RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Принцип работы вискомуфты


Вискомуфта — Энциклопедия журнала "За рулем"

Вискомуфта - вязкостная муфта, часть трансмиссии автомобиля, механизм передачи и выравнивания крутящего момента. В отличие от гидромуфты и гидротрансформатора в вискомуфте использован иной принцип действия. В этом устройстве крутящий момент передается не через динамические свойства потока жидкости, а с использованием вязкостных свойств жидкости, заполняющей внутреннее пространство вискомуфты. Применяется в качестве механизма автоматической блокировки дифференциала.

История изобретения

Вискомуфта была изобретена в 1917 году в США Мелвином Северном, но применения в то время не нашла. В 1964 году вискомуфта была впервые установлена в качестве механизма автоматической блокировки межосевого дифференциала на автомобиле Interceptor FF английской компании Jensen. С середины 60-х годов вискомуфты нашли широкое применение в самоблокирующихся межколесных дифференциалах на легковых автомобилях с постоянным приводом на все колеса.

Устройство и принцип действия

Вискомуфта представляет собой пакет плоских круглых дисков, установленных внутри герметичного корпуса. Пакет дисков состоит из набора ведущих дисков, соединенных с ведущим валом, и набора ведомых дисков, соединенных с ведомым валом. На поверхности дисков располагаются выступы и отверстия. Пакет дисков сформирован таким образом, что ведомые и ведущие диски вискомуфты перемежаются и находятся друг от друга на предельно малом расстоянии.
Заполняющая внутреннюю полость корпуса муфты дилатантная жидкость, обычно на основе силикона (кремний-органическое вязкое вещество), обладает свойством сгущаться при интенсивном перемешивании. Помимо этого, у такой жидкости большой коэффициент расширения при нагреве, что повышает эффективность вискомуфты, поскольку при перемешивании возникает дополнительный эффект давления на диски муфты, которые под воздействием разогретой жидкости «склеиваются» (то есть прижимаются друг к другу расширяющейся жидкостью).
При равномерном движении ведущего и ведомого валов диски вискомуфты вращаются с одинаковой скоростью. Перемешивания жидкости не происходит, поэтому она не воздействует на пакет дисков. Как только один из валов начинает вращаться быстрей другого, диски пакета вискомуфты приходят во вращение относительно друг друга. Жидкость, заполняющая корпус муфты, интенсивно перемешивается, вязкость ее возрастает, возникающие силы трения между частицами жидкости стремятся уровнять угловые скорости дисков. При очень большой разности скоростей жидкость становится настолько вязкой, что приобретает свойства твердого вещества - вискомуфта, практически, блокируется, а крутящий момент, передаваемый от ведущего к ведомому валу через пластины пакета, достигает максимума.

Недостатки и преимущества вискомуфты

Свойства вязкости заполняющей вискомуфту жидкости зависят от интенсивности ее перемешивания, следовательно, от разницы угловых скоростей вращающихся дисков. Но линейной зависимости этих свойств нет, поэтому предугадать коэффициент торможения дисков муфты, невозможно. По этой причине самоблокирующиеся дифференциалы с вискомуфтой обладают невысокой эффективностью. Дифференциалы на основе вискомуфты (без применения свободного шестеренчатого дифференциала) в современных автомобилях не применяются вовсе - из-за низкой эффективности вискомуфт и из-за громоздкой конструкции. Поскольку эффективность вискомуфты зависит от диаметра дисков и объема заполняющей корпус жидкости, установка этого механизма увеличивает габариты ведущего моста и приводят к уменьшению клиренса автомобиля.
К преимуществам вискомуфты следует отнести простоту конструкции (при повышенных требованиях к точности производства - к примеру, корпус вискомуфты должен обеспечивать герметичность при повышении внутреннего давления до 15 атмосфер). Вискомуфты не требуют обслуживания на протяжение всего срока эксплуатации автомобиля. При неисправности вискомуфты ее заменяют новой.

Применение вискомуфт

Как осевой дифференциал вискомуфты на серийных автомобилях не использовались. В качестве механизма автоматической блокировки свободного шестеренчатого осевого дифференциала вискомуфты устанавливаются на некоторые легковые автомобили (примеры - Lancia Thema и Lancia Dedra 2000 Turbo). Основное же применение вискомуфт - установка в качестве межосевого самоблокирующегося дифференциала на легковые автомобили повышенной проходимости. Причем, вискомуфта может применяться как собственно самоблокирующийся дифференциал (примеры - Jeep Grand Cherokee, Range Rover HSE), так и в виде вспомогательного механизма автоблокировки, работающего вместе с шестеренчатым свободным дифференциалом.
Установка вискомуфты самый простой и недорогой способ синхронизации крутящего момента между двумя ведущими мостами - передним и задним. Поскольку разница крутящих моментов в обычных дорожных условиях невелика, эффективности и точности срабатывания вискомуфты бывает вполне достаточно, чтобы не допустить проскальзывания передних колес относительно задних (например, при движении автомобиля по сильно пересеченной местности, когда одна пара колес описывает дугу, огибая дорожное препятствие, а вторая в этот момент движется по прямой).
В данный момент автопроизводители повсеместно отказываются от использования вискомуфт, выбирая управляемые принудительно муфты Haldex, поскольку использовать вискомуфту с системой ABS проблематично.

Теория вискомуфты вентилятора радиатора

Как устроена муфта вентилятора Toyota и каков ее принцип действия? Поскольку эта тема все еще вызывает порой вопросы, попробуем разобраться...

Принцип

Вентилятор с ременным приводом, обычно совмещенный с насосом охлаждающей жидкости, традиционно устанавливались на большинство моделей с продольным расположением силового агрегата. Если бы крыльчатка вентилятора жестко соединялась с приводным шкивом, то частота его вращения была прямо пропорциональна оборотам коленчатого вала - такое охлаждение было бы чрезмерно эффективно, особенно на больших оборотах и при низкой температуре за бортом. Поэтому, для регулировки интенсивности потока воздуха, проходящего через радиатор, между шкивом и крыльчаткой устанавливается вязкостная муфта.

При низкой температуре скорость вращения вентилятора минимальна, что позволяет двигателю быстрее прогреваться и заодно снижает шум от крыльчатки. По мере роста температуры обороты вентилятора также будут нарастать.

КонструкцияРотор муфты жестко крепится на шкиве насоса охлаждающей жидкости. По окружности диска ротора нарезаны косые зубья, которые выполняют роль насоса для перекачки масла. Корпус муфты в сборе (корпус подшипника и передняя крышка) вращается вокруг ротора на подшипнике.

С обеих сторон ротора установлены пластины, отделяющие рабочие камеры от резервуаров. Передняя (с впускными каналами A и B и возвратным каналом) закреплена на крышке ротора, задняя (с возвратным каналом) - на корпусе подшипника.

1 - биметаллическая пружина, 2 - биметаллическая пластина, 3 - впускной канал B, 4 - впускной канал A, 5 - передняя камера, 6 - возвратный канал, 7 - возвратный канал, 8 - задняя камера,
9 - передний резервуар, 10 - зубья ротора, 11 - корпус подшипника, 12 - вал ротора, 13 - корпус подшипника, 14 - задний резервуар, 15 - задняя делительная пластина, 16 - ротор, 17 - передняя делительная пластина, 18 - передняя крышка.


Рабочие камеры представляют собой "лабиринты", образованные ребрами на роторе и на делительных пластинах. Момент передается от ротора к корпусу за счет "внутреннего трения" в силиконовом масле.
Биметаллическая пружина, установленная с внешней стороны корпуса муфты, перемещает пластину, открывая и закрывая впускные каналы и регулируя перетекание масла в зависимости от температуры воздуха.

Функционирование

1. Холодный воздух.
При вращении ротора его зубья через возвратные каналы "откачивают" в передний резервуар масло из обоих камер и заднего резервуара. В результате его количество в камерах падает, передача усилия через жидкость уменьшается и частота вращения вентилятора становится значительно ниже частоты вращения ведущего ротора.
2. Теплый воздух.
Под действием центробежной силы масло из переднего резервуара вытесняется в переднюю камеру через открывшийся впускной канал A. "Вязкое трение" между ротором и передней пластиной возрастает, а разница в частоте вращения уменьшается.
3. Горячий воздух.
Открываются оба впускных канала, после чего масло поступает в обе рабочих камеры. Объем жидкости в них и "трение" максимальны, так что максимальна и передача вращения через муфту.

Примечание. Поскольку управление оборотами происходит за счет изменения объема силиконового масла в полостях муфты, то его утечка неизбежно ведет к снижению скорости вращения вентилятора и возможному перегреву двигателя.

Часть муфт ранней конструкции не имела заднего резервуара. Поскольку после остановки двигателя масло стекает в нижнюю часть муфты, то здесь его уровень в камерах значительно увеличивался и сразу после запуска двигателя, когда "трение" между ротором и пластинами достаточно велико, частота вращения вентилятора нарастала слишком сильно. При наличии заднего резервуара уровень жидкости в камерах на заглушенном двигателе оказывается ниже, а после запуска падает быстрее - в результате снижается уровень шума от вентилятора.

Евгений, Москва
© Легион-Автодата

Комментарии и вопросы
можно направлять на
[email protected]

Устройство и принцип работы вискомуфты вентилятора

В конструкции системы охлаждения автомобиля присутствует такой интересный механизм, как вискомуфта. На автомобильных форумах часто задают вопросы, связанные с этим механизмом. Мы сделали выводы о необходимости детального изучения этой темы.

Вискомуфта полного привода

Что собой представляет вискомуфта вентилятора

Под таким странным названием подразумевается особый механизм, на котором лежит функция избирательной передачи, определяющаяся внешними условиями и крутящим моментом. Муфта имеет вид герметичного корпуса. Внутри него располагаются диски, разбитые на два ряда. Один ряд дисков соединяется с ведомым валом, соответственно, второй ряд связан с ведущим. Конструкция механизма предусматривает возможность чередования дисков между собой. Их конструкция имеет отверстия и выступы.

