Tallinna Tehnikaülikool

Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

RAIN LAHTMETS

TEHNOLOOGIA JA AJAMID

Elektriajam 2008

Rain Lahtmets. Tehnoloogia ja ajamid. 2. trükk. Tallinn, 2008. 99 lk. TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut.

Kirjastus Elektriajam

Ehitajate tee 5, Tallinn 19086 Tel. 620 3700 www.ttu.ene/elektriajamid Kaane kujundanud Ann Gornischeff Paljundanud OÜ Jajaa © Rain Lahtmets, 2006

ISBN 978-9985-69-047-5

3

SAATEKS

Selles raamatus käsitletakse tootmise tehnoloogiat, masinate konstruktsiooni ja neid käitavat

ajamit kui tervikut. Pumbad, kompressorid, ventilaatorid, kraanad ja liftid ning palju muid

üldtuntud masinaid on kasutusel olnud üle saja aasta ja aja jooksul on nad palju muutunud.

Raamat on mõeldud niisuguste masinate kasutusvõimaluste ja eripära tutvustamiseks, et anda

ettekujutus tegelikkusest.

Samanimeline kursus on arvatud sobivaks elektrotehnilise personali täiendkoolituses osalejale

aga samuti üliõpilase siirdumisel bakalaureuseõppest magistriõppesse, et aidata lahti mõtes-

tada elektriajamite ja jõuelektroonika eriala eesmärke. Ehk: eelkõige mõista seda, mida vajab

masin ajamilt ning kuidas võib ajam mõjutada tehnoloogia ja konstruktsiooni arengut.

Rain Lahtmets

4

SISSEJUHATUS

S.1 Elektrienergia tootmine ja tarbimine Elektrienergia tootmine kasvab koos tarbimise kasvuga. Kas ja kuidas seda piirata? Turumajanduse tingimustes on eriti aktuaalne probleem energiasääst ajamites. Et püsida kogu aeg tugevnevas konkurentsis, peab iga ettevõte vähendama tootmiskulusid. Paljude toodete saamisel on energia osatähtsus tootmiskuludes küllalt suur. Missugune on olukord maailmas? Peaks võrdlema end teistega.

ÜRO energiastatistika kasutab kaubalise energia koguse mõõtühikuks kivisöe tingkütuse tonni (tce, ton of coal equivalent). Kogutoodangu maksumus elaniku kohta arvestatakse dollarites. ÜRO aastaraamatus avaldatakse sellekohaseid andmeid (joonis S.1).

2,09 2,01

4,91

3,96

4,745,49

0

1

2

3

4

5

6

Maailm Euroopa Eesti

1996

2004

2,362,7

5,6 5,455,61 6,17

0

1

2

3

4

5

6

7

Maailm Euroopa Eesti

1996

2004

Kaubalise energia tarbimine tce/el. Elektrienergia tarbimine MWh/el.

50856470

13350

19650

3080

8330

0

5000

10000

15000

20000

Maailm Euroopa Eesti

1996

2004

0,410,31

0,37

0,2

1,54

0,66

0

0,5

1

1,5

2

Maailm Euroopa Eesti

1996

2004

Kogutoodangu maksumus $/el. Energiatarbi mine kogutoodangu maksumusühiku kohta kgce/$

Joonis S.1. Energeetilisi näitarve ÜRO aastaraamatute järgi

Kuidas on lugu Eestis? Eesti energiatarbimine elaniku kohta on üle kahe ja poole korra suurem maailma keskmisest. Kogutoodangu ühiku kohta kulutatakse üle kolme korra rohkem energiat kui Euroopas keskmiselt.

Eestis suurenes kogutoodang 1996…2004. a. 3080...8330 $/el. Samal ajavahemikul muutus energia tarbimine kogutoodangu maksumuse ühiku kohta 1,54…0,66 kgce/$, mis oli Euroopa keskmisest (0,37…0,20) suurem 4,16 korda (1996) ja 3,3 korda (2004). Uuem energiaalane statistika 2008. aasta veebruarikuus paraku veel puudub.

Energia hind seejuures kasvab pidevalt.

5

Probleem Maailmas on aru saadud, et looduse seisukohalt on kõige mõistlikum piirata energia tarbimist säästliku tarbimisega.

Umbes viiendiku kogu tarbitavast elektrienergiast kulutavad kodutarbijad. Kodutarbija aga enamasti ei mõtle ju kokkuhoiule.

Mida on tehtud? Euroopa Liit püüab tarbimist mõjustada. Esimese sammuna kehtestati 20. sajandi lõpul direktiiviga seadme poolt tarbitava energia piirmäärad ning viidi sisse energiatarbivuse märgistus.

S.2 Energiatarbivuse märgistus

EN50304 standard kehtestab energiatarbivust iseloomustava märgistuse ning tootekirjeldusega varustamise nõude kodumasinatele ja teistele kodutarvititele (küte ja valgustus). Müügil olev tarviti peab olema varustatud hästinähtava energiatarbivust iseloomustava märgistusega. Selle abil saab tarbija võrrelda ühelaadsete seadmete energiatarbivust.

Kodumajapidamisseadmed on oma energiatarbivuse järgi jagatud seitsmesse klassi. Neid klasse tähistatakse tähtedega A, B, C, D, E, F ja G. A klassi kuuluv seade tarbib kõige vähem, järgmised klassid näitavad suuremat tarvet.

Samasugune tähistus on ka masinate kasutamisefektiivsuse iseloomustamiseks. Näiteks pesumasinate energiamärgistus võimaldab võrrelda eri tüüpi seadmete energiatarbivust, masina täitekogust, veekulu ja mürataset.

On selge, et omavahel saab võrrelda ainult ühtesamasse tooterühma kuuluvaid seadmeid. Näiteks pesumasinaid, mille tarbivusklassi tunnused fikseeritakse igal masinal erikleebisega (joonis S.2).

Energiatarbivusklassi mõjutab oluliselt tootmistehnoloogia. Üheks laialttuntud näiteks on valgusallikad. Enam kui sajandi vältel tuntud klassikalised hõõglambid on E klassi tarbijad, uusimad luminofoorlambid kuuluvad aga A klassi. Jooniselt S.3 nähtub, et nende valgusviljakus on üle 6 korra suurem.

Luminofoorlamp 20 W, 1160 lm, 6000 h valgusviljakus 58 lm/W

Hõõglamp 25 W, 230 lm, 1000 h, valgusviljakus 9,2 lm/W

Joonis S.2 Pesumasina energiatarbivus-klassi märgistuspõhi ja sellele kleebitava andmeriba näidis

Joonis S.3 Uusima luminofoorlambi valgus-viljakus on hõõglambi omast 6 korda suurem

Energiatarbe tähised on jõudnud ka ringluspumpadele. Selleks on neli Euroopa pumbatootjat teinud suuremahulist koostööd. Tulemusena pumbad kaasajastuvad ning väheneb nende tarbitav energia.

Europumba (Euroopa pumbatootjate ühenduse) arvutuste kohaselt tarbivad ringluspumbad Euroopas keskmiselt kuni 15% eramajas tarbitavast elektrienergiast. Üle 120 miljonist pumbast enamus on D või veelgi madalama energiatarbivusklassi pumbad.

Uued A- ja B-klassi ringluspumbad on muutuvkiirusega. See tähendab, et nad talitlevad vastavalt hetkevajadusele ning reageerivad küttevajaduse muutmisele pööretearvu muutmisega. Maksimaalse võimsusega töötavad need vaid külmadel talvekuudel. Vähem kulub energiat ja vähem tekib müra.

6

S.3 Mis on tehnoloogia? Teaduse ja tehnika seletav sõnaraamat (Larousse) , TEA, 1997, II, lk 654:

Technology The practice, description and terminology of any or all of the applied sciences which have practical value and/or industrial use — tehnoloogia; tehnika.

Võõrsõnastik , TEA, 1999, lk. 564:

Tehnoloogia – toodete valmistamise menetlusi käsitlev teadus

Tehnika – loodusseaduste tundmisel ning loodusjõudude ja loodusvarade rakendamisel põhinevate teadmiste, töövõtete ja oskuste kogum; mingi tegevuse võtete kogum (nt. kirjatehnika, klaverimängu-tehnika); kunstiteose loomise viis (graafika, linoollõige, …)

Eesti keele sõnaraamat ÕS 1999, lk. 794:

Tehnoloogia – tootmismenetlus või –menetluste kogum; tootmismenetluste õpetus; ei tähenda: tehnika. Masinaehitus-, puidu-, säilitus-, kõrgtehnoloogia.

Tehnika – tehniliste vahendite ja meetodite kogum üldises tähenduses. Masinate, seadmete, mehha-nismide jms. kogum üldises tähenduses. Ei tähenda: masin, seade, mehhanism. EE 9, 1996, lk. 342:

Tehnoloogia – see on toodete valmistamise menetlus.

Loodusvarade hankimisest lõpptooteni eristatakse • hankimistehnoloogiat (kaevandamine, metsalangetus) • materjalitehnoloogiat (metallide t,, puidutehnoloogia, toidutehnoloogia, …) • töötlustehnoloogiat (lõike-, surve-, termotöötlus-, pinnakatte-, …) • koostamistehnoloogiat (keevitus, liimimine, …) • viimistlustehnoloogiat • pakkimistehnoloogiat • ladustamistehnoloogiat

Tootmisalade järgi • ehitus- • masinaehitus- • mäetööde • põllutöö- • keemiatööstuse • toiduainetööstuse • elektrotehnikatööstuse • elektroonikatööstuse tehnoloogia

Menetluse liigi järgi • mehaaniline • keemiline • elektrotehniline tehnoloogia

Tööprotsesside järgi • viljakoristus- • müüriladumis- • tee-ehitus- • andmetöötlustehnoloogia

Menetluse täiuslikkuse ja tõhususe järgi • primitiiv- • tava- • kõrg- • tipptehnoloogia

7

S.4 Mis on ajam? ENE 1, 1985, lk. 103: Ajam – töömasinat või mehhanismi käitavate seadmete kogum. Ajam koosneb jõuallikast (energia-allikast), ülekandeseadmest ja juhtimisaparatuurist. Masinajami jõuallikas on soojus-, elektri-, pneumo-, hüdro- vm. Mootor või salvestatud energiat vabastav seade (nt. vedru-, inerts- või raskusmehhanism). Mehaanilise (hammas-, rihm-, kruvi vm.), elektrilise, hüdro- või kombineeritud ülekandega elektriajamit kasutatakse enamasti tööstuses, soojusmootoriga ajamit transpordivahendeil. Rakendatakse universaalseid ajameid, mille mootor ja reduktor moodustavad ühtse terviku (mootorreduktorid). ENE 2, 1987, lk. 510: Elektriajam – elektri jõul töötav ajam. Tavalisim – elektrimootorajam – koosneb ühest või mitmest elektrimootorist, ülekandemehhanismist, juhtimis-, reguleerimis- ja kaitseaparatuurist. Elektrimootori vooluliigi järgi eristatakse alalis- ja vahelduvvooluajameid, liikumissuuna muutmise võimalikkuse järgi reversiivseid ja mittereversiivseid (ühesuunalisi) ajameid. Ajami kiirus võib olla reguleerimatu või reguleeritav. Kiiruse muutmiseks või stabiliseerimiseks rakendatakse elektrimootori või muunduri toitepinge, sageduse või ergutuse reguleerimist, ümberlülitusi jm. Reguleerimine võib olla automaatne. Suurimat reguleerimisulatust (kuni 10 000:1) võimaldab saavutada mootori ja toiteallika vahele ühendatud reguleeritav toitemuundur – mootorgeneraator (leonardajam), pooljuhtmuundur vm. Juhtimissüsteemides kasutatakse laialdaselt elektronaparatuuri, sh. mikroprotsessorseadmeid.

See definitsioon on juba veidi vananenud. 21. sajandil on reguleeritavaks toitemuunduriks valdavalt sagedusmuundur. Niisugust juhtimist nimetatakse sagedusjuhtimiseks ning ajamit sagedusajamiks. See võimaldab kasutada lihtsaimat jõumasinat – lühisrootoriga asünkroonmootorit.

Elektriajam, nii nagu meie seda mõistame , on skemaatiliselt kujutatud joonisel S.4.

Joonis S.4 Elektriajami struktuur

S.5 Millest tuleb juttu? Vaja on mõista ajamit tema olemuses. Ajam pole asi iseeneses. Esmalt on vaja teadvustada endale, et kogu meie töö teenib ju mingit eesmärki — on vaja midagi teha: toota, toimetada, töödelda. Kuidas just teha, seda dikteerib tehnoloogia . Tehnoloogia on vältimatult seotud konstruktsioon iga, mida enamasti loovad masinaehitajad, ja ajam iga, mis enamasti on elektrikute pärusmaaks. Aegade vältel need kõik muutuvad. Tavaliselt ühe muutumine põhjustab ka teiste muutmise vajaduse.

Paraku, selleks, et midagi mõistlikult muuta, on vaja teada ka teiste võimalusi. Elektrik peab laitmatult tundma oma ettevõtte tehnoloogiat ning mingil määral konstruktorite võimalusi. Nii ühel kui teisel on tavaliselt omad piirangud, näiteks materjalide võimalustest, mis enamasti ajas muutuvad. Alljärgnevalt vaatleme probleemi põhiliselt näidetega enamasti tuttava tööprotsessiga seadmeist nagu kraana, lift, pump, kompressor ja ventilaator.

Masinad on pideva või tsüklilise talitlusega, mis seab ajamile oma tingimused. Eri tehnoloogiad nõuavad erinevat lähenemist, mistõttu on ajamite mitmekesisus suur.

Katsume aru saada, et elektrimootori vool sõltub sellest, kuidas on masin koormatud. Ja et mootori koormustaluvus sõltub tema soojuslikust olukorrast. Tutvume ajami põhiliste näitajate ja tunnusjoontega ning ajami valikuga. Eraldi vaatleme sagedusajamit. Katsume hinnata üldlevinud masinate ja nende ajamite arengutendentse.

8

1 KRAANA 1.1 Kraanatüübid

Kraana (saksa k. Kran) — tsükkeltalitlusega masin *lasti tõstmiseks ja te isaldamiseks *lastihaardeseadisega. Kraana jõudlus sõltub tõstek õrgusest ja teisalduskaugusest. Kraana põhiosad on kandekonstruktsioon ning tõste-, sõidu- ja pöördemehhanismid. Olenevalt kraana tüübist võib mõnd mehhanismi olla mitu (põhi- ja abitõstemehhanismid, nooletõstemehhanism; kraana ja ta osade kulgliikumist võimaldavad sõidumehhanismid), sõidu- ja pöördemehhanismid võivad ka puududa. Liikumisviisi järgi eristatakse püsi- (paikseid), roni- (ehitise kõrgenedes tõusvaid), teisaldatavaid ja liikurkraanasid. • Pöördkraana tööosa saab (pealtvaates) pöörduda tugiosa (alusvankri, silla, portaali) suhtes 360° või

vähem. Tinglikult võib eristada sild- ja noolkraana tüüpi kraanasid, need sisaldavad vastavalt mõlemale või ühele otsale toetuvat iseloomulikku kandvat metalltarindit.

• Sildkraana koosneb rööbastel liikuvast sõidumehhanismiga kraanasillast ning piki silda liikuvast tõste- ja sõidumehhanismiga lastivankrist; tõstevõime on harilikult kuni 50 t, erijuhul kuni 600 t, sille kuni 50 m. Rööbastee on maapinna kohal (ehituskonstruktsioonidele kinnitatud). Ühetalalise sillaga kraanal (talakraanal ) asendab lastivankrit telfer. Rööbastele pealt toetuvat sildkraanat nimetatakse tugikraanaks, rööbaste all rippuvat rippkraanaks. Sildkraana tüüpi on ka pukk-, kaabel- ja virnasti-kraana.

• Pukk-kraana sild on kujundatud jalgadega pukina, mille rattad toetuvad maas asuvale kraanateele. Mehhanismid sarnanevad sildkraana omadega. Montaažipukk-kraana tõstevõime on 100meetrise silde ja konksu 50meetrise tõstekõrguse korral kuni 200 t, laevaehituses rakendatavate pukk-kraanade tõstevõime on kuni 800 t. Masslasti laadimiseks kasutatakse laadimissilda. Kerge pukk-kraana võib olla ka õhkrehvidega ratastel.

• Poolpukk-kraana üks rööbas on maas, teine ülal. • Kaabelkraanal asendab silda tugede (tornide) vahele pingutatud kandetross, millel veotrossi

tõmbest liigub rippvanker. Sille on 150...600 m, erijuhul üle 1 km, tõstevõime harilikult kuni 25 t, erijuhul 150 t. Kaabelkraana on otstarbekas suurtel puidulaoplatsidel, karjäärides ja vesiehitustel. Ta võib olla kujundatud ka radiaalkraanana, selle üks ots liigub ringjoonel ümber teise.

• Virnastikraanal (staapelkraanal) on vertikaalne sammas, mida mööda liigub virnastusseadis. Sildvirnastikraana sammas on kinnitatud sillal liikuva vankri alla. Stellaažvirnastikraana on kohandatud liikumiseks riiulite vahekäikudes. Virnastikraanasid rakendatakse mehhaniseeritud ladudes (riiulite kõrgus kuni 25 m), nende tõstevõime on kuni 5 ... 10 t.

Noolkraana tüüpi kraanadel — nool-, torn-, portaal-, konsool- jmt. kraanal — on lastihaardeseadis riputatud kraananoole (poomi) või seda mööda liikuva lastivankri külge. Haardeulatust saab muuta noole kaldenurka või pikkust (teleskoopnoolel) muutes või noolel liikuva lastivankri abil. Haardeulatuse suurenedes tõstevõime enamasti väheneb. • Noolkraana nool on kinnitatud harilikult kulgmiku raamile või sellel asuvale pöördplatvormile. Lasti ja

noole kaalust oleneva kallutusmomendi vähendamiseks võidakse kasutada vasturaskust. Liikur-noolkraanade hulka kuuluvad rööbas-, raudtee-, sammuv-, auto, ratas-, roomik- ja ujuvkraanad. Liikurkraana tõstevõime on harilikult kuni 120 t, kõrgus kuni 150 m.

• Tornkraana nool on kinnitatud sõrestik- või toruja torni ülaotsa külge. Tornkraana võib olla rööbastel liikuv, roniv (ronikraana) või ehitise külge kinnitatav ja kõrgusse pikendatav; tõstevõime 0,5 ... 75 t, laevaehituses kuni 450 t, haardeulatus 10 ... 50 m.

• Portaalkraana pöördosa asub (harilikult rööbasteel) liikuval portaalil. Kasutusel sadamais; tõstevõime kuni 300 t.

• Mastkraana kandekonstruktsioon on mast, mida hoiavad püsti vandid (vantkraana) või toed (jäikjalgkraana). Nool võib olla kinnitatud masti üla-, kesk- või alaossa. Viimasel juhul nimetatakse seda mastnoolkraanaks ehk derrikuks.

• Konsoolkraanal on lastihaardeseadis riputatud samba või pöördosa küljes olevale konsoolile või sellel liikuvale vankrile. Eristatakse sammas- ja seinakonsoolkraanat. Liikurkonsoolkraana liigub maapinna kohal paiknevaile rööpaile toetudes.

• Üherööpaline pöördkraana (nn. jalgrataskraana) liigub üherööpalisel maas asuval teel ja teda hoiab püsti ülemine juhiktee; kasutusel tehasetsehhides.

9

a pukk-kraana: 1 sild, 2 jalg, 3 kulgmik, 4 rööbastee b vaakumhaaratsiga poolpukk-kraana c kaabelkraana: 1 lastivanker, 2 kandetross, 3 tõstetross, 4 lastivankri veotross, 5 tõste- ja veovintsid d sild- ja e stellaažvirnastikraana: 1 lastivanker, 2 jäik sammas, 3 tõstevahend, 4 kraanasild,

5 rööbastee f teleskoopnoolega kraana auto tüüpi alusvankril g rataskraana h portaalkraana i lastivankriga konsoolkraana ©Eesti Entsüklopeedia 5, 1990, lk 107 Joonis 1.1. Kraanatüüpe

10

Pööra ja kaevukooku tunti juba 22. sajandil e.m.a., plokki 7. saj. e.m.a., tallamisrattaga kraana vanim kirjeldus pärineb 1. sajandist e.m.a. Aurukraana patenteeriti 1827, hüdrokraana 1846, elektrikraana 1885. Alates 1960ist rakendatakse hüdrokraanat veokile monteeritud manipulaatorina (metsa- ja konteinerveol). Üha enam toodetakse jäiga lastiriputusega virnastikraanasid. Rakendatakse ka distants- või programmjuhtimist (robotkraanad).

Mis on mis (termineid) Last (saksa k.), veos, koorem, laadung — tõste- või transpordivahendiga teisaldatav objekt. • Tükklasti hulka kuuluvad suured üksikesemed (masinad, mööbel), regulaarselt teisaldatavad suured

(ehituspaneelid, puidukimbud) ja väiksemad tooted (detailid, pakkekaubad). • Puistlast jaotub osakeste läbimõõdu järgi tolmseks (Ø alla 0,05 mm), pulbriliseks, peene- ja

jämedateraliseks, väikese-, keskmise-, suure- ja eriti suuretükiliseks (Ø üle 320 mm). Väikesemõõtmelist puistlasti nimetatakse ka masslastiks.

• Vedeliklast on teisaldatav vedelik, mis ei asu taaras.

Lastihaardeseadis — tõste- või laadimismasina osa, mis haarab või hoiab lasti. Üldotstarbelistele lastihaardeseadistele (*konksudele, sääklitele) riputatakse last troppide, traaversite või tõsteaasade abil. Eriotstarbelisi lastihaardeseadiseid — *greifereid ja koppi (puistlasti tarvis), *haaratseid, *spreedereid, *tõstemagneteid jt. (tükklasti tarvis) — saab kasutada ainult kindlat liiki lasti puhul.

Konks — tõste- või transpordimasina universaalne lastihaarde- või veoseadis. Lastikonksud on ühe- või kaheharulised sepised (tõstevõime kuni 100 t) või plaatidest liitkonksud (kuni 350 t).

a tropikonks b lukustiga kraanakonks c konksuriputusplokki kinnitatud kaheharuline kraanakonks d liitkonks Joonis 1.2. Konksud

Spreeder (ingl spreader < spread 'laiali asetama') — konteinerlaaduri automaathaardeseade, koosneb konteineri põhiplaanile vastavate mõõtmetega raamist ja selle nurkades paiknevatest konteinerihaaratsitest.

Tõstemagnet — massiivse ehitusega, harilikult kraana trossi otsa kinnitatud tugevajõuline elektromagnet, mida kasutatakse metalli (eeskätt vanametalli) laadimise töödel. Esimesed tõstemagnetid valmistas 1828 J. Henry.

Haarats — lastihaardeseadis tükklasti (detailide, konteinerite) tarvis. Kasutatavamaid on tang-, kiil-, ekstsentrikhaaratsid, mis võivad olla raskuse toimel isehaaravad.

a tanghaarats b trosstanghaarats c kiilhaarats d ekstsentrikhaarats

Joonis 1.3. Haaratsid ja tõstemagnet

11

Greifer (saksa k. Greifer < greifen 'haarama'), haardkopp — lastihaardeseadis puistmaterjali (liiva, kruusa, kivisöe vms.) teisaldamiseks, ka süvendite kaevamiseks; koosneb harilikult kahest liigendühendusega kopapoolest — lõuast. Tiheda või suuretükilise materjali haaramiseks kasutatakse mitmelõualist ehk tähtgreiferit. Greifer lastakse avatuna teisaldatavale materjalile, sulgudes kaevuvad lõuad materjali ja haaravad seda koppa. Greiferit juhitakse tross-, pneumo- või hüdrosüsteemiga.

a tühjendamine b teisaldatavale puistlastile laskumine c lasti haaramine d lasti tõstmine

Joonis 1.4. Kahetrossilise greiferi töö skeem

Vints — seade lasti teisaldamiseks trossi või keti abil, mida veab trummel või ketiratas. Vintsi käitatakse elektri-, sisepõlemis-, auru-, hüdro- või pneumomootoriga või käsitsi ülekandemehhanismi (ham-mas-, tigu-, hõõrd- või rihmülekanne) vahendusel.

Polüspast (kreeka k. polyspaston < polü- + spaõ 'tõmban'), liitplokk, tali — trossist (köiest, ketist) ning liikuvast ja liikumatutest plokkidest koosnev ülekandemehhanism. Polüspasti kasutatakse peamiselt tõstemasinais. Võimendab jõudu või kiirust lasti tõstmisel või koorma vedamisel. Harilikul ehk kordsel polüspastil on polüspasti kordsus ehk ülekandearv u võrdne kandvate trossiharude arvuga. Jõupolüspasti käitav jõud (hõõrdekadu arvestamata) F = G / u, kus G on lasti kaal. Seejuures väheneb lasti tõstekiirus ja pikeneb jõu F tee u korda. Polüspasti kordsus ei ületa enamasti 12. Kaksikpolüspast koosneb kahest rööpselt töötavast kordsest polüspastist, mida käitab ühine vintsitrumm, teda kasutatakse peamiselt kraanades, kus ta tagab lasti vertikaalse tõusu. Diferentsiaalpolüspast koosneb kahest ühisel teljel paiknevast erisuguse raadiusega (R ja r) liikumatust ja ühest liikuvast plokist, millest käib üle lõputu kett, F = 0,5G(1 – r/R), teda kasutatakse käsitalina.

Kordne (a) ja diferentsiaalpolüspast (b) iseseisva käsitalina; kordne (c) ja kaksikpolüspast (d) tõstemasina tõstemehhanismis: 1 vintsitrumm, 2 tross (kett), 3 liikuvad ja 4 liikumatud plokid

Joonis 1.5. Polüspast

Trummel (saksa k. Trommel) — harilikult silindriline õõnes masinaosa. Kasutatakse vintsides trossi või keti pealekerimiseks.

Tali (hollandi k. talie) — rippuv käsi-, elektri- või pneumoajamiga tõsteseade, mille põhiosa on vints. Liikuvat elektritali nimetatakse ka telferiks.

Telfer (ingl. k. telpher) — üherööpmelisel rippteel liikuv elektritali, tõstevõimega tavaliselt 0,25...10 t, tõstekõrgusega kuni 30 m, tõstekiirusega kuni 10 m/min. Telfereid, mille liikumiskiirus on kuni 30 m/min, juhitakse alt, kiiremaid juhitakse kaasasõitvast kabiinist.

12

1.2 Kraanamootorite koormus

1.2.1 Tõstevintsi mootor

Kraana tõstemehhanismiks on tõstevints. Joonisel 1.2.1 on kujutatud klassikalise tõstevintsi kinemaatiline skeem:

Mootor paneb reduktori kaudu pöörlema tõstetrumli. Lasti tõstmiseks keritakse tross trumlile, langetamiseks — trumlilt maha. Lastihaardeseadis on riputatud liikuva ploki külge, mis koos liikumatu plokiga moodustab polüspasti ehk tali. Tõstetud lasti peab saama piduriga paigal hoida.

Joonis 1.2.1. Klassikalise tõstevintsi kinemaatiline skeem

Kui jätta hõõrdejõud arvesse võtmata võib lasti tõstmiseks vajaliku pöördemomendi määrata järgmiselt:

TG G D

i ilred pol

=+( )

,0

2

kus mgG= on lasti kaal, mille mass on m,

G m g0 0= – lastihaardeseadise kaal, mille mass on m0 , g = 9,81 m/s², D – tõstetrumli läbimõõt, i ired pol, – reduktori ja polüspasti ülekandearv

Lasti tõstmiseks vajalik moment on aktiivne moment , mis mõjub alati langetuse suunas. Selle momendi suurus sõltub tõstetava lasti suurusest kuid ei sõltu liikumissuunast. Seepärast, kui hõõrdumist mitte arvestada, töötab mootor tõstel mootorirežiimis, langetusel — pidurirežiimis.

Tegelikkuses esinevad hõõrdejõud mis tekitavad reaktiivse momendi Th , mis alati takistab liikumist ning muudab liikumissuuna muutumisel oma suunda (märki). Staatiline koormusmoment mootori võllil moodustub nende kahe momendi algebralise summana.

Suhteliselt suure lasti tõstmisel võib hõõrdekadusid arvestada kasuteguriga.

Nimilasti tõstmisel

,lnln

nhnn

TTTT

η=+=

kus lasti tõstmiseks vajalik moment on

TG G D

i in

red polln

( )=

+ 0

2

ja vintsi nimikasutegur

η η η ηn n n n= 1 2 3 ... ,

kus η η η1 2 3n n n, , , ...

on kinemaatilise ahela üksikosade kasutegurid.

Joonis 1.2.2. Kasuteguri tüüpkõverad

13

Kui eeldada, et kasutegur ei sõltu liikumissuunast, on nimilasti langetamiseks vajalik moment

′ = − =T T T Tn hn nln ln .η

Nimilastist erinevate lastide korral kasutegur muutub. Vastavad kõverad (joonis 1.2.2) on käsiraamatuis.

Tühja lastihaardeseadise tõstmisel G = 0 ja

T T T

TG D

i iT T

l h

lred pol

h l

0 0 0

00

0 00

02

1

= +

= =−

,

( ).

kus

jaη

η

Suhteliselt raske lastihaardeseadise puhul kui G

G Gn

0

0

0 1+

≥ , võib Tl0 väärtuse leida ka vintsi kasuteguri

abil:

TTl

00

0

=η

.

Kerge lastihaardeseadise puhul pole vintsi kasuteguri määramine praktiliselt võimalik ning vajadusel tuleb määrata hõõrdemoment Th0 . Hõõrdemoment on tavaliselt suhteliselt keerulises sõltuvuses kiirusest ja tõstemasina momendist.

Küllaldase täpsusega võib hõõrdemomendi lugeda ülekantava momendiga võrdeliseks:

T T bTh tj= + ,

kus Ttj on tühijooksuks vajalik moment

b — kaotegur.

Lasti tõstmisel T Tl= ja T b T TT

s l tjl= + + =( )1η

Kaoteguri b määramiseks leitakse kõigepealt tühijooksumoment. Selleks võetakse momendi väärtused T ja Tl l1 2 ning leitakse neile vastavad kasutegurid. Tühijooksumoment

TT T

T Ttjl l

l l l l

= 1 2

1 2 1 2

1 1

−−

η ηja kaotegur b

T T

T T

l l

l

l

l

l

=−

−

−

11

1 2

1

1

2

2η η.

Saadud tühijooksumomendi Ttj ja kaoteguri b järgi võib arvutada hõõrdemomendi mistahes koormusel,

ka tühijooksu hõõrdemomendi Th0 . Tühja kerge lastihaardeseadise tõstmiseks vajalik staatiline moment

on siis T T Ts l h2 0 0= + ja langetamisel ′ = −T T Tl l h2 0 0 .

Mootori režiim võib olla erinev: kui lastihaardeseadis on raske, siis T Tl h0 0> ′ ja mootor peab töötama

pidurirežiimis. See on pidurduslangetus . Eeldades, et T Tl h0 0= ′ , on staatiline koormusmoment

′ = −

T Ts l0 0

0

21

η

Kerge lastihaardeseadise puhul on T Tl h0 0< ′ ning hõõrdejõudude ületamiseks on vaja, et mootor töötaks mootorirežiimis. See on sundlangetus . Sel juhul kasuteguri mõiste ei oma füüsikalist sisu ning mootori moment ′ = + =T T T Ts l h tj0 0 .

Nüüd on meil seosed koormuse võimaliku muutuse äärmuste jaoks — nimilastist tühijooksuni nii tõste kui langetuse korral. Koormusemuutus on seda suurem, mida kergem on lastihaardeseadis. Järgnevalt jooniselt 1.2.3 nähtub muuhulgas ka tõsteks ja langetuseks ajami erinevate tunnusjoonte vajadus. See tingib erinevate, mittesümmeetriliste juhtimisskeemide valiku, erineva tõsteks ja langetuseks.

14

Joonis 1.2.3. Koormusemuutuse piirid

Staatiliste koormuste määramine on vajalik koormusdiagrammi(de) määramiseks ajamimootori valikul.

Käivitusel ja pidurdusel tekib lisaks veel dünaamiline koormus . Tavaliselt on ette antud lasti maksimaalselt lubatav kiirendus alub , mis mootori võllile taandatuna avaldub kui ε lub . See määrabki dünaamilise momendi väärtuse

T Jd

dtJd = =Σ Σ

ωε lub.

Väikese tõstekiiruse puhul (v < 2 m/s) on põhiline mootori enda inertsimoment. Tavaliselt

J JmootorΣ = ( , . . . , )1 2 1 6 .

Suuremal kiirusel liikuvate masside inertsmomentide osa suureneb.

1.2.2 Sõidu- ja pöördemehhanismi mootorid

Joonis 1.2.4. Kraana sõidu- (veo-) ja pöördemehhanismide kinemaatilised tüüpskeemid

Ruumis horisontaalpinnal liikuva (kraana)mehhanismi staatiline koormusmoment

,2

)( 0

mehred

treb

s i

fd

GGk

Tη

µ

+′+

=

kus ′G0 – liikuva seadme omakaal,

µ – rattatapi (laagri) hõõrdetegur, dt – rattatapi (laagri) läbimõõt, f – rataste veerehõõrdetegur, ηmeh – mehhanismi ülekannete kasutegur,

kreb – rattaääriste (rebordide) rööpa vastu hõõrdumist arvestav tegur.

Vastavad tegurid on käsiraamatutes.

15

Joonis 1.2.5. Sõidu- ja pöördemehhanismi koormusemuutuse piirid

Valemist nähtub, et koormusmomendi suurust mõjustab põhiliselt tõstetav/teisaldatav last ning võib-olla ka hõõrdetingimuste muutused. Mida suurem on mehhanismi omakaal, seda väiksem on muude asjaolude osatähtsus.

Pöördemehhanismi staatiline koormusmoment

T kf G G R

d isp

=+2 1( )

η,

kus k arvestab tugirataste ääriste hõõrdumist rööpa või juhtpindade vastu, samuti hõõrdumist pöörduva osa keskses laagris,

R – tugirataste (-rullide) ringi raadius, d – tugirataste (-rullide) läbimõõt, f – tugirataste (-rullide) veerehõõrdetegur.

Dünaamiline moment avaldub analoogselt eelpooltooduga:

T Jd

dtJd = =Σ Σ

ωε lub.

