Устройство для контроля степени развальцовки труб Советский патент 1985 года по МПК B21D39/06 

СО СО

сд

оо

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ РАЗВАЛЬЦОВКИ ТРУБ, содержащее датчик частоты вращения развальцовочного инструмента, соединенный с ним блок измерения динамического момента и подключенные к входу компаратора задатчик момента статического сопротивления, а к выходу - блок управления приводным электродвигателем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено блоком измерения момента статического сопротивления, выполненным в виде соединенных между собой одностороннего амплитудного детектора и интерполятора, а блок управления приводным электродвигателем снабжен генератором управляющих импульсов, при этом еход одностороннего амплитудного детектора соединен с выходом блока измерения динамического момента, а выход интерполятора подключен к второму входу компаратора.

фие.1 Изобретение относится к энергетическому и нефтехимическому машиностроению, в частности к устройствам контроля степени развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов и к способам их реализации. Известно устройство для контроля степени развальцовки труб, содержащее соединенный с датчиком частоты врашения рабочего органа блок измерения динамического момента, блок измерения момента на балу двигателя, сумматор и подключенные к входу компаратора задатчик момента статического сопротивления, а к выходу - блок управления приводным электродвигателем 1. Недостатком данного устройства является наличие существенной основной погрещности, связанной с измерением момента статического сопротивления по величине его составляющих - момента на валу двигателя и динамического момента. Момент на валу двигателя определяется в устройстве в результате операции деления, что выполняется с погрешностью до 2-3%. Это оказывает влияние на формирование основной погрешности всего устройства. Цель изобретения - повышение точноети контроля степени развальцовки труб путем уменьшения погрешности при измереч НИИ момента статического сопротивления. Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля степени развальцовки труб, содержашее соединенный с датчиком частоты вращения развальцовочного инструмента блок измерения динамического момента и подключенные к входу компаратора задатчик момента статического сопротивления, а к выходу - блок управления приводным электродвигателем, снабжено блоком измерения момента статического сопротивления, выполненным в виде соединенных между собой одностороннего амплитудного детектора и интерполятора, а блок управления приводным электродвигателем выполнен импульсным и снабжен генератором управляющих импульсов, при этом вход одностороннего амплитудного детектора соединен с выходом блока измерения динамического момента, а выход интерполятора является выходом блока измерения момента статического сопротивления и подключен к второму входу компаратора. Осуществление периодического отключения привода развальцовочного инструмента на стадии упругой деформации трубной рещетки, измерение динамического момента привода и выделение отрицательной составляющей динамического момента позволяет контролировать степень развальцовки труб с большей по сравнению с известными способами точностью путем повыщения точности измерения момента статического сопротивления. При разгоне привода развальцовочной установки уравнение движения имее вид: Мд - MC. , причем Мди11 Cfu где Мд -вращающий момент двигателя; Мс -момент статического сопротивления;Мдин- динамический момент привода. На этом интервале движения и, следовательно, динамический момент положительный. При отключении двигателя от сети вращающий момент двигателя равен нулю и уравнение движения имеет вид: -М с Л1дяя, это дает основание считать, что при отключении привода динамический момент отрицательный, а момент статического сопротивления на этом интервале движения равен абсолютному значению динамического момента. Таким образом, первая операция способа контроля степени развальцовки (отключение привода развальцовочной установки) необходима для создания условий измерения момента статического сопротивления по величине динамического момента. Отключение привода целесообразно выполнять периодически и только на стадии упругой деформации трубной решетки, в противном случае происходит снижение производительности установки. Из этих же виводов вытекает необходимость выполнения последующих операций способа - измерения динамического момента привода и выделения его отрицательной составляющей. Введение в устройство для контроля степени развальцовки труб блока измерения мо мента статического сопротивления, выполненного в виде соединенных между собой одностороннего амплитудного детектора и интерполятора, и выполнение блока управления приводным электродвигателем импульсным совместно с генератором управляющих импульсов, исключает применение элемента деления и снижает основную погрешность. Подключение входа одностороннего амплитудного детектора к выходу блока измерения динамического момента выделяет отрицательную составляющую динамического момента во время отключенного состояния привода и сохраняет ее значение во время разгона привода. Применение интерполятора восстановляет информацию о текущем значении момента статического сопротивления во время разгона привода. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для контроля степени развальцовки труб; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие его работу, приведены кривые, соответствующие выходным сигналам блоков 1-4; Кривая 1 - частота вращения развальцовочного инструмента w при периодическом отключении двигателя; кривая 2 - динамический .момент привода Мдян; кривая 3 - отрицательная составляющая динамического момента привода; кривая 4 - интерполированное значение отрицательных составляющих динамического момента, равное текущему значению момента статического сопротивления Мег; на фиг. 3 - структурная схема устройства. Устройство содержит датчик 1 частоты вращения развальцовочного инструмента, блок 2 измерения динамического момента, блок измерения текущего значения момента статического сопротивления, содержащий односторонний амплитудный детектор 3 и интерполятор 4, компаратор 5 входы которого соединены с выходами интерполятора и задатчика 6 момента статического сопротивления, и блок 7 управления приводным электродвигателем импульсного типа, снабженный генератором 8 управляющих импульсов. Датчиком 1 частоты вращения развальдовочного инструмента является тахогенератор BR механически связанный с валом инструмента. Напряжение с тахогенератора (контрольная точка 1), пропорциональное частоте вращения развальцовочного инструмента, подается на вход блока 2 измерения динамического момента через замыкающий контакт Ка блока 7 управления приводным двигателем импульсного типа. Контакт Kj предназначен для подключения блока 2 к тахогенератору при раздаче элементов соединения (движение двигателя М вперед) и отключения блока 2 от тахогенератора при реверсе двигателя, когда измерение динамического момента не производится. Блок 2 измерения динамического момента выполнен на интегральных операционных усилителях А2 и A3, резисторах Rj - Нц и конденсаторе Сг и представляет собой помехозащищенную схему дифференцирования входного сигнала с регулируемым коэффициентом передачи. Передаточная функция блока 2 имеет вид: W(R) -К(1-5гД-у-) т.е. дифференцирование выполняется путем параллельного соединения пропорционального и апериодического звеньев, причем Т RgCj. Коэффициент передачи звена К, выбираемый равным моменту инерции привода J, устанавливается резистором R,,. В результате на выходе блока 2 (контрольная точка 2) формируется сигнал, пропорциональный производной частоты вращения развальцовочного инструмента, т.е. блок измерения динамического момента одновременно дифференцирует частоту вращения и умножает производную на постоянный коэффициент, равный моменту инерции привода О. Односторонний амплитудный детектор 3 выполнен на интегральных операционных усилителях А4 и А5, резисторах Ri2 и Rjj, конденсаторе Сз и диодах VD4 и VD5. Управление амплитудным детектором Осуществляется контактами К т и Kg блока управления приводным электродвигателем. Усилители А4 и А5 использованы для согласования выходного сопротивления блока 2 и входного сопротивления интерполятора 4. Диоды VP4 и VD5 предназначены для выделения отрицательной составляющей динамического момента (контрольная точка 3) с тем, чтобы запоминалось на амплитудном детекторе, а затем интерполировалось блоком значение динамического момента только при отключении привода. Запоминание выделенной составляющей динамического момента осуществляется конденсатором Сзпри разомкнутых контактах Кг и Kg. Контакт К разомкнут после окончаниявыдержки времени (5 с-), контакт Kg разомкнут до тех пор пока не сработает компаратор 5, в результате чего обеспечена работа амплитудного детектора только при периодическом отключении электродвигателя. Интерполятор 4 выполнен в виде фильтра низких частот на усилителе Аб, резисторах Rj4 - Ri6 и конденсаторах С и Cs по типовой схеме активного фильтра. Он сглаживает и усредняет выходные сигналы амплитудного детектора (контрольная точка 4). Односторонний амплитудный детектор 3, соединенный с интерполятором 4, совместно образуют блок измерения текущего значения момента статического сопротивления Мег, значит выход интерполятора 4 является выходом блока измерения момента статического сопротивления. Компаратор 5 выполнен на усилителе А7, резисторах Rgo- Rz4 и диодах VD6 и VD7. Стабилитрон VD6 предназначен для ограничения напряжения насыщения усилителя А7, диод VD7 с делителем Rjj и R24 - для выполнения слабой положительной обратной связи для предотвращения «дребезга, компаратора. Задатчик момента статического сопротивления 6 выполнен на резисторах Rj -Ri9 и представляет собой каскадный делитель напряжения. Резисторами R (грубо) и R (точно) устанавливается сигнал, пропорциональный заданному значению момента статического сопротивления Mcj. При равенстве сигналов на обоих входах компаратора Мег Мсь на выходе его вырабатывается напряжение, вызывающее отключение двигателя М развальцовочной установки с помощью блока 7 управления.