Внутри вискомуфты имеется специальная жидкость с вязкой структурой, потому механизм часто называется вязкостным. Чаще всего для изготовления этого вещества используется силикон. Для жидкости характерны уникальные особенности, которые определяют её эффективное использование. Возможности этого вещества сводятся к следующему:

Такие особенности определяют принцип работы вискомуфты, который будет изучен дальше.

Вискомуфта вентилятора охлаждения

Где находится вискомуфта

Этот механизм занимает место между радиатором охлаждения автомобиля и шкифом помпы. Он выполняет ряд важных функций:

  1. Контроль скорости вращения лопастей вентилятора, который охлаждает силовой агрегат автомобиля.
  2. Обеспечение эффективности работы двигателя благодаря активизации вентилятора в нужные моменты.
  3. Снижение нагрузки, которую испытывает силовой агрегат.

Муфта может крепиться на фланцевой вал, который, в свою очередь, устанавливается на шкив помпы. Также вал может навинчиваться на вал помпы. Дальше нужно разобраться с тем, как работает вискомуфта вентилятора охлаждения.

Как работает вискомуфта вентилятора охлаждения

Знакомство с вискомуфтой вентилятора будет невозможным без изучения принципа работы этого механизма. Неопытному автомобилисту этот процесс может показаться сложным, хотя, на самом деле, всё устроено просто и понятно. Принцип работы вискомуфты вентилятора охлаждения основан на функционировании биметаллического датчика. Он находится впереди вискозного вентилятора. Этот элемент реагирует на температуру, которая передаётся через радиатор системы охлаждения.

Scania R-Series
  1. При низкой температуре чувствительный датчик заставляет клапан сжиматься. Это приводит к сохранению масла внутри вискомуфты в пределах резервуара. Муфта на вентиляторе дезактивируется и продолжает вращаться лишь на 20% от интенсивности вращения мотора.
  2. При повышении температуры до рабочего уровня датчик расширяется и заставляет клапан вращаться. Это приводит к перемещению масла по камере к внешним краям. Активизируется сцепление с вентилятором и скорость вращения муфты увеличивается с 20% до 80%.

При движении ТС с постоянной скоростью вращение дисков равномерное и не сопровождается перемешиванием масла между ними. При возникновении разницы между скоростями вращения валов (ведомого и ведущего) диски также начинают работать в разных режимах. Это приводит к увеличению вязкости силиконовой жидкости. В таком состоянии она оказывает воздействие на передачу крутящего момента.

При возникновении большой разницы между скоростями вращения дисков жидкость становится практически твёрдой, что приводит к блокированию вискомуфты. Устройство вискомуфты вентилятора изучили, теперь необходимо научиться проверять исправность работы этого механизма.

Как проверить вязкостную муфту

Работоспособность вискомуфты вентилятора нужно проверять на холодном и горячем силовом агрегате. Об этом свидетельствуют эксплуатационные пособия по ремонту ТС. При холодном моторе перегазовка не будет менять частоту вращений муфты. В случае с горячим мотором этот показатель будет сильно возрастать.

Также обязательно проверяется продольный люфт, при выявлении которого придётся выполнять работы по его устранению. Наличие посторонних звуков во время вращения муфты будет говорить о неисправности подшипников.

Основные причины неисправности

Механизм может выходить из строя по нескольким причинам. Мы выделили основные и наиболее распространённые:

Впускная вискомуфта автомобиля Infiniti

Признаки неисправности

Первым и главным признаком, который может свидетельствовать о неисправном состоянии вискомуфты, является чрезмерный нагрев мотора. Такая ситуация может возникать в результате утечки жидкости или отсутствия своевременного срабатывания биметрической пластины. Температура мотора повышается, а вентилятор не работает вовсе или функционирует на низких оборотах, следовательно, не обеспечивается охлаждение агрегата.

Бывает и так, что при холодном двигателе вентилятор вращается на полную силу. Такая ситуация может возникать из-за испорченного геля, поломки ряда узлов механизма или превращения смазки в твёрдую субстанцию.

К чему может привести неисправная вискомуфта

Рабочий запас вискомуфты в среднем составляет 200 тыс. км. После этого механизм требует к себе повышенного внимания. Нужно постоянно контролировать момент её срабатывания, особенно летом. Также требуется проверять рабочую температуру мотора в пробках. Если отмечаются значения, близкие к критическим, то придётся всерьёз заниматься вискомуфтой. Новая деталь стоит немало, да и найти нужную модель часто не представляется возможным. Потому многие автовладельцы решаются на установку электрической системы. В любом случае, игнорировать такую ситуацию нельзя, поскольку можно столкнуться со следующими неприятностями:

Каждый из вас предупреждён об опасности, которую несёт в себе неисправная вискомуфта вентилятора системы охлаждения автомобиля. Не стоит пренебрегать проверкой и устранением неисправностей, в противном случае можно столкнуться с очень дорогим и трудоёмким ремонтом двигателя.

Принцип работы вискомуфты вентилятора охлаждения, проверка, замена и ремонт

Охлаждение двигателя автомобиля потоком набегающего воздуха действует далеко не всегда, поэтому все они снабжены вентиляторами принудительного обдува. На это надо затратить определённую мощность, причём желательно в регулируемом режиме. Постоянное продувание воздуха через радиаторы с максимальной производительностью не всегда требуется и ведёт к значительному перерасходу топлива. Электрический вентилятор достаточно просто отключать, когда в нём нет необходимости, а вот с механическим потребуется дополнительное устройство между приводом и крыльчаткой.

Содержание статьи:

Предназначение вискомуфты

С ростом температуры двигателя открывается клапан термостата, и горячая жидкость начинает поступать в радиатор. Последний охлаждается встречным воздухом при движении автомобиля, температура антифриза падает, и он в охлаждённом состоянии возвращается в рубашки головки и блока.

Это интересно: Что такое компрессия, детонация двигателя и на что она влияет

Когда скорость автомобиля мала или вообще отсутствует на остановках с работающим двигателем, радиатор не продувается и мотор начинает перегреваться.

Необходимо запустить во вращение крыльчатку вентилятора, до того медленно вращавшуюся и не расходовавшую лишнюю энергию. Для этого и предназначена вискомуфта вентилятора.

Она должна почувствовать критический рост температуры и восстановить механическую связь между своим приводным шкивом и крыльчаткой.

Принцип работы

Работа муфты основана на применении специальной жидкости, изменяющей свою вязкость при увеличении внутреннего трения. Если перемешивание её незначительно, то вязкость мала и наоборот, при быстром относительном перемещении её слоёв свойства становятся близкими к гелю и даже твёрдому телу.

Если подобное вещество расположить в небольшом промежутке между двумя дисками, то передача крутящего момента с одного из них на другой будет зависеть от отношения скоростей их вращения.

Связав один из них со шкивом, а второй с крыльчаткой, можно получить муфту, которая заставит вращаться крыльчатку со скоростью, зависящей от количества жидкости между дисками и расстояния между ними. Чем меньше расстояние, тем сильнее жидкость увеличивает вязкость и тем лучше передаётся энергия вращения.

Устройство вискомуфты вентилятора охлаждения

Реализуется эта относительно простая идея различными способами.

На автомобилях использованы различные конструкции, но есть и много общего:

Масло заливается на весь срок службы, а его сохранность обеспечивается кольцевым уплотнением.

Роль силиконового масла

Состав масла выполнен таким, чтобы придать продукту так называемые неньютоновские свойства. Обычные жидкости не меняют свою вязкость от скорости перемещения микрослоёв внутри. Здесь же вязкость резко растёт, что и обеспечивает увеличение жидкостного трения между дисками.

При низкой температуре масло отбрасывается центробежными силами из зазора, для чего на дисках иногда делаются направляющие насечки.

Диски вращаются свободно, и передачи энергии на крыльчатку почти нет. Если же клапаны открываются термочувствительными элементами, то масло начинает заполнять зазор, увеличивать вязкость и передавать вращение на ведомый диск, связанный через корпус с крыльчаткой.

Читайте также: Как проверить помпу двигателя автомобиля без снятия

Для увеличения поверхностей трения на дисках выполняются кольцевые канавки, входящие одна в другую, так масло используется максимально эффективно при тех же габаритах.

Температурная зависимость вязкости у масла мала, что позволяет муфте нормально работать и при низких температурах. Низкокачественные масла без силикона в таких условиях передавали бы вращение постоянно, ещё более охлаждая двигатель.

Проверка вискомуфты на работоспособность

Первым симптомом нормальной работы муфты будет её кратковременное включение при первом запуске холодного мотора.

Это связано с тем, что во время стоянки жидкость стекла в зазор и ещё не выбросилась в резервуар корпуса. Затем характерный звук работающих лопастей крыльчатки пропадёт, скорость её уменьшится, хотя и не до нуля.

При таком холостом ходе вентилятора его даже можно остановить любым мягким предметом, обычно демонстрируют свёрнутую газету, резиновый шланг или пластиковую бутылку. Ни в коем случае не стоит пытаться это делать руками.

По мере прогрева радиатора клапаны открываются, и вентилятор начинает работать на полную мощь. Его обороты растут при прогазовках практически сразу за двигателем, а остановить его уже не получается. Это и будет признаком нормальной работы муфты.

Замена вискомуфты на примере Ауди А6 С5

На этих автомобилях вентилятор с муфтой и шкивом установлен на отдельной цапфе и приводится в движение вспомогательным ремнём. Ротор муфты прикручен непосредственно на резьбу втулки шкива.

Для замены не потребуется много времени:

Новая муфта устанавливается в обратном порядке, после чего её можно проверить как указано выше, хотя у полностью новых изделий сопротивление вращению значительное даже в холодном состоянии.

Можно ли отремонтировать вентилятор охлаждения

Муфта служит очень долго, ломаться и изнашиваться там особо нечему. После окончания срока службы она меняется на новую, поскольку надёжность системы охлаждения всегда должна быть на высоте, слишком дорого обходятся последствия. Но умельцы пробуют чинить вискомуфты, заменяя в них жидкость.

Процедура достаточно простая, надо только аккуратно просверлить отверстия в корпусе для замены масла и подготовить для них надёжные заглушки.