Liikuvate või pöörduvate mehhanismide suure omakaalu tõttu on summaarne inertsimoment 2 ... 20 korda suurem rootori inertsimomendist.

1.2.3 Üldjuhus – kaldtee

Joonisel on kujutatud jõudude parallelogramm kaldteel. Liikumapanevale jõule F töötab vastu hõõrdejõud Fh ning raskusjõu komponent F sinβ, väljas võib vastu puhuda tuul:

F F F F G G k G G p Sl h tuul h tuul p= ± + = + ± + +( ) sin ( ) cos1 1β β ,

kus k kd

f Dh rebt

ratas= +

2

2µ / ,

Dratas– veoratta läbimõõt,

β – kaldenurk, ptuul – tuule erisurve, võetakse 150...250 Pa,

Sp – tuulele töötav purjepind, S k S Sp t konstr l= +

Skonstr– konstruktsiooni kogupind,

kt – konstruktsiooni täitetegur, fermidel 0,3...0,6, mehhanismidel 0,7...0,8 Sl – lasti pind

Joonis 1.2.6. Üldjuhus – kaldtee

Üldjuhul võib tõstetav ese pendlina kõikuda, sel juhul tema kiirendus pidevalt muutub. Mootori valikuks koormusdiagrammide koostamisel seda tavaliselt ei arvestata.

16

1.3 Vaheajalise talitlusega (S3) mehhanismi mootori võimsuse valik

1.3.1 Esialgne valik

Elektrimootor peab olema valitud nii, et ta kestva talitluse vältel vaheajalises režiimis ei kuumeneks üle lubatava temperatuuri. See temperatuur sõltub isolatsiooniklassist:

F-klassi isolatsioonil (sünteetiliste side- ja immutusainetega immutatud klaasriie) on see 155 °C, H-klassi isolatsioonil (räniorgaaniliste side- ja immutusainetega immutatud klaasriie) on see 180 °C.

Teisest küljest peab mootor arendama käivitusel küllaldast momenti, et tagada vajalik kiirendus.

Vajalikust suurema võimsusega mootor on kallim, tema kasutegur ja cos ϕ on halvemad. Liiga suur võimsus võib põhjustada liiga suurt kiirendust, mis omakorda võib põhjustada lööke, suuremat kulumist, lasti raputamist või loksutamist, anumate paigaltnihkumist jne. jne.

Mootori võimsuse valikuks on vaja esmalt määrata koormusmomendid. Nende arvutamine on eri tüüpi mehhanismide korral erinev, nagu me juba veendusime.

Koormusmomentide järgi koostatakse koormusdiagramm, selle järgi valitakse kataloogist ajamile sobiva võimsusega mootor. Valitud mootori õigsust kontrollitakse enamasti soojuslikult kas ekvivalentsete kadude, ekvivalentse voolu või ekvivalentse võimsuse meetodil. Igal juhul tuleb kontrollida mootorit ka ülekoormatavuse seisukohalt.

Tõste- ja transpordimasinatel on mootori võimsuse valikul põhiliselt kolm erinevat võimalust:

1. Töötsükkel on teada, siirdeprotsesside osa on tühine (alla 5 %). Näiteks suhteliselt pikka teed sõitev kraanasild.

2. Töötsükkel on teada, suure osa ajast toimub töö siirderežiimis ( t tsiire tsükkel/ , . . . ,> 0 2 0 3). Näiteks ekskavaatori pöördemehhanism, mis paljudel juhtudel püsirežiimi ei tunnegi.

3. Mehhanismi töötsükkel pole teada.

Kui töötsükkel on teada , on see otstarbekas väljendada koormusdiagrammina )(tfTs = . Selle järgi

määratakse ekvivalentne koormusmoment Ts ekvsuhtelise lülituskestuse ε (ka cdf – cyclic duration

factor, ED – equivalent duration, vene k. ΠB – продолжительность включения) juures.

Orienteeruv mootori võimsus P suhtelisel lülituskestusel ε

ωekvsd TkP = ,

kus ω on mehhanismi mootori võlli töökiirus kd — dünaamilist koormust arvestav tegur:

kd = 1,1 ... 1,5, kusjuures on seda suurem, mida suurem on suhteline käivitusaeg püsireziimkäiv tt / .

Kataloogis on antud mootori võimsus kindla suhtelise lülituskestuse ε jaoks (15, 25, 40 ja 60 %), nagu näha joonisel 1.3.1.

Joon 1.3.1. Mootori nimivõimsus vaheajalisel talitlusel (S3) [11]

17

Tegelik suhteline lülituskestus enamasti erineb standardsest väärtusest 15, 25, 40 või 60%.

Ümberarvutamisel tuleks lähtuda ületemperatuurile vastavast ekvivalentvoolust. See polegi nii lihtne. Tavaliselt kasutatakse seost, mis põhineb ruutkeskmisel voolul:

I

I

P

Pn

n

n

n

ε

ε

ε

ε

εε

εε

= =; ehk P Pnn

ε εεε

=

See seos on lihtsustatud, sest ta ei võta arvesse kaht olulist asjaolu, mis muutuvad suhtelise lülituskestuse ε muutumisel:

1) soojushulka, mis eraldub mootoris püsikadudest. See soojushulk on seda suurem, mida suurem on ε ja see väheneb kui ε väheneb. Teisiti öeldes: püsikadudest eralduv soojushulk suureneb ε suurenedes

2) jahutustingimusi: rootori võllil oleva ventilaatoriga mootori jahutustingimused on töötaval mootoril mitu korda paremad kui seisval mootoril. See tähendab, et suhtelise lülituskestuse ε suurenedes jahutustingimused paranevad, vähenedes aga halvenevad.

Kuivõrd need vaadeldud tegurid mingil määral tasakaalustavad teineteist, võib saadud võrrandeid lugeda ümberarvutamisel lähimale suhtelise lülituskestuse nimi- ehk kataloogiväärtusele piisavalt täpseteks (ei maksa unustada, et enamasti pole ju mootori töötsükkel kuigi täpselt teada, sageli pole see ka kuigi täpselt korduv).

Niisiis:

mootorile lubatav koormus on seda suurem, mida väik sem on suhteline lülituskestus.

Kui siirdeprotsesside osatähtsus on suur – lifti ajamis, ekskavaatori pöördeajamis jne. tuleb juba esialgsel valikul arvestada dünaamilist koormust.

Alalisvoolumootoreil, kui neid veel peaks kasutatama, on nõrgimaks kohaks kommutaator.

Maksimaalselt lubatav moment on juba kataloogis ette antud ülekoormusteguriga λ:

T Tnmax lub = λ .

Asünkroonmasinatel on vaja veel silmas pidada, et moment on võrdeline pinge ruuduga: 10 % pinge-langus vähendab momenti praktiliselt 20 %:

TU

UT

nnlub =

2

See seos kehtib ka käivitusmomendi kohta.

Kui mootor on ette nähtud pidevtalitluseks (S1, suhteline lülituskestus ε = 100%), siis väiksema suhtelise lülituskestuse korral (vaheajalises talitluses) suureneb nimivõimsus järgmiselt:

S3 ε = 60% 1,1 korda ε = 40% 1,15 korda ε = 25% 1,3 korda ε = 15% 1,4 korda

1.3.2 Koormusridade meetod

Enamusel seeriatootmises olevail tõste- ja transpordimasinal pole nende tegelik tulevane talitlus teada. Koormus võib olla väga erinev. Aluseks saab võtta vaid äärmusjuhud:

• tõstemootoril tühjast konksust nimilastini – erinevus on suur

• kraanasilla mootoril on silla liigutamiseks tühja konksuga või täislastiga erinevus suhteliselt väike, kuivõrd põhilise osa moodustab kraana omakaal

• vintsivankri mootor on vahepealses olukorras.

Mootori koormust võiks määrata keskmise ja maksimaalse momendi suhtena – koormustegurina.

18

Koormustegur

δ =

+

=+

T T

T

T T

T

0 1

1

0 1

1

22

,

püsival pöörlemiskiirusel ka δ =+P P

P0 1

12.

Joonis 1.3.2. Koormustegurid

Vaatleme vintsivankri mootori koormust .

Mootor töötab momendiga T1 (võimsusega P1). Sellele järgneb paus, mille järel mootor töötab momendiga T0 (võimsusega P0). Koormusdiagrammi võib asendada ekvivalentse momendi Tekv, voolu Iekv või võimsusega Pekv, kusjuures suhteline lülituskestus ε jääb samaks. Kadude võrdsusest lähtuvalt peab olema

P t P t P tekv12

1 02

12

12+ = ,

P

P P

P

ekv

1

0

1

2

2

1

=

+

kust

PP

P

P

ekv =

+

1

0

1

2

2

1

Joonis 1.3.3. Vintsivankri koormusdiagramm [11]

Joonis 1.3.4. Standardne võimsusgraafik

Joonis 1.3.5 Ekvivalentne (standardsele taandatud) vintsivankri veomootori võimsus

Kuivõrd on teada mehhanismi koormustegur δ, viime selle valemisse. Matemaatikast on teada, et

( )P

P

P P

P0

1

2

0 1

1

22

1 2 1

=

+−

= −δ ning ( )P Pekv = − −1 1 2 1δ δ .

Selle valemi järgi on koostatud niinimetatud koormusread, mille järgi valitakse mootori võimsus kui on teada

• maksimaalne võimsus P1

• suhteline lülituskestus ε • mootori koormustegur δ

19

Kataloogis on tavaliselt neli rida, mis annavad andmed mootori kohta:

I maksimaalselt lubatav võimsus (vääratusmomendi järgi asünkroonmasinal ja kommutaatorivoolu järgi alalisvoolumasinatel)

II mootori võimsus kui ε = 15 %

III mootori võimsus kui ε = 25 %

IV mootori võimsus kui ε = 40 % püsikoormusel (δ = 1)

Kataloogiandmed vastavad püsikoormusele (δ = 1), see tähendab, et P Pekv = 1 . Tegelikult ju pole

püsikoormust ning δ < 1.

Kui näiteks on P1 = 20 kW, ε = 25 % ja δ = 0,8 siis ekvivalentne mootori võimsus on

( ) ( )P P kWekv = − − = − ⋅ − =1 1 2 1 20 1 2 0 8 1 0 8 16 5δ δ , , , .

Taolistest arvutustest vabanemiseks on koosatud tabelid. Näiteks niisugune:

ε Püsikoormus Muutlik koormus

% (δ = 1) δ = 0,8 δ = 0,6

15 II (ε = 15 %) I I

25 III (ε = 25 %) 0,52 ( II + III) II (ε = 15 %)

40 IV (ε = 40 %) 0,52 ( III + IV) III (ε = 25 %)

Mootori võimsus püsikoormuse korral valitakse kataloogist vastavalt suhtelisele lülituskestusele. Kui koormustegur δ = 0,6, valitakse mootori võimsus kataloogis eelmisest reast (kus suhteline lülituskestus on astme võrra väiksem).

Näiteks kui P = P1, δ = 0,6 ja ε = 25 % valitakse mootor nimivõimsusega Pn P= 1 kuid suhtelisele

lülituskestusele ε = 15 % (II rida).

Kui δ = 0,8, võib valida mootori võimsusega, mis on veidi üle poole (0,52) sama rea ja lähima väiksema lülituskestusega rea võimsuste summast.

Näiteks kraanamootor Pn = 30 kW, ε = 25 % võib suhtelisel lülituskestusel δ = 0,8 töötada kui mootor võimsusega

P P P kW= + = + = ≈= =0 52 0 52 30 38 8 35 8 3625% 15%, ( ) , ( , ) ,ε ε

1.3.3 Kontroll lubatud kiirendusele

Staatilise koormuse järgi valitud mootori võimsust tuleb kontrollida lubatud kiirenduse väärtuse järgi. Kraanamehhanismides on lubatud järgmised kiirendused:

• Tõstemehhanism montaažitöödel, ehitusel, õrnade ja vedelate esemete tõstel 0,1 m/s²

• Tõstemehhanism kooste- ja metallurgiatsehhis 0,2 ... 0,5 m/s²

• Greiferkraana tõstemehhanism 0,8 m/s²

• Sõidumehhanism õrnade ja vedelate esemete veol 0,1 ... 0,2 m/s²

20

1.4 Kraanaajamite vajalikud omadused. Kraanamootori d

1.4.1 Vajalikud omadused

Kraanamootori ja juhtskeemi valikul tuleb silmas pidada tehnoloogia nõudeid. Tõstevintsi ajamile on võimalikud järgmised tüüpilised vajadused (joonised 1.4.1 ja 1.4.2):

1) lasti tõstmine suure kiirusega 2) lasti langetamine suure kiirusega 3) kiiruse sujuv või astmeline kasv käivitamisel 4) väikese kiirusega tõstmine (tavaliselt tõstmise lõpul) 5) väikese kiirusega langetamine (tavaliselt langetamise lõpul), vajalik nii pidurdus- kui ka

sundlangetusel 6) koormuse piiramine järsu ülekoormamise võimalusel, näiteks greiferil

Joonis 1.4.1. Kraanaajamite vajalikud Joonis 1.4.2. Kiirendust piiravate kraana- tunnusjooned ajamite vajalikud tunnusjooned

7) kiirenduse tunduv piiramine või 8) kiirenduse väiksem piiramine 9) tõstetud lasti hoidmine

Sõltuvalt kraana otstarbest ja kasutuskohast pole tavaliselt kõiki neid nõudeid vaja täita, mõni neist võib olla aga väga oluline ning dikteerida ajamitüübi. Nii näiteks võib montaažikraanadel olla vaja väga madala, kuni 0,005 ... 0,02 m/s langetuskiiruse tagamine kui nimikiirus on 0,1 ... 0,5 m/s. See eeldab kiiruse reguleerimispiirkonda 1:20 ... 1:100. Kuni viimase ajani eeldas niisugune nõue alalisvooluajami kasutamist. Tänapäeval on enamkasutatav sagedusjuhtimisega asün kroonajam.

Tõste alguses on sageli vaja kaotada lõtk tõstetrossides ja ülekandemehhanismis, et tõste ei algaks suure kiirusega, mis võib olla ohtlik nii tõsteseadmele kui lastile. Selleks on sobiv tunnusjoon 3 nii nagu see on näidatud joonisel 1.4.1..

Niisiis: kraanaseadmete mootorite valikut ei mõjusta mitte ainult staatilised tunnusjooned vaid ka ajami dünaamika. Silmas tuleb pidada majanduslikke näitajaid ning teeninduse lihtsust.

Varasemast on kasutusel klassikalised, elektrimasina tunnusjoontel põhinevad ja nende kombinatsioone kasutavad võtted, mille võimalustest on joonisel 1.4.3 lühiülevaade (eelkõige elektrimasinate omaduste meenutamiseks):

21

1. Lühisrootoriga asünkroonmootor

2. Kahekiiruseline lühisrootoriga asünkroonmootor

3. Faasirootoriga asünkroonmootor

4. Asünkroonmootor ühel võllil pöörisvoolugeneraatoriga (võimaldab pidurdamist)

Sõidu- ja vähenõudlikule tõstemehhanismile (näit. ehituskraanal)

5. Kaks asünkroonmootorit ühel võllil, teine neist dünaamilise pidurduse režiimis

6. Asünkroonmootor koos elektro hüdraulilise tõukuriga

7. Türistorjuhtimisega faasirootoriga asünkroon-mootor

Tõstemehhanismile

8. Paispool- (drossel-)juhtimisega faasirootoriga asünkroonmootor

9. Jadaergutusega alalisvoolumootor

10. Šunteeritud jada-ergutusega alalisvoolumootor

Raske ja väga raske režiimiga tõstemehhanismile

11. Rööpergutusega alalisvoolumootor

12. Segaergutusega alalisvoolumootor

13. Leonardajam või alalisvoolu-türistorajam

Raske režiimiga sõidumehhanismile Raske režiimiga tõstemehhanismile ja suure inertsmassiga sõidumehhanismile

Joonis 1.4.3. Kraanaajamites kasutatavaid ajamisüsteeme

22

1.4.2 Kraanamootorid Need on masinad, mis on mõeldud kasutamiseks vaheajalises talitluses suhtelise lülituskestuse nimiväärtusega enamasti 15, 25 või 40 %.

Kraana on piisavalt massiline nähtus, et tema jaoks toota spetsiaalseid nn kraanamootoreid. Võrreldes tavaliste, universaal- ehk üldkasutatavate mootoritega on kraanamootoril

1) suurem ülekoormatavus 2) suurem mehaaniline tugevus 3) väiksem inertsimoment (pöörlemistelje suunas väljavenitatud rootor)

Kaua aega on maailmas toodetud kraanamootoreid ja teisi kraana-elektriseadmeid ka 500 V pingele, mis omal ajal oli suurimaks lubatavaks kraanal kasutatavaks pingeks. Tänapäeval on lubatud kasutada ka kõrgepingemootoreid, kui see on põhjendatud.

Kraanamootorite võimsus sõltub vajadusest ning on alalisvoolumootoritel ja faasirootoriga asünkroon-mootoritel kuni 300 kW (ε = 40 %), lühisrootoriga asünkroonmootoritel oli see enne sagedusjuhtimise kasutuselevõttu kuni 30 kW (ε = 40 %), nüüd oluliselt suurem.

Üldiseks tendentsiks on mõõtmete vähendamine ja moodulsüsteemi kasutamine. Kraanamehhanismidel pole mootori pikkus enamasti limiteeritud, see soosib veelgi väiksema rootori läbimõõduga (seega ka väiksema inertsimomendiga) mootorite valmistamist.

Suured kompaniid, näiteks KONE, valmistavad veomootoreid koos reduktoriga. Niisuguse veomootori valiku aluseks on paigaltvõtumoment, mehhanismi liikumiskiirus ja ratta läbimõõt. Tõstevintsimootorid ehitatakse pöörlemistelje kõrgusega kuni 400 mm ning nad on sobitatavad tõstetrumlisse ehitatud reduktoriga.

Joonis 1.4.4. Reduktoriga veomootor kraanamehhanismidele

1.4.3 Revolutsiooniliselt uus mootorikontseptsioon: standard motor for all applications Tehnika areng on võimaldanud tagasi jõuda universaalse mootori kasutamiseni. Muidugi on see põhimõtteliselt, revolutsiooniliselt uus mootori kontseptsioon. 1998. aastast toodab SIEMENS mootori-seeriat 1LA7 , mida nad nimetavad standardmootoriks mistahes rakenduseks (standard motor for all applications).

23

1LA7 on mõeldud pumba-, kompressori- ja ventilatsioonisüsteemi jaoks, tõstevintsile ja kraanale, konveierilindile, segumasinale, pakkimis- ja puutöömasinale ning paljude teiste rakenduste jaoks.

1LA7 sobib igaks erijuhuks. Ta on elektriliselt ja mehaaniliselt ehitatud nii, et teda võib väga lihtsalt ümberseadistada põhimõttel: üks mootor mistahes rakenduseks. Talle saab moodulina lisada impulsiloenduri, piduri, välise ventilaatori nende mistahes kombinatsioonis. Ta võib olla reguleeritava kiirusega.

1LA7 omab rida eeliseid. Standardmootor on eelkõige odavam teistest ning võimaldab vähendada tagavaraseadmete laoseisu, kuivõrd vajatakse ainult standardmootoreid ja standardmooduleid.

1LA7 impulssanduri moodul on võlliavaga ning monteeritav mootori ventilaatoripoolsele otsale poltliitega ilma spetsiaalsete abivahenditeta.

1LA7 pidurimoodul rahuldab kraana-, konveieri- ja positsioneerimisseadmete vajadused.

1LA7 ventilaator on sõltumatu ajamiga ning seega efektiivne nii mootori suurel kui väikesel kiirusel. Ta teeb vähe müra.

Lisamoodulite kasutusvõimalusi tutvustab joonis 1.4.5.

Joonis 1.4.5. Lisamoodulite kasutusvõimalused

24

1.5 Kraana elektriseadmed

1.5.1 Tõstemagnet Lasti kinnitamise ja vabastamise kiirendamiseks kasutatakse magnetilise materjali tõstmisel tõstemagnetit.

Tõstemagnet on alalisvooluga töötav eriline elektrimagnet, millel on tasapinnaline ümmargune (joonisel) või kandiline või miks ka mitte hoopis õõnessfääriline tõstepind.

Joonis 1.5.1. Tõstemagnet

Tõstemagneti mähis 1 paikneb tavaliselt valatud teraskestas 2, mis moodustab nii südamiku kui ka ikke. Mähisest soojuse ärajuhtimise parandamiseks ning mähise tugevdamiseks ja kaitseks saasta vastu on ta valatud kompaundi (valuvaiku) Kesta külge on (näiteks poltidega) kinnitatud poolusekingad 3. Nende vahel kaitseb mähist mittemagnetiline plaat 4. See on tavaliselt valmistatud legeeritud mangaanterasest, millel on suur magnetiline takistus. Tõstemagnet riputatakse enamasti kettidega. Elektritoide tuleb kaabliga 5.

Magneti tõstejõud sõltub paljudest teguritest, eelkõige tõstetava materjali tihedusest. Ettekujutuseks: Venemaal toodetava magnetiga M-42B, mille võimsus on 7,15 kW, toitepinge 220 V, võib tõsta kas 16 t terasplaati või umbes 600 kg malmkange või umbes 200 kg teraslaastu. Magneti omamass on 1,7 tonni.

Tõstejõud sõltub oluliselt temperatuurist. Alates 20 °C terase magnetilised omadused halvenevad ning Curie punkti juures (sõltub materjalist, raual umbes 760 °C) kaovad täielikult. Seetõttu on magnetkraana kasutamine lasti temperatuuril üle 500 °C praktiliselt võimatu.

Ka mähise töötemperatuur, mis H-klassi isolatsioonil võib tõusta kuni 180 °C, suurendab takistust ning konstantse toitepinge juures vähendab tõstejõudu reaalselt 1,4 ... 1,6 korda. Mähise temperatuuri mõju on väiksem kui töötatakse küllastusrežiimis, näiteks suure plaadi teisaldamisel.

Tõstemagneti töö on arvestatud enamasti vahelduvrežiimile suhtelise lülituskestusega 50 %. Pingelisemate režiimide puhul tuleb valida suurema lülituskestusega (näiteks 75 %) magnet või vähendada magneti toitepinget:

U n

teglub .= 220

εε

NB! Võrdeliselt toitepingega väheneb ka tõstejõud.

Tõstemagneti juhtimise põhiprobleemiks on lahtimagneetimisvoolu doseerimine. Nüüdisaegsetel elektronjuhtplokkidel, mis sisuliselt on programmeeritava kontrolleriga juhitavad IGBT-transistorid, on võimalik valida kümmekonna erineva tõstejõu vahel. Juhtplokk seab lahtimagneetimisvoolu automaatselt nii, et jääkmagnetism Br (vt. joonis 1.5.2) on praktiliselt null.

Juhtimisprotsessi füüsikalise sisu mõistmiseks vaatleme magneti kui suure induktiivtakisti juhtimise probleemi standardse relee-kontaktorlülituse näitel [11] (joonisel 1.5.3).

Tõstemagneti M sisselülitamiseks tuleb kraanajuhil sulgeda käsklusaparaat (enamasti pakettlüliti) K. Kontaktor S lülitab magneti M võrku. Väike vool läbib ka piiramistakisteid Rp1 ja Rp2 ning lahendustakisti Rlah. Last tõmbub magneti külge.

Lasti vabastamiseks tuleb magnet lahtimagneetida. Selleks ei piisa ainult voolu väljalülitamisest. Sõltuvalt lasti omadustest tuleb lühiajaliselt läbi magneti juhtida esialgsega võrreldes 20 ... 30 % suurune vastassuunaline vool. Käsklusaparaadi K väljalülitamise järel kaotab toite kontaktor S ning lahutab oma kontaktid. Magnet lülitatakse välja. Ahela kaudu, mis suurema kaarleegi tekkimise vältimiseks on moodustatud juba nimetatud piiramis- ning lahendustakistitest, tekib lahendusvool. Vastuvoolu- (lahtimagneetimis-) kontaktori V mähisel tekib pinge

25

rakVlahV URRIUUU ≥+=+= )( 231223120 ,

kus MRRR ≈+ 2312

Joonis 1.5.2. Magneetimisprotsessi Joon. 1.5.3. Tõstemagneti juhtpaneeli elektriskeem ning hüstereesisislmus voolu- ja pingekõverad tõstemagneti väljalülitamisel

Kontaktor V rakendub alles pärast kaare kustumist aja t1 möödumisel. Kontaktid sulguvad aja t2 järel.

Vool tõstemagneti mähises hakkab vähenema. Suure elektromagnetilise inertsi (loe: induktiivsuse L) tõttu toimub see protsess küllalt aeglaselt. Voolu vähenedes väheneb ka pinge kontaktori mähisel:

.23122312 U

R

RRIRIRIU

lahMlahMV +=+=

Ka siis kui magneti vool 0=MI , jääb vastuvoolu- (lahtimagneetimis-) kontaktor V veel sisselülitatuks

ning voolusuund magnetis muutub aja t3 möödumisel vastupidiseks. Ajahetkeks tlahtimagneetimise väheneb pinge kontaktori mähisel väärtuseni

ennVlah

MV UUR

RRIU ≤+−= 23

12

ning kontaktor ennistub.

Vastuvoolu suurust saab valida lahendustakistil punkti 3 valikuga nii, et kontaktor V ennistuks vajalikul voolutugevusel NM II )3,0...2,0(−=

Protsessi koguaeg t t t t tp = + + +1 2 3 4 sõltub induktiivsusest. Kui ferromagnetilise lasti mass on suur,

siis on suur ka elektromagneti induktiivsus ML ja lahtimagneetimisprotsess kestab kauem. Väikese lasti korral väheneb lahtimagneetimise aeg automaatselt.

1.5.2 Pidurimagnetid

Pidur on seade masina või selle osa (võlli, kabiini) liikumise peatamiseks, kiiruse reguleerimiseks või soovitava asendi säilitamiseks. Kasutatavaimad on hõõrdpidurid, need jagunevad klots-, lint-, ketas- ja koonuspiduriteks. Klotspiduri rakendumisel suruvad piduriklotsid vastu pidurdataval võllil oleva piduritrumli (ehk piduritrummi) sise- või välispinda. Ketaspiduris surutakse kokku seisev ja pöörleval võllil olev ketas (neid kettaid võib vaheldumisi olla mitu). /.../ Hõõrdeteguri suurendamiseks kaetakse üks piduri hõõrdepind hõõrdkattega. Piduriajam toimib lihaste, raskuse, vedru, elektromagneti (magnetpidur), vedeliku või suruõhu jõul või kombineeritult. EE 7, 1994, lk. 290

Suur lülitussagedus ja intensiivne töö nõuavad ka intensiivset pidurdamist. Pidurit on vaja ka lasti hoidmiseks tõstemootori seisu ajal või mehhanismi hoidmiseks kindlas asendis, näiteks selleks, et tuul kraanat ära ei ajaks. Elektriajamiga on täieliku paigalseisu saavutamine tülikas ning väiksema

26

töökindlusega kui mehaanilist pidurit kasutades. Asjale lisab värvi ka võimalik pingekatkestus. Ohutuse seisukohalt ei tohi seepärast ka elektromagnetit kasutada pidurdava jõu või momendi tekitamiseks. Tavaliselt tekitatakse pidurdav jõud vedruga, pidurimagnetit tohib kasutada ainult piduri vabastamiseks.

Kiirematel seadmetel kasutatakse ka kombineeritud süsteemi: algul pidurdatakse mootoriga ning seejärel lülitatakse koos mootoriga välja pidurimagnet ning rakendub mehaaniline pidur, et hoida mehhanism paigal.

Joonis 1.5.4. Klotspidur

Vaatleme klotspidur it (joonis 1.5.4). Piduritrumli 1 vastu surutakse piduriklotsid 2 kangide 3 kaudu vedruga 4. Kui pidurimagnet 5 on väljalülitatud, surub vedru klambrile 8 ja reguleeritavale seibile 7 mis mõlemad on kangisüsteemiga ühendatud kangidega 3. Kangide 3 ülemised otsad tõmmatakse teineteise poole ning piduriklotsid pidurdavad trumli. Pidurimagneti sisselülitamisel tõmbub ankur 6 kere vastu. Varras 7 surub vedru 4 kokku ning klotsid vabastavad piduri. Piduriklotside käigu pikkus on tavaliselt millimeetri suurusjärgus.

Pidurimagnetid valitakse tõmbejõu ja ankru käigu pikkuse järgi või loodava momendi ja pöördenurga järgi. See sõltub piduri konstruktsioonist ja mõõtmeist ning pidurdamiseks vajalikust pidurdusmomendist mootori võllil. Pidurdav jõud (või moment) valitakse varuga, varutegur on seda suurem, mida raskem on piduri töörežiim. Silmas tuleb pidada ka vooluliiki ning lubatavat lülitussagedust.

Pidurimagnetid ehitatakse suhtelisele lülituskestusele 15, 25, 40 ja 100 %. Vahelduvvoolupiduritel vastab sellele luba- tud lülitussagedus. Probleem on selles, et magnetahela suurema õhupilu korral on magneti reaktiivtakistus väiksem. See tähendab, et pidurimagneti sisselülitushetkel on vool 10 ... 30 korda suurem kui sisselülitatud asendis. Vahelduvvoolumagnetite puuduseks ongi • suur voolutõuge sisselülitamisel • suur löök magneti rakendumisel • hoidevoolu suurenemine liigendite lõtku ja õhupilu suurenemise tõttu. Seepärast tuleb eelistada alalisvoolumagneteid.

Alalisvoolumagneti mähis võib olla kas rööp- või jadaühenduseks. Rööpühenduseks mõeldud magneti mähisel on suur induktiivtakistus. Vool kasvab aeglaselt. Kiiruse suurendamiseks kasutatakse pinge suurendamist sisselülitamisel (võrgupingest väiksema nimipingega pidurimagneti valimisega, millega jadamisi ühendatakse lisatakistus mis püsirežiimi saabumisel šunteeritakse).

Pidurimagneti töökiiruse suurendamiseks kasutatakse ka jadaühendust mootoriga. See on võimalik kui peavoolumootoril pole tühijooks võimalik. Raskete mehhanismide korral see ju nii ongi. Niisugune süsteem on palju kiiretoimelisem, sest induktiivsus on väike ning vool kasvab kiiresti. Pigem määrab voolu kasvu kiiruse mootorimähise ajakonstant.

27

1.5.3 Elektrohüdrauliline tõukur (hüdrotõukur) Suure pidurdussageduse korral kasutatakse tõste- ja transpordimasinatel enamasti elektrohüdraulilist tõukurit, millest ettekujutuse saab jooniselt 1.5.5. Asünkroonmootori 2 võllile on kinnitatud pumbatiivik 1, millega pumbatakse õli mahutist 4 kolvi 3 alla, mis tõustes vabastab varda 5 kaudu piduri (eemaldab piduriklotsid trumlilt). See seade lülitatakse sisse ja välja koos mootoriga. Mootori väljalülitamise järgi surub kolb pidurivedru jõul õli tagasi ning mehaaniline pidur rakendub.

Hüdrotõukureid valmistatakse lubatud lülitussagedusega kuni 2000 lülitust tunnis. Nagu pidurimagneteid, valmistatakse ka neid kogu vajalikus võimsusskaalas.

Joonis 1.5.5. Elektrohüdrauliline tõukur Joonis 1.5.6. Ketaspidur

1.5.4 Ketaspidur Konstruktsiooni lihtsustamise seisukohalt sobib sageli paremini ketaspidur (joonisel 1.5.6). Selle põhiosadeks on mootori võllile kinnitatud pöörlev ketas 1, mille vastu vedruga 2 surutakse ketas 4, mille külge on kinnitatud elektromagnetid 3. Elektromagneteid, nagu ka liuguritena töötavaid tikkpolte 5, on kolm, nad on paigutatud sümmeetriliselt teineteise suhtes 120 nurgakraadise nihkega. Ketas 4 saab vabalt liikuda liuguritel. Elektromagnetite (mootoriga üheaegselt) sisselülitamise järel kettale 4 kinnitatud ankrud tõmbuvad elektromagnetite vastu, vedru 2 surutakse kokku ning piduriketas saab vabaks. Mootori ja magnetite väljalülitamisel surub vedru 2 pöörleva ketta taas ketta 4 ja mootori otspinna vahele ning pidur rakendub 1.5.5 Kontroller Kraanamehhanismide juhtimiseks kasutatakse enamasti kontrollerit.

Kontroller (inglise k. controller) on paljukontaktiline ja paljude lülitusasenditega aparaat elektriahelate ümberlülitamiseks kindla programmi järgi. Kontrollerite abil juhitakse elektriajameid, keerulisi tootmis-seadmeid jms. Olenevalt ehitusest võivad nad paikneda juhitavais peaahelais (jõukontroller) või juhtida kontaktoreid vm. vaheaparaate (juht- ehk komandokontroller). Tinglikult nimetatakse kontrollereiks ka mõningaid programmjuhtimis-elektronseadmeid (elektronkontroller). EE 5, 1990, lk. 21

See definitsioon on mõnevõrra vananenud. Programmeeritav kontroller (PLC – Programmable Logic Controller) on ka kraanade juhtimiseks massiliselt kasutatav seade. Selleks valmistatakse kraana juhtimiseks mõeldud kontrollereid.

28

1.6 Kraana juhtimine

1.6.1 Üldist

Kraana juhtimisseadmed peavad rahuldama kõik vajalikud liikumised sh.

• sujuvkäivitus sh. väike algmoment trosside pingutamiseks ja lõtkude kaotamiseks

• sujuvpidurdus

• kiirenduse piiramine

• kiiruse reguleerimine

• lasti võnkumise vältimine

ning tagama kaitsed sh.

• lühisekaitse

• liigkiiruskaitse

ja blokeeringud, näiteks

• ainult autoriseeritud kasutamisõiguse tagamine

• lubatud tõstejõu piiresse jäämine

• töötsoonist (sillalt, tsehhist jne) väljasõidu vältimine

• lastihaardeseadme ülemise piirasendi ületamise vältimine

• liigtugeva tuulega töötamise vältimine

• silla või puki ühe otsa teisest ettejõudmise (kiivakiskumise) vältimine

• töötsükli täpne täitmine

Juhtseadmete üldine areng on käinud kaasas kraanaehituse arenguga. Kasutatakse standardseid seadmeid nagu sujuvkäivitid või sagedusmuundurid, enamasti on nad siiski kohandatud tööks kraanal ning võimaldavad tagada vajalikud blokeeringud ja kaitsed. Protsessor-, kompuuter või võrkjuhtimine võimaldab veateateid, diagnostikat ja toimunud sündmuste dokumenteerimist.

