CZ307095B6 - Měřicí zařízení pro aplikaci metody prachových částic - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká měřicího zařízení pro aplikaci metody prachových částic pomocí měření prachových částic na záchytné destičce.

Dosavadní stav techniky

Celkové provedení stroje a jeho provozní podmínky mají zásadní vliv na práci kluzného kontaktu. Provoz elektrických strojů s kluzným kontaktem se vyznačuje tím, že provoz těchto strojů je doprovázen postupným opotřebováváním kartáčů. Rychlost opotřebení kartáčů je jedním z důležitých provozních parametrů a zásadním způsobem ovlivňuje provozní spolehlivost těchto strojů a volbu optimální značky kartáčů. Při osazování stroje vhodnými kartáči se proto provádějí dlouhodobé zkoušky v délce několika set až tisíce hodin. Tyto zkoušky jsou velice časově, finančně i personálně náročné.

Posouzení kvality kartáčů z hlediska jejich opotřebení je prakticky vždy vztaženo k jejich délkovému úbytku během dlouhodobého chodu. Tuto metodu lze považovat za poměrně jednoduchou, která je, ale založena na velmi přesném délkovém měření, protože se zpravidla jedná o malé úbytky kartáčů. Vzhledem k tomu, že dosedací plocha není zcela rovinná, musí se měřit úbytek délky kartáčů vždy ve stejném místě.

Proto byly hledány cesty k jejich zásadnímu zjednodušení a zefektivnění. Jedním z příspěvků byla i práce Ing. Horné, M., která navrhla v roce 1987 ve své disertační práci tzv. Komparativní metodu pro zjišťování rychlosti opotřebení komutačních kartáčů. Podstatou této metody bylo zachytávání prachových částic, odlétajících z prostoru pracovní plochy kartáče na skleněné sklíčko pokryté tenkou vrstvou oleje. To bylo umisťováno za odběhovou stěnou kartáče.

Nevýhodou byla pracnost při jeho situování do uvedeného prostoru, úlet některých částic, negativní působení okolního prostředí na výsledky měření, malá univerzálnost - velké a malé kartáče, místa odběru, apod., a nízká ekologičnost. Další skupinu tvoří požadavky orientované na rychlost úbytku délky kartáčů v dynamických stavech stroje při proměnném zatížení apod.

Nevýhodou ovšem rovněž je dílčí množství unikajících prachových částic, což ve svém důsledku vede ke zhoršení přesnosti měřicí metody.

Známá řešení jsou popsána v publikacích: Bendi, J. Přechodový odpor kartáčů jako příčina zkrácené komutace. Elektrotechnický obzor 1. 1958. roč. 47. s. 34 až 35. Bernard, I. Studium provozních vlastností el. strojů s kluzným kontaktem - Semestrální projekt 2 2008, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, VUT Brno. Chmelík K., Veselka F. Kluzný kontakt v elektrických strojích, Ostrava: KEY Publishing s.r.o., 2007, ISBN 978-80-87071-59-5. Kulda, V. Zlepšení kartáčového kontaktu na komutátoru. Elektrotechnický obzor 12. 1957, roč. 46. s. 646 až 647. Horná, M. Komparativní metoda pro zjišťování rychlosti opotřebení komutačních kartáčů - Disertační práce 1987, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, VUT Brno. Ptáček L., kolektiv. Nauka o materiálu I. Brno: CERM, 2003. 516 s. ISBN 80-7204-283-1. Shobert II, E. I. Electrical resistance of carbon brushes on copper rings. 1954.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny měřicím zařízením pro aplikaci metody prachových částic pomocí měření prachových částic na záchytné destičce, podle tohoto vynálezu. Jeho pod- 1 CZ 307095 B6 statou je to, že je tvořeno sací hubicí spojenou potrubím se sacím zařízením, přičemž v potrubí je umístěno alespoň jedno záchytné sklíčko, okolo kterého jsou průchozí otvory pro proudění odsávaného prostředí do sacího zařízení, přičemž sklíčko je umístěno do tubusu.

Otvory mají s výhodou tvar Lavalovy dýzy. Počet sklíček je neomezený a sklíčka se řadí za sebou, vedle sebe, a/nebo se překrývají. Potrubí a tubus jsou opatřeny průzory ke studiu turbulencí a množství usazeného prachu. Sklíčko může být z polymetylmetakrylátu.

Podstatu vynálezu tvoří umístění sklíček do speciálního difuzoru vždy tak, že jedno je umístěno na jeho vstupu a jedno, zpravidla menší, na jeho výstupu, který je umístěn na přívodu sání k elektrickému vysavači. Tím se eliminuje negativní vliv okolního prostředí na průběh a výsledky zkoušek, zvyšuje se komfort obsluhy měřicího zařízení, variabilnost a univerzálnost měřicí metody, apod. Difuzor umožňuje aplikaci i několika sklíček za sebou a využití i unikajících částic s vysokou energií.