Сложности в другом – очень трудно точно подобрать жидкость нужной вязкости и определить точное её количество. Иначе муфта нормально работать не будет, но опыт в сети уже имеется, при желании с ним несложно ознакомиться, памятуя, что все муфты разные, важны данные на конкретную модель автомобиля и двигателя.

Вискомуфта принцип работы

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 317

Работа многих изделий основывается на использовании, порой неожиданным образом, самых разных свойств привычных нам веществ. Примером этого может служить вискомуфта – специальное устройство, предназначенное для избирательной передачи, зависящей от внешних условий, крутящего момента. У таких изделий принцип работы основан на изменении вязкости залитой в него жидкости. Нельзя сказать, что они применяются чрезвычайно широко, например как МКПП, но и обойти стороной их использование было бы неправильно.

Принцип действия вискомуфты

Внешний вид вискомуфты и ее принцип работы позволит понять приведенный рисунок.

Как видно из него, устройство вискомуфты представляет собой герметичный корпус, в котором располагаются два ряда дисков. Каждый из них связан или с ведомым, или с ведущим валом. Ведущие и ведомые диски перемежаются между собой, на каждом из них имеются специальные выступы и отверстия, а расстояние между их плоскостями минимальное.

Пространство внутри корпуса заполнено вязкой жидкостью, чаще всего изготовленной на основе силикона.

Отличительными особенностями этой жидкости, позволяющими использовать ее для работы в составе вискомуфты, являются:

Когда движение автомобиля происходит равномерно, диски вращаются с равной скоростью и жидкость между дисками не перемешивается. При появлении различий в скорости вращения валов (ведомого и ведущего), также начинает различаться скорость вращения дисков, из-за чего вязкость жидкости возрастает и она работает на передачу крутящего момента к ведомому валу от ведущего.

При значительной разности скоростей вращения дисков, вязкость жидкости возрастает настолько, что вискомуфта блокируется и приобретает свойства, характерные для твердого тела. Дополнительную информацию о том, как работает вискомуфта, поможет получить из видео

Как работает вискомуфта в трансмиссии?

Одно из основных применений вискомуфты – в системе полного привода и трансмиссии вообще. Как это выглядит – поясняет рисунок

Устройство полного привода с использованием вискомуфты основано на том, что задний мост подключается только при необходимости. В обычных условиях такой автомобиль является переднеприводным, но когда возникает разница в угловых скоростях вращения колес разных мостов, срабатывает вискомуфта, и момент начинает распределяться между различными мостами.

Фактически, это получается самоблокирующийся автоматический межосевой дифференциал. В такой ситуации, когда начинают пробуксовывать колеса, водителю не нужно предпринимать никакие действия. Однако стоит иметь в виду, что подобный подключаемый полный привод имеет ограниченное применение. Он хорошо работает на плохой дороге, при гололеде, в городе, но не подходит для настоящего бездорожья.

Причиной этого является запаздывание срабатывания вискомуфты при постоянной смене сцепления колес с покрытием, ее перегрев, и, в конце концов, выход из строя. Кроме обеспечения полного привода, подобное устройство может быть использовано для разгрузки колеса при прохождении поворотов. Понять, как происходит подобное, поможет рисунок

В этом случае вискомуфта ставится на одном мосту между дифференциалом и одной из полуосей. При вхождении на большой скорости в поворот сцепление внутреннего колеса ухудшается, и оно начинает пробуксовывать. Благодаря вискомуфте момент перераспределяется между колесами, обеспечивая безопасное прохождение поворота.

Учитывая такую ответственную роль, которую играет вискомуфта в безопасности движения, а также что она работает в системе полного привода, зачастую требуется проверить ее текущее состояние и работоспособность.

Как работает вискомуфта вентилятора охлаждения?

Кроме полного привода известны и другие варианты применения вискомуфты – вентилятор радиатора охлаждения может служить одним из таких примеров. Работа подобного устройства, наверное, не требует особого пояснения. В тех случаях, когда термостат пускает по большому кругу охлаждающую жидкость (ОЖ), она поступает в радиатор, и тогда же должно быть обеспечено включение вентилятора охлаждения. В другое время он должен быть выключен.

Добиться такого режима работы помогает вискомуфта вентилятора. Ее устройство похоже на приведенное выше, только корпус имеет дополнительные емкости для жидкости и оснащен клапаном, обеспечивающим перетекание жидкости. Все это показано на рисунке.

Когда двигатель холодный, вращающиеся диски выдавливают жидкость через открытый клапан в резервную емкость. Сцепление между дисками плохое, и вискомуфта работает с сильным проскальзыванием, обдува радиатора нет, и мотор прогревается.

Когда термостат направляет ОЖ в радиатор для охлаждения, он нагревается, теплый воздух от него попадает на биметаллическую пластину, расположенную впереди на корпусе вискомуфты, она выгибается, и вследствие этого перекрывается отверстие клапана.

Жидкости больше некуда уходить, и она остается между дисками, ее вязкость увеличивается, проскальзывание уменьшается, крыльчатка вентилятора блокируется на валу, и поток воздуха поступает на радиатор для его охлаждения. Это приводит к снижению температуры ОЖ, соответственно снижается температура воздуха, поступающего на биметаллическую пластину, она возвращается в исходное положение, открывается клапан, и жидкость выдавливается в резервную камеру.

В результате этого вискомуфта вентилятора перестает блокировать крыльчатку, она начинает проскальзывать, и процесс охлаждения радиатора прекращается. Таким образом, получается, что режим работы вентилятора охлаждения зависит от температуры ОЖ.

Просмотрев видео, вы получите дополнительную информацию о работе такой системы.

Что же касается возможности проверить работу вискомуфты вентилятора, то здесь помощь окажет следующее видео

Эта процедура достаточно простая и понятная. Надо только отметить, что разборку вискомуфты не проводят, в случае если она неисправна, то подлежит только замене.

В работе вискомуфты используется такая характеристика жидкости, как вязкость. Благодаря ее изменению становится возможным реализовать различные режимы работы устройств, зависящие от внешних характеристик. Речь может идти как о создании полного привода, так и об охлаждении радиатора.

Мне нравится1Не нравится
Что еще стоит почитать

Вискомуфта вентилятора: устройство, неисправности и ремонт

Вязкостная муфта вентилятора авто – как раз та деталь, о которой многие автолюбители знают не понаслышке, но об особенностях устройства которой не знают практически ничего. А ведь это весьма интересное в своей простоте устройство, которое ломается не так уж и часто – настолько оно надежно. Впрочем, грамотный автолюбитель должен знать об особенностях устройства и работы как крупных, так и мелких узлов авто чтобы в случае их поломки он мог быстро прикинуть, обязательна ли поездка на СТО буквально в тот же день, или с ремонтом можно повременить. Сейчас мы попробуем разобраться, как же устроена вискомуфта вентилятора охлаждения, каков принцип ее работы и даже как производить ее ремонт.

Подробно о принципе работы

На самом деле вязкостные муфты нашли применение не только в автомобильной индустрии, но даже в ветровой энергетике, которая сосредоточена на отнюдь немаленьких установках. А особенность данной муфты в том, что с ней возможна избирательная передача крутящего момента. Вязкостные муфты могут быть устроены по 2 схемам:

  1. Герметичный корпус с двумя или более турбинными колесами, оборудованными крыльчаткой. Одно колесо находится на ведущем валу, а второе на ведомом. Пространство вокруг них заполнено вязкой жидкостью на силиконовой основе. В случае, если турбинные колеса вращаются с разной скоростью, жидкость обеспечит передачу крутящего момента на ведомое колесо и синхронизирует их вращение;
  2. Аналогичный корпус с парой плоских дисков с выступами и отверстия, та же силконовая жидкость. Если вращение дисков синхронно, жидкость практически не перемешивается. Если ведомый диск отстает от ведущего, смешивание становится просто огромным. Изначально ничем не соединенные диски прижимаются друг к другу за счет быстрого расширения силиконовой жидкости. Именно такая дисковая система используется в вискомуфтах вентиляторах охлаждения.

Здесь стоит рассказать подробнее о т.н. дилатантной жидкости на силиконовой основе, которой заполнен герметичный корпус вискомуфты. Эта жидкость в обычных условиях действительно вязкая, но она сохраняет текучесть. А вот стоит начать ее перемешивать или нагревать, как она сгустится и начнет занимать несколько больший объем. Плотность при этом тоже изменится – дилатантная жидкость станет похожей на заставший клей. При отсутствии термических или механических воздействий она снова вернется в свое обычное жидкое состояние. Здесь нельзя не рассказать и об еще одном интересном момента: когда жидкость сильно перемешивается, она становится настолько вязкой, что вискомуфта блокируется.

Немного о применении вискомуфт

На сегодняшний день вязкостные муфты в автомобильной индустрии применяются всего в двух случаях, причем первый еще остается актуальным, но и от него постепенно отказываются. Итак:

  1. Для охлаждения ДВС. Те самые вискомуфты вентиляторов, которым посвящен данный материал, можно назвать исчезающим техническим решением. Устроено все предельно просто: на штоке закрепляется муфты с вентилятором, приводимым в движение через ременную передачу. Сама система хорошо себя показывается в зимний период, а вот летом вискомуфты вентиляторов показывают себя не так хорошо. Их вытесняют электронные вентиляторы, работающие в тандеме со специальным датчиком;
  2. Для подключения полного привода. Как показывает практика, сегодня в 70, а то и 80 процентах кроссоверов устанавливаются вязкостные муфты, отвечающие за подключение полного привода в автоматическом режиме. Но и их постепенно вытесняют электромеханические устройства.


Почему же вискомуфты в целом остаются актуальными? Причин несколько:

Впрочем, недостатки тоже есть. Так, например, вискомуфты не слишком-то ремонтопригодны. В описаниях к данным устройствам почти что прямым текстом сказано, что они одноразовые и в целом их ремонт нецелесообразен. Кроме того, подобные устройства не рассчитаны на длительную эксплуатацию, хотя практика показывает, что работать они могут очень долго - приятное исключение из правил. Если вискомуфты используются в приводе, система оказывается не слишком эффективной – максимальный крутящий момент передается лишь при сильной пробуксовке передних колес, подключение привода вручную становится невозможным и т.п.