1.6.2 Veo- (sõidu-, teisaldus-) ajamite juhtimine

Massiivsete konstruktsioonide (kraanasilla või -puki, ka lasti- (vintsi-)vankri juhtimiseks kasutatakse enamasti sujuvkäiviti tüüpi juhtseadet, sest sujuv kiirendus ja pidurdus tagab ka raske lasti ohutu teisaldamise isegi suurel kiirusel. Lihtsamad ajamid on ühe- või kahekiiruselise (tavaliselt 1:3 ... 1:6) lühisrootoriga asünkroonmootoriga, kiiruse sujuvat reguleerimist vajavad mehhanismid varustatakse sagedusregulaatoriga asünkroonajamiga. Nii üks kui teine võimaldab kiirendus- ja aeglustusrambi valikut, mida saab teha kraanal. Paljudel ajamitel (näiteks Konecranes DynAC), on kiirendus nii sujuv, et lasti kõikumine viiakse miinimumini ning sellega tagatakse täpne mahapanek. IMPULSE G vektorjuhtimisega ajam tagab kiiruse reguleerimispiirkonna 100:1, skalaarjuhtimisega 40:1 ja seda tagasisideta (open-loop vector crane control), mis sobib ka tõstevintsile. Kasutatavaid juhtimisviise on esitatud joonisel 1.6.1.

Enamkasutatavad lahendused Eritellimusel toodetavad lahendused

Kahekiiruselise asünkroon- mootoriga

Sujuvkäivitiga Sagedus- muunduriga

Tavalise asünkroon- mootoriga

Vastulülitus- pidurdusega

Joonis 1.6.1. Veoajami kiiruse juhtimisviise

29

1.6.3 Tõstevintsi ajami juhtimine

Tõstevintsi ajamis on alalisvoolumootori asemel 90il aastail hakatud kasutama asünkroonmootorit sageduse skalaarse või vektorjuhtimisega. Vastutusrikkamates kohtades kasutatakse täpset momendi juhtimist, mis toimib ka väga väikesel kiirusel. Juhtsüsteem võimaldab täita ka lõpplülitite funktsioone ning lõpetab tõstmise kui last on millegi taha haakunud. Kasutatavaid juhtimisviise on esitatud joonisel 1.6.2.

Enamkasutatavad lahendused Eritellimusel toodetavad lahendused

Kahekiiruselise asünkroon- mootoriga

Elektroonilise kiiruse- regulaatoriga

DynaHoist juhtsüsteemiga

Reostaat- käivituse ja dünaamilise pidurdusega

Reostaat- käivituse ja ühefaasilise pidurdusega

Türistor- juhtimisega

Joonis 1.6.2. Vintsiajami kiiruse juhtimisviise

Koostetöödel kasutatavate kraanade (montaažikraanade) tõsteajami juhtimiseks toodetakse elektroonseid kiirusregulaatoreid. Näiteks kasutatakse Konecranes XL-sarja kraanadel elektron-potentsiomeetreid, mis võimaldavad täpseks peatamiseks vähendada kiirust piirkonnas 1:10 ... 1:20 kümneastmeliselt, toites aeglase kiiruse mähist sagedusvahemikus 15 ... 30 Hz.

Eriti täpne Electromotive Systems, Inc. IMPULSE VG seeria vektorjuhtimissüsteem võimaldab kiiruspiirkonna 1000:1. See keerukas süsteem töötab juhib momenti ning teda peetakse eriti sobivaks sujuva liikumise tagamisel. Süsteem võimaldab ka lasti paigalhoiu ajamiga ilma et mootor üle kuumeneks, kuigi arvestab ka mehaanilise piduriga. Kraanajuhi informeerimiseks avaldab süsteem ka lasti kaalu. Load Check tarkvara väldib vintsi või kraana ülekoormamise. Süsteemil on ka faasikaotuse kontroll, avariilisel vajadusel töötab kiire pidurdus Quick Stop. Täpse peatumise tagab Reverse Plug Simulation reverseerimissüsteem. Süsteem sobib eri võimsusega ajameile, näiteks pea- ja abitõstevintsile isegi siis kui neil on erinevad tunnusjooned. Võimsuspiirkonnad 1...75 kW 230 V korral ja 1...360 kW 460 V korral

1.6.4 Programmeeritavate kontrollerite kasutamine

Reguleeritava sagedusega ajamite juhtimiseks sobivad programmeeritavad kontrollerid. Need ajamid võimaldavad piiramatu hulga erinevaid töökiirusi ning tagavad seejuures alati sujuva kiirenduse ja pidurduse ning täpse peatumise

1.6.5 Kompuuterjuhtimine

Suure töökindluse tagab juhtsüsteem vajalike blokeeringutega. Mikrokompuutri kasutamine võimaldab koguda ja registreerida kraana töö kohta suurt andmehulka. Selleks peavad muidugi olema mitmesugused mehaanilised ja elektrilised andurid, mis võivad paikneda ka kraana metall-konstruktsioonil. Niisugune süsteem võimaldab planeerida ennetusremonti ning vältida ettenägematuid seisakuid.

1.6.6 Raadiojuhtimine

Sõltumata sellest, kas kraanal on juhikabiin või mitte, on võimalik ka kaugjuhtimine. Selleks kasutatavad raadiosaatjad töötavad mitmesugustes sageduspiirkondades, Konecranes Remote Master ja REMOX näiteks 400 MHz piirkonnas. Neil on tavaliselt kaks juhtkangi (joystick) ning juhtimiseks kinnitatakse saatja vöörihmaga, et operaator saaks töötada kahe käega s.t juhtida korraga kahte (tõste- ja veo-) ajamit. Analoogsed on ka teiste firmade seadmed, näiteks PulseStar kontrollerid. Need on integraallülitustel töötavad moodulseadmed (vt. joonis 1.6.3). Juhtida saab limiteerimata arvu liikumisi kuni 100 m kauguselt.

30

Joonis 1.6.3. PulseStar kraanade raadiojuhtimiskontroller. REMOX kontroller tööasendis

1.6.7 Vanemad kontrollerlülitused

Enamust kraanasid, mis on vanemad kui 10 aastat ning mida pole moderniseeritud, juhitakse mehaaniliste kontrolleritega. See on aparaat, mille võllile on paigaldatud erineva profiiliga nukid iga kontaktipaari jaoks. Kontrollerivõlli pööramisel tagatakse nende kontaktide lülitamine kindla programmi kohaselt, mis on ette antud lülitustabeliga ning mis tagab käsitsijuhtimisel parima tulemuse. Joonisel 1.6.4 on nukk-kontrolleri üldvaade ja üks sektsioon ilma kaarekustutuskambrita.

Joonis 1.6.4. Nukk-kontrolleri üldvaade ning üks sektsioon

Kontrolleri iga liikumatu kontakt on kinnitatud isoleeralusele. Liikuv kontakt on hoova küljes, mis saab pöörduda ümber telje. Hoova teises otsas on rull, mis vedruga surutakse vastu nukki. Nukk-ketas on kinnitatud võllile, mida kraanajuht pöörab käsirattast. Nukk-ketta eri osad on pöörlemisteljest erineval kaugusel. Käsiratta pööramisel nukk-ketas pöördub ning rull surutakse võlli pöörlemisteljest eemale. Selle tulemusena surutakse vedru kokku, hoob pöördub telje ümber ning liikuv kontakt hoova teisel otsal eemaldub liikumatust kontaktist. Kontakt lahutab ühe konkreetse ahela. Induktiivahela katkestamisel tekkiva kaarleegi kustutamiseks paikneb iga kontaktipaar kaarekustutuskambris.

Niisuguse kontrolleri nukid ja kontaktid on valmistatud konkreetseid kraanaajameid silmas pidades. Nad võimaldavad tavaliselt kuni 600 lülitust tunnis ning on limiteeritud voolu järgi. Seetõttu saab näiteks kontrolleriga, mis 230 V juures on mõeldud 60 kW võimsusega asünkroonmootori juhtimiseks, kasutada 400 V juures 100 kW mootori jaoks. Suhteline lülituskestus 40 %. Suurimad alalisvoolumootorite juhtimise kontrollerid on 40 kW 220 V mootorile ning 80 kW 440 V mootorile. Niisugused aparaadid kaaluvad ligi 100 kg.

31

Suuremate mootorite jaoks kasutatakse käskluskontrollereid, mis lülitavad voolu kontaktorimähistesse.

Joonisel 1.6.5 on kujutatud veomootori kontrollerjuhtimisskeem ja loodavad tunnusjooned.

FU sulavkaitse KF maksimaalvoolurelee KM liinikontaktor M mootor QS lukustatav vinnaklüliti SQ1 edasisuuna lõpplüliti SQ2 tagasisuuna lõpplüliti SQ3 kabiiniluugilüliti SB tööalustusnupp S1 kontroller SF avariilüliti YB pidurimagnet

Joonis 1.6.5. Veomootori kontrollerjuhtimisskeem ja loodavad tunnusjooned [12]

32

2 LIFT 2.1 Lifti ehitus Hoonete kasvades kõrgusse nagu ka kaevanduste tungides sügavusse tekib vertikaaltranspordi probleem. Seda lahendavad tänapäeval mitmesugused tõstukid — eskalaator, paternoster, kaevandustõstuk jt., enamasti aga lift.

EE 5, 1990, lk. 534: Lift — vahepeatusi võimaldav paikne tõstuk, mille kabiin või platvorm liigub jäikadel püstjuhikutel lukustuvate ustega šahtis. Olenevalt otstarbest jaotuvad liftid sõidu- (inimeste veoks), sõidu-kauba-, kauba- ja eriliftideks (haigla-, metroo-, kaevandus-, lennuki-, laeva-, teatri-, tuletõrjeliftid). Vaateliftid liiguvad hoone välisseinal asuvas klaasseintega šahtis. Lifti kiirendus ei tohi ületada 2, pidurdusel 3 m/s², kiirus on kuni 11 m/s. Lifti masinaruum asub enamasti ülal, šahti kohal, harvemini all. Kabiini tõstetrosse käitab harilikult hõõrdrattaga vints, teises trossiotsas on vastukaal. Trossi(de) katkemise puhuks on ette nähtud püüdurid, mis kiiluvad kabiini juhikute vahele kinni. Auru-, hüdro- ja elektriajamiga liftid ilmusid 19. s. keskpaiku.

TTSS II, 1997, lk. 36 (LAROUSSE, Dictionary of Science and Technology (1995)): Lift — An enclosed platform or car mowing in a well to carry persons or goods up and down. US equivalent elevator.

Nüüdislifti loomise võimaldas püüduri leiutamine USAs 1852. a. . Esimest ohutusseadmetega varustatud lifti demonstreeris seal Elisha Graves Otis ning tema üldkasutatav aurulift paigaldati 1857. aastal ühes New Yorgi kaubamajas. Hüdroajamiga lift ehitati 1868, elektrilifti sünniaastaks loetakse 1889, mil see konstrueeriti Siemensi juures.

Liftikabiin (vt. joonis 2.1.1) toetub juhikutele ning on tavaliselt riputatud terastrossidele, mille teises otsas ripub vastukaal, tasakaalustamaks kabiini ning umbes poolt nimilastist. Kabiini paneb tänapäeval liikuma enamasti elektriajam: sagedusmuundur-asünkroonmootor-pidur-trossiratas (veel 1980ndail oli enamik liftiajameid mehaanilise reduktoriga, kiirliftidel kasutati alalisvoolumootoreid). Terastrossid püsivad soonelisel trossirattal hõõrdejõuga.

Pidur on ehitatud selliselt, et pidurdava jõu tekitab vedru, pidurmagnetiga surutakse vedru kokku ning vabastatakse piduritrummel või -ketas klotside survest. Pidurimagnet lülitatakse sisse koos tõstemootoriga. Nii pole karta pidurdava jõu kadumist juhul kui elekter millegipärast välja lülitub.

Kui ka pidurdav jõud kaoks, ei pruugi kabiin sugugi alla kukkuda. Otse vastupidi: tühi või vähekoormatud kabiin hakkab liikuma üles, sest vastukaal on arvestatud tasakaalustama poolt nimilasti. Kui aga kabiin millegipärast hakkab suure kiirusega liikuma (olgu siis alla või üles), vabastab kiiruspiirik püüdur i, mis pidurdab kabiini juhikute vahel (vt. joonis 2.1.2). See on erakordne sündmus. Isegi lühiajaline kiiruse suurenemine rakendab tsentrifugaalmehhanismiga kiiruspiirik u ning kabiin kiilutakse juhikute vahele kinni. Kui aga püüdur rakendub liiga madalal, maandub liftikabiin puhvritele liftišahti süvendis.

Lift ei hakka tööle enne kui kõik šahti- ja kabiiniuksed on korralikult suletud. Nüüdisliftide uksed sulguvad automaatselt.

Lifti liikumiskiirus elumajades on tavaliselt 1 m/s. Kiirust piiravad kaks asjaolu:

1) kabiini peatumistäpsus ; normid lubavad eluhoonetes liftikabiini põrandal jääda korrusemademe tasemest kuni 5 cm kõrgemale või madalamale; pidurdusmaa on aga võrdeline kiiruse ruuduga

2) inimese kiirendustaluvus ; mugavas tugitoolis istudes talub sõitja reaktiivlennukis umbes ½ raskuskiirendust — 5 m/s²; vertikaalsuunas suruks selline kiirendus püstiseisva inimese põlvili või käpuli, laskumisel tekitaks see peaaegu kaaluta oleku tunde; seepärast ongi lifti kiirendus piiratud väärtusega 2 m/s², pidurdusel kuni 3 m/s²; need väärtused ei sõltu lifti sõidukiirusest.

33

1 — liftišaht 2 — vastukaalu puhver 3 — vastukaalu juhikud 4 — vastukaalu rullikud 5 — vastukaal 6 — rippuv kaabel 7 — kabiini juhikud 8 — püüdur 9 — kabiin 10 — kabiiniuksed 11 — ukseajam 12 — kabiini rullikud 13 — trossid 14 — viimik-trossiratas 15 — pidur 16 — juhtaparatuuri kapp 17 — trossiratas 18 — vints 19 — kiiruspiirik 20 — püüduritross 21 — ülemise asendi piirlüliti 22 — alumise asendi piirlüliti 23 — kabiini puhver 24 — püüduritrossi pingutusseade Joonis 2.1.1. Klassikaline sõidulift [12]

1 — plokiratas 2 — kiiruspiiriku nukk 3 — püüduritross 4 — püüduri hoob 5 — kabiin 6 — kiilukujuline ava 7 — juhik 8 — püüdurirullid Joonis 2.1.2. Püüduri kinemaatiline skeem [12]

34

Joonisel 2.1.3 on kujutatud kiiruse sõltuvus ajast erineva tõstekiirusega sõitmisel kuuendale korrusele.

Joonis 2.1.3. Kuuendale korrusele sõiduks kuluv aeg sõltuvalt lifti nimikiirusest Nähtub, et sõidukiiruse 3,5kordne kasv lühendab sõiduaega vaid kaks korda — sedavõrd mõjutavad suhteliselt sujuv käivitus ja pidurdus. Säärane kiiruse suurendamine muudab aga lifti ehituse, ajami ja juhtimise oluliselt keerukamaks ja kallimaks. Seepärast tavaliselt kuni 9korruselistes kortermajades kasutataksegi lifte kiirusega 1, harvem 1,6 m/s.

Pilvelõhkujate liftide suurimaks kiiruseks on 2005. aastal Taipei 101 hoones 17 m/s. KONE on ehitanud 333 m sügavusega šahti katseseade, et hakata tootma lifte, mille suurim kiirus on 17 m/s.

Kaevandustõstukitest kiireimad on teada Lõuna-Aafrika Vabariigi teemandikaevandustes, kus 4 km sügavusele laskutakse ja sealt tõustakse kiirusega 22 m/s.

Lifti liikumiskiiruse suurendamine võimaldab veidi lihtsustada ajamit: kasutades väiksema pöörlemis-sagedusega mootorit ning suure läbimõõduga trossiratast, saab loobuda reduktorist. Nii suureneb ülekande kasutegur ja väheneb müra. Niisugune luksus läheb aga esialgu piisavalt kalliks: aeglased mootorid on suure läbimõõduga, rasked ja kallid. Näiteks kaalub Tallinna Teletorni lifti tõstemootor, mille võimsus on 35 kW ning nimipöörlemissagedus 102 p/min, 6,4 tonni. Veidi väiksem on ka aeglase mootori kasutegur.

Lifti läbilaskevõimet saab oluliselt suurendada organisatsiooniliste abinõudega.

Lift, nagu kõik tõsteseadmed on kõikjal allutatud tehnilisele järelevalvele. Eestis juhib seda Eesti Tehnilise Järelevalve Amet (ETJA), kelle nõuded on ilmuvad Riigi Teatajas ning on kohustuslikud kõigile täitmiseks. Järgnevalt väljavõte ETJA käsiraamatus esitatud termineist ning mõned inglise- ja venekeelsed vasted põhiliselt OTISe koduleheküljelt ja tehnikasõnastikest (terminite valik on muidugi eri tasandilt vaadatuna sügavalt erinev).

Termineid

Lift (elevator, lift, лифт) — paikne tsükkeltoime-tõsteseade inimeste või lasti tõstmiseks ja langetamiseks kuni 15° kaldega paigalseisvate jäikade juhikute vahel liikuva kabiini või tõsteplatvormiga

• Hüdrolift (hydraulic elevator)— elektrilise hüdroajamiga lift • Elektriline lift — elektriajamiga lift • Kiirlift (скоростной лифт, быстроходный лифт)— lift, mille nimikiirus ületab 1,5 m/s • Kaubalift (material lift, грузовой лифт) — lasti tõstmiseks ja langetamiseks ette nähtud lift • Sõidulift — (пассажирский лифт) inimeste tõstmiseks ja langetamiseks ette nähtud lift • Haiglalift — (больничный лифт) lift, mis on ette nähtud haigete (sh. kande- või veovahendil

lamavad haiged) tõstmiseks ja langetamiseks koos nende saatjaga • Väikekaubalift — (шкафной лифт) ainult lasti tõstmiseks ja langetamiseks ette nähtud lift

tõstevõimega kuni 250 kg, mille kabiini mõõtmed piiravad inimeste pääsemist kabiini • Trotuaarlift — (тротуарный лифт) lasti tõstmiseks ja langetamiseks ette nähtud lift, mille

tõsteplatvorm väljub šahtist šahti ülaosas paikneva luugi kaudu.

35

Lifti põhiparameetrid — lifti tõstevõime ja nimikiirus.

• Tõstevõime — (грузоподъёмность) lasti suurim mass, mille teisaldamiseks lift on arvutatud • Nimikiirus (rated speed. номинальная скорость) — kabiini liikumiskiirus, millega liikumiseks lift on

projekteeritud ja millele vastavalt ta on arvutatud

Liftišaht (shaft, шахта) — rajatis, milles liiguvad kabiin ja vastukaal. Šahti süvis — (приямок) kabiini alumise peatustasandi ja šahti põhja vahele jääv šahtiosa. Kabiin (car, elevator, кабина) — tõstevahend, milles teisaldatakse inimesi või lasti. Vastukaal (counterweight, противовес) Kabiini (vastukaalu) liugurid (ролики кабины (противовеса)) — kabiini (vastukaalu) elemendid,

mis fikseerivad kabiini (vastukaalu) asendi juhikute vahel.

Kabiini (vastukaalu) juhikud (guide rails, направляющие кабины (противовеса)) — kabiini (vastukaalu) asendit fikseerivad ja liikumist suunavad lifti elemendid.

Puhver (buffer, буфер) — seadis alumisest tööasendist allapoole liikunud kabiini (vastukaalu) peatamiseks ning peatumisel tekkinud löögi amortiseerimiseks.

Automaatuksed (doors, автоматические двери) — ajami abil avanevad ja sulguvad kabiini- ja šahti pealeminekuava uksed.

Šahtiuste automaatlukk (door lock) — seadis šahti uste sulgemiseks ja avamiseks kabiini elementide toimel.

Vints (подъёмная лебёдка) — painduva tõmbeelemendiga tõstemasin liftikabiini teisaldamiseks; koosneb elektrimootorist, pöördemomendi ülekandemehhanismist ning paindeelemendis tõmbejõudu tekitavast hõõrdrattast või trumlist.

• Trummelvints (барабанная лебёдка) — vints, kus tõmbejõu tekitab trummel sellele keritavas kanduris.

• Hõõrdveorattaga vints — (лебёдка с канатоведущим шкивом) vints, kus tõmbejõu tekitab kandetrosside ja veoratta vaheline hõõre.

Pidur (brake, тормоз) — mehhanism, mis peatab lifti ajami ja hoiab kabiini paigal ajamimootori voolu katkemisel.

Kandurid (канаты) — trossid või ketid, mille küljes kabiin ja vastukaal ripuvad.

Püüdur (governor, catcher, fisher, ловитель) — pidurdusseadis langeva kabiini (vastukaalu) peatamiseks ja juhikutel paigalhoidmiseks, kui kabiini (vastukaalu) kiirus kasvab üle lubatava.

• Jäik püüdur — püüdur, mille kinemaatikaskeemis puudub elastne element • Libisev püüdur — püüdur kinemaatikaskeemis oleva elastse elemendiga (vedru), mille

deformatsioonist sõltub pidurdavale elemendile (kiil, klots) mõjuva jõu suurus.

Kiiruspiirik (overspeed governor switch, ограничитель скорости) — seadis, mis liikumiskiiruse suurenemisel kindla väärtuseni rakendab tööle allaliikuva kabiini (vastukaalu) püüduri, et kabiin (vastukaal) peatada.

Masinaruum (machine room, машинное помещение) — lukustatav eriruum, milles asuvad vaid lifti juurde kuuluvad seadmed.

36

2.2 Liftiajamile esitatavad põhinõuded

2.2.1 Mootori vajalik võimsus

Kraanavintsiga võrreldes on lifti vints teistsugune: piisavalt raske kabiini tasakaalustamiseks kasutatakse vastukaalu. (Kaevandustõstukil, kui tõstmine toimub kahe nivoo vahel, kasutatakse tavaliselt kahte ühesugust tõstealust — skippi, mis teineteist tasakaalustavad.)

Niisiis on tõstetrosside ühes otsas kinnitatud kabiin, teises — vastukaal. Trossid enamasti polegi mujale kinnitatud, nad saavad liikumiseks vajaliku jõu sooneliselt trossirattalt, kus nad püsivad hõõrdejõuga. Vastukaalu kaal on tavaliselt arvestatud tasakaalustama lisaks tühja kabiini kaalule ka osa tõstetavast lastist, enamasti umbes poolt nimilastist Gn :

G G Gv n= +0 α (1)

kus G m gv v= — vastukaalu kaal

G m g0 0= — kabiini kaal

G m gn n= — tõstetava nimilasti kaal

α — tasakaalustustegur, tavaliselt vahemikus 0,4 ... 0,6

Analüüsime peaajami koormust juhul kui ajami kinemaatiline skeem on niisugune, nagu kujutatud joonisel 2.2.1. Resulteeriv jõud trossirattal tekib trossiotste tõmbejõudude vahena:

F F F= +1 2 ,

kus

F G G qx F

F G q H x Fh

v h

1 0

2

= + + ± ′

= + − ′′

,

( ) m

Siin on

′Fh hõõrdejõud kabiini juhikutega,

′′Fh hõõrdejõud vastukaalu juhikutega,

q — trossi(de) jooksva meetri kaal.

Joonis 2.2.1. Kinemaatiline skeem [11]

Arvesse võttes (1) võib mõjuva jõu avaldise kirjutada kujul

F G G q x H F Fn h h= − + − ± ′+ ′′α ( ) ( )2 ,

kus + vastab kabiini tõusule ja – laskumisele.

Kui esitada jõud nii, nagu me seda kraana puhul tegime — lastist põhjustatud aktiivjõuna Fl ja hõõrde-

jõuna Fh , mis moodustavad vastavalt aktiivmomendi Tl ja hõõrdemomendi Th , on staatiline koormus-moment

( )[ ]T T T

G q x H G D

iTs l h

n

redh= + =

+ − −+

2

2

α.

Mis siit nähtub?

Esmalt see, et koormusmoment sõltub kabiini koormusest ja tasakaalustustegurist α.

Teiseks see, et suurel tõstekõrgusel H sõltub moment kabiini kõrgusest (tegelikult trossi(de) kaalust), täpsemini: moment muutub funktsioonina läbitud teest. Hoone väikese kõrguse korral q x H( )2 0− ≈ .

Täiskabiini tõstmisel ja tühja kabiini tõstmisel on siis koormusmoment vastavalt

37

T T TG D

i

T T TG D

i

l hn

red n

l hn

redn

1

0

1

2

2

= + =−

= − + = −

( )α

η

αη

ning langetusel

nred

nhl

nred

nhl

i

DGTTT

i

DGTTT

η

α

ηα

2

2

)1(

0

1

−=−−=

−=−=′

Kui tõstetakse täislasti ja langetatakse tühja kabiini ning eeldada, et ajad on võrdsed, siis

( )T

T T G D

isn

red=

+=

− +12

02 2 2

2 2

1

2ηα α

. (2)

Joon. 2.2.2. Tõstemootori koormustsükkel erineva tasakaalustusteguri korral [11]: 1) α = 0, 2) α = 0,5

Siit võib avaldada optimaalse tasakaalustusteguri α α= opt võrrutades ruutjuuremärgi all oleva avaldise

tuletise nulliga

( )d

dαα α1 2 2 02− + = .

Koormusmoment

T Ts s= minkui α α= =opt 0 5, .

Joonisel 2.2.2 on tõstemootori koormustsükli graafik juhul kui α = 0 (punktiirjoonega 1) ja juhul kui α = 0,5 (täisjoonega 2). Valemist (2) järeldub, et tasakaalustamata ajami (α = 0) korral on vajalik

staatiline moment 2 korda suurem kui optimaalse tasakaalustusteguri (α = 0,5) korral.

Optimaalne tasakaalustus sõltub tegelikust koormustsüklist ja hõõrdekadudest. Seetõttu võetaksegi projekteerimisel α = 0,4 ... 0,6.

Kõrgete hoonete puhul mõjustab momenti tõstetrossi(de) omakaal. Trossi(de) osatähtsus koormuses sõltub kabiini asukohast (all, keskel, üleval) ning põhimõtteliselt mõjutab koormusgraafikut joon. 2.2.2 nii nagu kujutatud joonega 3. Niisugune tasakaalustamatus nõuab mootori võimuse suurendamist. Selle

Joonis 2.2.3. Liftiajami koormusemuutuse piirid optimaalse tasakaalustuse korral [11]

vältimiseks on tavaks kasutusele võtta tasakaalustustrossid (vt. joonisel 2.2.1), mille kaal ja pikkus on tõstetrossidega ühesugune. Nii välistatakse kabiini asukoha mõju koormus-momendile.

Joonisel 2.2.3 on kujutatud lifti peaajami võimalik koormusmuutus juhul kui α ≈ 0,5.

Dünaamiline koormusmoment moodustub kogu liikuva massi inertsijõududest:

J J J m m m mv

rootor pöörlev v l trossΣ = + + + + +( )0

2

2ω

Kuivõrd mootori võimsuse määrab trossiotste koormuste vahe, inertsimoment on aga võrdeline kogu liikuva massiga, siis tavaliselt on liftiajami summaarne inertsimoment rootori inertsi-momendist 2 ... 5 korda suurem.

38

2.2.2 Täpne peatumine korrusel

See on tsüklilise toimega ajami üks põhiprobleem. Lihtsamal juhul (aeglase lifti korral) lülitatakse mootor välja ja rakendatakse pidur. Probleem on üldiselt tõsine ning seda mõjutavaid tegureid palju. Püüame seda veidi analüüsida.

Lihtsustuseks eeldame, et mehaaniline pidur rakendub samaaegselt mootori väljalülitamisega ja et pidurdusjõud tekib hetkeliselt. Nii võib peatumisprotsessi vaadelda kahe-etapilisena (vt. joon. 2.2.4).

Protsess algab täpse peatumise andurist. Seni kuni aparaadid pole rakendunud liigub lift veel teepikkuse s' võrra edasi oma esialgse kiirusega ′ = ⋅s v ta , kus v on lifti

liikumiskiirus ja ta aparaatide rakendumise koguaeg.

Alles seejärel lülitatakse mootor välja ning pidur rakendub. Pidurdavad jõud viivad liikuvate masside kineetilise energia nulliks. Sel ajal liigub lift veel teepikkuse s''. Seda kirjeldab võrrand

m vF F sp s

Σ2

2= + ′′( ) .

Siin m JΣ Σ=12ρ

on kulgliikumisele taandatud liikuv mass,

Joon. 2.2.4. Täpse peatumise skeem

JΣ — võllile taandatud kogu inertsimoment, ρω

=v

— taandamisraadius, F Fp s+ — pidurdusmomendist

Tp ja staatilisest koormusmomendist Ts tekkiv summaarne pidurdav jõud.

Kuivõrd F F

map s+

= ,siis peatumistee teise etapi pikkus on ′′ =sv

a

2

2 ning peatumistee kogupikkus

s s s vtv

aa= ′ + ′′ = +2

2.

Siit nähtub, et suurim mõjur on kiirus: peatumistee teise osa pikkus ′′s on võrdeline kiiruse ruuduga. Analüüsiks avaldame vaadeldavad suurused keskväärtuse ja võimaliku (või lubatava) hälbe kaudu:

s s ss s

ss s

s s s

0

0

2 2= ′ + ′′ =

+=

−

= +

max min max min, ,

.

∆

∆

Analoogiliselt v v v a a a= + = +0 0∆ ∆, jne. Nüüd

s v tv

as sa0 0 0

02

0 02≈ + ≈ ′ + ′′

ja, kui mitte arvestada ∆t/t0, ∆v/v0 ja ∆a/a0 korrutisi, mis alati on oluliselt väiksemad kui 1, saab täpse peatumise kõrvalekalde väärtuseks

∆∆ ∆ ∆ ∆

s sv

v

t

ts

v

v

a

a≈ ′ +

+ ′′ +

0

0 00

0 0

2 .

Nähtub, et hälve on seda suurem, mida pikem on peatumistee ja mida suuremad on kõikide suuruste võimalikud hälbed. Aparaatide keskmine rakendumisaeg ja võimalik kõrvalekalle sellest antakse tootekataloogides. Teadaolevalt on enamiku elektromagnetiliste releede rakendumistäpsus ±15 ... 20 % ehk teisisõnu ∆t t/ ,0 0 15≈ . Selle hälbe vähendamiseks tuleb kasutada võimalikult vähe ja võimalikult suure toimekiirusega aparaate ning võimalikult vähest hulka jadamisi lülitatud aparaate. Aeglustuse keskväärtus, kui F Fp s+ ja mΣ hälvete kõrgemaid järke ja korrutisi mitte arvestada

aF F

m

p s0

0 0

0=

+ning võimalik kõrvalekalle

∆ ∆ ∆ ∆a

a

F F

F F

m

m

p s

p s0 0 0 0≈

+

++ .

39

Peatumistäpsuse suurendamiseks (siinkohal aeglustuse hälbe vähendamiseks) võiks/peaks suurendama aeglustust a0 ja vähendama tema suhtelist hälvet ∆a/a0 . Selleks peaks muutma jõude ja massi. Piirangud kiirenduse osas ega konstruktsioonide kaal pole muudetavad. Massi muudavad paratamatult vaid sõitjad neis piires mida lift võimaldab — tühjast kabiinist täislastini, mis põhjustabki lihtsamate liftide väiksemat peatumistäpsust. Stabiilseim suurus neis valemeis on pidurdav jõud ∆F Fp p/ , ... ,0 0 1 0 2≈ .

Peatumistäpsus suureneks pidurdava jõu suurendamisega. Maksimaalse võimaliku pidurdava jõu määrab aga lubatav aeglustus (3 m/s²): F m a Fp slub lub max= −Σ . Siit nähtub, et pidurdava jõu suurus sõltub summaarsest massist. Massi ei suurendata, sest vaheajalise režiimiga ajamil suurendaks see oluliselt kadusid. Reaalselt ∆a a/ , . . . ,0 0 1 0 5≈ .

Joonis 2.2.5 Kiirusemuutused

Joonisel 2.2.5 on kujutatud liikumiskiiruse mõju peatumis-täpsusele. Eeldatakse, et mootori kiirus peatumisel on määratud mehaanilise tunnusjoone ja staatilise koormusega. Koormus-momendi võimalik muutus on esitatud joon. 2.2.3. Mehaanilise tunnusjoone jäikusest tingituna võib kiirus erineda keskväärtu-sest ∆v' võrra ning pingemuutuse ja mootorimähiste takistuse muutumise tõttu tuleb arvestada veel teist komponenti ∆v''. Võimalik kiirusemuutus ∆ ∆ ∆v v v= ′ + ′′ . Peatumistäpsus on seda suurem, mida jäigem on karakteristik ja mida stabiilsem toitepinge. Projekteerimisel tuleb arvestada võimaliku 20 ... 50 % kiirusehälbega (∆v v/ , . . . ,0 0 2 0 5= ).

Suletud süsteemides astaatilise reguleerimisega on ∆v v/ 0 0= .

Klassikalisel täpse peatumise tagamisel ongi peatumiskiiruse v0 valik ainus peatumistäpsuse tagamise võimalus.

Paljude maade standardid nõuavad sõiduliftide peatumistäpsuseks 35 ... 50 mm, haiglaliftidel 10 ... 20 mm, kaubaliftidel 5 ... 10 mm. Kaevandustõstukitel on see tavaliselt sõltuv šahti sügavusest ning lastikandja tüübist ja fikseerimisviisist.

