Особенности эксплуатации преграждающих изделий при пониженных отрицательных температурах окружающего воздуха
Обеспечение возможности эксплуатации преграждающих изделий при температуре окружающей среды ниже минус 40 °C требует от разработчиков решения ряда задач, особенно если изделие с электроприводом должно эксплуатироваться в широком диапазоне температур.
При понижении температуры окружающего воздуха ниже минус 50 °C, по сведениям из разных источников, коэффициент полезного действия мотора-редуктора может упасть на 40–50%. Причинами такого явления являются загустевание смазочных материалов подшипников и зубчатых передач, изменение конструктивных размеров деталей вследствие явления температурного объемного расширения. В результате возрастают потери на трение, падает крутящий момент мотора-редуктора, резко вырастает пусковой ток электродвигателя. Все это приводит к уменьшению ресурса работы электропривода. При определенных условиях, если статический момент (момент сопротивления) мотора-редуктора превысит крутящий момент электродвигателя, изделие окажется неработоспособным.
Указанные явления могут привести как к отказам в работе изделий, так и необратимым последствиям, требующим дорогостоящего ремонта. К примеру, пуск нагруженного электродвигателя с превышением номинального момента нагрузки приводит к перегреву обмоток и, как следствие, вызывает его поломку.
Использование в составе шкафов управления преграждающих изделий преобразователей частоты позволяет в некоторой мере защитить электродвигатель, но не обеспечивает полную работоспособность при низких температурах.
Одним из способов решения данной проблемы, чтобы уменьшить потери на трение, является использование редуктора с картерным смазыванием зубчатых передач. Другими словами, зубчатые колеса погружаются в масляную ванну. Этот способ имеет ряд недостатков, накладывает определенные ограничения по способу монтажа. Мотор-редуктор с горизонтальным расположением выходного вала нельзя устанавливать вертикально. Предъявляются повышенные требования по вязкости к маслу. Необходимо использовать низкотемпературные синтетические трансмиссионные масла или масла на силиконовой основе. Уплотнительные манжеты и сальники не должны терять свою эластичность в заявленном температурном диапазоне. Предъявляются повышенные требования к объему и периодичности проведения технического обслуживания.
Следующий вариант обеспечения работоспособности изделий с электроприводом – это применение системы обогрева мотора-редуктора.
Важнейшим шагом в развитии систем электрообогрева стало изобретение и начало производства нагревательных кабелей на основе эффекта саморегуляции. Это изобретение было сделано в ходе изучения свойств проводящих угленаполненных пластмасс. Выделяемые мощности таких кабелей существенно ниже, чем у резистивных лент, но, благодаря появлению эффективных теплоизоляционных материалов, данной мощности достаточно для решения широкого спектра вопросов обогрева. По схеме тепловыделения данные кабели относятся к следующему типу: саморегулирующиеся кабели (ленты) с тепловыделением в проводящей полимерной матрице или проводящих пластмассовых элементах. Саморегулирующиеся кабели имеют, как правило, овальную форму и следующую типовую конструкцию: две параллельные токопроводящие жилы, покрытые слоем полупроводящего, наполненного углеродом полимера, так называемой матрицей. Поверх матрицы укладываются слои электрической изоляции, экранирующая оплетка и защитная оболочка.
Полупроводящую матрицу можно условно представить в виде очень большого числа сопротивлений, подключенных параллельно токопроводящим жилам. При подаче напряжения на токопроводящие жилы в полупроводящей матрице возникает ток, вызывающий выделение тепла. За счет выделения тепла материал матрицы расширяется и контактные связи между отдельными частицами углерода нарушаются. Сопротивление матрицы растет, и ток уменьшается. Через некоторое время ток и температура стабилизируются. Сопротивление матрицы, приведенное к одному метру кабеля, обычно составляет несколько сот Ом.
Главная характеристика – мощность тепловыделения. Она измеряется в ваттах на погонный метр и в зависимости от моделей может быть от 5 до 150 Вт/м. Чем больше мощность, тем больше потребление электричества и больше отдача тепла. Типовая зависимость мощности тепловыделения от температуры кабеля приведена на следующем рисунке.
Благодаря данным свойствам, саморегулирующиеся нагревательные кабели обладают следующими уникальными свойствами:
- могут использоваться при подключении на полное напряжение любыми длинами: от минимальных (десятки сантиметров) до предельно допустимых;
- способны изменять свое тепловыделение локально. Если на обогреваемом объекте в какой-либо зоне температура повышается, то тепловыделение кабеля в этой зоне падает. Данное свойство значительно повышает безопасность системы обогрева и упрощает процесс монтажа саморегулирующихся кабелей, поскольку допускается сближение и пересечение витков кабеля.
Применение обогрева является оптимальным, а иногда и единственным, способом обеспечения работоспособности электроприводов преграждающих изделий в условиях пониженных отрицательных температур. Появление современных греющих и теплоизоляционных материалов позволяет создать простую, надежную и безопасную систему обогрева.