Проверка работоспособности

Вискомуфты радиаторов проверить не так уж и сложно. В эксплуатационных пособиях указано, что вращение вентилятора положено проверять сначала на холодном, а затем на горячем моторе. При этом на горячем моторе при перегазовке частота вращений серьезно возрастает, тем временем как на холодном – нет. «Народный» способ проверки очень хорош, так как он предусматривает еще и уход за системой охлаждения двигателя. Вот что надо сделать:

Заметьте, что если один из этапов проверки не был пройден, идти дальше по списку нет смысла. Однако снять муфту и прочистить радиатор имеет смысл всегда, особенно если вы делаете это после летнего периода, когда соты забиваются пухом, грязью и пылью.

Как производится ремонт

Первое, на что стоит обратить внимание автолюбителю, так это на перегрев двигателя. Возможно, с ним связана именно вискомуфта, хотя стоит проверить и, к примеру, термостат. Если проблема кроется именно в вязкостной муфте, стоит попробовать ее отремонтировать. Хоть во многих описаниях и написано, что замена силиконовой жидкость невозможна и оная заливается в корпус единожды вплоть до утилизации всего устройства, на практике долив свежей жидкости осуществить очень просто. Проблема лишь в том, чтобы найти ее. В как в офлайн, так и онлайн-магазинах она может быть найдена под именами «жидкость для ремонта вискомуфты», «масло для вискомуфт» или просто «силиконовая жидкость». Если речь идет о ремонте вискомуфты в системе подключаемого полного привода, то покупать стоит именно оригинальную – недорогие аналоги недостаточно вязкие. А если вы ремонтируете вискомуфту вентилятора, то купить можно универсальную жидкость.

Итак, для ремонта сломавшейся детали стоит начать с проверки уровня силиконовой жидкости. Очень часто наблюдается ее утечка. Необходимо залить новую жидкость, для чего делается следующее:

Шум при работе вискомуфты свидетельствует о выходе из строя подшипника, которым она оборудована. Для замены подшипника нужно фактически проделать то же, что описывалось выше, а также произвести еще несколько операций. По этой причине мы сразу отметим, что при замене подшипника вискомуфты старую силиконовую жидкость нужно обязательно слить, а сразу после замены детали необходимо залить новую порцию силикона. И вот как быть со сломанным подшипником:

Здесь важно учитывать, что вискомуфта не терпит силовых воздействий – даже слегка деформировав диск, вы сделаете невозможным дальнейший ремонт. Само устройство покрыто тонким слоем специальной смазки, которую лучше не снимать в ходе ремонта. Во всем остальном, процедуру нельзя назвать очень сложной. Практика показывает, что у многих автолюбителей, занявшихся самостоятельным ремонтом вискомуфты вентилятора, возникают некоторые трудности с обратной сборкой устройства. Советуем или найти видеоруководства, или фиксировать каждый этап работ на камеру смартфона.

Выбор нового устройства

Теперь давайте ответим на вопрос о том, как выбрать вискомуфту вентилятора охлаждения. Вести поиски проще всего в интернет-магазинах, поскольку здесь вы сможете если и не купить новое устройство, то хотя бы узнать код оригинала и коды всевозможных аналогов. О последних мы вскоре поговорим. Искать можно по:

Конечно, важным параметром поисков является производитель конечного продукта. Многие автолюбители вполне оправданно не доверяют продукции фирм-упаковщиков. В случае вязкостных муфт брать можно продукцию даже таких фирм, так как, по сути, выпускают ее ограниченное число компаний, которые одновременно являются поставщиками на конвейеры крупных автомобильных концернов и чью продукцию реализуют даже упаковщики. Стоит обратить внимание на продукцию вот этих компаний:

Весьма неплохие решения можно найти в каталогах фирм Meyle и Febi (Германия). Появившиеся относительно недавно польские и турецкие аналоги показали себя не так хорошо. Как правило, достойные производители вязкостных муфт одновременно выпускают и радиаторы, крепежные элементы и некоторые элементы трубопровода. Если вы уверены в каком-то производителе радиаторов, стоит поискать в его каталогах и нужную вам вязкостную муфту.

Вывод

Вязкостная муфта вентилятора охлаждения двигателя – простое и весьма надежное устройство, которое выходит из строя крайне редко. Диагностировать его поломку можно и не обращаясь к специалистам на СТО. Стоит лишь проследить за температурой двигателя и проверить работу вентилятора, как все станет ясно. Хоть ремонт вискомуфты не рекомендован многими экспертами, с ним справится даже новичок. Выбор новых устройств достаточно велик: есть продукция фирм-производителей из стран Европы, Америки и отдельных стран Азии (лучшие варианты), а есть автозапчасти от фирм-упаковщиков, лучшими из которых являются немецкие, американские и французские.

Вискомуфта: принцип действия и устройство

Сейчас большую популярность на авторынке получили кроссоверы. У них есть как полный, так и одинарный привод. Он связан с таким устройством, как вискомуфта. Принцип работы агрегата - далее в этой статье.

Характеристика

Итак, что это за элемент? Вискомуфта - это автоматический механизм для передачи крутящего момента через специальные жидкости. Следует отметить, что принцип работы вискомуфты с полным приводом и вентилятором одинаков.

Таким образом, крутящий момент на оба элемента передается с помощью рабочей жидкости. Ниже мы рассмотрим, что это такое.

Что внутри?

Внутри картера сцепления на силиконовой основе. Обладает особыми свойствами. Если его не вращать и не нагревать, он остается в жидком состоянии. Как только приходит энергия крутящего момента, он расширяется и становится очень плотным. При повышении температуры он выглядит как застывший клей. Как только температура падает, вещество становится жидким. Кстати, заправлен на весь период эксплуатации.

Как это работает?

Что за изделие называется "вискомуфта", принцип действия? По алгоритму действий аналогичен гидротрансформатору автоматической коробки. Здесь крутящий момент тоже передается жидкостью (но только трансмиссионным маслом). Есть две разновидности вискомуфт. Ниже мы их рассмотрим.

Первый тип: рабочее колесо

Включает металлический корпус. Принцип вязкостной муфты (включая вентилятор охлаждения) заключается в работе двух турбинных колес.Они расположены друг напротив друга. Один находится на приводном валу, второй - на ведомом. Тело заполнено жидкостью на основе силикона.

Когда эти валы вращаются с одинаковой частотой, перемешивание композиции не происходит. Но как только происходит пробуксовка, температура внутри корпуса повышается. Жидкость становится гуще. Таким образом, рабочее колесо турбины входит в сцепление с осью. Подключается полный привод. Как только машина выезжает из бездорожья, скорость вращения крыльчаток восстанавливается.С понижением температуры плотность жидкости уменьшается. В машине отключается полный привод.

Второй тип: диск

Тут тоже закрытый корпус. Однако в отличие от первого типа на ведущем и ведомом валах имеется группа плоских дисков. Что это за принцип работы вискомуфта? Диски вращаются в силиконовой жидкости. При повышении температуры он расширяется и сжимает эти элементы.

Муфта начинает передавать крутящий момент на вторую ось. Это происходит только в том случае, когда машина заглохла и есть другая частота вращения колес (пока одни стоят, вторые глохнут).Оба типа не используют автоматические электронные системы. Устройство работает на энергии вращения. Поэтому вентилятор вискомуфта и полный привод отличается долгим сроком службы.

Где это используется?

Для начала остановимся на элементе, который используется в системе охлаждения двигателя. Принцип вискомуфты вентилятора основан на работе коленчатого вала. Сама муфта прикреплена к штоку и имеет ременную передачу. Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем больше нагревается жидкость в сцеплении.Таким образом, соединение стало жестче, и элемент с вентилятором начал вращаться, охлаждая двигатель и радиатор.

При падении скорости и понижении температуры гидравлическая муфта прекращает работу. Следует отметить, что вискомуфта вентилятора больше не используется. На современных двигателях используются электронные рабочие колеса с датчиком температуры охлаждающей жидкости. Они больше не связаны с коленчатым валом и работают отдельно от него.

Полный привод и вискомуфта

Принцип работы такой же, как у вентилятора.Однако деталь размещается не в моторном отсеке, а под днищем автомобиля. И, в отличие от первого типа, вискомуфта с полным приводом не теряет своей популярности.

Сейчас устанавливается на многие кроссоверы и внедорожники с отключаемым приводом. Некоторые используют электромеханические аналоги. Но они намного дороже и менее практичны. Среди достойных конкурентов следует отметить механическую блокировку, которая есть на «Ниве» и «УАЗе». Но в связи с урбанизацией производители отказались от нынешней блокировки, которая жестко соединяет обе оси и улучшает проходимость автомобиля.Водитель сам может выбрать, когда ему нужен полный привод. Если потребуется преодолеть бездорожье «внедорожник», он быстро застрянет и после пробуксовки заведет задний мост. Но выбраться из густой грязи ему не поможет.

Преимущества

Рассмотрим положительные стороны вискомуфты:

недостатки

Стоит отметить отсутствие ремонтопригодности. Вискомуфта установлена ​​навсегда.

И если он вышел из строя (например, из-за механических деформаций), он полностью меняется. Также автомобилисты жалуются на отсутствие возможности самостоятельно подключить полный привод. Муфта вводит второй вал в зацепление только тогда, когда автомобиль уже «похоронен». Это мешает автомобилю легко преодолевать грязевые или снежные препятствия. Следующий минус - низкий клиренс.Для сборки требуется большой корпус. А если использовать небольшую вискомуфту, она не будет передавать нужное количество крутящего момента. И последний недостаток - боязнь перегрева. Долго буксовать на полном приводе не могу. В противном случае есть риск повредить вискомуфту. Поэтому такой вид «нечестной» езды не приветствуется любителями бездорожья. При длительных нагрузках узел просто заклинивает.