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je znázorněno schematicky v řezu příkladné zařízení. Na Obr. 2a jsou v bokorysu znázorněny schematicky částice kartáčového prachu na sklíčku a na Obr. 2b je fotografie kartáčového prachu na sklíčku. Na Obr. 3 je znázorněn graf hodnot korekčního činitele D_k k výpočtu objemu částic. Na Obr. 4 je znázorněno grafické stanovení parametrů a a b. Na Obr. 5 je detailní pohled na místo uložení sklíčka v měřicím válci.

Příklady uskutečnění vynálezu

Měřicí zařízení pro aplikaci metody prachových částic pomocí měření prachových částic na záchytné destičce, je tvořeno sací hubicí spojenou potrubím se sacím zařízením, přičemž v potrubí je umístěno záchytné sklíčko 4, okolo kterého jsou průchozí otvory 5 pro proudění odsávaného prostředí do sacího zařízení, přičemž sklíčko 4 je umístěno do tubusu.

Otvory 5 mají tvar Lavalovy dýzy. Počet sklíček 4 je neomezený a sklíčka 4_se řadí za sebou, vedle sebe, a/nebo se překrývají.

Potrubí je opatřeno průzory ke studiu turbulencí a množství usazeného prachu. Sklíčko je polymetylmetakrylátu.

Komparativní metoda je založena na skutečnosti, že materiál, o který se v provozu zmenší délka, případně objem kartáče, se přemění v drobné prachové částice. Některé se spálí účinky výbojů při práci kluzného kontaktu. Z materiálu kartáče se vytváří pevné produkty ve tvaru různě velkých částic a plynné produkty. Když se podaří tyto pevné a plynné produkty s dostatečnou přesností změřit, vzniknou nové možnosti diagnostiky práce kluzného kontaktu. Zároveň se umožní, aby čas potřebný k vzniku těchto částic byl dostatečně krátký. Za předpokladu, že rychlost tvorby těchto produktů při práci kluzného kontaktu je přímo závislá na rychlosti opotřebení kartáčů, je možné měřit touto metodou opotřebení kartáčů rychleji. Pevné částice vznikají dvěma procesy. Otěrem materiálu kartáčů a lamel komutátoru při otáčení a vylamováním částic z hran kartáčů.

Na Obr. 1 je znázorněno odsávání kartáčového prachu - komutátor 1 (kroužek), kartáč 2, sací potrubí 3, sklíčko 4.

Protože oba procesy jsou ve své podstatě rozdílné, jde o dva nezávislé pochody s vlastními statistickými rozdělovacími funkcemi velikostí částic.

-2CZ 307095 B6

Koncepce nové metody se zakládá na měření a vyhodnocení počtu a velikosti částic odebraných za určitou dobu ze stroje na vhodném místě na komutátoru, nebo kroužku. Destička, na kterou se usazuje v odsávací trubici prach, je umístěna vždy ve stejném místě a také ostatní podmínky se nemění. Pro snadnější zachycení částic je vhodné namazat destičku olejem. Registrační destička (dále jen sklíčko) s usazenými částicemi se zvětší pod mikroskopem a vyfotografuje. Na zvětšených snímcích se odečtou četnosti podle velikosti částic.

Na Obr. 2a jsou znázorněny částice kartáčového prachu na sklíčku, na kterém je olej a částice kartáčového prachu. Na obr. 2b je fotografie kartáčového prachu na sklíčku pořízená v REM.

Je vhodné stanovit si systém, jakým se statistika částic zaznamenává, např. upravená Neaubauerova síť, kdy se částice rozdělí do několika tříd podle velikosti jejich středních průměrů např. D = 1,2,3,4,5,6mm na zvětšené fotografii.

Z již dříve uskutečněných pokusů je stanovena doba expozice na 20 minut. Statistické vyhodnocení je časově náročné a může být zatíženo osobní chybou. Pokud se prohlásí metoda za náhodnou, nemusí se tato chyba uvažovat.

Předpokládá se, že existuje závislost mezi pevnými částicemi, které za určitou dobu vzniknou při práci kluzného kontaktu a částicemi uloženými na sklíčku. Stanoví se celkový objem všech částic. Objem jedné částice s průměrem D_t je předpoklad tvaru koule:

Celkový objem při neproměnných podmínkách pokusu a diskrétní velikosti částic:

/=1 /=ι θ /=i a pro spojitý průběh velikosti částic:

V(D.a.b) = --a-D^:i , a dále

bD

Substitucí a řešením nevlastního integrálu se obdrží pro D - oo :

Objem uvažuje i největší částice v počtu menším než 1. Je třeba tuto skutečnost korigovat. Korigovaný objem částic označený ¹V je roven:

D_k je korekční činitel pro praktické hodnoty lna.