2.2.3 Siirdeprotsesside minimaalne kestus piiratud kiirenduse ja tõuke juures

Joon. 2.2.6. Lihtlifti optimaalsed siirdeprotsessid

Tsüklilise talitlusega seadmete jõudlus sõltub oluliselt siirdeprotsesside ajast, siirdeprotsesside kiirust piirab kiirenduspiirang (2 m/s²). Lifti jõudluse (läbilaske-võime, I inimest tunnis) määrab ligikaudselt seos

IQ

H v t=

+3600

2

γ/ Σ

,

kus γ on kabiini täitetegur, Q — kabiini mahutavus, Σt — summaarne aeg igal peatusel aeglustamiseks, uste avamiseks, sõitjate vahetuseks, käskude vastu-võtmiseks, uste sulgemiseks ja kiirendamiseks. Protsessi sujuvuse tagab tõuke ρ piiramine. Tõuge

ρ = =da dt d v dt/ /2 2 limiteerib kiirenduse kiiruse, et tagada inimese hea enesetunne.

Lihtlifti optimaalne tahhogramm on esitatud joonisel 2.2.6. Lubatav tõuge 3 ... 10 m/s³ piirab käivitusprotsessi kuni saavutatakse kiirendus ~2 m/s². See kiirendus võib kesta kuni jõutakse nimikiiruse lähedale või kuni tuleb alustada aeglustust peatumiseks. Kiirenduse vähendamist piirab jällegi tõuke lubatud väärtus, nüüd vastassuunas. Pidurdamisel on kõik analoogne kuid vastasmärgiga. Joonisel 2.2.6 kujutatud tahhogramm kuulub kahekiiruselise asünkroonmootoriga ajamile, mis enne peatumist viiakse üle peatumiskiirusele, mis lihtlifti nõuetekohase täpsusega peatamiseks ei saa olla üle 0,36 m/s.

Parimad tulemused annab ajami täiustamine. Kiirliftil on läbi aegade kasutatud leonardajamit, viimased 10 aastat ehitatakse enamasti sagedusjuhtimisega ajameid. Mõlemil juhul tagatakse parimad siirdeprotsessid ja mõnemillimeetriline peatumistäpsus.

40

2.3 Lifti ajam ja juhtimine

2.3.1 Lifti jõudluse suurendamine

Lifti jõudluse (läbilaskevõime) ligikaudseks määramiseks on pakutud seost

IE

H v t=

+

3600

2

γ

/ Σ,

kus γ on kabiini täitetegur, E — kabiini mahutavus, Σ t — summaarne aeg igal peatusel aeglustamiseks, uste avamiseks, sõitjate vahetuseks, käskude vastuvõtmiseks, uste sulgemiseks ja kiirendamiseks.

Esmapilgul tundub, et läbilaskevõime suurendamiseks on vaja suurendada kabiini mahutavust. Sellega koos suureneb aga tõenäoline peatuste arv (vt. joonis 2.3.1) ning läbilaskevõime suureneb vähe. Olulisem on lifti juhtimise parandamine.

Joonis 2.3.1. Tõenäoline lifti peatuste arv [12]

E — kabiini mahutavus, in.

Püstteljel — tõenäoline peatuste arv N

Rõhtteljel — korruste arv

Organisatsioonilised abinõud . Olemasoleva lifti korral võib vähendada peatuste arvu. Näiteks teha lifti peatused igal teisel korrusel. Nii väheneb tõenäoline peatuste arv praktiliselt kaks korda.

Vanematel liftidel on kabiin töös järjestikusel põhimõttel – see on ühe sõitja või sõitjagrupi käsutuses ja võib sõita pooltühjalt kuni väljub viimane sõitja. Alles siis on võimalik kabiin ette kutsuda.

Korjava süsteemiga täidetakse kabiini liikumisel korruste järjekorras kõik kabiini liikumissuunaga kokkulangevad registreeritud kutsed. Selleks on igal korrusel kaks kutsenuppu – sõiduks üles ja sõiduks alla. Praktika näitab, et sõitasoovijad vajutavad mõlemale nupule. Siis peatuvad korrusel ka vajalikule vastassuunas sõitvad kabiinid ning läbilaskevõime hoopis väheneb. Korjav süsteem võib olla ühesuunaline (elumajades alla) või kahesuunaline.

Liftigrupp . Läbilaskevõime suureneb liftigrupi moodustamisega, kus grupis töötab mitu lifti ühise juhtimissüsteemiga. Veel parem lahendus on ekspresstsoonide loomine. Näiteks üks 52-korruseline administratiivhoone Tokios. Hoones on 7 liftigruppi, igas neli lifti. Kiireima (9 m/s) grupi liftid peatuvad ainult 1., 5., 48 ... 52. korrusel. Teine grupp teenindab 1., 5., 42 ... 48. korrust, jne. Hoone on jagatud seitsmeks tsooniks. Alumisi tsoone teenindavate liftide sõidukiirus on väiksem. Nii saab praktiliselt mistahes korrusele enam-vähem sama ajaga. Veel on kolm lifti 3 m/s, mis peatuvad kõigil korrustel.

Tänapäeval seatakse liftide tellimisel esikohale maksimaalne tõenäoline ooteaeg. Paremad firmad pakuvad lahenduse eeldusega, et ükski sõitja ei peaks ootama üle 40...50 sekundi.

Madalamate kõrghoonete ja lihtsamate süsteemide korral on kasutusel hoone tsoneerimine. Juhtimis-algoritm on koostatud selliselt, et ta võtab arvesse eeldatavat situatsiooni (büroohoonetes hommikul üles, õhtul alla, elumajades vastupidi). Kui grupis on neli lifti võib näiteks jagada hoone kolmeks tsooniks ning püüda hoida igas tsoonis kutset ootamas ühte kabiini ning saata alati üks alla, põhikorrusele.

Niisugune lahendus ei suuda enamasti tagada 50 s ooteajast kinnipidamist allasõidul. Seepärast ehitati täiuslikumad süsteemid selliselt, et allasõiduks on hoone jagatud tsoonidesse kutseprioriteedi järgi. Esmajärjekorras täidetakse põhikorruse kutse, siis kõige kõrgemate korruste oma, järgmisena kutse keskmistele korrustele jne. Pikkade ooteaegade vältimiseks registreeritakse iga kutse andmisest kulunud aeg. Kui see ületab teatud piiri, antakse sellele korrusele eelisjärjekord.

Edasine täiustamine on ilma kompuutrita juba praktiliselt võimatu.

41

2.3.2 Lifti juhtskeemi koostamisest

Lifti juhtimiseks on vaja

• määrata kabiini asukoht šahtis

• valida liikumissuund

• käivitada ja kiirendada (a < 2 m/s²)

• pidurdada ja täpselt peatuda

• avada ja sulgeda uksed

• omada kõik vajalikud blokeeringud ja kaitseahelad.

Skeem üldjuhul koostatakse sõlmedest või moodulitest, mis täidavad neid funktsioone. Skeemi keerukus sõltub peatumistäpsusele, kiirusele, kiirendusele jne. esitatavatest nõuetest.

2.3.3 Suunavalik

Joonisel 2.3.2 on esitatud lihtsa suunavalikuskeemi osa [11]. Skeemiosal on k-ndal korrusemademel asuv kutsenupp Kutse k, kabiinis asuv k-nda korruse käsunupp Käsk k, korrusereleed KL, korruselülitid SL, allasuunakontaktor KB1 ja ülessuunakontaktor KB2 ning liikuva kabiinipõranda kontaktid BP1 ja BP2. Kabiin seisab i-ndal korrusel, suunakontaktorid on välja lülitatud.

Pärast vajutamist k-nda korruse kutsenupule Kutse k või käsunupule Käsk k saab toite k-nda korruse korruserelee KL k ning annab toite suunasiinile üles (kui k-s korrus on i-ndast kõrgemal) või suunasiinile alla (kui k-s korrus on i-ndast madalamal).

Nupud Kutse k või Käsk k sillatakse korruserelee KL k ja suunakontaktori (kas siis KB1 või KB2) kontaktiga. See jätab suunakontaktori mähise toidetuks pärast juhtnupu vabastamist.

Kui kabiinis on sõitja, siis põrandakontakt BP1 katkestab kutsenuppude ahela ning BP2 ühendab käsunuppude ahela.

BP1, BP2 Põrandakontaktid KB1 Allasuuna kontaktor KB2 Ülessuuna kontaktor Kutse k k-nda korruse kutsenupp Käsk k k-nda korruse käsunupp KLi-1...KLk Korrusereleed SLi-1...SLk Korruselülitid

Joonis 2.3.2 Suunavaliku skeemi tööpõhimõtte selgitamiseks

2.3.4 Elementaarne lifti juhtskeem Lifti juhib inimene, kes ei oma selleks mingit ettevalmistust. Seepärast peavad juhtimisoperatsioonid olema ülilihtsad ning tagama suure töökindluse.

Joonisel 2.3.2 on neljakorruselise hoone lifti juhtskeem [3]. Siin on ajamimootoriks faasirootoriga asünk-roonmootor M, mida juhitakse reversiivse kontaktoriga alla (KB1) või üles (KB2). Mootoriga koos saab toite pidurimagnet YB, mis vabastab piduritrumli. Kiirendus tagatakse sõltumatu viitega töötavate kiirenduskontaktoritega KV1...KV3, mille kontaktidega lühistatakse käivitustakistid R1...R3.

Lifti juhtimiseks on korrusemademetel kutsenupud Kutse1...Kutse4, kus number tähistab vastavat korrust, ning kabiinis käsunupud Käsk1...Käsk4.

42

Esimene probleem on liikumissuuna valik . Selleks on korrustel korruselülitid SL1...SL4, mille kontakti asend sõltub sellest, kas kabiin on korrusest allpool või ülalpool. Kui näiteks kabiin on kolmandal korrusel, on korruselüliti kontakt keskmises asendis (vt. joonisel). Kõigi allpool olevate korruselülitite kontaktid on ülemises asendis ning ühendatud allasuuna kontaktori KB1 pooliga järjestikku, ülalpool oleva(te) korruselüliti(te) kontakt(id) on alumises asendis ning valmistavad analoogselt ette ülessuuna kontaktori KB2 sisselülitamise.

Vaatleme skeemi tööd. Lähteasendiks on kolmas korrus, kus sõitja siseneb kabiini, et sõita alla. Ta vajutab esimese korruse nupule Käsk1. Skeemi rakendumiseks peavad olema täidetud kõik vajalikud blokeeringud: kabiini uks kinni (SQ kontakt suletud), samuti kõik šahtiuksed kinni (SQ1...SQ4 kontaktid suletud), trossid pingul (kontakt Trossid suletud), püüdur pole rakendunud (kontakt Püüdur suletud), kabiin pole ülalpool ülemist piirasendit (SF kontakt suletud) ja keegi ei vajuta ühelegi stoppnupule Stopp. Nupule Käsk1 vajutamise järel saab toite esimese korruse korruserelee KL1 (sulgub ahel Q1 – KV3 – Käsk1 – releemähis KL1 – eespool loetletud blokeerkontaktid – Q1). Käsunupu ja korruserelee vahelisest punktist edasi saab rakenduva korruserelee KL1 kahe järjestikku ühendatud kontakti ning korruselüliti SL1 kontakti kaudu toite allasuunakontaktori KB1 mähis (edasi jätkub ahel läbi samade blokeerkontaktide). Nupu võib vabastada kui kontaktor on rakendunud, sest alles siis sildab kontaktori KH kontakt käsu- ja kutsenuppude ahela ning tagab kontaktorimähise toite.

Joonis 2.3.3. Elementaarne sõidulifti juhtskeem neljakorruselise hoone jaoks

Allasuunakontaktor KB1 lülitab sisse mootori koos kogu käivitusreostaadiga rootoriahelas. Viitega töötav KB1 kontakt lülitab sisse kiirenduskontaktori KV1, mis lühistab esimese käivitusastme jne., kuni KV3 lühistab kogu rootoriahela ning abikontaktiga KV3 katkestab nupuahelate toite. Kabiin liigub alla esimesele korrusele, kus lülitab korruselüliti SL1 ümber neutraalasendisse ning seega lahutab võrgust allasuunakontaktori KB1 mähise. See lülitab välja mootori ja pidurimagneti ning oma abikontaktiga korrusereleede ahelad. Vedru jõul töötav pidur rakendub. Kabiin peatub korrusel piisava täpsusega.

Kutsenuppudest juhtimine toimub samade ahelate kaudu. Kui kutsuda lift esimesele korrusele kutsenupule Kutse1 vajutamisel, ei pruugi kabiiniuksed olla kinni (kontakt SQ on avatud): blokeerahelad jäävad korrusereleede mähistega järjestikku läbi uksekontaktiga SQ rööbiti oleva suletud põrandakontakti BP2. Kogu skeem toimib edasi just niisama kui käsunupuga juhtimisel.

43

2.3.5 Nüüdisaegne lifti juhtskeem

Tänapäeva lifte juhib kompuuter. Joonisel 2.3.4 on esitatud plokkskeem, kus ühe lifti juhtskeem on esitatud osana viieliftilise grupi juhtskeemist.

Joonis 2.3.4 Traffic Master 516 juhtseadme plokkskeem

2.3.6 Lifti elektriosale esitatavad juriidiliselt k ohustuslikud tehnilised nõuded

Eesti Tehnilise Järelevalve Amet, nagu analoogsed ametid teisteski riikides, esitab ohutuse tagamiseks lifti elektriseadmete kohta järgmised nõuded [5]:

2.2.18 Elektrisüsteem, juhtimine, signalisatsioon, valgustus

2.2.18.1 Lifti elektriaparatuuri ehitus ja paigaldus peab vastama elektriseadmete ehitamise ja kasutamise eeskirjadele.

2.2.18.2 Elektritoide peab olema viidud lifti masinaruumi sisestusvinnaklüliti kaudu, millega saab välja lülitada elektriajami, juhtimisahela, signalisatsiooni ja kabiini valgustuse.

2.2.18.3 Sisestusvinnaklüliti peab olema paigaldatud masinaruumi sissepääsu lähedale. Kui ühte masinaruumi on paigaldatud mitme lifti ajamid, peab iga lifti ajamil olema omaette vinnaklüliti.

2.2.18.4 Lifti võib juhtida ainult selleotstarbelise juhtimisaparaadiga. 2.2.18.5 Juhtimisaparaadil peab olema lifti seiskamiseks stoppnupp. 2.2.18.6 Olenevalt juhtimisaparaadi asukohast võib lift olla:

a) seestjuhtimisega, mil juhtimisaparaat asub kabiinis; b) väljastjuhtimisega, mil juhtimisaparaat asub mademel väljaspool kabiini; c) segajuhtimisega, kui juhtimisaparaadid asuvad nii kabiinis kui ka väljaspool seda.

Ümberlülitamine seestjuhtimiselt väljastjuhtimisele ja vastupidi võib toimuda järgmiselt: a) kabiini liikuva põranda või mõne muu seadise abil, millega kontrollitakse inimeste või raskuse

olemasolu kabiinis; b) kabiini paigaldatud käsiümberlülitiga; c) ajareleega.

2.2.18.7 Sõidu- ja kauba-sõiduliftid peavad olema seest- või segajuhtimisega. 2.2.18.8 Haiglaliftid ja saatjaga kaubaliftid peavad olema seestjuhtimisega. Kaubaliftidel võib kasutada

ka segajuhtimist. 2.2.18.9 Lifti juhtimissüsteem, välja arvatud korjava süsteemiga liftil peab olema ehitatud nii, et kuni

varem antud käsu täitmiseni on välistatud uue käsu täitmine (välja arvarud käsk stopp). 2.2.18.10 Seest- ja segajuhtimisega liftil peab kabiinis olema väljakutsenupp hoolduspersonali

väljakutsumiseks rikke korral. 2.2.18.11 Liftikabiinis, tiheda piirdega šahtis, masinaruumis, šahtiuste esistel mademetel, samuti ka

masinaruumi, ülemiste plokkide ruumi ja šahti süvisesse viivas läbikäigus peab olema elektrivalgustus.

2.2.18.12 Kabiini valgustus ei tohi kustuda lifti jõu- või juhtimisahela automaatlüliti väljalülitamisel. Kabiini põhivalgustus peab olema sisse lülitatud avatud šahtiuste puhul ja siis, kui kabiinis on inimesed.

2.2.18.13 Kabiini ja šahti valgustuslüliti peab asuma masinaruumis.

44

2.4 Klassikalise lifti juhtaparaate ja -lülitusi

2.4.1 Asendiandurid

Lifti juhtimise üheks olulisemaks infoallikaks on asendiandurid.

Lihtsaimaks neist on korruselüliti — eriline lifti juhtimiseks mõeldud kolmepositsiooniline ümberlüliti. Nagu nimi vihjab, on niisugune aparaat vajalik igal korrusel. Joonisel 2.4.1 on skemaatiliselt kujutatud mehaaniline korruselüliti töö kui lift sõidab alt üles [11].

Joonis 2.4.1. Korruselüliti kabiini asendi määramiseks: kas kabiin on korrusest madalamal (vasakul), korrusel (keskel) või korrusest kõrgemal (paremal)

Korruselüliti hoova asendit muudab möödasõidul liftikabiini küljele kinnitatud lekaal (nimetatakse ka saan). Joonise kohaselt on korruselüliti hoob parempoolses asendis kui lift on korrusest madalamal (joonisel vasakul). Kuigipalju enne kabiini jõudmist korrusele satub korruselüliti hoova otsas olev rull lekaali vahele. Lekaali kõverus viib korruselüliti hoova keskasendisse, kontaktid lülituvad ümber neutraalasendisse (joonisel keskel). Korrusest möödudes viib lekaali kõverus korruselüliti hoova vasakpoolsesse asendisse (joonisel paremal).

Kõikide kabiinist allpool olevate korruselülitite kontaktide asend on ühesugune.

Lekaali sirge osa pikkus l peab olema kahekordne peatumisteekonna s pikkus, et kabiin saaks korrusel vajaliku täpsusega peatuda. Allasõidul toimub kõik vastupidises järjekorras.

Korruselüliti on lihtne, kuid mitte eriti töökindel. Ta põhjustab müra. Tema tööiga pole eriti suur ja lifti kiiruse suurenedes väheneb järsult. Enamasti neid ei kasutata kui lifti kiirus on üle 1 m/s.

Lülitusaparaadi töökindluse suurendamiseks on kiirliftide puhul kasutusele võetud kopeeraparaat . See on kompaktne seade, mis paikneb masinaruumis, mis on trossiga ühendatud kabiiniga ning mõõtkavas 1:50 ... 1:100 kopeerib kabiini liikumist šahtis. Seega on liikumiskiirus 50 ... 100 korda väiksem tegelikust, seade kulub vähe ning töötab praktiliselt müratult. Lülitus teostatakse nukkkontaktidega, mida lülitab sisse kelk sõltuvalt kabiini kiirusest mitu korrust ette, et vajadusel just sellel korrusel täpselt peatuda või (korjava süsteemi puhul) välistada kabiini peatamist, juhul kui see on peatumist nõudva sõitja korrusel lähemal kui normaalseks aeglustuseks vaja. Kiirendusel määratakse kiiruse lõppväärtus kelgu kontaktidega sõltuvalt sellest, kas on vaja peatuda järgmisel, ülejärgmisel jne. korrusel. Selleks on kontaktide vahele ühendatud dioodid, mille pingelang summeerub võrdeliselt vajaliku korruste arvuga ning annab ette lõppkiiruse.

Mõõtkava vähendamine vähendab juhtimistäpsust ning seepärast on vaja täpse peatumise tagamiseks täiendavaid seadmeid.

Intensiivselt töötava kiirlifti asendianduriteks kasutatakse induktiivandureid. Need paiknevad korrusest madalamal ja kõrgemal, neid kasutatakse ka täpse peatumise juhtimiseks. Induktiivandur kujutab endast lehtterasest U-kujulisele (avatud) magnetahelale mähitud pooli, millega järjestikku on koormus, kas releemähis või loogikaelemendi sobitustakisti. Kabiini möödasõidul magnetahel šunteeritakse (suletakse) ilma mehaanilise puuteta (vt. joonis 2.4.2). Avatud magnetahela korral on anduri induktiivtakistus väike ning praktiliselt kogu toitepinge langeb koormusele. Suletud magnetahela puhul kasvab pooli induktiivtakistus järsult ning koormusele langev pinge on nullilähedane.

45

Joonis 2.4.2 Induktiivandur ja selle ühendusskeem

2.4.2 Induktiivanduritega selektor

Induktiivanduritega selektor võib töötada nii relee- kui ka kontaktivabas elektronjuhtskeemis. Tööpõhimõte sellest ei muutu. Selgituseks on allpool joonisel 2.4.3 vastav diagramm. Induktiivandurite LL1, LL2, LL3 ... (mille number vastab korrusenumbrile) väljundis on signaal L1', L2', L3' ... See signaal on 0 kui kabiin on anduri tööpiirkonnas (magnetahel on suletud) ja 1 kui kabiin on eemal (magnetahel on avatud). Pärast signaali inversiooni on kabiini anduri tööpiirkonnas olles signaal 1, eemal olles aga 0. Nii antaksegi kabiini liikumisel järjest selektoriimpulsid L1, L2, L3 ..., mis joonisel 2.4.3 on püstviirutusega.

Joonis 2.4.3. Induktiivanduritega selektori tööpõhimõtte selgitamiseks

Selektoriimpulsside kestust pikendatakse nii, et sõitjal oleks võimalik jälgida kabiini liikumist korruse täpsusega (signaalid KL1, KL2, KL3 ...). Seejuures säilitatakse eelmise korruse signaal: kui kabiin on teise ja kolmanda korruse vahel, siis on ülessõidul signaal KL2 ja kõikidel tabloodel põleb number 2, allasõidul aga on signaal KL3 ja tabloodel põleb number 3. Niisugust signaali pikendamist kirjeldab releeskeem joonis 2.4.4.

Kui kabiin on esimesel korrusel, on selektori impulsirelee KHL1 praktiliselt pingestamata ning tema suletud kontakti kaudu (vt. keskmise skeemi alumisi ridu) saab toite selektorirelee KL1 ning kõikidel tabloodel põlevad lambid HL1, mis näitab, et kabiin on esimesel korrusel või teel üles kuni teise korruseni. Kõikide teiste korruste impulsireleed KHL2 ... KHLn on pingestamata ning nende kontaktid skeemil selektorireleede KL2 ... KLn mähistest paremal on suletud, valmistamaks ette releed KL2 ... KLn sisselülitamise kabiini jõudmisel sellele korrusele. Selleks peab ennistuma impulsirelee KHL2 ... KHLn kontakt mähisest skeemil vasakul, mis toimub siis, kui kabiin jõuab sellele korrusele. Kuni selleni jääb toidetuks eelmise korruse selektorirelee, vaatluse algul siis KL1 oma blokeerkontakti KL1 ja järgmise

46

korruse impulsirelee KHL2 seni veel suletud kontakti kaudu (keskmise skeemi alumine rida). Kabiini jõudmisel teisele korrusele induktiivandur LL2 teeb impulsirelee KHL2 mähise pingevabaks, KHL2 kontakt alumises reas avaneb ning katkestab relee KL1 toiteahela, kontakt alt neljandas reas sulgub ning lülitab sisse KL2 mähise, see omakorda oma kontaktiga KL2 (parempoolsel skeemil) aga kõik lambid HL2 ning kontaktiga keskmise skeemi alt kolmandal real tagab enda toite kuni kabiini jõudmiseni kolmandale korrusele mil sellega järjestikku ühendatud KHL3 kontakt katkestab KL2 mähise toite ning KHL3 kontakt alt kuuendal real lülitab sisse relee KL3 jne. kuni korruseni kuhu lift sel korral sõidab.

Joonis 2.4.4. Impulsireleede (a), selektorireleede (b) ja signaallampide (c) ühendusskeem

LL1 ... LLn – induktiivandurid n – korruste arv KHL1 ... KHLn – impulsireleed KL1 ... KLn – selektorireleed HL1 ... HLn – signaallambid tabloo(de)l Allasuunas toimub asi teises järjekorras. Kui lift on kolmandal korrusel (kus eelmine kommentaar lõppes), on KL3 jäänud toitele läbi oma blokeerkontakti KL3 (mähisest rida allpool) ja sellega järjestikku oleva KHL4 kontakti, mis katkestaks toite ülessõidul. Kõik impulsireleed peale KHL3 on pingestamata ning nende kontaktid joonisel märgitud asendile vastupidises asendis. Allasuunas liikudes jääb relee KL3 pingestatuks kuni kabiin jõuab teisele korrusele ning joonisel KL3 mähisest paremal pool olev KHL2 kontakt avaneb ning kaks rida allpool olev KHL2 kontakt sulgub lülitades sisse KL2 mähise. Relee jääb omatoitele läbi mähisest allpool järgmisel real olevate kontaktide kuni kabiin pole jõudnud esimesele korrusele ning analoogselt eelpoolkirjeldatule põlevad seni kõik lambid KL2.

2.4.3 Elektronselektorid

Kontaktivabades skeemides toimuvad protsessid analoogselt, kuid algoritm on ette antud Boole'i algebral põhinevate võtetega.

Firmad toodavad palju erinevaid juhtskeeme, mille sisu üldiselt ei avaldata. Väikese ettekujutuse saate ekskursioonil ühte Tallinna kõrghotellidest, kus töötab neljaliftiline grupp, mida juhib arvutiprogramm. Monitoril võib jälgida kabiinide liikumist, kutseid ja käske jooksvas ajas. Vajadusel antakse veateated. Kogu info salvestatakse ning on reprodutseeritav.

Lifti moderniseerimine programmeeritava kontrolleriga üldjuhul ennast ei õigusta, odavam on hankida firmast spetsiaalne liftijuhtimisplokk. Lift on piisavalt massiline nähtus ning seetõttu pole liftijuhtimisplokk enamasti kallim.

47

2.4.4 Täpse peatumise juhtimine

Joonisel 2.4.5 on induktiivandurite paigutus täpse peatumise juhtimiseks ja releeskeemid.

B1L ja B2L – täpse peatumise andurid kabiinil EL – magnetahela šunt liftišahtis (korruseandur) K1B ja K2B – täpse peatumise releed KB1 ja KB2 – suunakontaktorid alla ja üles Joonis 2.4.5. Täpse peatumise andurite paigutus ja peatumist tagavad releeahelad

Täpse peatumise andurite B1L ja B2L väljundsignaalid on nullilähedased ja võrdsed siis kui nende magnetahel on täpse peatumise kohas šunteeritud. Kabiini olles kauguse l võrra allpool on B2L magnetahel avatud ja väljundsignaal maksimaalne, kui kabiin on samavõrra kõrgemal, siis on B1L magnetahel avatud ja väljundsignaal maksimaalne.

Täpse peatumise andurid võivad olla nii releeahelas kui ka diferentsiaalahelas. Releeskeemis on anduritega B1L ja B2L jadamisi ühendatud täpse peatumise releed K1B ja K2B, need omakorda juhivad peatumisel suunakontaktoreid KB1 ja KB2. Kui kabiin on korrusest madalamal, lülitub sisse kontaktor KB ja kabiin liigub peatumiskiirusel asendini, mil pinge B2L kontaktidel väheneb alla relee K2B ennistuspinge. Relee K2B ennistub ning lülitab kontaktori KB2 välja. Rakendub mehaaniline pidur.

Kui aga seejuures kabiin sõidab korrusest mööda, suureneb pinge anduri B1L väljundil ning võib raken-duda relee K1B ning lülitada sisse kontaktori KB1 ning kabiin liigub tagasi allapoole. Seejuures jõuab ta asendisse, mil K1B ja seega ka KB1 kaotavad toite ning täpse peatumise protsess kordub analoogselt eelpoolkirjeldatule. Protsess võib jääda korduma seni kuni peatumiskiirus muutub piisavalt väikeseks ja kabiin peatub enne kui jõuab vastassuunarelee mõjupiirkonda. Seepärast valitakse distants 2lpt võrdne peatumistäpsuse lubatava kõrvalekaldega 2∆slub. Tuleb jälgida, et protsess ei läheks võnkuma. Uurimine [11] näitab, et releedega saavutatav peatumistäpsus pole suurem kui avatud juhtskeemi puhul.

Olukorda võib parandada diferentsiaallülituse kasutuselevõtuga. Skeem ja tunnusjooned on kujutatud joonisel 2.4.6.

Joonis 2.4.6. Täpse peatumise juhtimise diferentsiaallülitus ja tunnusjooned

Väljundsignaal on võrdeline hälbega )(21 sfu ∆=− ,

kus 1u ja 2u on alaldite U1 ja U2 väljundpinged, mis sõltuvad andurite B1L ja B2L induktiivtakistusest.

Kui täpse peatumise ahelate staatiline võimendustegur 21/ −= uTk , siis saab selle valida etteantud

peatumisteekonna 2l juures nii, et 21−u väärtus jääks joonisel 2.4.6 tähistatud maksimaalväärtuste

vahemikku: lubmax,21max, / sUlTk s ∆= − . Arvestada tuleb kindlasti dünaamilist momenti. Vt. [11, lk. 195].

48

2.5 Uued lahendused sajandivahetusel

2.5.1 Üleminek sagedusjuhtimisele

Kiirlifti ajamites kasutati sujuva juhtimise ja siirdeprotsesside parima kujundamise huvides alalisvoolu-ajamit. Kiirused küündisid 11 m/s. Kiirustel alates 3,5 m/s osutus võimalikuks väikese kiirusega mootorite kasutamine ja loobumine reduktorist.

Sagedusmuundurite töökindluse suurendamine üleminekuga jõuelektroonikale lõi juba 90-te aastate alguses võimaluse sagedusmuunduri kasutamiseks ja üleminekuks asünkroonmootorile.

Joonisel 2.5.1 on KONE korporatsiooni IGBT-transistoridel töötava V³F tüüpi (Variable Voltage Variable Frequency) sagedusmuunduri skemaatiline ülevaade.

Joonis 2.5.1. Lifti V³F (Variable Voltage Variable Frequency) tüüpi sagedusmuundur IGBT transitoridel

2.5.2 Üleminek sünkroonmootorile

Liftitross (nagu iga teinegi tross) vajab suure läbimõõduga trumlit. See annab suurepärase võimaluse ühitada tõstetrummel rootoriga, et kasutada suure poolusepaaride arvuga ja seetõttu aeglaselt pöörlevat mootorit. Sagedusmuunduri kasutuselevõtt võimaldas ka sünkroonmootorit, sest seal on võimalik kasutada püsimagneteid ja välistada elektriline kontakt pöörleva osaga.

Nii ongi alates 1997. aastast KONE põhiliseks liftimootoriks püsimagnetergutusega sünkroonmootor EcoDisk (vt. kaanepildil). Magnetid on pöörleval ketasrootoril ja tekitavad konstantse magnetvoo. Kolmefaasiline staatorimähis on analoogne asünkroonmootori omaga. Niisuguse ehitusega väiksemad liftimootorid on loomuliku õhkjahutusega, suurematel on sõltumatu ventilaator. EcoDisk perekonnas on 2006. aastal 8, 10, 12, 15 ja 19 poolusepaariga masinad. Staatorimähist toidetakse sagedusmuundurist. Mootori pöörlemiskiirus ja seega kabiini liikumiskiirus on võrdeline toitesagedusega.

49

EcoDisk on kombinatsioon sagedusmuundurist ja püsimagnetitega sünkroonmootorist, mille rootor on ühtlasi trossirattaks ning välistab vajaduse reduktori järel. On olemas kõik eeldused, et just see ajam asendab kõik teised lifti liikumapanevad jõud. Ta on

• hämmastavalt ökonoomne : tarbib tavaliste liftiajami-tega võrreldes ca poole vähem energiat, seejuures on käivitusvoolu maksimaalväärtus vaid mõnikümmend %

• ülikompaktne : mass on tavaliste liftiajamitega võrreldes oluliselt väiksem, võimaldab toime tulla masinaruumita

• tugev ja töökindel : tal on vaid üks liikuv osa – aeglaselt pöörlev rootor, mis tagab suure töökindluse aasta-kümneteks

• sujuv ja ohutu : ta on ebatavaliselt sujuva ja vaikse talitlusega; täpne peatumine tagab ohutu ja kerge kasutamise ka vanuritele ja puuetega inimestele

• keskkonnasõbralik : vajab vähe energiat ega vaja õli; mis hüdrauliliste liftide juures loob pinnasesaaste- ja tuleohu.

Joonis 2.5.2. Liftimootor EcoDisk

2.5.3 Loobumine masinaruumist

Joonis 2.5.3. KONE MonoSpace lift

Tänu EcoDisk tõstemasinale sündis masinaruumita MonoSpace liftiidee. See on KONE leiutis 1996. aastast ning tunnustati kohe silmapaistvaks kontsep-tuaalseks ja tehniliseks uuenduseks, mis säästab ehitusmaksumust, liftikonstruktsiooni hinda ning annab kestvalt suurt energiasäästu. See on unikaalne tavalise ja hüdraulilise lifti omaduste kombinatsioon ning kvalitatiivne hüpe liftitehnikas, suurepärane näide tehnoloogia, konstruktsiooni ja ajami ühtsusest ning vastastikusest seosest. , Masinaruumi puudumine kergendab lifti sisseehitamist mistahes hoonesse. MonoSpace sobib enamikku hoonetesse iga lifti tarbeks. Väheneb ehitusaeg, -maht ja -maksumus. Lahendus vastab Euroopa Liidu direktiividele ning ISO 9000 kvaliteedinõudeile. Vanade liftide moderniseerimisel enamasti ei loobuta masinaruumist. Siis sobib EcoDisk baasil loodud MiniSpace ajam (vt. joonis 2.5.4). Masinaruumis on lihtsam teha hooldetöid.

Joonis 2.5.4. KONE MiniSpace lift

2.5.4 Resolver

Liftikabiini täpseks positsioonimiseks on mootor varustatud resolveriga. Resolver on elektriliselt ja mehaaniliselt vastupidav pöörlemisandur. Resolveri signaali elektroonilise andmetöötlusega saab määrata mootori kiirust ja rootori (seega ka liftikabiini) absoluutasendit.

Resolver töötab pöördtrafo põhimõttel. Erinevalt pöördtrafost on resolveri staatoril (ning mõnel tüübil ka rootoril) kaks mähist, mis on teineteise suhtes täisnurga all (joonis 2.5.5). Kui rootorimähises on siinuseline võrdluspinge, siis staatorimähistes indutseeritakse väljundpinged, mille amplituud muutub võrdeliselt võlli pöördenurga siinuse ja koosinusega. Nii saab määrata rootori võlli absoluutasendi ühe pöörde ulatuses. Positsioonjuhtimiseks moodustatakse resolveri signaali järgi nurga, kiiruse ja asendi juurdekasvu ehk inkrementsignaalid. Selleks kasutatakse erilist resolver-digitaalmuundurit (R/D muundurit).

