обеспечивает рост электродинамического момента за счет повышения потенциала системы «электропривод -запорная арматура»[2].
Представленный алгоритм устанавливает 4 основных этапа определения силовых характеристик системы,с учетом которых необходимо производить техническое совмещение элементов по функциональному назначению:
1этап - включает определение технических характеристик совмещаемых элементов, влияющих на величину электродинамического момента (СЗАф - крутильная жёсткость запорной арматуры; пэл.прив- частота вращения выходного вала электропривода; АМин - приращение крутящего момента после отключения электродвигателя под действием инерции подвижных элементов системы; 11от - время запаздывания системы управления при отключение электродвигателя;Мпуск - пусковой крутящий момент, развиваемый электроприводом в начальный момент) и нормированных характеристик, необходимых для выполнения целевой функции системы (Мкрзак. - требуемое значение крутящего момента для герметичного перекрытия трубопровода, Мхх - значение крутящего момента холостого хода, необходимое для перемещения запорного органа арматуры из положения «открыто» в положение «закрыто»).
Пэтап - включает расчет гарантированного значения электродинамической поправкиАгаран, зависящей от характеристик совмещаемых элементов [5],и определение доли ее учета на стадии проектирования, зависящей от максимального значения Агаран.тах,ограничиваемое нормированными силовыми характеристиками системы.
Шэтап -расчет необходимых для выполнения целевой функции значений настройки системы с учетом электродинамической поправки и следующих ограничений:
- величина крутящего момента настройки системы на отключение с учетом электродинамической поправки не должна превышать значение крутящего момента на уплотнение Мкрзак., рассчитанного статическим путем и отраженного в технической документации:
-Мн.эл.дин..тах М-кр.зак^ (1)
- электропривод должен обеспечить перемещение запорного органа арматуры из положения «открыто» в положение «закрыто» и в обратном направлении:
-Мн.эл.дин..тт—■Мхх; (2)
- значение электродинамического момента развиваемого системой при заданных настройках на отключение, с учетом электродинамической по-
правки, не должно быть ниже значения соответствующего крутящего момента на уплотнение Мкрзак., что является необходимым условием для обеспечения требуемой герметичности:
М-эл.дин.тт-Мкр.зак.* (3)
Рис. 2.Результативность применения алгоритма: фн - угол поворота
выходного вала электропривода для обеспечения требований к герметичности запорной арматуры; фк - угол поворота выходного вала в конечный момент остановки системы с учетом времени запаздывания и инерционной остановки системы; Ан - полезная работа, совершаемая системой, необходимая для достижения требований герметичности, Аот - работа, совершаемая системой за время запаздывания системы управления при отключении электродвигателя, АЕ - работа, совершаемая системой под действием сил инерции
1Уэтап -проверка правильности назначения силовых характеристик с учетом следующихусловий:
- электропривод должен обеспечиватьсрыв запорного органа арматуры из положения «закрыто», т.е. пусковой крутящий момент электро-
привода не должен быть ниже электродинамического крутящего момента:
-Мэл.дин<М-пуск- (4)
- электродинамический крутящий момент, развиваемый системой, не должен превышать допустимый крутящий момент, заложенный при силовом расчете запорной арматуры с учетом запаса по прочности п:
Мэл.дин<Мкр.зак-П. (5)
При невыполнении любого из указанных ограничений используется правило «вето». В данном случае, для выполнения целевой функции, предусмотрены следующие корректирующие действия: учеттолько допустимой доли электродинамической поправки, корректировка параметров настройки системы, повторный выбор совмещаемых элементов, что приводит к снижению технической эффективности системы, но позволяет обеспечить ее целевую функцию.
Использование алгоритма при проектировании систем,включающих запорную арматуру с прямолинейным перемещением запорного органа и электропривода с асинхронным двигателем,позволит:
- обеспечить согласованность нормированных и фактических силовых характеристик (рис.2.а),
- снизить нагрузки в запорной арматуре, возникающие под воздействием электропривода (рис.2.а);
- повысить техническую эффективность системы путем использования электродинамического момента для реализации полезных работ, направленных на выполнение целевой функции (рис.2. б).
Предложенный алгоритм, учитывающий системные принципы совместимости и согласованности, позволит обосновать стоимость системы и сбалансировать соотношения «цена - качества», что в совокупности обеспечит конкурентное преимущество отечественной продукции и позволит реализовать приоритетное направление России в части импортозамещения западной продукции.
Список литературы
1. ГОСТ Р 53674-2009 «Арматура трубопроводная. Номенклатура показателей. Опросные листы для проектирования и заказа».
2. Плахотникова Е. В. Повышение качества электродинамических систем «запорная арматура - электропривод» для трубопроводов АЭС с газовым теплоносителем: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 123 с.
3. Гуревич Д. Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. -Л.: Машиностроение,1969. 887 с.
4. Шпаков О. Н. Трубопроводная арматура. Справочник специалистов. Санкт-Петербург - Москва: ООО «Информационно - издательский центр«КХТ», 2007. 464 с.
5. Плахотникова Е.В. Обоснование методов снижения электроди-
363
намических нагрузок в системах «электропривод - запорная арматура» с учетом жесткости запорной арматуры// ISSN 2223-1560. Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 1 (52) C. 59-65.
Плахотникова Елена Владимировна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ENSURING QUALITY OF SYSTEMS "THE ELECTRIC DRIVE-STOP VALVES"
A T THE DESIGN STAGE
E. V. Plahotnikova
The article presents an algorithm to ensure technical compatibility function integrated into a single system of objects electrodynamic actuator and valves. Implementation of the algorithm in the design stage can improve the functional efficiency of the designed systems, reduce the actual stresses of shut-off valves under the influence of electric drive systems to improve coherence and normalized actual power characteristics, by using the potential of functionally combine elements.
Key words: electric, fittings, electrodynamic time, quality, compatibility, consistency, technical efficiency.
Plahotnikova Elena Vladimirovna, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.73
ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОСТАВКИ И ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕСУРСА
Д.Б. Белов, С.И. Соловьев
Рассмотрена возможность применения корреляционного анализа для исследования процесса поставки и потребления энергетического ресурса.
Ключевые слова: корреляционный анализ, энергетический ресурс, процесс поставки и потребления.
Известно [1], что корреляционный анализ предполагает изучение зависимости между случайными величинами (признаками) х и у с одновременной количественной оценкой степени неслучайности их совместного изменения.
Для установления силы (тесноты) связи между исследуемыми признаками (величинами) используется коэффициент корреляции г , значение