Вывод

Итак, мы разобрались, как работает вискомуфта, полный привод и вентилятор. Как видите, устройство благодаря специальной жидкости может передавать крутящий момент в нужный момент без привлечения дополнительных датчиков и систем.Это очень полезное изобретение.

p >> .

Вискомуфта: принцип действия и устройство

Сейчас большую популярность на авторынке получили кроссоверы. У них есть как полный, так и одинарный привод. Он связан с таким устройством, как вискомуфта. Принцип работы агрегата - далее в этой статье.

Характеристика

Итак, что это за элемент? Вискомуфта - это автоматический механизм для передачи крутящего момента через специальные жидкости. Следует отметить, что принцип работы вискомуфты с полным приводом и вентилятором одинаков.

Таким образом, крутящий момент на оба элемента передается с помощью рабочей жидкости. Ниже мы рассмотрим, что это такое.

Что внутри?

Внутри картера сцепления на силиконовой основе. Обладает особыми свойствами. Если его не вращать и не нагревать, он остается в жидком состоянии. Как только приходит энергия крутящего момента, он расширяется и становится очень плотным. При повышении температуры он выглядит как застывший клей. Как только температура падает, вещество становится жидким. Кстати, заправлен на весь период эксплуатации.

Как это работает?

Что за изделие называется "вискомуфта", принцип действия? По алгоритму действий аналогичен гидротрансформатору автоматической коробки. Здесь крутящий момент тоже передается жидкостью (но только трансмиссионным маслом). Есть две разновидности вискомуфт. Ниже мы их рассмотрим.

Первый тип: рабочее колесо

Включает металлический корпус. Принцип вязкостной муфты (включая вентилятор охлаждения) заключается в работе двух турбинных колес.Они расположены друг напротив друга. Один находится на приводном валу, второй - на ведомом. Тело заполнено жидкостью на основе силикона.

Когда эти валы вращаются с одинаковой частотой, перемешивание композиции не происходит. Но как только происходит пробуксовка, температура внутри корпуса повышается. Жидкость становится гуще. Таким образом, рабочее колесо турбины входит в сцепление с осью. Подключается полный привод. Как только машина выезжает из бездорожья, скорость вращения крыльчаток восстанавливается.С понижением температуры плотность жидкости уменьшается. В машине отключается полный привод.

Второй тип: диск

Тут тоже закрытый корпус. Однако в отличие от первого типа на ведущем и ведомом валах имеется группа плоских дисков. Что это за принцип работы вискомуфта? Диски вращаются в силиконовой жидкости. При повышении температуры он расширяется и сжимает эти элементы.

Муфта начинает передавать крутящий момент на вторую ось. Это происходит только в том случае, когда машина заглохла и есть другая частота вращения колес (пока одни стоят, вторые глохнут).Оба типа не используют автоматические электронные системы. Устройство работает на энергии вращения. Поэтому вентилятор вискомуфта и полный привод отличается долгим сроком службы.

Где это используется?

Для начала остановимся на элементе, который используется в системе охлаждения двигателя. Принцип вискомуфты вентилятора основан на работе коленчатого вала. Сама муфта прикреплена к штоку и имеет ременную передачу. Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем больше нагревается жидкость в сцеплении.Таким образом, соединение стало жестче, и элемент с вентилятором начал вращаться, охлаждая двигатель и радиатор.

При падении скорости и понижении температуры гидравлическая муфта прекращает работу. Следует отметить, что вискомуфта вентилятора больше не используется. На современных двигателях используются электронные рабочие колеса с датчиком температуры охлаждающей жидкости. Они больше не связаны с коленчатым валом и работают отдельно от него.

Полный привод и вискомуфта

Принцип работы такой же, как у вентилятора.Однако деталь размещается не в моторном отсеке, а под днищем автомобиля. И, в отличие от первого типа, вискомуфта с полным приводом не теряет своей популярности.

Сейчас устанавливается на многие кроссоверы и внедорожники с отключаемым приводом. Некоторые используют электромеханические аналоги. Но они намного дороже и менее практичны. Среди достойных конкурентов следует отметить механическую блокировку, которая есть на «Ниве» и «УАЗе». Но в связи с урбанизацией производители отказались от нынешней блокировки, которая жестко соединяет обе оси и улучшает проходимость автомобиля.Водитель сам может выбрать, когда ему нужен полный привод. Если потребуется преодолеть бездорожье «внедорожник», он быстро застрянет и после пробуксовки заведет задний мост. Но выбраться из густой грязи ему не поможет.

Преимущества

Рассмотрим положительные стороны вискомуфты:

недостатки

Стоит отметить отсутствие ремонтопригодности. Вискомуфта установлена ​​навсегда.

И если он вышел из строя (например, из-за механических деформаций), он полностью меняется. Также автомобилисты жалуются на отсутствие возможности подключения самого полного привода. Муфта вводит второй вал в зацепление только тогда, когда автомобиль уже «похоронен». Это мешает автомобилю легко преодолевать грязевые или снежные препятствия. Следующий минус - низкий клиренс.Для сборки требуется большой корпус. А если использовать небольшую вискомуфту, она не будет передавать нужную крутящую силу. И последний недостаток - боязнь перегрева. Долго буксовать на полном приводе не могу. В противном случае есть риск повредить вискомуфту. Поэтому такой вид «нечестной» езды не приветствуется любителями бездорожья. При длительных нагрузках узел просто заклинивает.

Вывод

Итак, мы разобрались, как работает вискомуфта, полный привод и вентилятор. Как видите, устройство благодаря специальной жидкости может передавать крутящий момент в нужный момент без привлечения дополнительных датчиков и систем.Это очень полезное изобретение.

.

Вискомуфта | HowStuffWorks

Этот контент несовместим с этим устройством.

Вискомуфта часто используется в полноприводных автомобилях. Обычно он используется для связывания задних колес с передними колесами, чтобы, когда один комплект колес начал буксовать, крутящий момент передавался на другой комплект.

Вязкостная муфта имеет два набора пластин внутри герметичного корпуса, заполненного густой жидкостью, как показано ниже.К каждому выходному валу подсоединен один комплект пластин. В нормальных условиях оба набора пластин и вязкая жидкость вращаются с одинаковой скоростью. Когда один набор колес пытается вращаться быстрее, возможно, потому, что он скользит, набор пластин, соответствующий этим колесам, вращается быстрее, чем другой. Вязкая жидкость, застрявшая между пластинами, пытается догнать более быстрые диски, увлекая за собой более медленные. Это передает больший крутящий момент на медленно движущиеся колеса - колеса, которые не проскальзывают.

Объявление

При повороте автомобиля разница в скорости между колесами не так велика, как при буксовании одного колеса. Чем быстрее пластины вращаются относительно друг друга, тем больший крутящий момент передает вискомуфта. Муфта не мешает поворотам, потому что крутящий момент, передаваемый во время поворота, очень мал. Однако это также подчеркивает недостаток вязкостной муфты: передача крутящего момента не происходит, пока колесо не начнет проскальзывать.

Простой эксперимент с яйцом поможет объяснить поведение вязкой связи. Если вы положите яйцо на кухонный стол, скорлупа и желток останутся неподвижными. Если вы внезапно закрутите яйцо, скорлупа на секунду будет двигаться с большей скоростью, чем желток, но желток быстро догонит. Чтобы доказать, что желток вращается, как только вы начнете вращать яйцо, быстро остановите его, а затем отпустите - яйцо снова начнет вращаться (если оно не сварено вкрутую). В этом эксперименте мы использовали трение между скорлупой и желтком, чтобы приложить силу к желтку, ускоряя его.Когда мы остановили скорлупу, это трение - между все еще движущимся желтком и скорлупой - приложило силу к скорлупе, заставив ее ускориться. В вязкой муфте сила прилагается между жидкостью и наборами пластин так же, как между желтком и скорлупой.

.

Исследование эквивалентного вязкого коэффициента демпфирования насосной штанги на основе принципа равных потерь на трение

Эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования является важным параметром волнового уравнения для колонны насосных штанг. В этой статье, на основе принципа равных потерь на трение, когда учитываются потребление вязкой энергии и потребление энергии местного демпфирования, получены эффекты эквивалентных коэффициентов вязкого демпфирования. Путем вывода уравнения энергопотребления масла и уравнения энергопотребления муфты получена теоретическая формула для эквивалентного коэффициента демпфирования насосных штанг.Результаты показывают, что чем меньше K (K - отношение площади поперечного сечения НКТ к насосной штанге), тем больше доля коэффициента демпфирования, вызванного потреблением вязкой энергии, в эквивалентном коэффициенте демпфирования системы насосных штанг. Когда K <0,095, доля коэффициента демпфирования, вызванного потреблением вязкой энергии, составляет более 90%. Уменьшение резкого изменения площади поперечного сечения в соединении насосной штанги оказывает заметное влияние на снижение демпфирующей силы системы насосных штанг.Исследования дают теоретическую основу для применения и конструкции насосных штанг и насосно-компрессорных труб.

1. Инструкция

Штанговое насосное оборудование широко применяется в скважинах с искусственным подъемом [1–3]. Его режимы отказа бывают различными, такими как протечка насоса, блокировка насоса, деформация насосной штанги, эксцентрический износ насосной штанги и т. Для точного прогнозирования и оценки рабочего состояния нефтяных скважин для характеристики насосной системы насосных штанг регулярно используется волновое уравнение колонны насосных штанг.Волновое уравнение содержит коэффициент вязкого демпфирования. Величина коэффициента вязкого демпфирования оказывает большое влияние на результаты прогноза и диагностики [4–7].