50

Joonis 2.5.5. Resolveri skeem ja aktiivosad [3]

2.5.4 Lifti juhtskeem

Joonisel 2.5.6 on V³F lifti juhtskeem. Paigaldatud lifti juhtimiseks käivitatakse see alumisest asendist. Üles liikudes loetakse R/D-muunduri signaalide järgi sisse kõikide korruste täpne positsioon (nii nagu loetakse uude televiisorisse esimesel korral saatjate sagedused). Seejärel on lift töökorras ning juht-süsteemile teadaolevate täpsete korruseasendite järgi formeeritakse siirdeprotsessid, mis tagavad suurima lubatud kiirenduse (2 m/s) juures optimaalse kiiruse ja sujuva aeglustusega täpse peatumise. Kabiini täpseks peatamiseks on igal korrusel induktiivandur või herkon, mis annab väljalülituskäsu..

Joonis 2.5.6. Lifti juhtskeem V³F

51

2.5.6 Kutse- ja käsunuppude ühitamine korrusemadem el

Üheks viimaseks revolutsiooniliseks uuenduseks liftitehnikas on Schindleri idee tuua liftigrupis nupud korrusemademele, kus sõitja teatab oma täpse sõidusoovi. Pärast selle töötlemist näeb ta tablool selle lifti tähist (joonisel 2.5.7 <D), mis täidab tema sõidusoovi. Selle lifti juhtsüsteemil on enne sõitja sisenemist juba kõik vajalikud peatused teada. Kabiinis polegi enam käsunuppe. Niisugune lahendus

• välistab trügimise esimesele peatuvale liftile • vähendab keskmiselt 30% ooteaega • sobib kasutamiseks ka olemasolevate liftide moderniseerimisel • säästab oluliselt energiat ja ressurssi

Joonis 2.5.7. Miconic 10 liftigrupi korrusenupud

Ajasääst saavutatakse sellega, et grupeeritakse sõitjad nende sõidusoovi kohaselt. Nii tagatakse sel hetkel sõitjatele kõige kiirem kohalejõudmine ja samaaegselt kõige ökonoomsem liftide kasutamine ning seega ka minimaalne energiakulu.

Joonisel 2.5.8 on toodud näide võrdlemaks tavalist ja Miconic10 juhtsüsteemi kasutavaid liftigruppe.

Joonis 2.5.8. Tavalist (vasakul) ja Miconic10 (paremal) juhtsüsteemi kasutavate liftigruppide võrdlus

2.5.7 Vastukaaluta lift

Euroopas on üle 4,1 miljoni lifti. Neist 70% on üle 20 aasta vanad, 45% on ehitatud enne 1970. aastat. Renoveerimisel soovitakse sageli suuremat kabiini. Vastukaalu väljaviskamine jätab šahtis kabiini jaoks rohkem ruumi.

26. märtsil 2004 esitles KONE vastukaaluta lifti. See lahendus MaxiSpace™ võimaldab samasse šahti panna kabiini, mis nelja inimese asemel mahutab kuus või isegi kaheksa inimest.

52

3 PUMP Vesi on elu allikas. Vee hankimise ja teisaldamise probleem on inimkonna ees seisnud läbi aegade. Pumba leiutajaks peetakse Aleksandria mehaanikut Ktesibiost (3. saj. e.m.a). Agricola teoses De re metallica (1556) kirjeldatakse juba suuri, kaevandusest vett teisaldavaid kolbpumpi. 1689 võeti kasutusele tsentrifugaalpump.

Elektriajami seisukohalt on pump enamasti pideva talitlusega seade. Pöörleva töörattaga pump on ventilaatorkarakteristikuga s.t pumba koormusmoment kasvab võrdeliselt pöörlemissageduse ruuduga.

3.1 Pumbatüübid

3.1.1 Pumpade liigitus

Pump on vedeliku, gaasi või auru rõhuenergiat suure ndav ja neid teisaldav seade. Tööpõhimõttelt jagunevad pumbad nelja põhiliiki:

• labapumbad (impeller pump, лопастной насос)

• mahtpumbad (displacement pump, volumetric pump, объемный насос): mehaaniline energia kandub vedelikule selle ümberpaigutumisel pumba töökambri mahu muutumise tõttu; mahtpumpade ühiseks tunnuseks on asjaolu, et imetav ja surutav vedelik on teineteisest mingi pumba osaga (näiteks klappidega) lahutatud

• jugapumbad (jet pump, ejector pump, струйный насос): pumpamine toimub mingi teise vedeliku, auru või gaasi (ejekteeriva aine) joa kineetilise energia arvel. Kasutatakse nii otseselt pumpamiseks kui ka ainete segamiseks.

• magnetohüdrodünaamilised pumbad (mhd-pump, магнито-гидродинамический насос): rõhk tekitatakse elektrit juhtivates vedelikes elektromagnetvälja abil.

3.1.2 Labapumbad

• Tsentrifugaalpump (centrifugal pump, центробежный насос): spiraalkambris pöörleb labadega rootor. Labadevahelist ruumi läbides suurendab tsentrifugaaljõud vedeliku rõhuenergiat (rõhu suurenemise kiiruse vähenemise arvel tagab pumbakere laienev osa e. difuusor). Kõrge rõhu saamiseks valmistatakse mitmeastmelisi pumpi. Tsentrifugaalpumba jõudlus on kuni 2 m³/s, tõstekõrgus (rõhk) kuni 4500 m, kasutegur 0,6 ... 0,9.

• Telgpump (aksiaalpump) (axial flow pump, осевой насос, аксиальный насос), propellerpump (propeller pump)): vedelik teisaldub piki tööratta telge. Põhiosad on radiaalselt paiknevate labadega rootor, silindriline kere ja selle küljes voolust sirgestavad labad. Vedelik liigub pumba telje sihis. Kui rootor pöörleb, tekib labade vastaspoolte vahel rõhuvahe ning suureneb vedeliku rõhuenergia. Rootori labade vahelt väljuv vedelik suundub voolust sirgestavatele labadele, selle tulemusena vooluse kiirus kahaneb ning osa kineetilist energiat muundub rõhuenergiaks. Telgpump on tsentrifugaalpumbast lihtsama ehitusega, väiksem (sama jõudluse korral) ja veidi suurema kasuteguriga. Pumba jõudlus on kuni 50 m³/s, tõstekõrgus (rõhk) kuni 30 m, kasutegur 0,6 ... 0,9.

• Diagonaalpump (mixed flow pump) sarnaneb ehituse ja tööpõhimõtte poolest tsentrifugaal-pumbaga, kuid tema labad paiknevad diagonaalselt, rootori teljega nurgi.

• Keerispumba (peripheral pump) põhiosa on rõngaskambris pöörlev tasandiliste labadega rootor. Rootori pööreldes põhjustab labadevahelisi kanaleid täitvale vedelikule mõjuv tsentrifugaaljõud labade ja rõngaskambri seina vahelises ruumis vedeliku keerisliikumise ning energia ülekandumise rootorilt vedelikule.

53

3.1.3 Mahtpumbad

• Kolbpump (piston pump, поршневой насос): kui kolb liigub selles suunas, et töökambri maht suureneb, siis imiklapp avaneb, surveklapp sulgub ja kamber täitub vedelikuga. Kolvi vastassuunas liikudes töökambri maht väheneb, imiklapp sulgub, surveklapp avaneb ja vedelik voolab selle kaudu survetorustikku. Kolbpumba jõudlus on kuni 0,3 m³/s, rõhk kuni 10 000 m, kasutegur 0,8 ... 0,9.

• Plunžerpump (plunger pump, плунжерный насос) erineb kolbpumbast vaid kolvi ehituselt.

• Membraanpump (membrane pump, diaphragm pump, мембранный насос) on tööpõhimõttelt sarnane kuid tavaliselt väga väikese jõudlusega. Kolvi asemel on membraan.

• Vibropump (reciprocating pump, вибрационный насос): 50 Hz sagedusega elektromagnet paneb mõnemillimeetrilise käiguga liikuma ankru ja sellega ühendatud kummikolvi.

• Hammasrataspump (gear pump, шестеренчатый насос): vedelikku teisaldavaid kambreid moodustavad hammasrattad.

• Siiberpump ((sliding) vane pump, шиберный насос): vedelikku teisaldavaid kambreid moodustavad plaadid (siibrid), mis ekstsentriliselt paiknevas rootoris asuvate juhtpindade vahelt tsentrifugaaljõu, vedru või vedeliku surve toimel suruvad end vastu pumba silindrilist sisepinda. Nii moodustuvate kambrite töömaht pumba pöörlemisel muutub.

• Tiibpump (wing pump) on tavaliselt lihtsaim Eestimaal kasutatav käsiajamiga kaevupump.

Joonis 3.1.1. Pumbatüüpe [2]

a) tsentrifugaalpump: 1 labad, 2 spiraalkamber, 3 võll;

b) telgpump: 1 rootori labad, 2 kere, 3 voolust sirgestavad labad, 4 võll;

c) keerispump: 1) labad, 2 rõngaskamber, 3 võll;

d) kolbpump: 1 imiklapp, 2 silinder, 3 kolb, 4 suruklapp;

e) hammasrataspump: 1 kere, 2 hammasrattad, 3 võllid;

f) tiibpump: 1 kere, 2 imiklapid, 3 pöördkolb (tiib), 4 suruklapid, 5 käitushoob;

g) membraanpump: 1 kere, 2 membraan, 3 imiklapp, 4 suruklapp, 5 membraani käitusvarras;

h) (suru)õhktõstuk (pneumopump): 1 tõstetoru, 2 suruõhutoru, 3 segunemiskamber

54

3.1.4 Jugapumbad

• Ejektorpump (imijugapump) (ejector, jet pump, эжектирующий насос): düüsi läbimisel muundub ejekteeriva aine potentsiaalne energia kineetiliseks, selle tagajärjel rõhk segunemiskambris langeb ja ejekteeriv aine haarab ejekteeritava aine kaasa. Difuusoris väheneb segu kineetiline energia ja seetõttu rõhk suureneb.

• Injektorpump (surujugapump) (injector pump, injector, инжектирующий насос) on selline, kus injekteeriv aine surub injekteeritavat ainet.

Jugapumba ejekteerivaks aineks on tavaliselt vesi (veejugapump) või aur (aurujugapump). Kasutatakse soojuselektrijaamades, küttesüsteemides, külmutites jne.

Joonis 3.1.2. Ejektorpump

3.1.5 Magnetohüdrodünaamilised (elektromagnetilised ) pumbad

• Konduktsioonpump (кондукционный насос): töö põhineb liikumatu magnetvälja ja pumbatavat vedelikku läbiva voolu koostoimel; vedelikus tekkiv liikumapanev jõud on nii magnetvälja kui ka elektrivoolu suunaga risti.

• Induktsioonpump (индукционный насос): liikuv magnetväli tekitatakse tavaliselt kolmefaasilise induktori abil; see indutseerib pumbatavas vedelikus elektrivoolu; liikumapaneva jõu suund ühtib magnetvälja liikumissuunaga. Sellel pumbal puuduvad liikuvad osad, vedelikukanal on täiesti hermeetiline. Pump on hästi reguleeritav ja töökindel. Puudusteks on suur mass ja väike kasutegur.

Joonis 3.1.3. Elektromagnetilise pumba põhimõtteskeem: a) konduktsioonpump, b) induktsioonpump (induktori ülemise poole mähise väljaulatuv osa on ära lõigatud)

55

3.1.6 Ehitusnäide: sukeldatav tsentrifugaalpump

Joonisel 3.1.4 on kujutatud FLYGT 5000 seeria sukelpumba lõige ja joonisel 3.1.5 selle ühendamine torustikuga. Joonis 3.1.4 FLYGT 5000 seeria pumba lõige: 1 klemmkarp 2 kere ühise jahutussüsteemiga 3 lühisrootoriga asünkroonmootor 4 laagrid 5 tihendid 6 pumba ja mootori ühine võll 7 tihendusrõngad 8 termistorid

Joonis 3.1.5 Sukelpumba ühendus torustikuga

56

3.2 Tsentrifugaalpumba tunnusjooned ja jõudluse reg uleerimine

3.2.1 Survekarakteristik

Tsentrifugaalmasinate olulisemateks parameetriteks on jõudlus (vooluhulk) Q, m³/s ja surve H, m. Nende suuruste vaheline seos püsival pöörlemissagedusel n = const — H(Q) tunnusjoon ehk survekarakteristik — on tsentrifugaalpumba põhikara kteristik. Need võib leida pumba kataloogist. Näide on joonisel 3.2.1.

Vooluhulk (pumpa ajaühikus läbiva vedeliku maht) Q F v= ⋅ , kus F on toru ristlõige.

Surukõrgus

Hv

g=

2

2.

Vajalik mootori võimsus

PQHg

pump=

ρ

η,

kus P on võimsus kW, Q — jõudlus m³/s, H — surukõrgus (rõhk) m, g — 9,81 m/s², ρ — vedeliku tihedus kg/dm³, η pump — pumba kasutegur.

Pumba surve kulub staatilise surve (kõrguste vahe) Hst ning võrgu survekao ht (ka ∆H) ületamiseks.

Survekadu on võrdeline vooluhulga ruuduga h kQt =2 , kus k on voolutakistust iseloomustav kordaja,

mis sõltub torustiku materjalist (sisepinna töötlusest), läbimõõdust, pikkusest ja kohttakistustest (ventiil,

klapp, põlv, ristlõike muutus). Võrgukarakteristik on seega parabool, tema võrrand on H H kQst= + 2 ja

tipp punktis Q H Hst= =0, (kõverad H(Q)võrk joonisel 3.2.2).

Joonis 3.2.1. Tsentrifugaalpumba (Flygt 5350) survekarakteristikud (all) ja vajalik võimsus (ülal). >>>> — suurima hüdraulilise kasuteguriga punktid

Joonis 3.2.2. Pumba ja võrgu karakteristik [6]

Pumba tööpunkt – vooluhulgale vastav surukõrgus – on määratud pumba- ja võrgukarakteristiku lõikepunktina. See punkt (A, joonis 3.2.2) määrab vajaliku võimsuse (D) ja pumba kasuteguri (E). Vooluhulga muutmiseks on vaja muuta ühte neist karakteristikuist. Võrgukarakteristikut saab muuta vaid takistuse suurendamise suunas, tööpunkt nihkub siis punktist A punkti B ja vooluhulk väheneb. Pumbakarakteristikut saab muuta pöörlemissageduse muutmise või tööratta läbimõõdu vähendamisega. Pöörlemissageduse tõus annab tööpunkti C. Seejuures Q Q n n' ( / )1 1 2 1= ,

H H n n' ( / )1 1 2 12= ,

P P n n' ( / )1 1 2 13= .

57

3.2 Pumba ja reguleerimisviisi valik

Pump valitakse alati suurima vooluhulga (veetarbe) järgi. Samuti torustik, armatuur ja mahutid. Seejuures on vaja silmas pidada • edasist tarbimise kasvu • äärmuslikke vajadusi, näiteks kui reservuaar on saanud tühjaks või on ületäitunud • avariisituatsioone nagu kahjutuli, paduvihm jne.

Seepärast on vaja ette näha pumba reguleerimise võimalus juhuks kui vedeliku tarbimine on väiksem. Pumba keskmine jõudlus Qm on väiksem suurimast vajalikust vooluhulgast Qmax ja see omakorda

pumba suurimast jõudlusest Qp . Joonisel 3.2.3 on kujutatud pumba koormuskestuse kõver pikema aja,

näiteks aasta kohta.

Pumba jõudluse reguleerimiseks kasutatakse järgnevaid meetodeid

• torustiku parameetrite (takistuse) muutmine ventiilide siibrite või kraanidega • reservuaaride (veetorni, hüdrofoori) kasutamine • pöörlemissageduse reguleerimine, näiteks sagedusmuunduriga Tööstuses on veel sageli kasutusel esimene neist. See on kõige ebaökonoomsem. Veevarustus- ja kanalisatsioonisüsteemides kasutatakse tavaliselt mahuteid, mida perioodiliselt täidetakse või tühjendatakse pumba (või pumpade) start-stopp-režiimis lülitamisega vajaliku nivoo saavutamiseni. Ka niisuguse reguleerimise kasutegur pole kiita. Hoopis olulisemaks probleemiks on hüdraulilised löögid, mis kaasnevad pumpade käivitamise ja seiskamisega. Joonisel 3.2.4 on näidatud orienteeruvalt vajalik võimsus erinevate reguleerimisviiside kasutamisel.

Joonis 3.2.3. Pumba koormuskestus. Keskmine vooluhulk (jõudlus) Q Q Q Qm = ⋅ + ⋅ + ⋅1 6 2 3 1 650/ / /max min

Qp — pumba maksimaalne jõudlus

Joonis 3.2.4. Orienteeruv võimsustarve Pt — torustiku parameetreid muutes Pss — start-stopp-meetodil PR — pöörlemissagedust reguleerides Pt - Pr — võimsussääst

Ökonoomseimaks viisiks on pöörlemissageduse reguleerimine, sest sel juhul pole vaja kulutada energiat vastusurve ületamiseks.

Ventiile sulgedes või mõnel muul viisil torustiku parameetreid muutes vooluhulk küll väheneb, kuid energiakulu suureneb, sest energiat tuleb kulutada ventiili poolt loodava vastusurve ületamiseks.

58

Pumba vajaliku võimsuse valemist

PQ H g

pump=

⋅ ⋅ ⋅ ρ

η.

nähtub, et võimsustarve on võrdeline jõudluse Q ja surukõrguse H

korrutisega. Seejuures H H kQst= + 2 .

Joonis 3.2.5. Võimsustarve ja sääst sõltuvad vooluhulgast: langev kõver — võimsuse sääst — on torustiku parameetrite muutmisega (ventiilidega) juhtimisel vajaliku võimsuse (ülemine kõver) ja pöörle-missageduse muutmisel vajaliku võimsuse (alumine kõver) vahe [7] Joonistel 3.2.6 ja 3.2.7 on viirutatud pinnaga kujutatud tarbitav võimsus. Arvutusnäitena on esitatud võimsustarve kui vooluhulk on 70 % nimiväärtusest [7]. Nähtub, et pöörlemissagedusega reguleerides (joonis 3.2.7) on võimsustarve oluliselt väiksem kui ventiilidega reguleerides (joonis 3.2.6); valitud näite korral on vahe enam kui kahekordne.

Joonis 3.2.6. Vooluhulga reguleerimine torustiku parameetrite muutmisega A — tööpunkt suurima vooluhulga korral; Suhteline võimsustarve 1 x 1 = 1 B — tööpunkt 70 % vooluhulga korral (Q = 0,7 ja H = 1,25) Suhteline võimsustarve 0,7 x 1,25 = 0,875

Joonis 3.2.7. Vooluhulga reguleerimine pumba pöörlemissageduse muutmisega A — tööpunkt suurima vooluhulga korral; Suhteline võimsustarve 1 x 1 = 1 B — tööpunkt 70 % vooluhulga korral (Q = 0,7 ja H = 0,6) Suhteline võimsustarve 0,7 x 0,6 = 0,42

Võimsustarve sõltub pumba jõudlusest ning on esitatud joonisel 3.2.5. Sagedusjuhtimisega saavutatav sääst on seda suurem, mida väiksem on vooluhulk (vedeliku tarbimine) ehk teiste sõnadega, mida sügavam on reguleerimine. Võimsuse säästu korrutis kasutusajaga annab energiasäästu.

3.2.3 Sagedusreguleerimise eelised Olulisele energiasäästule lisaks vähendab sagedusreguleerimise kasutuselevõtt investeerimiskulutusi nii ehituslikus kui elektrivarustuse osas.

Jõudluse reguleerimise üheks viisiks on mitme (sageli eri suurusega) pumba kasutamine. Neid üksteise järel sisse või välja lülitades saadakse astmeline jõudluse reguleerimine. Kui aga varustada suur pump sagedusajamiga, saab palju parema tulemuse palju väiksemate kulutustega. Vähem läheb vaja pumpasid ja mootoreid ning samuti torustikku ja klappe või ventiile.

Veevarustussüsteemis silutakse töösurve ebaühtlus tavaliselt hüdrofooride või veetornidega. Sagedusjuhtimist kasutades võib niisugustest mahutitest loobuda või vähendada nende mõõtmeid.

Väiksemale investeerimisele vaatamata reguleerimise kvaliteet isegi paraneb, sest on võimalik hoida tarbija juures enam-vähem ühtlast veesurvet.

Otsekäivitatava mootoriga võrreldes on sagedusmuunduri kasutamise korral oluliselt väiksem käivitusvool (vt. joonis 3.2.8). See võimaldab palju väiksemate elektriseadmete ning sageli ka väiksema

59

ristlõikega toitekaabli kasutamist ning annab nende hankimisel säästu. Tüüpiline kokkuhoiu objekt on niisugusel juhul vastutusrikaste pumpade toite reservgeneraator, mille vajalik võimsus on umbes poole väiksem kui otsekäivitatavate mootoritega pumpade korral.

Vähenevad ka korrashoiukulud, sest nii pump, torustik kui klapid/ventiilid/kraanid on vähem koormatud:

• võrreldes torustiku parameetrite muutmisega on (vee) staatiline surve madalam ja ühtlasem

• oluliselt väheneb dünaamiline koormus, sest sujuv reguleerimine võimaldab start-stopp-süsteemiga võrreldes vältida hüdraulilisi lööke (ettekujutuseks on joonisel 3.2.9 kujutatud survemuutus (hüdrauliline löök) polüvinüülkloriidtorus pärast pumba väljalülitamist) mis lõhuvad torustikku ja sisseseadet.

Viidatud asjaolude tõttu võib seadmete ressurss isegi kahekordistuda.

Paraneb ka elektrivõrgu talitlus: käivitusvool on oluliselt väiksem ning enam pole vaja ka asün-kroonmootorite magnetvälja loomiseks osta reaktiivvõimsust või toota seda kondensaatorpatareide või sünkroonkompensaatoriga. Sagedusmuundur genereerib ise mootorile vajaliku reaktiivvõimsuse.

Joonis 3.2.8. Pumbamootori käivitusvool IN — mootori nimivool IS — mootori otsekäivitusvool IF — käivitusvool sagedusmuunduriga nN — mootori nimipöörlemissagedus

Joonis 3.2.9. Hüdrauliline löök polüvinüülkloriidtorus pärast pumba väljalülitamist pN — nimitöösurve t — aeg

3.2.4. Sagedusregulaatoriga juhitava tsirkulatsioon ipumba energiasäästu arvutusnäide

60

Tsirkulatsioonipumba tehnilised andmed: HN = 50 m QN = 1000 m³/h = 1000/3600 m³/s nN = 1450 p/min Hst = Hmin Qmin = 0 m³/s QM = 500 m³/h = 500/3600 m³/s γ = 1 kg/dm³ (vesi) ta = 8000 h/a PN = 200 kW ηN = 0,86 k = 1,05 krooni/kWh

Tunnusjoontelt (joonis 3.2.10): H1 = 65 m η1 = 0,75 H2 = 12,5 m η2 = 0,80

Võimsustarve torustiku parameetrite muutmisel

PQ H g

pump1

500 65 9 81 1

3600 0 75118=

⋅ ⋅ ⋅=

⋅ ⋅ ⋅

⋅=

γ

η

,

,kW

Võimsustarve sagedusreguleerimisel

PQ H g

pump2

500 12 5 9 81 1

3600 0 821=

⋅ ⋅ ⋅=

⋅ ⋅ ⋅

⋅=

γ

η

, ,

,kW

Võimsussääst

PP P

smootor

=−

=−

=( )

,1 2 118 21

0 86113

ηkW

Aastane energiasääst W= ⋅ =113 8000 904000 kWh/a = 904 MWh/a Rahaline sääst

00095005,1000904 =⋅=⋅= kWK s krooni aastas

Tasuvusaeg

st K

thindmuunduri

≈ aastat

Joonis 3.2.10. Arvutusnäite juurde [7]

H1— surukõrgus pöörlemissagedusel n1 P1 — tarbitav võimsus pöörlemissagedusel n1 η1 — kasutegur pöörlemissagedusel n1 H2 — surukõrgus pöörlemissagedusel n2 P2 — tarbitav võimsus pöörlemissagedusel n2 η2 — kasutegur pöörlemissagedusel n2

60

3.3 Tsentrifugaalpumba käivitamine ja pumbajaama ju htimine

3.3.1 Tsentrifugaalpumba käivitamine

Pump käivitatakse tavaliselt režiimil, mil ta vajab mootorilt kõige vähem võimsust – tühijooksul. Tsentri-fugaalpumbal on vähim võimsus nullvooluhulga korral. See tähendab, et käivitamisel peaks pumba survetoru siiber olema kinni. Sel juhul on vaja juhtida survetoru siibrit. Tegelikult on kolm võimalust: • pump käivitatakse avatud siibriga (enamasti siis kui pole hüdraulilise löögi ohtu) • pumba käivitamisega koos hakatakse avama ka siibrit • pump käivitatakse, kontrollitakse, et survetorus on tekkinud surve ja siis avatakse siiber

1 – tööratas 2 – töörattalaba 3 – spiraalkamber 4 – imitoru 5 – põhjaklapp 6 – imikurn 7 – difuusor 8 – siiber 9 – survetoru 10 – täitmisava 11 – tihendiveejuhe (kõrgsurve0pumpadel) 12 – võllitihend Joonis 3.3.1. Tsentrifugaalpumba skeem [6]

Pump ja selle imitoru tuleb enne käivitamist täita veega. Selleks on väiksematel pumpadel spiraalkambri kõrgeimas punktis vastav ava 10 (joonis 3.3.1), imitoru alumises otsa on aga põhjaklapp 5. Et põhjaklapi voolutakistus on suur, siis suurtel pumpadel seda ei kasutata ja imitoru täidetakse vaakumpumba abil. Üha enam kasutatakse sukelpumpasid, mis töötavad pumbatava vedeliku sees. Nii pole töökamber kunagi tühi ning nad ei vaja imitoru, põhjaklappi ega vaakumpumpa.

3.3.2 Pumba juhtimine

Veevarustussüsteemis peab veetarbimise (vooluhulga) muutumisel olema võimalik pumpa(sid) auto-maatselt sisse ja välja lülitada. Kui süsteemis on hulk eraldipaiknevaid pumbajaamu, on tavaliselt vaja kaugjuhtimist. Automaatika peab tagama ka avariikaitse, näiteks ruumi uputamisel, mahutite üle-täitumisel, masinate rikete korral jne.

Lihtsamas veevarustussüsteemis on kasutusel mahutid, millest vesi raskusjõuga täidab torustiku. Kasutatakse ka hüdrofoore – survemahuteid, millest umbes 2/3 on täidetud õhuga ja 1/3 veega.

Veevarustussüsteemi juhtimisseadmete paigutus on kujutatud joonisel 3.3.2. Vee olemasolu pumbas (et ei käivitataks kuiva pumpa) kontrollib veerelee 8. Samasugune (11) peaks olema kasutusel ka pumbajaama põrandal võimaliku üleujutuse tuvastamiseks. See annab signaali dispetšerile ja/või lülitab pumba välja. Lihtsaima veerelee ehitus selgub jooniselt 3.3.3, a: torusse tungiv vesi surub ketta vastu kummitihendit ning sulgeb varda otsas olevad kontaktid.

Käivituse edukust kontrollitakse siibri ees oleva survereleega 7. Kui torustikus on tekkinud surve, annab relee signaali siibri avamiseks, kui seda pole, siis pumbamootori väljalülitamiseks.

Lihtsaimal juhul on survereleena kasutusel kontaktmanomeeter (joonis 3.3.3, b). Sellel on kaks seatavat kontakti – üks maksimaalsele, teine minimaalsele survele. Nende kontaktidega saab valida survet, mille juures siiber avatakse või mille juures pump lülitatakse välja (hüdrofoori kasutamisel on kontakt-manomeeter kasutusel pumba sisse- ja väljalülitamiseks). Veenivood paagis kontrollib nivooandur (joonis 3.3.3, c). Ülemise nivoo juures annavad ühed kontaktid väljalülitussignaali, alumise nivoo saavutamisel teised sisselülitamissignaali.

61

1 – asünkroonmootor 2 – tsentrifugaalpump 3 – veemagistraal 4 – siibri elektriajam 5 – siibri elektromagnetiline ajam 6 – tagasivooluklapp 7 – surverelee 8 – veerelee 9 – kulumõõtja 10 – nivoorelee 11 – üleujutusrelee Joonis 3.3.2. Pumba(jaama) juhtimisseadmed [11]

a)

b)

c)

Joonis 3.3.3. Pumbajaamas kasutatavad andurid: a – veerelee, b – kontaktmanomeeter, c – nivooandur

Pumbajaamas on üldjuhul mitu pumpa, mida juhitakse vastavalt vajadusele valitava algoritmi järgi. Anduriteks võib olla mitu nivooandurit või ka kulumõõtja. Viimasel juhul on võimalik sujuv reguleerimine.

Joonisel 3.3.4 on esitatud pumba käivituse juhtimise ja siibri avamise releeskeem [11].

SL1 – nivoorelee kontakt KV1 – automaatjuhtimise relee KM2 – liinikontaktor (jõuahelad näitamata) SL2 – veerelee kontakt KT3 – ajarelee SP3 – surverelee kontakt KV4 – mootori avarii-väljalülituse relee KT8 – siibriajami avarii-väljalülituse relee KM5 – siibriavamise kontaktor SQ4 – siibri avatud asendi lõpplüliti KM6 – siibrisulgemise kontaktor SQ5 – siibri suletud asendi lõpplüliti FA1 – mootori maksimaalvoolurel FA2 – siibri ajami maksimaalvoolurelee KT7 – siibriahela ajarelee SL6 – avarii-(üleujutus-)relee kontakt

Joonis 3.3.4. Pumba käivitamise (a) ja siibri juhtimise (b) releeskeem

62

Lülituse kohaselt toimub pumba sisse- ja väljalülitamine reservuaari veenivoo järgi. Kui nivoo langeb valitud alampiirini sulgub nivoorelee kontakt SL1 ja annab toite automaatjuhtimise relee KV1 mähisele. Kui pump on veega täidetud, siis veerelee kontakt SL2 on suletud ning rakendub liinikontaktor KM2. Samaaegselt saab toite ajarelee KT3 ning käivitab kellamehhanismi, mille seatud aeg on veidi pikem kui vajab pump normaalseks käivituseks. Käivituse lõpul peab pump arendama piisavat survet, et rakenduks surverelee ning tema kontakt SP3 katkestaks mootori avarii-väljalülituse relee KV4 toiteahela. Seega on kindlustatud, et liinikontaktor KM2 ei lülitu välja enne kui on lõppenud ajareleel KT3 seatud aeg. Surverelee teine kontakt SP3 (skeemi b-osal) lülitab sisse siibriavamise kontaktori KM5. Kui siiber on täielikult avatud katkestab siibri avatud asendi lõpplüliti SQ4 kontaktori KM5 toite. Pump töötab siis täisjõudlusega.

Skeemil on ka kaitsefunktsioon. Oluline on maksimaalvoolukaitse. Kui näiteks pumpa satub mingi tahke keha võib see sattuda tööratta labade vahele ning selle kinni kiiluda. Suure elektrilise ülekoormuse korral sulgub mootori maksimaalvoolurelee FA1 kontakt ning relee KV4 lahutab liinikontaktori KM2 ahela. Sama toimub ka pumbamaja üleujutuse korral, kui rakendub avarii-(üleujutus-)relee SL6. Samamoodi rakendub näiteks siibri ajami kinnikiilumise korral maksimaalvoolurelee FA2 kontakt ning relee KT8 lülitab sisse, kui siibri ajamile ajareleega KT7 lubatud aeg on möödas, siibrisulgemise kontaktori KM6 valmistades ühtlasi pumba ette uueks käivituseks.

3.3.3 Pumba arukas juhtimine ja monitooring

Tänapäeva pumbajuhtimine toimub tavaliselt mikroprotsessorseadmega. Näiteks võib tuua seadet SARLIN PumpManager 2000. See on rahvusvaheliselt patenteeritud kaugjuhtimis- ja monitooringu-seade (Intelligent Remote Pump Control and Monitoring), mis toimib 24 tundi ööpäevas: kontrollib nivood ning juhib pumpa sagedusmuunduriga või ilma selleta nii, et hoolduskulud ning keskkonna saaste (!) oleks minimaalne.

PM2000 on konstrueeritud spetsiaalselt pumbajaama tarbeks. Ta kogub ja töötleb infot pumba jõudluse, vooluhulga, mootorivoolu ja pumba töötundide kohta. Süsteem annab soovi korral erineva sisu ja tase-mega alarmi ning ka infot pumpade seisundist.

Võimalik on ette anda pumpade tööaega ja -järjekorda (mis töötab, mis on kuumas reservis jne.)

Seade annab alarmi pumba rikke ja pumba võimsuse muutuse korral, alarm võib olla kaheastmeline. Alarm antakse liigvoolu korral, isolatsioonitakistuse vähenemisel ja tihendi lekke korral (kui vesi hakkab tungima pumba ja mootori vahele).

Monitooringuga on haaratud pumba tööaeg, pumba käivitused, vooluhulk, mootorivool, pumbatud vee kogus, tarbitud energia, isolatsioonitakistus, tihendi seisund, vedeliku nivoo (väljalülitus-, käivitus-, teise pumba käivitus-, madal, kõrge, ületäitumine).

Võimalik on seada pumpade käivitus- ja väljalülitusaega, automaatse tühjendamise intervalli muda settimise vältimiseks, arvutada pumpade rööptöö aega, arvestada energiakulu, juhtida siibreid jne.

Sisuliselt on see programmeeritav kontroller, millest saab ettekujutuse jooniselt 3.3.5. Nivooanduriks on piesoelement tundlikkusega veesamba kõrgusele 0 ... 5 m. Võimalik on kasutada 6 analoog- ja 8 digitaalsisendit ning 8 relee- ja 1 analoogväljundit. Kasutajaliidesel on 6 valgusdioodi pumba seisundi ja alarmi näitamiseks, 2x16-märgiline vedelkristallnäidik, 16 klahviga klaviatuur, kasutajasõbralik menüü-käskudega tarkvara, paroolkaitse, MODBUS-protokolliga RS232 jadaport. Töötab reaalajas, mida mõõdab kell. Puhvermälu salvestab 7 päeva sündmused.