Блок 7 управления приводным двигателем выполнен импульсным за счет дополнительного введения управляющих импульсов 8. Блок 7 управления содержит автоматический выключатель 1, магнитные пускатели КМ1 (движение двигателя М вперед) и КМ2 (движение двигателя М назад) и тиристорный пускатель VT типа ПТ 16-380.

Генератор 8 управляющих импульсов выполнен на усилителе А1, резисторах Ri- R, конденсаторе Ci и диодах VD1-VD3. Резистор Rги конденсатор Сообразуют время - задающую цепь, на которую напряжение с выхода усилителя А1 подается через нелинейную отрицательную обратную связь, образованную диодами VD1, VD2 и резистором RJ. Делитель Rj-Rsвыполняет роль положительной обратной связи. Диод VD3 предназначен для выделения положительных импульсов и согласования генератора 8 управляющих импульсов с тиристорным пускателем блока 7 управления. Частота отключения двигателя М устанавливается резистором R, а соотнощение включенного и отключенного состояния двигателя М - реаистором RI.

Устройство работает следующим образом.

Во время упругой и пластической деформации трубы до момента соприкосновения наружной поверхности трубы С поверхностью отверстия трубной решетки генератор 8 управляющих- импульсов блокирован, в результате чего блок 7 управления обеспечивает непрерывную работу приводного электродвигателя развальцовочной установки. На стадии упругой деформации трубной рещетки генератор 8 управляющих импульсов обеспечивает через блок 7 управления периодическое отключение привода с заранее заданной частотой и продолжительностью отклю4ед ного состояния. В режиме периодического отключения частота вращения развальцовочного инструмента изменяется в соответствии с кривой 1 (фиг. 2) и регистрируется датчиком I. Блок измерения динамического момента выполняет дифференцирование частоты вращения во время включенного и отключенного состояния привода и умножение на постоянный коэффициент, пропорциональный моменту инерции привода tl, в результате чего на выходе блока 2 формируется положительное и отрицательное значение динамического момента. Поскольку динамический момент равен статическому только в период отключенного состояния привода, то односторонний амплитудный детектор 3 выделяет из знакопеременного выходного сигнала блока динамического момента (кривая 2) втрицательную составляющую, причем на время включения привода выходной сигнал одностороннего амплитудного детектора остается равным конечному значению отрицательной составляющей динамического момента, полученной в предыдущем интервале отключения (кривая 3). Интерполятор 4, в качестве которого в простейщем случае может быть использован фильтр низких частот, сглаживает выходной сигнал амплитуднога детектора (кривая 4). При равенстве текущего Мет и заданного Мез значений момента статического сопротивления компаратор 5 вырабатывает сигнал остановки приводного электродвигателя. На этом процесс развальцовки одного конца трубы заканчивается.

Пример. Деформирование труб развальцовочным инструментом типа Р-25 осуществляют приводом постоянного тока с предложенным устройством контроля степени развальцовки труб. Частоту включений привода изменяют 10-30 Гц. Во время выбега привода измеряют динамический момент и оценивают его отклонение от известного момента статического сопротивлшия по величине динамического момента, который не превыщает 0,2%.

В результате применения предлагаемого устройства контроля степени развальцовки труб при изготовлении теплообменной аппаратуры достигается улучщение качества соединения труб с трубными рещетками и повыщается надежность теплообменного аппарата в целом.

l

г-ЛЯ

rn

-пттПП

кгъ

Фиг.З