С 1960-х годов многие исследователи проводят исследования эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования [8]. В настоящее время существует множество методов определения эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования, таких как экспериментальный алгоритм, формула дедукции гипотетических условий, рассчитанная с помощью карт динамометра и т.[9–12]. С.Г. Гиббс считал, что невязкая демпфирующая сила ничтожна. Предполагая, что движение точки подвеса является простым гармоническим движением, средняя скорость штанги выражается среднеквадратичным значением мгновенной скорости насосной штанги, а рассеянная работа за один цикл колонны штанг равна рассеиваемая работа за счет эквивалентного вязкого демпфирования. На основе этих предположений выводится формула эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования [13–15].Формула демпфирующей силы насосной штанги при условии ламинарного течения (Re <2300) получена А.М. Пирвиллеем, но формула применима только к ламинарному течению в потоке Пуазейля [16]. На основе принципа эквивалентного метода формула безразмерного эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования выведена Рубио D [17]. Чжан Ци использовал потребление энергии при движении вверх, чтобы заменить потребление энергии при движении вниз. Путем расчета потерь на трение, вызванных вязким сопротивлением колонны насосных штанг за цикл, формула коэффициента демпфирования, подходящая для различных режимов потока, выводится на основе принципа равных потерь на трение [18].Используя метод кривой, M.J.Basition предположил, что пересечение кривых мощность воды / коэффициент демпфирования и мощность насоса / коэффициент демпфирования является коэффициентом вязкого демпфирования насосной штанги. Таким образом получается эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования [19]. Основываясь на формуле Гиббса, Эверитт Т.А. методом циклических итераций выведена формула коэффициента вязкого демпфирования. Этот метод может быть применен к насосной штанге из любого материала, но формула коэффициента демпфирования Гиббса применима только к стальной насосной штанге [20].На основе волнового уравнения колонны насосных штанг Sun Renyuan et al. предложила формулу эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования, которая была связана с реальными динамометрическими картами насоса с помощью метода численного интегрирования, и установила соответствующий итерационный алгоритм для расчета эквивалентного коэффициента вязкого демпфирования [21]. И. Стелига и Донг-Ю Ван предложили разработать динамическую модель насосной штанги, учитывающую влияние вязкого трения штанга-НКТ и кулоновского трения штанги-НКТ.Далее предлагается методика расчета гашения колебаний колонны насосных штанг на основе индикаторной диаграммы. Периодическое изменение коэффициента демпфирования вибрации анализируется с помощью динамометрических карт поверхности и динамометрических карт насосов. Однако этот метод можно использовать только для анализа динамометрических карт конкретной нефтяной скважины [22, 23].

Все вышеперечисленные исследования нацелены на конкретные условия в скважине, и коэффициенты вязкого демпфирования рассчитываются при неизменных размерах насосной штанги и НКТ.К сожалению, энергозатраты муфты насосной штанги и направляющих штанги в процессе откачки не учитываются. Расчетную модель необходимо оптимизировать. На основе формулы Гиббса и формулы Чжан Ци в этой статье предполагается, что текучая среда представляет собой поток Куэтта в круглой трубе, и учитывается потребление энергии муфтой и направляющими стержня. На основе принципа равных потерь на трение получен эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования насосной штанги. Также проанализировано влияние размера насосной штанги и насосно-компрессорной трубы на эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования, что дает теоретическую основу для применения согласования насосных штанг и НКТ.

2. Динамические уравнения колонны насосных штанг

Дифференциальное уравнение динамики колонны насосных штанг (рис. 1) с коэффициентом вязкого демпфирования [14] имеет следующий вид:


где - перемещение узла насосной штанги; - расстояние между узлом и устьем; - продолжительность работы насосной штанги.

В качестве граничных условий используются функция смещения точки подвеса и функция нагрузки, выраженные рядами Фурье: где,, и - коэффициент Фурье.

Комбинируя (1) - (3), функция смещения насосной штанги на любой глубине сечения x может быть задана как

3. Принцип равных потерь на трение

Когда волновое уравнение используется для решения динамики колонна насосных штанг, коэффициент демпфирования включен в уравнение. Демпфирование системы колонны насосных штанг представляет собой сочетание многих факторов, таких как вязкость, температура и характер потока нефти, поэтому определить реальное демпфирование системы сложно. Как правило, вместо реального демпфирования используется эквивалентный коэффициент демпфирования.Замещенное условие состоит в том, что потери на трение, вызванные вязким демпфирующим членом в волновом уравнении, равны потерям энергии в фактической насосной скважине во время периода движения, а коэффициент вязкого демпфирования называется эквивалентным коэффициентом вязкого демпфирования. Это описывало принцип равных потерь на трение [13].

где - потери на трение в колонне насосных штанг за период движения, а - потребление энергии в реальных откачивающих скважинах.

Без учета кулоновского трения одноступенчатой ​​штанговой вертикальной скважины, фактическое потребление энергии включает потребление вязкой энергии при ходе вверх и вниз, а также локальное потребление вязкой энергии масла, проходящего через муфту насосной штанги в реальной эксплуатации. насосной штанги.

Комбинируя (5) и (6), получается эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования:

4. Расход вязкой энергии по трубопроводу нефти

В рабочем цикле (Рисунок 3) колонны насосных штанг масло перемещается вверх вместе с насосной штангой, а направление чистого потока такое же, как у насосной штанги во время хода вверх. Насосная штанга движется вниз, но чистый поток масла направлен вверх. Тогда средняя скорость масла противоположна направлению движения насосной штанги при ходе вниз.Следовательно, при расчете потребления вязкой энергии по трубопроводу, потребление вязкой энергии при ходе вверх и вниз следует рассчитывать, соответственно, в соответствии с чистым расходом нефти.

4.1. Поток Куэтта круглой трубки

В процессе откачки насосная труба всегда находится в статическом состоянии, а насосная штанга находится в подвижном состоянии. Следовательно, при анализе потока нефти в кольцевом пространстве колонны насосно-компрессорных труб поток нефти можно рассматривать как поток Куэтта [24].

Уравнение количества движения несжимаемой жидкости с постоянными физическими свойствами в цилиндрической системе координат (рис. 2) может быть выражено как

.