Valikuliselt on võimalik faasikaotuse kaitse, sideliini modem, telefonivõrgu modem või raadiomodem, isolatsioonitakistuse ja mootorit pumbast eraldava õli kvaliteedi monitooring. Võimalik on ka nivoo-ultrahelianduri või kahejuhtmelise surveanduri kasutamine.

63

Joonis 3.3.5. SARLIN PumpManager 2000 tüüpne ühenduskeem

64

4 KOMPRESSOR

4.1 Kompressoritüübid

4.1.1 Kompressori otstarb, määratlus ja põhinäitaja d

Suruõhu abil käitatakse pneumotööriistu ja -seadmeid, edastatakse mõnd materjali ja postisaadetisi torude kaudu, juhitakse aparaate ja masinaid, edastatakse informatsiooni, käitatakse pidureid ning pihustatakse vedelikke (värvi, kütust). Suruõhku toodavad kompressorid.

Kompressor on masin algrõhust vähemalt kaks korda s uurema rõhuga surugaasi saamiseks. Kompressorit iseloomustab väljuva gaasi rõhk (MPa), rõhutõusuaste – kompressorist väljuva gaasi rõhu ja sinna siseneva gaasi rõhu suhe, tootlikkus (m³/s), tarbitav võimsus (kW), kasutegur – kompressori teoreetilise võimsuse ja tegelikult tarbitava võimsuse suhe; tüübist ja võimsusest sõltuvalt on kasutegur 0,5 ... 0,95. Paskaal (Pa) on SI-süsteemi rõhuühik. 1 Pa on rõhk, mille põhjustab 1 m² suurusele pinnale ühtlaselt jaotunud jõud 1 njuuton 1 Pa = 1 N/m².

Compressor is a reciprocating or rotary pump for ra ising the pressure of a gas (Larousse Dictionary of Science and Technology, 1995)

4.1.2 Kompressoritüübid

• Kolbkompressor (reciprocating compressor, поршневой компрессор). Gaasi surub kokku suletud ruumis (silindris) liikuv kolb. Tootlikkus on harilikult kuni 4 m³/s, saadava surugaasi maksimaalne rõhk kuni 1000 MPa (1 GPa, 10 000 bar), rõhutõususaste üle 35 ... 40

• Rotatsioonkompressor (rotary vane compressor, ротационный компрессор). Levinum on siiberkompressor, mille põhiosadeks on korpuses ekstsentriliselt paiknev rootor ja selle pesades radiaalsihis vabalt liikuvad plaadid (siibrid). Rootori pöörlemisel surutakse plaadid tsentrifugaaljõu mõjul korpuse sisepinnani ning moodustavad suletud kambrid, mis viivad gaasi sisenemispoolelt survepoolele. Tootlikkus on kuni 10 m³/s, rõhk tavaliselt kuni 1,5 MPa (15 bar)

• Tsentrifugaalkompressor (centrifugal compressor, центробежный компрессор). Põhiosaks on labadega rootor, mille pöörlemisel gaasile mõjuv tsentrifugaaljõud paiskab gaasi rootori labade vahelt rõngaskambrisse. Tootlikkus on kuni 300 m³/s, rõhk kuni 4 MPa (40 bar)

• Telgkompressor e. aksiaalkompressor (axial-flow compressor, аксиальный компрессор). Rootori pöörlemise mehaaniline energia kandub gaasile üle konsoolselt rootori külge kinnitatud labade kaudu. Tootlikkus on kuni 400 m³/s, rõhk kuni 1 MPa (10 bar)

• Kruvikompressor (rotary screw compressor). Gaas komprimeeritakse tigupaariga. Tootlikkus kuni 10 m³/s, rõhk kuni 1,3 MPa

• Jugakompressor. Töötab jugapumba põhimõttel: gaasi komprimeerib gaasijoa kineetiline energia

a kolbkompressor : 1 kolb, 2 silinder, 3 sisse-laskeklapp, 4 väljalaskeklapp; b rotatsioonkompressor : 1 korpus, 2 rootor, 3 plaat (laba, siiber); c tsentrifugaalkompressor : 1 rõngaskam-ber, 2 rootori laba, 3 võll; d telgkompressor : 1 korpus, 2 rootor, 3 töölaba, 4 juhtlaba

Joonis 4.1. Kompressoritüüpe [2]

Kõrget rõhku saadakse mitmeastmelise kompressoriga, milles gaasi komprimeerimiseks vajaliku energia vähendamiseks ja kompressori töötingimuste parandamiseks on astmete või astmegruppide vahele paigutatud vahejahutid.

65

4.2 Kolbkompressori töö Kompressor võib olla ühe-, kahe- või mitmeastmeline, lihttoimeline või kahepoolne. Lihttoimelisel üheastmelisel kompressoril teeb kolb tööd ainult ühes suunas liikudes, kahepoolsel kompressoril on mõlemad töökäigud.

Kompressori mootor peab arendama pulseerivat momenti. Survetaktil põhjustab gaasi rõhk F mootori võllil koormusmomendi

T F pSR t T ts s= = =ρ ω ωsin sinmax ,

kus ρ ω= ⋅R tsin – taandatud raadius, R – väntvõlli raadius, ω – nurkkiirus, p – kompressori väljundrõhk,

S – kolvi pindala, T p S Rsmax = ⋅ ⋅ – koormusmomendi amplituudväärtus. Mootori töö hõlbustamiseks

kasutatakse tavaliselt hooratast.

Kolbkompressori võimsus määratakse indikaatordiagrammi abil, mis näitab rõhu muutumist sõltuvalt kolvi asendist silindris (vt. joonis 4.2).

Joonis 4.2. Kolbkompressori indikaatordiagramm

Meeldetuletuseks:

Polütroopne protsess – termodünaamiline protsess, mille puhul süsteemi soojusmahtuvus C jääb konstantseks. Erijuhud: adiabaatiline protsess (kui C = 0) ja isotermiline (kui C = ∞).

Adiabaatiline protsess (adiabatos – mitteläbitav) — süsteemi oleku muutus, mille puhul soojusvahetus ümbritseva keskkonnaga puudub.

Isotermiline protsess (isoprotsess) — termo-dünaamiline protsess, mille puhul üks olekuparameeter jääb konstantseks (ruumala konstantsuse puhul räägitakse isotermilisest protsessist).

Ressiiver (ingl. receiver < receive — vastu võtma, mahutama) — vahepaak, mis vähendab pulseerivast või katkendlikust voolust tingitud rõhukõikumisi. Kompressori ressiiver ühtlasi jahutab gaasi ning kogub õli- ja veepiisku.

Lõigul 4–1 toimub silindrisse jäänud gaasi paisumine. Rõhk väheneb p p2 1→ . Punktis 1' avaneb

imiklapp ning edasisel kolvi käigul ruumala suurenemisel V V1 2→ imetakse gaas sisse. Rõhk on

seejuures kadude tõttu sisselaskekanalis veidi alla p1.

Punktis 2 algab survetakt 2–3, mille juures eraldub soojust. Osa sellest läheb jahutussüsteemi, seepärast on protsess polütroopne.

Komprimeeritud gaas surutakse välja. Kadude tõttu suruklapis ja surutorus on rõhk veidi kõrgem kui p2 .

Punktis 3 – rõhul p2 – avaneb suruklapp silindri ja ressiiveri vahel. Punktis 4 tsükkel lõpeb.

Indikaatordiagrammiga piiratud pindala kujutab tsükli vältel silindris tehtud nn. indikaatortööd.

Arvutuse lihtsustamiseks lähtutakse keskmisest indikaatorrõhust pi

pA

V V

A

Vii i

p

=−

=2 1

(kus V V Vp = −2 1 on gaasi maht rõhul p1)

— see on oletatav konstantne rõhk, mis tagaks sama töö nagu gaasi tegelik rõhk silindris.

Tsükli keskmine võimsus

Pp Q

si

kompr

= 1

η,

kus Q1 on kompressori tootlikkus, taandatud rõhule p p= 1, ηkompr— kompressori kasutegur.

Kahepoolse kompressori tsükli keskmine võimsus Ps on kaks korda suurem.

Mootori võimsus P Pn s≥ .

66

4.3 Kompressorseade

4.3.1 Kompressorseade ja juhtimine

Kompressori töö tagamisel on vältimatu silindrite jahutamine. Väiksematel kompressoritel on selleks lihtsalt jahutusribid silindri välispinnal, suurematel – vee- või külmutusagensi särk ja jahuti (soojusvaheti).

Vaatleme näiteks täiskomplektset kahesilindrilist õhkjahutusega kolbkompressorit joonisel 4.3.

AF õhufilter (air filter) AR ressiiver (air receiver) AV suruõhu väljalaskeklapp (air outlet valve) CV tagasivooluklapp (check valve) Dm kondensaadi dreenikraan (condensate drain valve) Gp manomeeter (pressure gauge) M mootor (motor) MDR3 rõhulüliti (air pressure switch) SV kaitseklapp (safety valve) 1 kate (cover) 3 sisendsummuti (air inlet silencer) 9 piltkirjad 11 kõrgrõhusilinder (high pressure)

Joonis 4.3. Täiskomplektne kahesilindriline õhkjahutusega kolbkompressor

See on lihttoimeline üheastmeline kompressor, mis koos ajamiga on kinnitatud suruõhupaagile (ressiiverile). Komplekti kuuluvad manomeeter, väljalaskeklapp, kaitseklapp ja kondensaadi dreenikraan. Kompressori õhukulgla ja reguleerimissüsteem on skemaatiliselt kujutatud joonisel 4.4.

Õhk imetakse läbi õhufiltri AF ja sisselaskesummuti 1 silindritesse 3. Silindrites komprimeeritud suruõhk juhitakse läbi õhkjahutite 4 toru 6 kaudu läbi tagasivooluklapi CV ressiiverisse AR. Tagasivooluklapp CV, rõhulüliti MDR3, väljalaskeklapp 2 ning lüliti 5 moodustavad reguleerimissüsteemi. Rõhulüliti avab ja sulgeb oma kontakte eelnevalt sätitud rõhkudel. Laadimisel on kontaktid suletud ja mootor töötab. Kui rõhk suruõhupaagis kasvab sätitud maksimaalrõhuni, avanevad lüliti kontaktid ning ka väljalaskeklapp 2. Mootor peatub ning kompressorist tulev suruõhk juhitakse atmosfääri. Paagi tühjenemise vältimiseks sulgub tagasivooluklapp CV. Kui suruõhu tarbimisel rõhk väheneb sätitud minimaalrõhuni sulguvad lüliti kontaktid ja väljalaskeklapp 2, mootor taaskäivitub ja suruõhu laadimine ressiiverisse jätkub.

AF õhufilter (air filter) AR ressiiver (air receiver) AV suruõhu väljalaskeklapp CV tagasivooluklapp (check valve) Dm kondensaadi dreenikraan DP õlidreeni kork (oil drain plug) FC õli täiteava kork (oil filler cap) FN ventilaator (fan) Gp manomeeter (pressure gauge) SG õliklaas (oil level sight-glass) SV kaitseklapp (safety valve) 1 sisendsummuti (air inlet silencer) 2 vabastusklapp (relief valve) 3 silinder (cylinder) 4 jahuti (cooler) 5 lüliti (on/off switch) 6 jahutustoru (cooling pipe)

Joonis 4.4. Kompressori õhukulgla ja reguleerimissüsteemi skeem

67

4.3.2 Komplektne kruvikompressor

Tänapäeval enamtoodetavad on kruvikompressorid. Kruvikompressori eeliseks on ühtlasem töörõhk, väiksem vibratsioon ja vaiksem töö. Kolbkompressoriga võrreldes on ta ühtlase koormusega ega vaja seetõttu hooratast.

Joonisel 4.5 on ettekujutuseks seadmes esinevatest protsessidest ja probleemidest kruvikompressori õhu, õli ja vee voodiagramm.

1 õhu sisselaskefilter (air inlet filter) 2 sisselaskeklapp (inlet valve) 3 kruvielement (screw element) 4 suruõhupaak/õlieraldi (air receiver/oil separator) 5 minimaalrõhuklapp (minimum pressure valve) 6 järeljahuti (after cooler) 7 niiskusepüünise dreen (moisture drap/drain) 8 väljalaskeklapp (outlet valve) 9 õlikoguja (oil sump) 10 õliradiaator (oil cooler) 11 termostaat-möödavooluklapp (thermostatic by-pass valve) 12 õlifilter (oil filter) 13 õli stoppklapp (oil stop valve)

Joonis 4.5. Kruvikompressori õhu, õli ja vee voodiagramm

4.3.3 Energiatsäästev juhtimine

Joonisel 4.6 on esitatud kolm tüüpilist suruõhutarbe diagrammi.

Tüüpiline suruõhutarve suure päevase ja väikese öise tarbimi-sega. Nädalalõpu tarvet iseloo-mustab põhiliselt suruõhuleke. Iseloomulik 64% tarbijaile

Juhuslikult muutuv suruõhu-tarve viiel päeval nädalas. Ööseks ja nädalavahetuseks lülitatakse kompressor välja. Iseloomulik 28% tarbijaile.

Ühtlane suruõhutarve viiel päeval nädalas. Ööseks ja nädalavahetuseks lülita-takse kompressor välja. Iseloomulik 8% tarbijaile.

Joonis 4.6. Tüüpilised suruõhutarbe diagrammid Suruõhutarve muutub enamasti juhuslikult ja suurtes piirides. Otstarbekas oleks kompressori tootlikkuse vastavusse viimine tarbimisega. Selleks on kasutatav sagedusreguleerimine. Atlas Copco η-ajamis ongi IGBT-transistoridel töötav pulsilaiusmodulatsiooniga sagedusmuundur, mis võimaldab kompressoril pidevalt kohanduda suruõhu hetkevajadusega. Selleks reguleeritakse sujuvalt ajami kiirust. Suruõhutarbe vähenedes vähendatakse ajami kiirust ja seega kompressori tootlikkust. Sellega kaasneb ka tarbitava võimsuse vähenemine.

Niisuguse ajamiga kompressori rõhku saab juhtpuldi klahvidega lihtsalt elektroonselt reguleerida üsna suurtes piirides (η-ajamil näiteks 4 ... 13 baarini). Tänu sellele on kompressor paindlik erinevateks rakendusteks ja arvestab ka ettevõtte edasist arengut.

68

5 VENTILAATOR 5.1 Milleks ventilaator? 5.1.1 Inimene ruumis

Meid ümbritseb niiske õhk. See sisaldab teatava osa veeauru, mis moodustab õhu alalise koostisosa ning võib olla nii ülekuumenenud kui küllastunud olekus.

Kuiva õhu koostis maapinna lähedal ei muutu. Seal on 78% lämmastikku, 21% hapnikku, 1% argooni, 0,03% süsinikdioksiidi, 0,002% neooni, 0,0005% heeliumit.

Inimene tarbib ööpäevas rahuasendis umbes 300 liitrit hapnikku. Kehalise töö puhul on hapnikutarve 10...15 korda suurem.

Teine oluline komponent on süsinikdioksiid ehk süsihappegaas. Selle sisaldus kinnises ruumis võib tõusta palju suuremaks kui atmosfääris. See gaas on inimese hingamiskeskuse füsioloogiline ärriti ning selle hulk õhus on oluline parameeter. Eluruumi õhus ei tohi süsinikdioksiidi olla enam kui 0,1%. Seejuures on inimese väljahingatavas õhus süsinikdioksiidi üle 100 korra rohkem kui sissehingatavas.

Ruumi kliimat kujundavad veel teisedki mõjurid:

• õhutemperatuur • ruumi piirdetarindite (seinad, lagi, põrand) temperatuur • õhuniiskus • õhu liikumiskiirus • õhku saastavad lisandid ja muud komponendid

Inimene saastab õhku ainuüksi ruumis viibimisega. Ainevahetuse tagajärjel eritab inimene ümbruskonda soojust, veeauru, süsinikdioksiidi, mitmesuguse lõhnaga laguprodukte. Inimese kui energiaallika võimus on esitatud tabelis 5.1.

Inimkeha eritab soojust umbes

15% väljahingatava õhu kaudu 10% keha pinnalt vee auramise tulemusena }See on latentne ehk varjatud soojus

45% keha pinnalt soojuskiirgusena ümbritsevatele pindadele 30% keha pinnalt soojusjuhtivuse ja konvektsiooni teel }See on tajutav soojus

Soojuse eritumine sõltub ümbruse temperatuurist ja on esitatud joonisel 5.1.

Tabel 5.1 Inimese kui energiaallika võimsus

Joonis 5.1 Soojuse eritamine inimkehast

5.1.2 Hubasus Hubasus on suhteliselt subjektiivne mõiste. Ruum võib tunduda ühele inimesele hubasena, teisele mitte. Kui võtta näitena leiliruum, siis on temperatuuri hubasus ehk tajutavam. Seal vähendab hubasust ka higistamisel tekkivate orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete rohke eritumine inimese nahalt ning rohke süsinikdioksiidi eritumine sõltuvalt leilivõtjate arvust.

Hubasuse mõjurid on • tehnilised (ruumi õhutemperatuur, tarindite temperatuur, õhuniiskus, õhu liikumiskiirus) • keemilised (süsinikdioksiidi sisaldus õhus, ebameeldivad lõhnad, aerosoolid, gaasid) • füüsikalised (ruumi proportsioonid, akustika, müra, õhu ionisatsioon, elektromagnetväli)

69

• optilised (valgustus, vaateväli, värvikujundus) • isikulised (tegutsemisviis, tervislik seisund, rõivastus, vanus, sugu) • ruumis viibimise kestus • inimeste tihedus ruumis • ruumi koormatus

Kõik see kujundab ruumi kliima. Seda võimaldab reguleerida ventilatsioonitehnika.

Ruumi õhutemperatuuriga kohaneb inimene termoregulatsiooni abil. Optimaalse õhutemperatuuri juures on termoregulatsioon minimaalne. Rahuasendis alasti inimese jaoks optimaalseks õhutemperatuuriks peetakse 28...30 ºC, kerges rõivas inimese jaoks 22...25 ºC, kerget tööd tegeva inimese jaoks 18...20 ºC. Mida raskem kehaline pingutus, seda madalam on optimaalne õhutemperatuur. Kõik sõltub veel välistemperatuurist (vt. joonis 5.2) ja õhu liikumisest (vt. joonis 5.3), eriti aga õhuniiskusest.

Joonis 5.2 Hubase ruumi õhutemperatuuri sõltuvus välistemperatuurist

Joonis 5.3 Õhu hubane liikumiskiirus ruumis

5.2. Ventilatsioon ja sellele esitatavad nõuded Ventilatisoon on jahutamiseks tehtav tuulutus või saastunud (ka niiske) ruumiõhu puhta õhuga asendamine. Olmeventilatsiooni korral ventileeritakse inimtegevusega hõlmatud ruume. Tööstusventilatsioon tagab vajaliku kliima tootmisruumides. Põllumajandushoonete ventilatsioon on kasvulavade, loomapidamishoonete ja põllumajandussaaduste säilitamise ruumide puhul erisugune.

Ventilatsiooni ülesanne on tagada ruumides vajalik õhu puhtus, niiskus, temperatuur ja liikumise kiirus. Õhu liikumise viisi järgi eristatakse loomulikku ja sundventilatsiooni. Loomuliku ventilatsiooni puhul liigub õhk süsteemis jaheda ja sooja õhu erisuguse tiheduse mõjul. Sundventilatsiooni puhul liigub õhk mehaaniliste seadmete – ventilaatorite – toimel. Üldventilatsioon haarab kogu ruumi. Kohtventilatsioon võimaldab saateainet eemaldada selle tekkimise kohal.

Sissepuhkeventilatsiooni korral juhitakse ruumi puhast õhku, väljatõmbeventilatsioon viib saastunud õhu ruumist välja. Retsirkulatsiooniventilatsioon võimaldab samast ruumist võetud õhku pärast töötlemist (näiteks soojendamist, jahutamist, niisutamist, kuivatamist, puhastamist, desinfitseerimist või desodoreerimist) tagastada.

Tehiskliima loomiseks ja säilitamiseks kasutatakse konditsioneerimist. Kõiki ruumielemente ja sisustust käsitletakse saasteallikatena. Võimalikult saastevaba sisustuse ja viimistluse valik lubab ventilatsioonile tehtavaid kulutusi tunduvalt vähendada.

Ventilatsiooni korraldamisel ei saa alati lähtuda hubasusest. Esmatähtsad võivad olla tehnoloogilised nõuded. Ruumi kliima peab vastama sanitaarnormidele. Üldkasutatavate ruumide ventileerimisel tuleb arvestada riigi standarditega kehtestatud sanitaarnorme. DIN normide kohased õhuvahetuse vähimad normkogused ühe inimese kohta on esitatud tabelis 5.2, kusjuures neid tuleb kahjulike lisandite võimaluse korral (tubakasuits, ebameeldivad lõhnad) suurendada 20 m³/h võrra.

Tabel 5.2 Inimese kui energiaallika võimsus sõltuvalt tegevuslaadist

Aktiivsusaste Tegevuslaad Inimese võimsus

I Istuv tegevus (lugemine, kirjutamine) 100

II Vähese liikumisega või seistes sooritatav tegevus 150

III Mõõduka koormusega kehaline tegevus 200

IV Raske kehaline tegevus 250

70

5.3 Ventilaatorid ja ventilatsioonivõrk 5.3.1 Ventilaatorite põhitüübid Ventilaatoreid kasutatakse hoonete ja kaevanduste tuulutamiseks, õhu puhumiseks tööstusahjudesse ja kolletesse ning nendest põlemisgaasi kõrvaldamiseks, puistmaterjalide pneumotranspordis, kuivatus- ja jahutusseadmeis ja mujal. Ventilaatoreid käitatakse harilikult elektrimootoriga.

Ventilaator (<ladina k. ventilare ‘puhuma, vehkima’) (fan, вентилятор) on masin gaasi, peamiselt õhu teisaldamiseks (puhumiseks või imemiseks). Ventilaator suurendab gaasi kogurõhku: • madalrõhuventilaator kuni 1 kPa (100 kgf/m²) võrra • keskrõhuventilaator kuni 1—3 kPa (100—300 kgf/m²) võrra • kõrgrõhu ventilaator kuni 12 kPa (1200 kgf/m²) võrra. Ventilaatori põhiosa on pöörlev labadega tööratas.

Tsentrifugaalventilaator is (centrifugal blower, centrifugal fan, центробжный вентилятор) (joonis 5.4) paiskub gaas tööratast ümbritsevasse spiraalkambrisse ja väljub sealt laieneva torujätku – difuusori – kaudu. Tsentrifugaalventilaatori tootlikkus võib olla kuni 200 m³/s, kasutegur kuni 0,9.

Telg- ehk aksiaalventilaator i (axial(-flow) fan, осевой вентилятор) (joonis 5.5) silindrilises keres on tiiviktööratas, mille pöörlemisel gaas voolab läbi ventilaatori piki selle pöörlemistelge. Suurtel telgventilaatoritel võib olla kaks järjestikust tööratast. Telgventilaatorid on reverseeritavad. Võrreldes tsentrifugaalventilaatoritega võib neil olla suurem kasutegur ja tootlikkus (kuni 600 m³/s), kuid nad tekitavad madalamat rõhku.

Joonis 5.4 Tsentrifugaalventilaator. 1 tööratas, 2 sisendkollektor, 3 spiraalkamber, 4 võll, 5 difuusor

Joonis 5.5 Telgventilaator. 1 sisendkollektor, 2 tööratas (tiivik), 3 suunaseadis, 4 voolusti

5.3.2 Ventilaatori tunnusjooned Ventilaatori tunnusjooneks (joonis 5.6) on ventilaatori poolt tekitatud rõhu sõltuvus ventilaatori tootlikku-sest. Vaadelda on vaja ventilatsioonisüsteemi, mis koosneb ventilaatorseadmest ja ventilatsioonivõrgust.

Ventilaatorseade ehk ventilaator tekitab ventilatsioonivõrgu aerodünaamilise takistuse ületamiseks vajaliku rõhu. Aeromehaanika seaduste järgi võib liikumiskiirusel alla 150 m/s pidada õhku praktiliselt kokkusurutamatuks (võrdluseks: tuult kiirusega üle 33 m/s loetakse orkaaniks). Arvutustes saab seetõttu kasutada hüdromehaanika valemeid ja mõisteid, sest hüdromehaanika seadused kehtivad ka gaasilise keskkonna kohta, kui gaasi liikumiskiirus on nii väike, et gaasi kokkusurutavust pole vaja arvestada.

Töötava ventilaatori tekitatav rõhk sõltub ventilatsioonivõrgu summaarsest hüdraulilisest takistusest. Sellest sõltub ventilaatori tootlikkus. Seda sõltuvust näitab ∆∆∆∆p-V-tunnusjoon . Ventilaatori tootlikkus V (m³/h) on maksimaalne, kui takistus (staatiline rõhk) ∆∆∆∆pst (Pa) puudub. Takistuse suurenedes tootlikkus väheneb. Mingi kindla takistuse väärtuse juures muutub tootlikkus nulliks. Ventilaatori tootlikkus sõltub tööratta pöörlemiskiirusest võrdeliselt

1

2

1

2

n

n

V

V= ehk

1

212 n

nVV = .

Ventilaatori tekitatud rõhk on võrdeline tööratta pöörlemiskiiruse ruuduga 2

1

2

1

2

=

∆

∆

n

n

p

p ehk

2

1

212

∆=∆

n

npp .

Järelikult on rõhk võrdeline ka tootlikkuse ruuduga 2

1

212

∆=∆

V

Vpp .

71

5.3.3 Ventilaatori valik

Vaatleme näidet Teemetsa ja Tomsoni raamatust Ventilaatorid (TTÜ, 1995).

Joonisel 5.7 on esitatud kahe ventilaatori ∆p-V-tunnusjooned ja ventilatsioonivõrgu tunnusjooned.

Joonis 5.6 Tsentrifugaalventilaatori ∆p-V-tunnusjoon, pöörlemissagedus ja tarbitav võimsus

Joonis 5.7 Näites toodud tsentrifugaal ventilaatorite ∆p-V-tunnusjooned

Seinaventilaatori vajalik tootlikkus on V = 1450 m³/h ja tekitatav rõhk ∆pst = 25 Pa.

Nende näitajate järgi ongi eelnevalt valitud kaks võimalikku ventilaatorit: ENR-ETR 31 ja EN-ET 31.

Jooniselt on näha. Et vajalik talitluspunkt 1-1 ei lange ventilaatorite tunnusjoonele.

Tegeliku talitluspunkti määramiseks ventilaatori tunnusjoonel tuleb pikendada võrgu tunnusjoont 2 kuni lõikumiseni ventilaatori tunnusjoonega. See ongi ventilaatori talitluspunkt. Vaadeldavas näites hakkab ventilaator tegelikult tööle tootlikkusega 1530 m³/h ja arendab rõhku 28 Pa.

Nüüd on ventilaatori ületootlikkus %5,51001450

14501530=

−.

Koormus ajamimootori võllil ehk ajami staatiline tunnusjoon on määratud seosega Ts = f(ωωωω), kus ω = 2πn (vt. joonis 5.8).

Joonis 5.8 Tsentrifugaalventilaatori ja asünkroonmootori tunnusjoon

Ajamimootor tarbib võimsust P võrdeliselt mootori pöörlemiskiiruse kuubiga: 3

1

2

1

2

=

n

n

P

P.

Vajalik pöördemoment ωP

T = on siis võrdeline mootori pöörlemiskiiruse ruuduga:

2

1

2

1

2

=

n

n

T

T

m

m .

72

Ventilaator on lühisrootoriga asünkroonmootorile sobiv koormus. Kogu käivituse vältel jääb kiirendav (dünaamiline) moment smdün TTT −= praktiliselt konstantseks. Seepärast komplekteeritakse väiksemad

asünkroonmootorid enamasti asünkroonmootoriga. Väga suurte masinate korral (megavattide suurusjärgus), kui sünkroonmootori kasutegur on asünkroonmootori omast suurem, kasutatakse sünkroonmootorit.

Silmas tuleb pidada, et enamasti on ventilaatori inertsimoment oluliselt (kümneid kordi) suurem mootori rootori inertsimomendist ning seetõttu kestab ventilaatori käivitus suhteliselt kaua, sest kiirendus on ajami põhivõrrandi

dt

dJTT sm

ω=−

kohaselt inertsimomendiga pöördvõrdeline

J

TT

dt

d sm −=ω

.

Seepärast pole asünkroonmootori otsekäivitus (lülitamine vahetult võrgupingele) alati võimalik.

Põhjusi võib olla kaks:

a) mootor kuumeneb käivituse vältel üle lubatava b) toitevõrgus tekib suurest käivitusvoolust suur pingelang, mis veelgi pikendab käivitusaega

Lühisrootoriga asünkroonmootori käivitusel jääb rootoris eralduv soojusenergia praktiliselt mootorisse. Suure inertsimomendi tõttu kaua kestva ehk nn raske käivituse korral võib see staatorimähise liigselt kuumendada ja selle isolatsiooni rikkuda. Staatorimähises eraldub samaaegselt ju samuti soojust, olgugi vähem.

Kui asja teaduslikult vaadata, siis 1 kg vase temperatuuri tõstmiseks 1 °C võrra kulub 410 J energiat.

Võimalusel ja vajadusel tuleb käivituse ajal ventilaatori õhu sisse- või väljavooluava sulgeda. See tagab käivituse tühijooksul . Mida halvemini on need avad suletud, seda suurem on ajami koormusmoment käivitusel ja seda enam eraldub käivituse vältel soojusenergiat ning tõuseb temperatuur.

5.3.4 Ventilatsioonivõrgu tunnusjoon

Rõhukaod võrguosades on analoogselt veevõrgu kadudele

∆p = kvV²

V ventilaatori jõudlus m³/h kv tegur, mis iseloomustab võrgu hüdraulilist takistust; kv on seda suurem, mida pikem ja peenem on liin ning mida suurem on hõõre liinis, mida suurem on gaasi tihedus ning liikumiskiiruse ruut.

Ventilatsioonivõrk koosneb paljudest erineva hüdraulilise takistusega osadest, mis on omavahel ühendatud jadamisi või paralleelselt. Võrgu arvutamisel lähtutakse superpositsiooni seadustest. Võrgu osad ei mõjuta üksteist vastastikku. Summaarse rõhukao leidmiseks saab kasutada elektrotehnikas hästi tuntud kogutakistuse arvutamise valemeid. Ventilatsioonivõrgu osade rõhukadusid võib arvutada valemitega. Enamasti kasutatakse sellekohaseid nomogramme.

Talitluspunkti määramiseks on vaja teada koosteosade rõhukao tunnusjooni. Need on analoogsed veevõrgu omadele.

Joonisel 5.9 on näha rõhukao tunnusjooned ∆p1, ∆p2, ja ∆p3. Võrgu tunnusjoon

∆p = ∆p1 + ∆p2 + ∆p3 = (kv1 + kv2 + kv3) V²

Liitmise tulemuseks saab ventilaatori talitluspunkti A.

Rööpühenduse puhul rõhukadu punktide B ja C vahel (joonisel 5.10)

∆pBC = ∆p1 = ∆p2 = ∆p3 = ∆p

Summaarne õhu- või gaasivoog punktide B ja C vahel

3

3

2

2

1

1321

VVV k

p

k

p

k

pVVVV

∆+

∆+

∆=++= .

73

Kuna

Vk

pV

∆=

siis

321

1111

VVVV kkkk++=

Joonis 5.9 Ventilatsioonivõrgu ∆p-V-tunnusjoon osade jadaühendusel

Joonis 5.10 Ventilatsioonivõrgu ∆p-V-tunnusjoon osade rööpühendusel

5.3.5 Ventilaatori talitlus Ventilaatori talitlus on määratud talitluspunktiga ∆p-V-tunnusjoonel. See on lõikumispunkt (joonisel 5.11 punkt A) ventilatsioonivõrgu tunnusjoonega, milleks on rõhukadude tunnusjoon. Talitluspunkti koordinaadid näitavad ventilaatori tootlikkuse ja arendatava rõhu. Talitluspunkti leidmiseks pole vaja teada ∆p-V-tunnusjoont tervikuna; piisab alast, mis on määratud võrgu rõhukaoga. Rõhukao arvväärtus määrabki ventilaatori tunnusjoone ordinaadi ning ühtlasi ka talitluspunkti – rõhu mida ventilaator peab tekitama.

Ventilaatori tootlikkus kujuneb välja võrgu rõhukao ja ventilaatori poolt tekitatava rõhu vastastikuse sobitamise tulemusena. Kui tulemus ei sobi, tuleb otsida sobiva tunnusjoonega ventilaator või leppida ligilähedase sobivusega. Näitena on joonisel 5.12 kujutatud situatsioon, kus ventilaatori tootlikkus on ∆V võrra väiksem nõutavast (punkt A).

Joonis 5.11 Ventiaatori talitluspunkt Joonis 5.12 Ventiaatori talitluspunkt rõhukadude suurenemisel

Ventilaatori nõutav tootlikkus on määratud riigis kehtestatud sanitaarnormide alusel ja õhus leiduva saasteaine koguse järgi, mille piirnormid on käsiraamatutes.

Õhu tiheduse muutumise mõju ventilaatori talitlusele illustreerib joonis 5.13. Teatavasti muutub õhu tihedus, kui muutub õhurõhk, õhutemperatuur ja õhuniiskus. Ventilaatori tootlikkus ei olene gaasi tihedusest. Gaasi tihedusest sõltub ventilaatori tekitatav rõhk ∆pst. Õhu tiheduse suurenemisel m korda

suureneb m korda ka ∆pst eeldusel, et tootlikkus V = const. Selle tulemusena nihkub ∆p-V-tunnusjoon ülespoole ja võrgu tunnusjoon vasemale. Uus talitluspunkt asub vertikaalselt esialgse talitluspunkti kohal.

Nii nagu pumba puhul, mõjutab ka ventilaatori talitlust pöörlemiskiiruse muutmine. Pöörlemiskiiruse suurendamisel m korda suureneb ka tootlikkus m korda, ventilaatori arendatav rõhk aga m² korda. Võrgu tunnusjoon jääb endiseks, muutub vaid ventilaatori tunnusjoon. Uue talitluspunkti määramist illustreerib joonis 5.14.