NA Obr. 4 je znázorněn graf hodnot korekčního činitele D_k k výpočtu objemu částic.

Závislost InjV na průměru částic se stanovuje graficky odhadnutým prokládáním přímky do histogramu, v němž se vynáší přirozené logaritmy počtu naměřených částic v závislosti na průměru částic podle obr. 3.

Řešením lineární závislosti ln N na D se obdrží:

ⁿ i=\

Kde pruhy jsou označeny průměrné hodnoty lnA' a D.

Na Obr. 3 je znázorněno grafické stanovení parametrů a a b.

Šrafovaná plocha obsahuje podle teoretického modelu částice s N menší než jedna, jejichž objem se nezapočítává do celkového objemu částic. Aby proložená přímka ln N = a + b · D co nejlépe přiléhala k bodům \n.N_j,D_j určených pokusem, užije se metody nejmenších čtverců. Kriteriem je součet čtverců rozdílu logaritmů naměřených a vypočtených počtů částic pro všechna z = 1,2,3,4 n je minimální:

n

S - [ln N,- (ln a + b · D,)] = min .

1=1

Za předpokladu závislosti mezi počtem a velikostí částic N = a-e^hD a že při měření vznikající chyby, které mají normální Gaussovo rozdělení, pak mají všechny hodnoty ln A’_; stejný rozptyl - N, jsou naměřené hodnoty:

Y = —1—TV, ~(ln« + Ď·£>, )Ί = —!—S n-2“7^{L v} n-2

Součet čtverců chyb:

Pravděpodobnostní chyba jakékoliv hodnoty InAj je 0,6745-5 . Směrodatné chyby parametrů a a bjsou:

-4CZ 307095 B6

Všechny uvedené rovnice jsou odvozovány s rozdělením středních průměrů D - 1,2,3,4,5, 6«7/m při zvětšení fotografie 130krát. V případě jiného zvětšení je nutné zvolit odpovídající střední průměry částic nebo v závislosti na velikosti částic upravit velikost fotografie.

K tomu, aby se mohla realizovat metoda prachových částic, byl navržen a sestrojen prototyp měřicího přípravku. Kartáčový prach je odsáván nástavcem k nosiči sklíčka, kde se prach má usazovat. Variabilnost přípravku je zajištěna možnou výměnou „nástavců“. Pokud na přípravku žádný není, je určen k odsávání kartáčového prachu pouze od jednoho kartáče. Díky nástavcům existují však ještě další tři možnosti. Jsou to nástavce pro odsávání kartáčového prachu z prostoru, odsávání kartáčového prachu z řady kartáčů a odsávání kartáčového prachu od jednoho kartáče z malého prostoru.

Dalšími částmi jsou trubka, nosné těleso a měřicí válec.

Na Obr. 5 je detailní pohled na místo uložení sklíčka 4 v měřicím válci, Dále je znázorněn prostor pro uložení sklíčka 4 a otvory 5 pro průchod vzduchu a měřicí válec.

Uvedené měřicí zařízení lze použít k posouzení životnosti sběracího ústrojí a tím i strojů, vlivu rychlosti otáčení na velikost opotřebení kartáčů, posouzení kvality různých typů kartáčů, posouzení kvality kluzného kontaktu u různých typů a druhů strojů, posouzení vlivu okolního prostředí (zejména prašnosti) na práci kluzného kontaktu. Dále jej lze použít pro studium úrovně prašnosti v různých částech stroje, posouzení kvality kluzného kontaktu v různých provozních režimech stroje, průběžné diagnostice stavu stroje, studiu práce jednotlivých kartáčů v řadě u sběracího ústrojí, apod. Zařízení umožňuje studovat geometrii prachových částic.

Průmyslová využitelnost

Měřicí zařízení pro aplikaci metody prachových částic pomocí měření prachových částic na záchytné destičce nalezne uplatnění v elektrotechnice.

Claims (4)

1. Měřicí zařízení pro aplikaci metody prachových částic pomocí měření prachových částic na záchytné destičce obsahující sací hubicí spojenou potrubím se sacím zařízením, přičemž v potrubí je umístěno alespoň jedno záchytné sklíčko (4), vyznačující se tím, že v potrubí jsou v tubusu umístěna za sebou alespoň dvě sklíčka (4) a okolo sklíček (4) jsou průchozí otvory (5) pro proudění odsávaného prostředí do sacího zařízení.

2. Měřicí zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že otvory (5) mají tvar Lavalovy dýzy.

3. Měřicí zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že potrubí je opatřeno průzory ke studiu turbulencí a množství usazeného prachu.

4. Měřicí zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že sklíčko (4) je polymetylmetakrylátu.