% PDF-1.4 % 1 0 obj > endobj 4 0 obj (Аннотация) endobj 5 0 obj > endobj 8 0 объект (Содержание) endobj 9 0 объект > endobj 12 0 объект (Список таблиц) endobj 13 0 объект > endobj 16 0 объект (Список рисунков) endobj 17 0 объект > endobj 20 0 объект (Обозначение) endobj 21 0 объект > endobj 24 0 объект (Благодарности) endobj 25 0 объект > endobj 28 0 объект (Посвящение) endobj 29 0 объект > endobj 32 0 объект (Заявление о соавторстве) endobj 33 0 объект > endobj 36 0 объект (Введение) endobj 37 0 объект > endobj 40 0 объект (Задний план) endobj 41 0 объект > endobj 44 0 объект (Влияние вычислительной гидродинамики) endobj 45 0 объект > endobj 48 0 объект (Обзор 3D-анимации жидкости) endobj 49 0 объект > endobj 52 0 объект (Встроенные граничные методы) endobj 53 0 объект > endobj 56 0 объект (Вариационные принципы и естественные граничные условия) endobj 57 0 объект > endobj 60 0 объект (Методы неструктурированной сетки) endobj 61 0 объект > endobj 64 0 объект (Материалы к тезисам) endobj 65 0 объект > endobj 68 0 объект (Библиография) endobj 69 0 объект > endobj 72 0 объект (Быстрая вариативная структура для точного сцепления твердое тело-жидкость) endobj 73 0 объект > endobj 76 0 объект (Введение) endobj 77 0 объект > endobj 80 0 объект (Предыдущая работа) endobj 81 0 объект > endobj 84 0 объект (Вклады) endobj 85 0 объект > endobj 88 0 объект (Вариативная интерпретация давления) endobj 89 0 объект > endobj 92 0 объект (Жидкая дискретизация) endobj 93 0 объект > endobj 96 0 объект (Соединительные жидкости и твердые тела) endobj 97 0 объект > endobj 100 0 объект (Дискретность давления) endobj 101 0 объект > endobj 104 0 объект (Интеграция времени) endobj 105 0 объект > endobj 108 0 объект (Полученные результаты) endobj 109 0 объект > endobj 112 0 объект (Разделение стен) endobj 113 0 объект > endobj 116 0 объект (Заключение) endobj 117 0 объект > endobj 120 0 объект (Библиография) endobj 121 0 объект > endobj 124 0 объект (Точная вязкостная свободная поверхность для деформации, наматывания и вращающихся жидкостей) endobj 125 0 объект > endobj 128 0 объект (Введение) endobj 129 0 объект > endobj 132 0 объект (Вклады) endobj 133 0 объект > endobj 136 0 объект (Связанных с работой) endobj 137 0 объект > endobj 140 0 объект (Поток с переменной вязкостью) endobj 141 0 объект > endobj 144 0 объект (Граничные условия со свободной вязкой поверхностью) endobj 145 0 объект > endobj 148 0 объект (Вариационная интерпретация вязкости) endobj 149 0 объект > endobj 152 0 объект (Дискретизация вариационного принципа) endobj 153 0 объект > endobj 156 0 объект (Объединение призрачной жидкости и вариационных границ) endobj 157 0 объект > endobj 160 0 объект (Реализация) endobj 161 0 объект > endobj 164 0 объект (Примеры) endobj 165 0 объект > endobj 168 0 объект (Выводы и дальнейшая работа) endobj 169 0 объект > endobj 172 0 объект (Эквивалентность формы минимизации) endobj 173 0 объект > endobj 176 0 объект (Подробная 2D дискретизация) endobj 177 0 объект > endobj 180 0 объект (Библиография) endobj 181 0 объект > endobj 184 0 объект (Вариационный конечно-разностный метод для зависящего от времени потока Стокса на нерегулярных областях) endobj 185 0 объект > endobj 188 0 объект (Введение) endobj 189 0 объект > endobj 192 0 объект (Зависящий от времени поток Стокса) endobj 193 0 объект > endobj 196 0 объект (Замечание об упрощенных уравнениях Стокса) endobj 197 0 объект > endobj 200 0 объект (Вариативная формулировка проекции давления) endobj 201 0 объект > endobj 204 0 объект (Дискретность) endobj 205 0 объект > endobj 208 0 объект (Вариационная формула вязкости) endobj 209 0 объект > endobj 212 0 объект (Дискретность) endobj 213 0 объект > endobj 216 0 объект (Вариационная формулировка потока Стокса) endobj 217 0 объект > endobj 220 0 объект (Дискретность) endobj 221 0 объект > endobj 224 0 объект (Неоднородные граничные условия) endobj 225 0 объект > endobj 228 0 объект (Предписанные границы давления и напряжения) endobj 229 0 объект > endobj 232 0 объект (Заданные границы скорости) endobj 233 0 объект > endobj 236 0 объект (Устранение пустого пространства) endobj 237 0 объект > endobj 240 0 объект (Результаты сходимости) endobj 241 0 объект > endobj 244 0 объект (Проекция давления с границами свободной поверхности) endobj 245 0 объект > endobj 248 0 объект (Проекция давления с границами твердых стен) endobj 249 0 объект > endobj 252 0 объект (Неявная вязкость с границами свободной поверхности) endobj 253 0 объект > endobj 256 0 объект (Неявная вязкость с границами твердых стенок) endobj 257 0 объект > endobj 260 0 объект (Течение Стокса с границами свободной поверхности) endobj 261 0 объект > endobj 264 0 объект (Течение Стокса с границами из твердых стенок) endobj 265 0 объект > endobj 268 0 объект (Стоксово течение с границами сплошной стенки и свободной поверхности) endobj 269 ​​0 объект > endobj 272 0 объект (Стоксово течение с твердыми границами заданной скорости) endobj 273 0 объект > endobj 276 0 объект (Трехмерный поток Стокса) endobj 277 0 объект > endobj 280 0 объект (Обсуждение) endobj 281 0 объект > endobj 284 0 объект (Приложение к уравнениям Навье-Стокса) endobj 285 0 объект > endobj 288 0 объект (Двумерное изгибание струи) endobj 289 0 объект > endobj 292 0 объект (Трехмерная деформация струи) endobj 293 0 объект > endobj 296 0 объект (Выводы и дальнейшая работа) endobj 297 0 объект > endobj 300 0 объект (Библиография) endobj 301 0 объект > endobj 304 0 объект (Тетраэдрические встроенные граничные методы для точных и гибких адаптивных жидкостей) endobj 305 0 объект > endobj 308 0 объект (Введение) endobj 309 0 объект > endobj 312 0 объект (Связанных с работой) endobj 313 0 объект > endobj 316 0 объект (Адаптивные жидкости и тетраэдрические сетки) endobj 317 0 объект > endobj 320 0 объект (Встроенные границы) endobj 321 0 объект > endobj 324 0 объект (Системный Обзор) endobj 325 0 объект > endobj 328 0 объект (Сетки высокого качества) endobj 329 0 объект > endobj 332 0 объект (Вложенные свободные поверхности на тетраэдрах) endobj 333 0 объект > endobj 336 0 объект (Встроенные твердые границы на тетраэдрах) endobj 337 0 объект > endobj 340 0 объект (Полученные результаты) endobj 341 0 объект > endobj 344 0 объект (Выводы и дальнейшая работа) endobj 345 0 объект > endobj 348 0 объект (Библиография) endobj 349 0 объект > endobj 352 0 объект (Сопоставление элементов моделирования жидкости с геометрией и топологией поверхности) endobj 353 0 объект > endobj 356 0 объект (Введение) endobj 357 0 объект > endobj 360 0 объект (Связанных с работой) endobj 361 0 объект > endobj 364 0 объект (Жидкости с неструктурированной сеткой) endobj 365 0 объект > endobj 368 0 объект (Отслеживание поверхности) endobj 369 0 объект > endobj 372 0 объект (Разрешение поверхности vs.Разрешение моделирования) endobj 373 0 объект > endobj 376 0 объект (Модели поверхностного натяжения) endobj 377 0 объект > endobj 380 0 объект (Схема алгоритма) endobj 381 0 объект > endobj 384 0 объект (Встроенные границы на сетках Вороного) endobj 385 0 объект > endobj 388 0 объект (Поверхностное натяжение) endobj 389 0 объект > endobj 392 0 объект (Создание сетки) endobj 393 0 объект > endobj 396 0 объект (Стратегия размещения пробы под давлением) endobj 397 0 объект > endobj 400 0 obj (Интерполяция и адвекция) endobj 401 0 объект > endobj 404 0 объект (Полученные результаты) endobj 405 0 объект > endobj 408 0 объект (Выборка) endobj 409 0 объект > endobj 412 0 объект (Поверхностное натяжение) endobj 413 0 объект > endobj 416 0 объект (Интерполяция) endobj 417 0 объект > endobj 420 0 объект (Обсуждение и ограничения) endobj 421 0 объект > endobj 424 0 объект (Выводы и дальнейшая работа) endobj 425 0 объект > endobj 428 0 объект (Благодарности) endobj 429 0 объект > endobj 432 0 объект (Библиография) endobj 433 0 объект > endobj 436 0 объект (Выводы) endobj 437 0 объект > endobj 440 0 объект (Недавняя и параллельная работа) endobj 441 0 объект > endobj 444 0 объект (Обсуждение и дальнейшие направления) endobj 445 0 объект > endobj 448 0 объект (Вариационные принципы для нерегулярных доменов) endobj 449 0 объект > endobj 452 0 объект (Твердожидкостная муфта) endobj 453 0 объект > endobj 456 0 объект (Адвекция) endobj 457 0 объект > endobj 460 0 объект (Неструктурированные сетки) endobj 461 0 объект > endobj 464 0 объект (Резюме) endobj 465 0 объект > endobj 468 0 объект (Библиография) endobj 469 0 объект > endobj 472 0 obj> поток x} T ێ 0} ߯ # h2P% -HR

.Принцип работы термопары

- КИП

ТЕРМОПАРЫ

Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, которые создают напряжение (выраженное в милливольтах) при изменении температуры. Место соединения двух металлов, называемое чувствительным соединением, соединяется с удлинительными проводами. Для изготовления термопары можно использовать любые два разнородных металла.

P Принцип работы

  • Когда два разнородных металла соединяются вместе, на стыке генерируется небольшое напряжение, называемое напряжением термоперехода .Это называется эффектом Пельтье .
  • Если температура соединения изменяется, это также вызывает изменение напряжения, что может быть измерено входными цепями электронного контроллера. Выходное напряжение - это напряжение, пропорциональное разнице температур между спаем и свободными концами. Это называется эффектом Томпсона .
  • Оба этих эффекта можно комбинировать для измерения температуры.Удерживая один спай при известной температуре (эталонный спай) и измеряя напряжение, можно определить температуру чувствительного спая. Генерируемое напряжение прямо пропорционально разнице температур. Комбинированный эффект известен как эффект термоспая или эффект Зеебека .

На рисунке справа показана простая схема термопары.

Напряжение измеряется для определения температуры.На практике провода A и B подключаются к цифровому вольтметру (DVM), цифровому мультиметру (DMM), системе сбора цифровых данных или другому устройству измерения напряжения. Если измерительное устройство имеет очень высокий входной импеданс, напряжение, создаваемое термопаром, можно измерить точно.

Однако основная проблема при измерении температуры термопарами заключается в том, что провода A и B должны подключаться к выводам вольтметра, которые обычно сделаны из меди. Если ни провод A, ни провод B сами по себе не медные, при подключении к DVM образуется еще два термопреобразователя ! (Металлы термопар обычно не такие, как у проводов цифрового мультиметра.Эти дополнительные термопары также создают напряжение термопары, которое может вызвать ошибку при попытке измерить напряжение с чувствительного перехода.

Как решить эту проблему?

Одним из простых решений является добавление четвертого термопреобразователя, называемого эталонным спаем , путем вставки дополнительной длины металлического провода A в схему, как показано ниже. Эталонный спай состоит из металлов A и B, как показано на рисунке.

Эта модифицированная схема анализируется следующим образом:

При такой компоновке остаются еще два дополнительных спая термопары, где компенсированная термопара подключается к вольтметру (DVM). Два соединения с DVM теперь находятся между металлом A и медью. Эти два перехода расположены близко друг к другу, , и при той же температуре , так что их напряжения термоперехода идентичны и компенсируют друг друга.Между тем, новый эталонный спай помещается в место, где эталонная температура T R известна точно, обычно в ванне с ледяной водой с фиксированной температурой T R = 0 ° C. Если чувствительный переход также имеет температуру 0 ° C (T s = 0 o C), напряжение, генерируемое чувствительным переходом, будет равно и противоположно напряжению, генерируемому опорным переходом. Следовательно, V o = 0, когда T s = 0 ° C. Однако, если температура чувствительного перехода не равна T R , V o будет отличным от нуля.

Таким образом, V o является уникальной функцией температуры датчика T s и двух металлов, используемых для термопары . Таким образом, для известной эталонной температуры и известных материалов проводов термопар для измерения температуры можно использовать выходное напряжение V o . Это фундаментальная концепция использования термопар.

Материалы термопары

Термопары могут быть изготовлены из нескольких различных комбинаций материалов.Характеристики материала термопары обычно определяют при использовании этого материала с платиной. Наиболее важным фактором, который следует учитывать при выборе пары материалов, является «термоэлектрическая разница» между двумя материалами. Значительная разница между двумя материалами приведет к улучшению характеристик термопары.

На рисунке ниже показаны характеристики наиболее часто используемых материалов при использовании с платиной. Например: хромель-константан отлично подходит для температур до 2000 ° F; Никель / никель-молибден иногда заменяет хромель-алюмель; и вольфрам-рений используется для температур до 5000 ° F.Некоторые комбинации, используемые для специализированных приложений, включают хромель-белое золото, молибден-вольфрам, вольфрам-иридий и иридий / иридий-родий.

На рисунке ниже показаны характеристики материала термопары при использовании с платиной.