74

Joonis 5.13 Ventiaatori talitluspunkti Joonis 5.14 Ventiaatori talitluspunkti muutus muutus õhu tiheduse suurenemisel pöörlemiskiiruse suurenemisel

Ventilaatori asend võrgu suhtes

Võimalusi on kolm:

a) ventilaator surub õhku ventilatsioonivõrku b) ventilaator imeb õhku nagu tolmuimeja; temaga ühendatud võrk moodustab tõmbelõõri c) ventilaator imeb õhku ühest võrguosast ja surub seda teise võrguossa ning asetseb võrgu

torustikus või võrgu kanalis.

Viimasel juhul kirjeldab ventilaatori talitlust seos

∆pst + ∆pdün = ∆htõ + ∆hsu + ∆hdün

∆pst ja ∆pdün ventilaatori tekitatav staatiline ja dünaamiline rõhk ∆htõ ja ∆hsu rõhukaod tõmbetorustikus ja survetorustikus ∆hdün dünaamiline rõhukadu, mis tekib õhu väljumisel ventilatsioonitorust vabasse õhku või kohtades, kus torustik järsult muutub.

Dünaamiline rõhukadu on võrdeline gaasi liikumiskiiruse ruuduga:

2

2vhdün ρ=∆

ρ gaasi tihedus kg/m³ v gaasi liikumiskiirus m/s.

5.4 Õhu konditsioneerimine

ENE 4, 1989, lk.689: Konditsioneerimine (<lad condicio ‘tingimus, olukord’) Ruumi suunatava õhu töötlemine, et anda talle soovitavaid omadusi, mis tagab soodsa mikrokliima inimesele või vajaliku mikrokliima tehnoloogiaprotsesside kulgemiseks. Töödeldakse kas välisõhku, siseõhku või nende segu.

Kasutatakse konditsioneerimisseadmeid [nimetatakse ka konditsioneer, kliimaseade, klimaator] (air conditioner, кондиционер). Need võivad õhku jahutada või soojendada, kuivatada või niisutada, tolmust puhastada, desodoreerida või odoreerida ning ioniseerida. Õhku töödeldakse pindsoojusvaheteis ja pihustuskambreis. Pindsoojusvaheteis saab õhku jahutada, soojendada ja kuivatada, juhtides läbi soojusvaheti torude soojus- või külmakandjat. Õhu kuivatamiseks alandatakse jahutuspinna temperatuuri kastepunktist madalamaks. Pihustuskambris saab õhku niisutada või kuivatada ning pihustatava vee temperatuurist olenevalt soojendada või jahutada. Õhku puhastatakse tekstiil-, paber- või õlifiltritega.

Eristatakse koht- ja tsentraliseeritud konditsioneere. Esimesed paiknevad teenindatavas ruumis. Tsentraalsed konditsioneerid teenindavad üht suurt või mitut väikest ruumi ning paiknevad neist eraldi. Autonoomseis seadmeis on sisseehitatud külma- või soojusallikad, mitteautonoomsed on ühendatud külma- või soojusallikaga. Õhu töötlemine, segamine ning jaotamine on automatiseeritud.

Konditsioneerimise füüsika (joonis 5.15) Madala keemistemperatuuriga vedelike aurustumisel kaasneb soojuse neeldumine (aurustamiseks kulub soojust!). Aurustist siseneb kompressorisse külmaaine väikese vedelikusisaldusega või kuiv küllastunud aur. Kokkusurumisel selle temperatuur tõuseb. Jahutis aur kondenseerub ning annab väliskeskkonnale ära oma ülekuumendus- ja aurustumissoojuse. Drosseldamisel (paisventiilis) vedeliku temperatuur langeb ja toimub osaline aurustumine. See toimub läbi siugtoru soojusvahetuspinna kanduva soojuse arvel. Külmutusagensiks kasutatakse süsinikdioksiidi, ammoniaaki, freoone.

75

Joonisel 5.16 on näha tüüpilise aknakonditsioneeri sisu.

Joonis 5.15. Konditsioneeri tüüplahendus: A – paisventiil, B – kompressor. Neist vasakul on aurusti, paremal – jahuti

Joonis 5.16 Aknakonditsioneer

5.5 Soojuspump Soojuspump (heat pump, тепловой насос) on seade soojuse ülekandmiseks madalama temperatuu-riga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda [2].

Soojuspumba põhiosad on: madalama temperatuuriga keskkonnas paiknev aurusti, kõrgema temperatuuriga keskkonnas paiknev kondensaator, kompressor ja paisventiil e. drosselventiil. Soojuskandjana kasutatakse madala keemistemperatuuriga vedelikke (freoone).

Kõrgema temperatuuriga keskkonda kanduv soojus on võrdne madalama temperatuuriga keskkonnast aurutile kanduva soojuse ja kompressori tarbitava energia summaga. Kompressor tarbib seda vähem energiat, mida väiksem on keskkondade temperatuuride erinevus.

Soojuspumpa kasutatakse peamiselt kütte- ja konditsioneerimissüsteemides. Talvel kandub soojus välisõhust hoonesse, suvel (konditsioneerimissüsteemi puhul) hoonest välisõhku.

Joonisel 5.17 on kujutatud õhusoojuspumba tööpõhimõte.

Joonis 5.17 Õhusoojuspumba tööpõhimõtte selgituseks

Energiat toodetakse väljast tuppa toomise kuluga (kompressori ja kompressoris tarbitava energia maksumusega). Õhusoojuspump võimaldab toota iga elektrikilovati kohta 1,5…3 kW soojusenergiat. Tasuvusajaks arvatakse 3…4 aastat. Soojusenergiat saab väljast kuni –15 ºC pakasega.

Kõige efektiivsem on soojuspump kui väljas on temperatuur vahemikus –10…+10 ºC. Suvel, palavate ilmadega töötab soojapump kliimaseadmena, jahutades ruumi siseõhku.

Soojuspumba eluiga on 10…15 aastat, siis on arvatavasti vaja vahetada kompressor. Paigaldamiseks kulub päev, hooldust pole vaja.

76

6 METALLILÕIKEPINGID

6.1 Lõiketöötlus Lõiketöötlus on töötlemisviis, mille puhul soovitava kuju, mõõtmete ja pinnakvaliteediga detaili saamiseks kõrvaldatakse osa tooriku materjalist laastudena. Tavalised lõikeviisid on treimine, hööveldamine, freesimine, puurimine, kammlõikamine ja lihvimine.

Treimine (turning, точение, обточка) on vanimaid lõiketöötlemisviise. See on eseme lõiketöötlus, mil esemele antakse harilikult pöördliikumine (pealiikumine) ja lõikeriistale (treiterale) töödeldava pinna moodustaja sihiline kulgliikumine (ettenihkeliikumine). Treitud esemed on harilikult pöördkehad.

Hööveldamine (planing, строгание) on lõiketöötlemine, mille puhul tooriku suhtes sirgjooneliselt edasi-tagasi liikuv lõiketera lõikab tootiku pinnalt ühesuguse ristlõikega laaste. Hööveldatakse peamiselt metalldetailide tasapindu kui ka kujupindu. Korraga on lõikes ainult üks lõikeserv ja lõiketera tagasiliikumine on tühikäik. Iga kaksikkäigu järel saab toorik (või lõiketera) ristettenihke (joonis 6.2).

Joonis 6.1 Treimine Joonis 6.2 Hööveldamine

Freesimine (milling, фрезерование). Esemete mehaaniline töötlemine, mille puhul pöörlev frees lõikab ettenihkega liikuva tooriku pinnalt muutuva ristlõikega laaste (joonis 6.3). Freesimine annab detailile vajaliku kuju ning suurendab selle mõõtmete täpsust ja pinna siledust. Freesimise tootlikkus on hööveldamise omast suurem. Freesitakse tasapindu, sooni, astmeid, kujupindu, hammasrataste hambaid jne. Puurimine (drilling, сверление). Esemeisse avade tegemine pöörleva ja telgsuunas edasiliikuva puuri-ga. Tavaliselt ei ületa puuritava ava sügavus puuri läbimõõtu üle 10 korra. Raskemate jahutusolude tõttu on puurimisel lõikeintensiivsus (ajaühikus tekitatav laastukogus) väiksem kui treimisel ja freesimisel.

Joonis 6.3 Freesimine Joonis 6.4 Puurimine

Kammlõikamine (broaching, протягивание). Pindade töötlemine neile nõutava kuju ja kvaliteedi ning nõutavate mõõtmete andmiseks sellekohase lõikeriistaga – kammlõikuriga. Kinemaatilist ettenihet asendab kammlõikuri hammaste lõikeservade lähenemine nõutava kujuga pinnale etteantud skeemi järgi: iga järgmine lõikeserv on sellele pinnale lähemal kui eelmine.

Lihvimine (grinding, шлифование). Esemete mehaaniline töötlemine abrasiivlõikeriistadega. Esemeid töödeldakse lihvketastega (käiadega). Lihvimist rakendatakse peamiselt viimistlusoperatsioonina lihvpinkidel ja teritusoperatsioonina terituspinkidel. Töödeldakse pöördpindu, tasapindu ja kujundpindu (keermete, tigude, hammasrataste tööpindu). Töötlemisvaru (0,2…1 mm) kõrvaldatakse enamasti mitme läbimiga. Ühe läbimiga kõrvaldatava kihi paksus on harilikult 0,0015…0,05 mm, lihvketta joonkiirus 25…80 m/s. Saadakse täpne ja sile pind.

Joonis 6.5 Kammlõikamine Joonis 6.6 Lihvimine

77

6.2 Lõikeriistad Lõikeriist (cutting tool, металлорежущий инструмент) on lõikamiseks kasutatav tööriist. Lõikeriista olulisim osa on terik .

Terik (tip, cutting part, режущий элемент) on laastu tekitava lõikeriista või sellele kinnitatud lõikeplaadi osa, mis on kokkupuutes töödeldava tooriku ja laastuga. Teriku mehaanilised omadused, soojuspüsivus ja kuju mõjutavad oluliselt lõiketöötluse tootlikkust ja täpsust. Arvjuhtimispinkidel kasutatavad terikud peavad tagama väikesteks tükikesteks murduva laastu, mida saab teisaldada jahutus-määrdevedeliku joaga.

Teriku kujust, materjalist ja paljudel juhtudel ka mõõtmete täpsusest sõltub nii töötlemise tootlikkus kui ka kvaliteet. Käsitsi töötlemise lõikeriistadeks on näiteks nuga, käärid, kirves, saag, höövel. Tööpinkides kasutatavaist lihtsaim on lõiketera , millel on üks terik. Suurema tootlikkusega on mitme terikuga lõikeriistad, näiteks frees, hõõrits, puur, saag. Suuremail lõikeriistadel kasutatakse pealeliimitavaid või pealejoodetavaid lõikeplaat e. Need on kõvemast, tugevamast ja soojuspüsivamast materjalist, enamasti kermisest. Täpne ja sile pind saadakse abrasiiv lõikeriistadega.

Kermisriistad (carbide tools, металлокерамический инструмент) võimaldavad suuremat lõikekiirust ja lõikejõudu ning suurendavad seega oluliselt tootlikkust.

Kermis on karbiidide, oksiidide, nitriidide, karbonitriidide ja teiste suure kõvadusega ühendite osakestest pulbermetallurgiliselt valmistatud tööriistamaterjal. Kermiste sideainena kasutatakse kõrge sulamis-temperatuuriga metalle – koobaltit, niklit, molübdeeni. Kermistele on iseloomulik suur kõvadus (79…96 HRA) ja kulumiskindlus , need ei vähene oluliselt ka suurel kuumusel (800…1200 ºC ja rohkemgi). Kermised on lõikeriistade lõikeplaatide põhimaterjalid.

Kõvadus (hardness, твёрдость) on materjali võime vastu panna temasse tungivale kehale. Kõvadus näitab kaudselt materjali tugevust, kulumiskindlust, töödeldavust. Kõvadust iseloomustatakse katseliselt määratava tingliku kõvadusarv uga. Eri teimimismeetodeil saadud kõvadusarvud pole omavahel võrreldavad. Kasutatakse staatilisi ja dünaamilisi meetodeid. Staatilise meetodi puhul surutakse uuritava materjali pinna väikesele osale kõvem keha – indentor, mis tekitab materjali kohaliku plastse deformatsiooni. Brinelli (1900, rootsi insener) meetodil kasutatakse karastatud teraskuuli (Ø 1…10 mm). Rockwelli (ameerika metallurg) meetodil kasutatakse kas 120º tipunurgaga teemantkoonust või 1,588 mm (1/16’’) läbimõõduga kõvasulamkuuli.

Kui lõikeriista terik u kiilukujuline osa tungib töödeldavasse detaili, tekivad lõiketsoonis surve-, nihke- ja tõmbepinged, materjal deformeerub ja osa sellest eraldub laastuna või laastudena.

Joonis 6.7 Lõikamisel tekkivad jõud [9]

Lõikejõud, lõikamiseks vajalik võimsus ja tekkivate laastude liik sõltuvad töödeldavast materjalist, teriku kujust ja asendist lõiketsoonis ning lõikerežiim ist. Laastude mõõtmed olenevad ettenihkest, lõikesügavu-sest ja teriku nurkadest (joonis 6.7). Materjali plastseks deformeerimiseks ja hõõrdetakistuse ületamiseks kuluv töö muundub soojus eks. Selle põhiosa (umbes 80%) eraldub laastudega, väiksem osa läheb töödeldavasse detaili ja lõikeriista. Viimaste kuumenemine kiirendab lõikeriista kulumist ja põhjustab detaili mõõtmete ebatäpsust. Jahutus-määrdevedelik u (näiteks sooda ja seebi vesilahus, vesiemulsioonid, väävlistatud mineraal-õlid) kasutamise puhul hõõrdumine ja energiakulu vähenevad ning lõiketöötluse tootlikkus, täpsus ja töödeldud pinna kvaliteet suurenevad.

6.3 Treipink See on tööpink treimiseks (joonis 6.8). Töödeldav ese pannakse pöörlevalt liikuma enamasti spindlikasti laagritel pöörleva spindli kaudu. Töödeldav ese kinnitatakse spindli otsas asuvasse padrunisse või plaanseibile või kahe koonusotsaku (tsentri) vahele, millest üks asub spindli, teine nihutatava tagapuki väljaulatuva osa (pinooli) koonusavas. Selleks peavad töödeldava eseme otsas olema koonusavad.

Peale treitera saab saab treipingis kasutada ka mitmesuguseid muid tööriistu, näiteks puuri, hõõritsat, millel võib olla spindli teljega rööpne, rist- või mistahes muu suunaline ettenihe.

78

Joonis 6.8 Universaaltreipink [14]

Spindli pöörlemissageduse reguleerimise ulatus on harilikult 100, erijuhtudel kuni 500. Ettenihke-liikumine antakse treiterale supordi abil. Treipingi suport koosneb pikikelgust, mis libiseb sängi juhikutel, ja ülemisest pöördkelgust, millel asub terahoidik. Pöördkelk võimaldab töödelda koonuspindu. Nii piki- kui ristkelk saavad liikumise ettenihkeajamilt käiguvõll i ja supordipõlle ülekannete kaudu. Käiguvõlliga rööbiti paiknev käigukruvi annab ettenihke edasi keerme lõikamisel. Enamasti saab pikisuport ettenihke eraldi elektrimootorilt veerekäigukruvi-mutter-ülekande kaudu. Vanematel pinkidel on üks mootor (vt. kinemaatilist skeemi joonisel 6.9).

Käiguvõll (feed rod, feed shaft, ходовой вал) on lõikepingi detail, mis annab pöörlemise edasi ettenihkekastist eemal asetsevale sirgjooneliselt liikuvale sõlmele. Käiguvõllil on kogu pikkuse ulatuses liistusoon, mis võimaldab pöörlemise liistu kaudu edasi anda treipingi supordi ettenihkemehhanismile.

Käigukruvi (lead screw, feed screw, ходовой винт) muudab koos veomutriga ajami pöörlemisliikumise tööpingi supordi, töölaua, spindlikasti, samba vms. sirgjooneliseks ettenihkeliikumiseks. Pöörlemist võib üle kanda käigukruvile või mutrile. Käigukruvi kasutatakse treipingi keermelõikeahelas.

Suport (support, суппорт) on tööpingi sõlm, mis hoiab ühte või mitut lõikeriista või lõikeriistade revolverpead töötlemiseks vajali-kus asendis ja annab talle (neile) enamasti ka ettenihkeliikumise. Sirgjooneline ettenihe antakse supordile enamasti kruvi-mutter-ülekandega.

Mehaaniliselt käitatava supordi kasutuselevõttu metallitreipingil (1794 Henry Maudslay (*1771)) loetakse tööpingitööstuse algu-seks.

Joonis 6.9 Universaaltreipingi kinemaatiline skeem [14]

79

Treipingitüüpe Väikeseeriatootmise vajadusi rahuldavad kõige paremini arvprogrammjuhtimisega treipingid. Need töötlevad kas tükktoorikuid (padrunis või tsentrite vahel) või lattmaterjali. Neil võib olla mitu lõikeriistade revolverpea d, mis on paigutatud ühele või mitmele supordile. Supordite koordinaatliikumisi tehakse järgivajamiga. Töödeldavaid esemeid laaditakse peamiselt automaatmanipulaatorite või robotitega. Niisuguse pingi töötlemisruum asub suletud kapis, kus ringleb intensiivselt jahutusvedelik.

Revolvertreipink (turret lathe, capstan lathe, револьверный станок) on treipink, milles lõikeriistad on töötlemisoperatsioonide järjestuses kinnitatud pööratava mitmepositsioonilise hoiduri – revolverpea – külge.

Joon. 6.10 Revolverpea ja selle liikumised [14]

Vertikaalse teljega revolverpea

Horisontaalse teljega revolverpea (telg risti pingi teljega)

Horisontaalse teljega revolverpea (telg paralleelselt pingi teljega)

Joon. 6.10 Revolverpea paiknemisvõimalusi [14]

Plaantreipink (face lathe, лоботокарный станок) on horisontaalse spindliga treipink suure läbimõõduga detailide töötlemiseks padrunis või plaanseibis.

Karusellpink (vertical turning and boring machine, карусельно-токарный станок) on püsttelje ümber pöörleva töölauaga metallilõikepink.

Joon. 6.12 Plaantreipink kuni 4 m läbimõõduga detailide töötlemiseks [14]

Joon. 6.12 Karuselltreipink kuni 24 m läbimõõduga detailide töötlemiseks [14]

80

6.4 Höövelpink Hööveldamine (planing, строгание) on lõiketöötlemine, mille puhul tooriku suhtes sirgjooneliselt edasi-tagasi liikuv lõiketera lõikab tooriku pinnalt ühesuguse ristlõikega laaste. Hööveldatakse peamiselt metalldetailide tasapindu kui ka kujupindu. Korraga on lõikes ainult üks lõikeserv (joonis 6.14).

Hööveldamine toimub höövelpingis. Lõikeliikumine on sirgjooneline, liigub kas toorik (joonis 6.14 vasakul) või lõiketera (joonis 6.14 paremal). Tagasikäik on tühikäik, selle ajaks lõiketera eemaldub töödeldavast pinnast. Iga kaksikkäigu järel saab toorik (või lõiketera) ristettenihke.

Pikihöövelpink (planer, продольнострогальный станок) on mõeldud suurte (kuni 5 m laiuste ja kuni 15 m pikkuste) detailide kitsaste pindade ja soonte töötlemiseks. Lõikeliikumine antakse töölauale, millele on kinnitatud töödeldav toorik. Lõiketera on kinnitatud traaversil asetseva supordi terahoidikusse. Traavers on ühe või kahe samba (joonis 6.15) juhikuil püstsuunas nihutatav.

Joonis 6.14 Hööveldamine Joonis 6.15 Kahesambaline pikihöövelpink

Risthöövelpink (horizontal shaper, поперечнострогальный станок) on kasutatav väikeste detailide töötlemiseks. Hööveltera on kinnitatud rõhtsihis sirgjooneliselt edasi-tagasi liikuva liuguri terahoidikusse. Liugur pannakse liikuma kulissmehhanismiga (joonis 6.16) või hüdroajamiga.

Tõuke(höövel)pink (slotting machine, долбёжный станок) on vertikaalpindade töötlemiseks. Tera liigub püstsihis. Liugur saab liikumise pöörlevalt kulissilt (joonis 6.17) või hüdroajamiga.

Joonis 6.16. Risthöövelpink Joonis 6.17. Tõukepingi kinemaatiline skeem

81

6.5 Freespink Freesimine (milling, фрезерование) on mehaaniline töötlemine, mille puhul pöörlev frees lõikab ettenihkega liikuva tooriku pinnalt muutuva ristlõikega laaste. Freesimine annab detailile vajaliku kuju ning suurendab selle mõõtmete täpsust ja pinna siledust. Freesimise tootlikkus on hööveldamise omast suurem. Freesitakse tasapindu, sooni, astmeid, kujupindu, hammasrataste hambaid jne. (joonis 6.18). selleks kasutatakse eri tüüpi freese. Frees (pr. fraise, ingl milling sutter, фреза) on paljuhambaline lõikeriist toorikute freesimiseks. Freese liigitatakse hambaid kandvate pindade kuju ja asendi, lõikeplaatide olemasolu, kinnitusviisi ja materjali järgi. Olulisimad on silinder- ja ots- ehk laupfreesid (tasapindade töötlemiseks), ketasfreesid (soonte moodustamiseks), sõrmfreesid (astmete ja soonte töötlemiseks), sfäärikujulised (kujupindade moodustamiseks arvprogrammfreespinkidel). Hammasrattaid valmistatakse tigu- ja moodulfreesidega. Lõikeplaadid on kermistest ja kinnitatud enamasti mehaaniliselt. Silinder- ja ketasfreesid kinnitatakse freespingi spindlile torniks nimetatava võlli abil, sõrmfreesid saba abil. Mõni näide on joonisel 6.19.

Joonis 6.18. Freesimise tüüpe Joonis 6.19 Freesitüüpe

Freespink (milling machine, фрезерный станок) on tööpink freesimiseks. Töödeldakse tasa- ja kujupindu, uurdeid ja kiilusooni. Keermefreespinkidel lõigatakse keeret, hambafreespinkidel freesitakse hambaid. Konsoolfreespingil on mööda püstjuhikuid nihutatav konsool, mis toetab ristkelku koos sellel asetseva töölauaga nende horisontaal-ettenihkel. Spindli telje asetuse järgi eristatakse horisontaal- (joonis 6.20) ja vertikaalkonsoolfreespinke (joonis 6.21).

Joonis 6.20. Horisontaal- Joonis 6.21 Vertikaal- Joonis 6.22 Eriti universaalne konsoolfreespink konsoolfreespink konsoolfreespink

Universaalkonsoolfreespingi töölauda saab püsttelje suhtes pöörata. Eriti universaalsel pingil (joonis 6.22) on töölaud, konsool või spindlipea pööratavad mitme telje ümber. Konsoolfreespinkidel töödeldakse peamiselt väikesi ja keskmisi detaile. Neil on püstsihis nihutatav spindlipea, töölaud saab ainult horisontaalse rist- ja pikiettenihke. Freespinke, mille töölaud liigub ainult pikisihis, nimetatakse pikifreespinkideks. Need võimaldavad toorikut töödelda ühtaegu mitme spindlipeaga, mis võivad asetseda rõhtsalt, püsti või nurgi. Kopeerfreespinkidel freesitakse kõverjoonelisi kontuure ja ruumilisi, näiteks pressvormide kujupindu šablooni järgi.

Arvjuhtimispingi spindlipeal võib lisaks püstliikumisele olla kaks pöördliikumist. Sellisel freespingil on 5 töökoordinaati. Neil töödeldakse väga keerulisi pindu, näiteks laevade sõukruvisid, kopterilabasid, lennukidetaile, pressvorme, stantse jne.

82

6.6 Puurpink Puurpink on tööpink avade puurimiseks, nende avardamiseks, hõõritsemiseks, keermepuuriga keermes-tamiseks ja süvistamiseks (joonis 6.23). Metallipuurpingid võimaldavad puurida avasid läbimõõduga mõnest sajandikust kuni 100 mm, rõngaspuuridega ka suuremaid.

Ava puurimine Ava ülepuurimine Avardamine Hõõritsemine Keermetamine Kooniline süvistamine

Joonis 6.23 Puurpinkidel teostatavaid töid

Metallipuurpingid jaotatakse universaal- (püst- ja radiaal-) ja eripinkideks.

Püstpuurpingil (upright drilling machine, вертикально-сверлильный станок) kinnitatakse töödeldav ese rõhtsale töölauale ja lõikeriist spindlisse, millele antakse püstsihiline ettenihe. Püstpuurpink (joonis 6.24) on mõeldud avade puurimiseks ja keermestamiseks kergetesse detailidesse, mida on lihtne töölaual liigutada.

Suurte detailide ja plaatide puhul, mida on raske nihutada, kasutatakse radiaalpuurpink i (radial drill, радиально-сверлильный станок) (joonis 6.25). Radiaalpuurpinke kasutatakse keskmiste ja suurte detailide töötlemiseks. Et viia spindel vajalikku kohta, pööratakse silinderhülssi (koos konsooliga) ja nihutatakse spindlikast radiaalselt mööda konsooli. Kuni 12 mm läbimõõduga avasid puuritakse lauapuurpinkidel.

Joonis 6.24 Püstpuurpink Joonis 6.25 Radiaalpuurpink

Kui on oluline väga täpne töötlus, kasutatakse koordinaatsisetreipink e (jig boring machine, координатно-расточный станок) (joonis 6.26). Seda kasutatakse väikeste ja keskmiste baasdetailide ja kerede avade töötlemiseks. Pingi põhisõlmi – töölauda ja spindlikasti – positsioneeritakse ristkoordinaatides, toorikut positsioneerib polaarkoordinaatides lisaseadeldis – pöördlaud, mis võimaldab toorikut pöörata rõhtasendis 0…360º, universaalne pöördlaud lisaks veel püstasendis 0…90º. Täpsuse huvides paigutatakse niisugused pingid püsiva temperatuuriga ruumidesse eraldi vundamendile.

83

Mitmespindlilistel (multispindle, многошпиндельный) nihutatavate spindlitega püstpinkidel (joonis 6.27) puuritakse korraga harilikult kuni 24 ava.

Revolverpea ga (turret, револьверная головка) (enamasti kuuepositsioonilist) püstpuurpinki kasuta-takse juhul, kui detaili on tarvis järgemööda töödelda mitme tööriistaga (joonis 6.28). Rohkem lõikeriistu järgemööda saab kasutada arvprogrammpuurpinkidel , millel on olemas lõikeriistade magasin ja automaatvahetusseadmed.

Sügavpuurpink idel (gun drilling machine, глубокосверлильный станок) puuritakse spindleid, laske-riistade torusid jm. Puurile antakse ainult pikiettenihe, pöörleb toorik. Tsenterpuurpinke kasutatakse tsentriavade üheaegseks puurimiseks toorikute otstesse. Neil pinkidel on kaks spindlit. Masstootmisel kasutatakse paljude avade üheaegseks töötlemiseks agregaatpinke .

Joonis 6.26 Koordinaatsisetreipink Joonis 6.27 Mitmespindliline puurpink Joonis 6.28 Revolverpuurpink

6.7 Lihvpink Enamlevinud on ümarlihvpingid välispindade lihvimiseks, tasalihvpingid tasapindade lihvimiseks, profiillihvpingid keermete, hammasrataste, hammasvõllide jms lihvimiseks (joonis 6.29).

Ümarlihvpink Tasalihvpink Keermelihvpink Hambalihvpink

Joonis 6.29 Töötlemisviisid enamlevinud lihvpinkidel

Ümarlihvpink (cylindrical grinding machine, круглошлифоальый станок) (joonis 6.30). Lihvitav detail kinnitatakse esi- ja tagapuki mittepöörlevate tsentrite vahele või padrunisse. Esipuki ajam paneb detaili kaasavedaja kaudu pöörlema. Pikad detailid pannakse koos töölauaga pikisihis edasi-tagasi liikuma ning pöörlevale, suhteliselt kitsale lihvkettale antakse perioodiline radiaalettenihe. Lühikesi pindu lihvitakse töödeldava pinna laiusele vastava lihvkettaga, millele antakse pidev radiaalettenihe.

Ümarlihvimispoolautomaatidel rakendatakse suure täpsuse ja väikese pinnakareduse tagamiseks suure tootlikkuse korral lihvketta radiaalettenihke automaatset tsüklit, mis koosneb kiirest lähenemisest, forsseeritud ettenihkest detailiga kokkupuutumiseni, koorivettenihkest, puhasettenihkest, töötlemisest ettenihketa või lihvperioodilisest mikroettenihkest (0,1…0,5 µm) ja lihvketta kiirest eemaldamisest. Puhas- või mikroettenihe lülitatakse sisse ja välja täpsusega ±0,5…2 µm automaatkontrollmõõteriista signaali järgi. Automaatsed on ka lihvketta korrigeerimine (ületreimine teemantpliiatsiga) ning sellele järgnev lihvimisläbimõõdu muutuse kompenseerimine. Lihvimisautomaatidel on detailide laadimise seade. Neid pinke kasutatakse automaatliinides. Arvprogrammiga pinkidesse sisestatakse tööprogramm enamasti juhtpuldilt. Töörežiim valitakse automaatselt, olenevalt vajalikust töötlemistäpsusest ja pinnakvaliteedist.

84

Tasalihvpink (surface-grinding machine, плоскошлифоальый станок) on kujutatud joonisel 6.31.

Joonis 6.30 Ümarlihvpink Joonis 6.31 Tasalihvpink

6.8 Elektroerosioontöötlus Elektroerosioontöötlus (electrical discharge machining, electro-erosion machining, электроэрозион-ная обработка) on metallide töötlemine, mis põhineb lühiajaliste järjestikuste elektrilahenduste sulataval toimel. Elektroodideks on tööriist ja töödeldav toorik, mis asetsevad dielektrilises vedelikus (mineraalõlis, petrooleumis, destilleeritud vees) teineteisele väga lähedal (0,01…0,2 mm). Elektroode toidetakse unipolaarsete elektriimpulssidega sagedusel 50 Hz … 1,5 MHz. Madalamad toitesagedused on kasutusel jämedamal töötlemisel (elektriimpulsstöötlus), kõrgemad peentöötlemisel (elektrisädetöötlus).

Elektrilahenduste toimel metall kuumeneb, sulab ja aurustub. Selle tulemusena tekivad voolu läbimineku kohtades sfäärilised lohukesed, mis moodustavad töödeldava pinna mikroreljeefi. Dielektriline vedelik jahutab eraldunud metalli ja see tahkub 0,005…0,03 mm läbimõõduga osakestena. Kõrgsagedusrežiimil eraldub metall peamiselt anoodilt, madalsagedusrežiimil katoodilt. Tööriist on elektrisäderežiimi korral harilikult vasest või valgevasest, impulssrežiimi korral grafiit- või vask-grafiit komposiidist. Protsessi stabiilsuse tagab elektroodidevahelise pilu automaatreguleerimine.

Elektroerosioontöötlust rakendatakse karbiidkeraamika, roostevabade ja kuumuskindlate teraste, magnetsulamite, karastatud teraste ja teiste raskesti töödeldavate materjalide töötlemiseks.

Elektroerosioon-sisselõiketöötlusel liigub kujuprofiiliga tööriist tooriku suhtes sirg- või kõverjooneliselt, et kõrvaldada metalli süvendeist, avadest, soontest või välispindadelt. Sel meetodil valmistatakse sepistus- ja pressvormide keeruka kujuga süvendeid (joonis 7.1.1) ning turbiinilabasid.

Elektroerosioonlihvimisel on tööriistaks metallketas. Meetodit rakendatakse freeside teritamiseks ja vähejäikade detailide lihvimiseks.

Elektroerosioontükeldamisel on tööriistaks plaat, lint või pöörlev ketas. Sel viisil tekitatakse ka kitsaid pilusid.

Elektroerosioon-väljalõikamisel on tööriistaks 0,02…0,03 mm läbimõõduga ümartraat, mille asetust tooriku suhtes muudab arvjuhtimissüsteem. Samal ajal liigub traat pidevalt pikisuunas, see väldib tema kulumise mõju (joonis 7.1.2). Meetodit rakendatakse koostatavate karbiidkeraamiliste stantside, šabloonide, kaliibrite, tõmbesilmade, lõikeriistade ja muu taolise valmistamiseks.

Joon. 7.1.1 Elektroerosioon-sisselõiketöötlus Joon. 7.1.2 Elektroerosioon-väljalõikamine

85

7 MUUDETAVA KIIRUSEGA AJAM

7.1 Koormustüübid Kui mootori arendatav moment on võrdne koormusmomendiga, siis on tegemist püsikoormusega. Sel juhul on pöördemoment ja kiirus konstantsed. Mootori ja töömasina tunnusjooned väljendavad kiiruse ja pöördemomendi (või tootlikkuse) seost.

Asünkroonmootori tunnusjooned on teada (joon. 7.1.1).

Joon. 7.1.1 Asünkroonmootori tunnusjooned [10]

Töömasinate tunnusjooned on liigitatavad neljaks: Vaatleme neid őkshaaval [10].

1. Masinad materjali kerimiseks konstantse pingega; siia kuuluvad näiteks ka vineerilõikamismasinad ja metallilõikepingid

2. Konveierilindid, kraanad, aga ka metallilõikepingid

3. Valtsid, silumispingid ja teised materjalitöötlemise masinad

4. Tsentrifugaalmasinad, tsentrifugaalpumbad ja –ventilaatorid

86

7.2 Tööpunkt Püsirežiim tekib siis kui mootori moment on võrdne töömasina koormusemomendiga. See on tunnusjoonte lõikepunktis. Mootori valikul mingile kindlale masinale tuleb silmas pidada, et see lõikepunkt (ajami tööpunkt, joon. 7.2.1) oleks mootori nimitööpunktile nii lähedal kui võimalik. Seda selleks, et mootor oleks optimaalselt kasutatud.

Paigalseisust püsikiiruseni jõudmiseks peab olema mootoril suurem pöördemoment. Kui seda pole, on talitlus ebastabiilne ja seade võib jääda talitlema liiga madalal kiirusel, kui kiirenduseks vajalik moment puudub. Eriti siis, kui on tegu 1. või 2. grupi töömasinaga, tuleb silmas pidada käivitustingimusi. Niisuguste masinate paigaltvõtumoment võib olla suurem kui mootori algkäivitusmoment (joon. 7.2.2). Sel juhul ajam ei käivitu.