Характеристики типов термопар

Из бесконечного числа комбинаций термопар Американское приборостроительное общество (ISA) признает 12. Большинство этих типов термопар известны под однобуквенными обозначениями; наиболее распространены J, K, T и E.Состав термопар соответствует международным стандартам, но цветовая кодировка проводов у них другая. Например, в США отрицательный вывод всегда красный, в то время как остальной мир использует красный цвет для обозначения положительного вывода. Часто стандартные типы термопар упоминаются по их торговым наименованиям. Например,

  • A , термопара типа K имеет цвет желтый и использует хромель - алюмель, , которые являются торговыми наименованиями сплавов проволоки Ni-Cr и Ni-Al.
  • A термопара типа J имеет цвет черный и использует железо и константан в качестве составляющих металлов. (Константан - это сплав никеля и меди.)
  • A термопара типа T имеет цвет синий и использует медь и константан в качестве металлов.
  • A , термопара типа S использует Pt / Rh-Pt
  • A , термопара типа E использует Ni / Cr-Con
  • A термопара типа N использует Ni / Cr / Si-Ni / Si

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре .Различия в составе сплава и состоянии стыка между проволоками являются источниками погрешности измерения температуры. Стандартная погрешность провода термопары варьируется от ± 0,8 ° C до ± 4,4 ° C, в зависимости от типа используемой термопары. Термопара типа K рекомендуется для большинства приложений общего назначения. Он предлагает широкий диапазон температур, низкую стандартную ошибку и хорошую коррозионную стойкость. Фактически, многие цифровые мультиметры (DMM) могут измерять температуру, подключив термопару типа K со стандартными соединениями.

Напряжение, создаваемое термопарой, изменяется почти на , но не точно, линейно с температурой. Следовательно, нет простых уравнений, связывающих напряжение термопары с температурой. Напротив, напряжение представлено в таблице как функция температуры для различных стандартных термопар. Чтобы преобразовать показания в милливольтах в соответствующую температуру, вы должны обратиться к таблицам, подобным приведенной ниже. Эти таблицы можно получить у производителя термопар, и в них указана конкретная температура, соответствующая серии показаний в милливольтах. По соглашению, эталонная температура для таблиц термопар составляет 0ºC.

Выбор типа термопары

Поскольку термопары измеряют в широком диапазоне температур и могут быть относительно прочными, они очень часто используются в промышленности.

При выборе термопары используются следующие критерии:

  1. Диапазон температур.
  2. Химическая стойкость материала термопары или оболочки.
  3. Устойчивость к истиранию и вибрации.
  4. Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующие отверстия могут определять диаметр зонда).

Стандартные характеристики

Диаметр: Стандартные диаметры: 0,010 ″, 0,020 ″, 0,032 ″, 0,040 ″, 1/16 ″, 1/8 ″, 3/16 ″ и 1/4 ″ с двумя проводами.

Длина: Стандартные термопары имеют длину погружения 12 дюймов. Другая длина изготавливается на заказ.

Оболочки: нержавеющая сталь 304 и инконель являются стандартными.

Изоляция: Оксид магния является стандартным. Минимальное сопротивление изоляции между проводом или проводом с оболочкой составляет 1,5 МОм при напряжении постоянного тока 500 В для всех диаметров.

Калибровка: железо-константан (J), хромель - алюмель (K), медь-константан (T) и хромель-константан (E) являются стандартными калибровками.

Гибка: Легко изгибается и деформируется. Радиус изгиба должен быть не менее двойного диаметра оболочки.

Полярность: В производстве термопар стандартной практикой является окрашивание отрицательного вывода в красный цвет.

Соединения термопар:

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленный, незаземленный или открытый.

Заземленное соединение - В этом типе провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей теплопередаче снаружи через стенку зонда к спайу термопары. Заземленный переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур агрессивных газов и жидкостей, а также для приложений с высоким давлением.Спай заземленной термопары приварен к защитной оболочке, обеспечивая более быстрый отклик, чем спай незаземленного типа.

Незаземленный спай - В подземном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика уменьшается по сравнению с заземленным типом, но незаземленный обеспечивает гальваническую изоляцию 1,5 M1 / ​​2 при 500 В постоянного тока для всех диаметров. Незаземленный спай рекомендуется для измерений в агрессивных средах, где желательно иметь термопару, электрически изолированную от оболочки и экранированную ею.Термопара из сварной проволоки физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (мягкий).

Открытый спай - В стиле открытого спая термопара выступает из конца оболочки и подвергается воздействию окружающей среды. Этот тип предлагает лучшее время отклика, но его использование ограничено некоррозийными и не находящимися под давлением приложениями. Соединение выходит за пределы защитной металлической оболочки, обеспечивая точный и быстрый отклик.Изоляция оболочки герметизируется в местах соединения, чтобы предотвратить проникновение влаги или газа, которое может вызвать ошибки.

Таким образом, открытый переход обеспечивает самое быстрое время отклика, за которым следует заземленный переход. Решения по измерению температуры могут повлиять на ожидаемые результаты процесса или нарушить их. Выбор правильного датчика для приложения может быть сложной задачей, но обработка этого измеренного сигнала также очень важна.

T Законы для гермопар

Первые несколько обозначений :

Пусть T 1 будет температурой ванны 1, а T 2 будет температурой ванны 2.

Пусть V 1-R определяется как напряжение, создаваемое термопарой при температуре T 1 , когда используется надлежащий эталонный спай при температуре T R (T R = эталонная температура = 0 o C ). V 1-R - это напряжение, указанное в таблице термопар при температуре T 1 .

Пусть V 1-2 определяется как разница напряжений между V 1-R и V 2-R ,

V1-2 = V1-R - V2-R

Условные обозначения :

Ошибки отрицательного знака могут быть проблематичными при работе с этими уравнениями, если одно из них не согласовано.

По соглашению, таблицы термопар построены так, что на более высокая температура дает на более высокое напряжение термопары .

Другими словами, всегда предполагается, что два провода термопары (назовем их провод A и провод B) подключены к вольтметру таким образом, что напряжение составляет положительных значений , когда измеряемая температура на больше чем эталонная температура. Аналогично, напряжение составляет отрицательное значение , когда измеряемая температура на меньше , чем эталонная температура.

Так как стандартная эталонная температура для таблиц термопар составляет 0ºC, положительные температуры в единицах ºC дают положительные термопереходные напряжения, а отрицательные температуры в единицах C дают отрицательные термопереходные напряжения.

Обратите внимание, что если провода подключены к вольтметру стороной напротив , напряжения, конечно, будут иметь противоположный знак.

К термопарам применяются три закона или правила:

  • Закон промежуточных металлов

«Третий (промежуточный) металлический провод может быть вставлен последовательно с одним из проводов без изменения показания напряжения (при условии, что два новых соединения имеют одинаковую температуру)».

Рассмотрим схему ниже, где прямоугольник вокруг термопары указывает на баню с постоянной температурой (например, кастрюлю с кипящей водой или баню с ледяной водой).

Закон промежуточных металлов гласит, что показание напряжения, V 1-2 не изменится, если добавить третий (промежуточный) провод на одной линии с любым из проводов в цепи, как показано ниже:

На приведенной выше диаграмме предполагается, что оба новых перехода (между металлом B и металлом C) имеют одинаковую температуру, т.е.е. температура окружающей среды, T a .

Легко видеть, что здесь должен соблюдаться закон промежуточных металлов, поскольку любое напряжение, генерируемое на одном из новых переходов, в точности отменяется равным и противоположным напряжением, генерируемым на другом новом переходе.

Аналогично, металл C может быть вставлен в любое другое место в цепи без какого-либо влияния на выходное напряжение, при условии, что два новых перехода имеют одинаковую температуру. Например, рассмотрим следующую модифицированную схему:

Опять же, если два новых перехода (на этот раз между металлами A и C) имеют одинаковую температуру, нет никакого влияния на выходное напряжение.

  • Закон промежуточных температур

«Если одинаковые термопары измеряют разницу температур между T 1 и T 2 , а также разницу температур между T 2 и T 3 , тогда сумма соответствующих напряжений V 1-2 + V 2-3 должна равняться напряжению V 1-3 , генерируемому идентичной термопарой измерение разницы температур между T 1 и T 3 ”.

Математическая формулировка закона промежуточных температур:

V 1-3 = V 1-2 + V 2-3 для любых трех температур, T 1 , T 2 и T 3 .

Рассмотрим схему ниже, где показаны шесть термоспаев, по два в каждой ванне с постоянной температурой. Примечание. Во избежание путаницы на схеме медные выводы цифрового вольтметра больше не показаны. Также, для краткости, буквы A и B обозначают металл A и металл B, два разных типа проводов для термопар.

Согласно принятой здесь системе обозначений,

V1-3 = V1-R - V3-R,

, которое можно записать как

V1-3 = (V1-R - V2-R) + (V2-R - V3-R)

Но поскольку (тоже по определению)

V1-2 = V1-R - V2-R и

V2-3 = V2-R - V3-R,

непосредственно следует, что

V1-3 = V1-2 + V2-3.

«Для данного набора из 3 проводов термопары, A, B и C, все измеряют одинаковую разницу температур T 1 - T 2 , напряжение, измеренное проводами A и C должно равняться сумме напряжения, измеренного проводами A и B, и напряжения, измеренного проводами B и C ”.

Рассмотрим установку ниже, где показаны шесть термоспаев, три в ванне постоянной температуры T 1 и три в ванне постоянной температуры T 2 . Как указано выше, буквы A, B и C обозначают различные типы проводов для термопар.

Математически закон аддитивных напряжений можно сформулировать как:

V1-2 (провода A и C) = V1-2 (провода A и B) + V1-2 (провода B и C)

Или, переставив по напряжению разности ,

V1-2 (провода A и B) = V1-2 (провода A и C) - V1-2 (провода B и C).

Термобатарея

Термобатарея определяется как несколько последовательно соединенных термопар. Например, термобатарея с тремя чувствительными элементами показана ниже:

По мере увеличения T 2 выходное напряжение значительно увеличивается. Преимущество термобатареи (по сравнению с одним чувствительным переходом) повышенная чувствительность .

Здесь выходное напряжение в три раза больше, чем генерируется одной термопарой при идентичных условиях, как показано ниже:

При наличии достаточного количества чувствительных переходов термобатарея действительно может генерировать полезное напряжение.Например, термоэлектрических часто используются для управления запорными вентилями в печах .

Также читайте: Основы термопар и датчиков RTD

.

Смотрите также