Joon. 7.2.1. Ajami tööpunkt Joon. 7.2.2. Paigaltvõtumomendi probleemi selgituseks

Tööstus vajab suure tootlikkusega automaattehaseid. On tehtud tohutuid pingutusi tõhusate tootmismeetodite arendamiseks. Oluline osa selles on elektrimootoril.

Vahelduvvoolumootorite kiirust saab muuta mitmel erineval moel. Enamus neist on seotud suure võimsuskaoga või suurte investeeringutega. Tegelikult praktiliselt polnud võimalik kiirust astmeteta muuta enne kui pildile tuli sagedusmuundur.

Meenutus eelmisest loengust:

Ümarlihvimispoolautomaatidel rakendatakse suure täpsuse ja väikese pinnakareduse tagamiseks suure tootlikkuse korral lihvketta radiaalettenihke automaatset tsüklit, mis koosneb kiirest lähenemisest, forsseeritud ettenihkest detailiga kokkupuutumiseni, koorivettenihkest, puhasettenihkest, töötlemisest ettenihketa või lihvperioodilisest mikroettenihkest (0,1…0,5 µm) ja lihvketta kiirest eemaldamisest. Puhas- või mikroettenihe lülitatakse sisse ja välja täpsusega ±0,5…2 µm automaatkontrollmõõteriista signaali järgi. Seda kõike saab teha sagedusajamiga.

7. 3 Kiiruse astmevaba juhtimise eelised Tänapäeval on sagedusmuunduriga juhitav vahelduvvoolumootor automaattootmise lahutamatuks osaks. Peale selle, et vahelduvvoolumootori head omadused kasutatakse ära optimaalselt, annab kiiruse astmeteta reguleerimine veel rida eeliseid:

1. Säästab energiat Energiat säästetakse kuivõrd mootori kiirust muudetakse sujuvalt nii nagu see on hetkel vajalik. Selle parimaks näiteks on pumbad ja ventilaatorid, kus võimsustarve väheneb võrdeliselt kiiruse kuubiga.

2. Parendab tehnoloogiat Tootlikkus suureneb, materjalivajadus ja praagi määr väheneb.

3. Parandab kvaliteeti Käivitus- ja seiskamiskordade väheneb. Enam pole vaja mehhanisme järsult käivitada.

4. Vähendab hooldusvajadust Sagedusmuundur ei vaja hooldamist. Veevarustussüsteemides pole enam hüdraulilisi lööke, mis võivad lõhkuda torustikku.

5. Parandab töökeskkonda Konveierilindi liikumise kiirust saab seada töötamise kiirusega. Villimisliinil saab vähendada pudeliplärinat sättides konveieri kiirust sobivaks. Ventilatsioonisüsteemides saab ventilaatori kiirust sobitada ventilatsioonivajadusega nii, et ei teki müra ega tõmbetuult.

87

7.4 Sagedusajam Nüüdisaegne tööstuslik sagedusmuundur võimaldab elektri-mootoriga tagada kiiruspiirkonna nullist nimikiiruseni ja suurima lubatavani üle selle (joonis 7.4.1).

Suurim lubatav kiirus võib olla piiratud tehnoloogiliselt (et ei lõhuks töömasinat või toodet), mootori suurima lubatava pöörlemissagedusega või sagedusmuunduri suurima võimaliku väljundsagedusega.

Asünkroonmootori arendatav pöördemoment on võrdeline õhupilu magnetvoo ja rootorivoolu korrutisega

IkT ⋅Φ⋅= .

Optimaalse pöördemomendi tagamiseks tuleb magnetvoog õhu-pilus fU /~Φ hoida konstantsena. See tähendab, et võrdeliselt sagedusega tuleb vähendada toitepinget (joonis 7.4.2).

Raske käivituse (suurte inertsmasside või suurte hõõrdejõudude) puhul on vajalik eriline käivituspinge U0.

Sagedusest f1 ülespoole on 400 V mootori puhul vaja muuta iga 5 Hz kohta pinget 40 V (joonis 7.4.3). Kuni selle sageduseni toimub tegelikult väljatugevuse vähendamine.

Joonis 7.4.1. Sagedusmuunduriga juhitava lühisrootoriga

asünkroonmootori mehaaniliste tunnusjoonte parv

Joonis 7.4.2. Vajalik U/f muutmispiirkond [10]

Joonis 7.4.3. Sagedusjuhitava lühisrootoriga asünkroonmootori juhtimisparameetrid [10]

Sagedusmuunduril saab sättida paljusid parameetreid, mis sõltuvad töömasina koormusest (libistus), või olla sõltumatud (käivituspinge, mis peab ületama pingelangu mootori mähistes madalal sagedusel). Seejuures piiravaks suuruseks on lubatav või etteantud mootori vool.

Asünkroonmootori nimilibistus on enamasti alla 5%, mis kahepooluselise mootori korral (mille magnetvälja pöörlemissagedus on 3000 p/min) on kuni 150 p/min. See tähendab, et kui niisugune mootor peab töötama 300 p/min juures, siis on võimalik libistus 50%. Seepärast on sagedusmuunduris ette nähtud libistuse kompensatsioon, mis toimib aktiivvoolu järgi.

Reaktiivvooluga on probleem lihtsam. Magnetvälja loomiseks vajalik reaktiivvool toimib vooluringis alalisvoolu vahelüli kondensaatori ja mootori mähise vahel ning seda pole võrgust vaja võtta. Seetõttu on sagedusmuunduri väljundvool tarbitavast suurem. Piltlikult selgitab seda joonis 7.4.4. Asünkroonmootor ei vaja reaktiivvoolu kompenseerimiskondensaatorit.

88

Joonis 7.4.4. Vool sagedusmuunduris [10] Joonis 7.4.5. Kasuteguri selgitamise juurde [10]

Joonis 7.4.6. Sagedusmuunduri, mootori ja kogu ajami kasutegur nimikoormusel (A) ja veerandkoormusel (B)

Sagedusajami kasutegur moodustub sagedus-muunduri ja mootori kasutegurite korrutisena (vt. tähistus joonisel 7.4.5).

Sagedusmuunduri kasutegur 1

2

P

Pmuundur =η .

Mootori kasutegur 2

3

P

Pmootor =η .

Kogu ajami kasutegur 1

3

P

Pajam =η .

Kahepooluselise mootoriga (3000 p/min) ajami tüüpilise kasuteguri kõverad sõltuvalt pöörlemis-sagedusest ja koormusest on joonisel 7.4.6.

Kiirendus- ja aeglustusramp

Käivitamisel on mõistlik hoida kindel ühtlane kiirendus. Tüüpiliseks käivitusaja sätteväärtuseks on 5 sekundit. Selle aja vältel tõstetakse sagedus nullist 50 hertsini. Samasugune probleem on aeglustamisel ja pidurdamisel. Siin sätitakse vajalik aeglustusaeg (joonis 7.4.7).

Igal sagedusmuunduril on sujuva juhtimise tagamiseks rambifunktsioon. Nii kiirendus- kui aeglustusramp on sätitavad (joonis 7.4.8) nii nagu see on tehnoloogia seisukohalt vajalik. Sätitavad on ka pidurdamine ning hulk muid funktsioone.

Kui ajami kiirust pole vaja reguleerida, siis ainult käivitamiseks ja pidurdamiseks pole mõtet kasutada sagedusajamit. Sujuvkäiviti (soft starter, устройство плавного пуска) lahendab kõik probleemid: võimaldab sättida rampe, täidab kaitse- ja seirefunktsioone. Seejuures on sujuv-käiviti sagedusmuundurist oluliselt odavam.

Joonis 7.4.7. Kiirendus- ja aeglustusajad Joonis 7.4.8. Kiirendus- ja aeglustusrampide aja sättimine

89

7.5 Sagedusmuunduri valik Kui on teada mehhanismi koormustunnusjoon T=f(n) (või vastupidi: n=f(T)), siis on sagedusmuunduri valimiseks neli loogilist võimalust [10]:

1. Mootorivoolu järgi Kui 7,5 kW 3 x 400 V mootori vool on 14,7 A, siis peab sagedusmuunduri väljundvool olema samasuur või suurem, kui moment on konstantne või ruutsõltuvuses.

2. Näivvõimsuse järgi Näites toodud mootori SM = √3 x U x I = √3 x 400 x 14,7 = 10,2 kVA. Sagedusmuunduri väljundvõimsus peab olema samasuur või suurem.

3. Mootori väljundvõimsuse järgi Siin on probleemiks see, et nii võimsustegur cos ϕ kui kasutegur η koormuse muutumisel muutuvad. Näiteks on 3 kW mootori kasutegur 0,80 ja võimsustegur 0,81. SM = PM / η x cos ϕ = 3 / 0,80 x 0,81 = 4,6 kVA.

4. Võimsusrea järgi Praktiliselt on enamuse sagedusmuundurite võimsuse määramisel silmas peetud asünkroonmootorite standardset võimsusrida. Järelikult saab enamasti valida sagedusmuunduri just selle järgi. See annab ebasobiva tulemuse juhul kui mootor ei tööta täiskoormusel. Selle näiteks on tsentrifugaalkoormused. Pump töötab harva täisjõudlusega. Kui vajalik jõudlus on vahemikus 50…80% nimiväärtusest, siis on vajalik võimus vahemikus umbes 20…60% ning võib julgelt valida üks aste väiksem muundur.

Muunduri valik on asi, mis nõuab palju kogemusi. Kasulik on konsulteerida valmistajatehasega, käia näitustel ja messidel. Silmas on vaja pidada palju üksikasju [10]:

1. Konkreetse masina üksikasjad • masinas vajalikud liikumised • mehaanilised tunnusjooned, vääratusmoment, kiirendus • kiiruse reguleerimisulatus, • jahutusvajadus • muunduri ja mootori võimsustarve • talitluskvadrandid • libistuse kompensatsioon (dünaamika) • vajalikud kiirendus- ja aeglustusrambi ajad • vajalik pidurdusaeg, pidurite talitlusaeg • otseajam, ülekandetegurid, inertsimomendid • sünkroniseerimisvajadus teiste ajamitega • talitlusaeg, juhtimisseadised (surunupud, kangid) • kompuutriühendus, liidesed, visualiseerimine • kujundus- ja kaitseviis • sagedusmuundurisse intelligentsi ühendamise võimalus

2. Keskkonnaprobleemid • paigalduskõrgus, ümbrustemperatuur • jahutusnõuded, jahutussüsteemi valik • kliimatingimused (niiskus, vesi, mustus, gaasid) • tööstusharu erinõuded, (näiteks kaevandus, keemiatööstus, laevaehitus, toiduainetööstus, ...) • müra

90

3. Toide • toitepinge, selle pulsatsioon • toiteallika võimsus • toitepinge sageduse kõikumine • toitevõrgu häired • lühise- ja liigpingekaitse • elektrivarustuse katkemine

4. Hooldus, käit, personal • operaatorite väljaõpe • hooldus • varuosad ja –aparaadid

5. Rahanduslik külg • ostuhind • ruumi vajadus, sisseehitamise võimalus, konstruktsioon • paigaldamismaksumus • süsteemi käikuandmine • häälestamiskulud • talitluskulud • süsteemi kasutegur (sagedusmuundur ja mootor) • reaktiivvõimsuse tarve ja harmooniliste kompenseerimine • seadme tööiga

6. Kaitsevahendid operaatorile/muundurile/mootorile • galvaaniline eraldus kooskõlas kaitseväikepinge nõuetega • faasi katkemine • lülitamine muunduri väljundist • maandus- ja lühisekaitse • elektrooniline termomonitooring ja termistoride ühendamisvõimalus

7. Normid ja eeskirjad • rahvuslikud normid DIN, BS, UL, CSA, VDE, Euroopa EN • rahvusvahelised IEC, CE jt.

8. Keskkonnanõuded • toote ümbertöödeldavus • tootmisviis (kui palju saastab) • energiasäästu võimalused

Ülaltoodud asjaolude/tegurite/näitajate järgi tuleb valida muundur, mille standardversioon rahuldab enamuse esitatud punktidest. Siiski tuleb teha veel teine kontroll , kuivõrd on tõenäone, et

• muunduri sisendi või vahelüli drosselid võivad oluliselt vähendada võrguhäireid

• A või B klassi raadiosagedusfilter võib olla sisseehitatud ja seda ei tule eraldi hankida

• sagedusmuunduri kasutamisel väheneb mootori lubatav võimsus

• muundur on maaühenduse ja lühise vastu juba kaitstud

• muundur ise reageerib riketele adekvaatselt.

91

8 ASÜNKROONMASIN TEHNOLOOGIA ARENGUS

Lühisrootoriga asünkroonmootor

Enamus, võib-olla 80% seadmeid maailmas pannakse tööle lühisrootoriga asünkroonmootoriga (joonis 8.1). Sel masinal on staator , mille lehtterasest magnetahelas (staatoripaketis) asuva kolmefaasilise mähisega luuakse pöörlev magnetväli ja rootor , kus see magnetväli indutseerib oravaratta-kujulises vask- või alumiiniummähises voolu. Magnetvoo Φ ja voolu I koostoimel tekib jõud F ning jõu toimel pöördemoment T

IkT ⋅Φ⋅= .

Joonis 8.1 Lühisrootoriga asünkroonmootori lõige ja talitluspõhimõtte selgitus

Magnetväli pöörleb kiirusega

p

fπω

20 = ,

kus f on sagedus, meil elektrivõrgus 50 Hz, p — poolusepaaride arv.

2-pooluselise (1 paar!) masina p/min3000rad/s3141

5020 =≈

⋅=

πω ,

4-pooluselise (2 paari) masina p/min1500rad/s1572

5020 =≈

⋅=

πω ,

6-pooluselise (3 paari) masina p/min1000rad/s1053

5020 =≈

⋅=

πω .

Rootor pöörleb selles magnetväljas veidi väiksema kiirusega ω. Seda kiiruse vähenemist nimetatakse libistuseks

0

0 )(

ω

ωω −=s

ja see on tavaliselt 1...5%. Nagu näha, on võrgusagedusel talitleva asünkroonmootori kiirus vaid astmeliselt muudetav ja enamasti suur. Väikese kiiruse saamiseks tuleb suurendada poolusepaaride arvu. Näiteks:

40-pooluselise (20 paari) masina p/min150rad/s7,1520

5020 ==

⋅=

πω .

Kõik need 40 poolust, igaüks üldjuhul vähemasti 3 uuret ja 3 hammast, kokku vähemalt 24...30 mm, kujundavad rootori ümbermõõduks umbes 1 m ehk läbimõõduks kolmandik meetrit. Pole just väike! Tavaliselt on lihtsam kasutada reduktorit ning enamasti toodetaksegi 2-, 4-, 6- ja 8-pooluselisi masinaid.

92

Vaatleme mõningaid võimalusi, mis tekivad asünkroonmootori klassikalist konstruktsiooni muutes.

Kulgasünkroonmasin Kujutleme, et lõikame masinasse kuni teljeni lõhe ning õgvendame silindrilise konstruktsiooni tasaparalleelseks (joonis 8.2).

Joonis 8.2 Mõtteline kulgasünkroonmasina saamise võte (selle leiutaja prof. Eric Laithwaite’i joonis)

Nüüd on meil kolmefaasilise mähisega induktor , mille staatoriks nimetamine pole enam õige ja risttahukas, mida rootoriks hoopiski nimetada ei saa. Prof. Voldek nimetas ta jooksur iks. Kasutatakse ka nimetusi liugur, sekundaarsüsteem, reaktiivlatt jt. Klassikaline nimetus on ankur . Sest põhimõtteliselt koosneb iga elektrimasin induktorist, kus luuakse magnetväli ja ankrust, kus tekitatakse jõud.

Nii saadud masinat nimetatakse kulgasünkroonmootoriks (linear induction motor, линейный асинхронный двигатель), sest ta tekitab kulgliikumise. Induktori magnetväli liigub kiirusega fv τ20 = , kus τ on

poolusejaotus, mida mõõdetakse meetrites ja mis üldjuhul koosneb, nagu juba öeldud, vähemasti kolmest hambast ja kolmest uurdest nende vahel. Kuivõrd hammaste pikkus on sujuvalt muudetav, on niisugusel konstruktsioonil see eelis, et teoreetiliselt on võimalik ehitada mistahes sünkroonkiirusega masin. Praktiliselt piiravad seda reaalsed konstruktiivsed võimalused.

Magnetväli paneb ankru liikuma libistuse 0

0

v

vvs

−= võrra aeglasemini.

Libistus on sellisel masinal suurusjärgu võrra suurem kui pöörleval masinal, sest tavaliselt on suurusjärgu võrra suurem ka õhupilu. Õhupilu on aga mistahes elektrimasina kõige kallim osa .

Ettekujutuseks: Volta tehase 132 mm võlli kõrgusega asünkroonmootorite õhupilu on 0,35...0,4 mm. Nii väikese õhupilu loomine kulgmootoris on keerukas, seal on see tavaliselt suurusjärgu võrra suurem. Seetõttu on kulgmootori magnetvälja loomiseks vaja suurusjärgu võrra suuremat voolu, mis oluliselt (kuni suurusjärgu!) vähendab masina kasutegurit.

Ankrule mõjub jõud ainult induktori kohal. Selleks, et niisugune masin saaks kauem töötada ühes suunas, peab ta olema kas pika induktori või pika ankruga . Elektrimasinas tekkiv jõud võib ankrut paigal hoides panna liikuma induktori. Probleemiks võib saada selle vooluvarustus e. toide. Niisiis saab masin olla liikuva ankru või liikuva induktoriga .

Konstruktorid on lahendanud ka õhupilu vähendamise probleemi. Kasutusele on võetud kahe induktoriga masin (sändvitš , joonis 8.3) ja silindriline konstruktsioon — silindriline kulgvälja tekitav induktor, mille sees saab liikuda silindriline ankur. Joonisel 8.4 on näha, mismoodi poolused teineteisele järgnevad.

Joonis 8.3 Kahe induktoriga kulgasünkroonmootori saamine

Joonis 8.4 Poolused: a — tavalises pöörlevas, b — lamedas ja c — silindrilises kulgasünkroonmootoris

93

Elektrimootor on tegelikult konstruktsioon, mis töötab elektromagnetilise tõmbejõuga. Induktoriga luuakse liikuvad N ja S poolused. Lühisrootoriga asünkroonmasina rootoris (ja analoogselt kulgmootori ankrus) tekib just samapalju poolusi kui induktoris, ning nad järgnevad induktori vastasnimelistele poolustele, kui see on võimalik.

Joonis 8.4 Tänapäevane silindriline kulgasünkroon-servoajam

Elektromagnet koosneb tavaliselt terassüdamikust, mille ümber on mähis. Sõltuvalt voolu suunast mähises tekib südamiku ühes otsas N ja teises S poolus või vastupidi. Seda mõtet edasi arendades võib luua näiteks mootori, mis liigub tasapinnal trajektooriga, mida saab magnetite mähistes voolusuunda muutes juhtida. Kui aga luua magnetsüsteem viisnurkadest, saab ehitada sfäärilise mootori, mis talitleb nagu küünarliiges.

Magnetohüdrodünaamiline (mhd) pump

Tavaliselt kujutatakse ette, et elektrimasina rootor või ankur on tahked kehad. Tegelikult pole see sugugi kohustuslik. Kui niisuguse silindrilise masina ankruks on toru, milles on elektrit juhtiv vedelik, siis paneb induktori loodav magnetväli selle vedeliku liikuma. Niisuguse masina nimeks on magnetohüdro-dünaamiline pump . Iga elektrimasin on pööratav: ta võib talitleda nii mootori kui generaatorina. Seetõttu, kui lasta läbi sellise masina ankrutoru elektrit juhtiv vedelik , tekib induktori klemmidel elektromotoorjõud. See pole eriti suur ning on kasutatav näiteks vedelikuhulga mõõtmiseks. Sel põhimõttel töötavaid iduktsioon-kulumõõtur eid toodeti Tallinnas.

Magnetpadjal liikuvad sõidukid

Siin on vaadeldud näiteid sellest, missugused võimalused võivad tekkida, kui loobuda jäigast ettekujutusest, et asünkroonmasin on ainult pöörlev ja ainult selline, nagu ta enamusele meist tuttav on. Sama tööpõhimõte võimaldab ka masinat, mis vahetult tekitab kulgliikumist. Seejuures täiesti uue kvaliteedina tekib võimalus, et liikumapaneval ja liikuval osal pole omavahel kokkupuudet. Järelikult puudub hõõrdumine ja müra. Niisugune masin võimaldab väga suuri kiirusi ja kiirendusi. Masina kasutegur on seda suurem, mida suurem on masin ja mida kiirem ta on.

Juba rohkem kui sada aastat tagasi püüti kulgasünkroonmootoriga panna liikuma autosid, 1946. aastal valmisid aga Westinghouse'is kaks 7 MW võimsusega mootorit lennukite kiirendamiseks lennukikandjal. Teadaolevalt võimsaim kulgmootor on hoopis 28 MW alalisvoolumasin Briti õhujõudude jaoks.

Reaalne rakendus oli planeeritud USA transkontinentaalse rongi jaoks New Yorgist Los Angeleseni. Arvutused tehti kiirustele 480, 960 ja 1440 km/h, millest eelistati keskmist. See on umbes reaktiivlennuki kiirus. Võimalik on aga start kasvõi südalinnast ning seega ajavõit. Esimene probleem: ratas vastu rööbast lakkab reaalselt vedamast umbes 500 km tunnikiirusel. Väljapääsuks on magnetripe , mis arendati välja nn magnetjõeks . Nii lahendatigi reaalselt jõumasin, mis ei puutu kokku tema poolt liikumapandava osaga. Teine tõsine takistus on õhutakistus. Sellest vabanemiseks otsustati kasutada vaakumit 1/1000 normaalrõhust. Selleks nähti ette 3,6 m läbimõõduga torujuhe kogu 4011 km pikkuses mõlemas suunas. Otsustati paigalseisva induktoriga masina kasuks. Ligi 40 km pikkusel induktoril saavutaks 136kohaline magnetoplaan kiiruse 960 km/h. Edasi liigub ta umbes 20 km inertsiga. Kiirus väheneb seejuures umbes 1% võrra, väärtuseni 950 km/h. Iga 20 km järel on vaakumjaam ja 800 m induktorit, millel taastatakse jälle nimikiirus jne jne. Suure kiiruse tõttu on teoreetiliselt võimalik minimaalne trassi pöörderaadius 160 km ehk teisisõnu: trassi mahamärkimiseks sobib vaid laserikiir.

Kulgasünkroonmasina arvutuse teoreetilised alused andis esimesena maailmas prof Aleksander Voldek, TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituudi (siis, 1956, tööstuse elektrifitseerimise kateedri) rajaja.

94

Kulgasünkroonmootori puudused ja eelised

Üheks põhiliseks takistuseks kulgmootorite arengus on nende kehvemad energeetilised näitajad, mille põhjuseks on

• suur mittemagnetiline pilu • induktori magnetsüsteemi sulgematus • enamasti mittemagnetiline ankur.

Tulemuseks on suur tühijooksuvool ja suur libistus. Kasutegur on 0,3...0,7, ülikiiretel masinatel kuni 0,85. Võimsustegur cosϕ ei ületa 0,6...0,8. Paremad näitajad on suurematel ja kiirematel masinatel. Erimass (mass võimsusühiku kohta) on palju suurem kui pöörlevatel masinatel. Sellele vaatamata kulgmootorite kasutamine laieneb. Seda põhjustavad eelised:

• elektrienergia vahetu muundamine kulgliikumise energiaks • lihtne ehitus, pöörlevate osade puudumine • mootor ei puutu töömasinaga mehaaniliselt kokku • suure kiiruse ja suure kiirenduse võimalus • kerge soojusrežiim kulgliikumisel, enamasti ankru jahutamise vajadus puudub • mistahes tõusunurk kuni 90° • kulumatus • müratus • suur töökindlus • hõlbus sisseehitamise võimalus • hea reguleeritavus • suur peatamistäpsus.

Kasutatavad on kõik kolm elektrilise pidurdamise viisi: • rekuperatiivpidurdus (sageduse vähendamisel või üleminekul väiksemale kiirusele) • dünaamiline pidurdus • vastulülituspidurdus.

Kulgmootorite konstruktsiooni headust iseloomustab kõige paremini efektiivsustegur (goodness)

g

fkG

2τ=

kus τ on poolusejaotus (m) f – sagedus (Hz) g – mass k – konstant Kiirus

fv τ20 = millest f

v

20=τ

Efektiivsustegur kiiruse järgi

gf

vkG

4

20=

Efektiivsustegur iseloomustab masinat kõige paremini. Kasutegurit, võimsustegurit ja massi võimsusühiku kohta võib kõiki teineteise arvel parandada.

Kulgasünkroonmasina võimalusi

Eelpooltoodu süstematiseerimiseks on joonisel 8.5 esitatud konstruktsioonilised varieerimisvõimalused. Neist viimane rida vajab lahtiseletamist.

Suurt kiirust võimaldava masina tavalise konstruktsiooni – pikiväljamasina – puhul tekitab raskusi magnetahela küllastus. Mida suurem on kiirus, seda pikem on masina poolusejaotus. Kogu magnetvoog läbib aga magnetahela ikke. Küllastuse vältimiseks peab see olema piisavalt paks, mis suurendab oluliselt lehtterase kulu. Mähise pikad lauposad tekitavad lisaks kadudele ka konstruktiivseid raskusi. Mõistlikuks lahenduseks on põik- ehk ristväljamasin, kus need puudused on minimaalsed. Rauapaki paksus ega laupühenduste pikkus ei sõltu sel juhul enam pooluse pikkusest. Selgituseks vt. joonis 8.6.

95

Joonis 8.5 Kulgasünkroonmasina konstruktsioonilisi võimalusi

Joonis 8.6 Pikiväljaga (vasakul) ja ristväljaga kulgasünkroonmootori (paremal) konstruktsioonide võrdlus

Elektromagnetiline levitatsioon

Levitatsioon on mõiste, millega tähistatakse keha õhkutõstmist. Siinkohal siis on jutuks keha õhkutõst-mine elektromagnetvälja abil ehk magnetripe. Selle leiutas Eric Laithwaite 1950-dail aastail oma kulgasünkroonmootori edasiarendusena süstiku lennutamiseks. Pool sajandit hiljem on see pärast paljusid katse- ja arendustöid jõudnud hõljukrongina juba esimese kommertsrakenduseni. 2002. aastal lasti käiku magnetoplaan (joonis 8.7) Hiinas Šanghai kesklinnast Pudongi lennuväljani. 30 km katab see 7 minuti ja 20 sekundiga, suurim kiirus – 431 km/h. Liinil saavutatud suurim kiirus on 501 km/h. Kavas on see liin maailmanäituse EXPO 2010 ajaks pikendada 160 kilomeetrini.

Joonis 8.7. Šanghai magnetoplaan juunis 2005 [15]

96

Joonisel 8.8 on skemaatiliselt kujutatud magnetoplaani liikumapanev mehhanism ja magnetite paigutus hõljukil.

Hõljuki raam kõverdub T-kujulise kandekonstruktsiooni ümber. Kogu trassi pikkuses on induktori (staatori) paketid, hõljukil on magnetid. Samanimeliste pooluste tõukejõudu ja erinimeliste pooluste tõmbejõudu kasutades tekitataksegi liikumapanev jõud. Hõljuki raami küljes olevad sensorid määravad magnetahela õhupilu suuruse. See hoitakse ühtlane (tavaliselt 10 mm) kompuutriga reguleeritava voolutugevusega magnetites. Hõljuki pidurdamiseks muudetakse vedava magnetvälja suunda.

Tõstemagnetid kergitavad hõljukit 10...15 cm.

Joonis 8.8. Magnetoplaani liikumapanemise põhimõte ning magnetite paigutus hõljukil [15] Selles lühiülevaates pole muidugi käsitletud neid paljusid teaduslikke probleeme, mis tuli lahendada või alles ootavad lahendamist. Jutt oli tehnoloogia, konstruktsiooni ja ajami ühtsusest .

97

9 KONKUREERIVAD AJAMID Tehnikas on enamasti alati olemas alternatiivid. Nii on töömasinates elektriajamite kõrval kasutusel ka hüdro- ja pneumoajamid. Lühiülevaate nende võimalustest ja probleemidest saab alljärgnevast tabelist.

Tabel 9.1 Elektriajami, hüdroajami ja pneumoajami võrdlus

Elektriajam Hüdroajam Pneumoajam

Ohutus Võib olla plahvatusohtlik Lekke korral tuleohtlik Plahvatusohutu

Mõjud keskkonnale

Puuduvad Võimalik ümbruse reostus Kahjutu, tekib vaid energiakadu

Temperatuuri-tundlikkus

Talitlus ei sõltu temperatuurist

Tundlik temperatuuri-muutustele

Temperatuuri suhtes tundetu

Energiasalvestus Keeruline, väikestes kogustes võimalik akude ja ülikondensaatoritega

Piiratud kogustes Lihtne

Energiaülekanne Praktiliselt piiramatu, seotud liinikadudega

Kuni 100 m, v = 2...6 m/s, signaali kiirus kuni 1 km/s

Kuni 1000 m, v = 20...40 m/s, signaali kiirus kuni 20...40 m/s

Ekspluatatsiooni-kulud

Väikesed (1)

Suured, ca 4 korda suuremad

Väga suured, ca 10 korda suuremad

Kulgliikumine Keerukas ja kulukas saada

Hüdrosilindriga lihtsalt tekitatav. Ülekantav jõud on suures piirkonnas muudetav. Kiirust on lihtne reguleerida

Pneumosilindriga lihtsalt tekitatav. Ülekantav jõud on piiratud. Kiirus on suur ja sõltub koormusest

Pöördliikumine Probleemideta. Pöördemoment pole piiratud

Suur pöördemoment ja väike kiirus

Väike pöördemoment ja suur kiirus

Positsioneerimis-täpsus

Lihtsalt saavutatav kuni ±1 µm

Enamasti mitte üle ±1 µm. Suurem täpsus vajab suuremaid kulutusi

Püsikoormusel võimalik ±0,1 mm

Liikumise stabiilsus

Väga hea, saavutatakse mehaanilise siduriga

Suure stabiilsuse tagab vedeliku kokkusurumatus ja kõrge rõhk

Vähene, sest gaas on hõlpsalt kokkusurutav

Arendatav jõud Tundlik liigkoormusele Liigkoormuse eest kaitstud. Töörõhk kuni 600 baari, jõud kuni 3 MN

Liigkoormuse eest kaitstud. Jõud piiratud gaasi rõhu ja silindri läbimõõduga. Saavutatav jõud kuni 30 kN rõhul 6 baari

Nagu tabelist nähtub, on muude võrdsete tingimuste puhul soodus kasutada hüdroajameid, kui on vaja suurt jõudu väikese kiiruse juures ja pneumoajameid vastupidisel juhul – kui on vaja suurt kiirust väikese vajaliku jõu puhul.

98

VIIDATUD KIRJANDUS

1. Risthein, E. Sissejuhatus energiatehnikasse. : Elektriajam 2007. 260 lk.

2. Eesti Entsüklopeedia 1–10. Tallinn: Eesti Entsüklopeediakirjastus 1985–1998.

3. Ajamitehnika. Praktilised rakendused. 1. osa. SEW reduktormootorajamid. Arvutusmeetodid ja näited. Välja antud 07/98. 124 lk.

4. Agur, U., Laugis, J. Elektriajamid. Tallinn: Valgus, 1984. 312 lk.

5. Liftide valmistamine ja kasutamine. Tallinn, 1992. (Eesti Tehnilise Järelevalve Amet. 2. käsiraamat. Tõsteseadmed). 41 lk.

6. Hüdraulika ja pumbad. / A. Maastik, H. Haldre, T. Koppel, L. Paal. Tartu: Greif, 1995. 467 lk.

7. Speed Control of Pumps with SAMI Frequency Converters / ABB Drives. AC Drives. 8 p.

8. Teemets, R., Tomson, J. Ventilaatorid. Tallinn: TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, 1995. 112 lk.

9. Materials and processes in manufacturing / E. Paul DeGarmo, J. T. Black, Ronald A. Kohser, Barney E. Klamecki. 9th ed. New York: Wiley, 2003. 1154 p.

10. Facts worth knowing about frequency converters / Danfoss, 1998. 136 p.

11. Ключев В. И., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. Москва: Энергия, 1980. 360 c.

12. Капунцов Ю. Д., Елисеев В. А., Иляшенко Л. А. Электрооборудование и электропривод промышленных установок. Москва: Высшая школа, 1979. 359 c.

13. http://static.howstuffworks.com/

14. www.innomet.ttu.ee/oppetoo/

15. http://wikipedia.org/

99

SISUKORD Sissejuhatus 4

1 Kraana 8 1.1 Kraanatüübid 8 1.2 Kraanamootorite koormus 12 1.3 Vaheajalise talitlusega (S3) mehhanismi mootori võimsuse valik 16 1.4 Kraanaajamite vajalikud omadused. Kraanamootorid 20 1.5 Kraana elektriseadmed 24 1.6 Kraana juhtimine 28

2 Lift 32 2.1 Lifti ehitus 32 2.2 Liftiajamile esitatavad põhinõuded 36 2.3 Lifti ajam ja juhtimine 40 2.4 Klassikalise lifti juhtaparaate ja -lülitusi 44 2.5 Uued lahendused sajandivahetusel 48

3 Pump 52 3.1 Pumbatüübid 52 3.2 Tsentrifugaalpumba tunnusjooned ja jõudluse reguleerimine 56 3.3 Tsentrifugaalpumba käivitamine ja pumbajaama juhtimine 60

4 Kompressor 64 4.1 Kompressoritüübid 64 4.2 Kolbkompressori töö 65 4.3 Kompressorseade 66

5 Ventilaator 68 5.1 Milleks ventilaator? 68 5.2 Ventilatsioon ja sellele esitatavad nõuded 69 5.3 Ventilaatorid ja ventilatsioonivõrk 70 5.4 Õhu konditsioneerimine 74 5.5 Soojuspump 75

6 Metallilõikepingid 76 6.1 Lõiketöötlus 76 6.2 Lõikeriistad 77 6.3 Treipink 77 6.4 Höövelpink 80 6.5 Freespink 81 6.6 Puurpink 82 6.7 Lihvpink 83 6.8 Elektroerosioontöötlus 84

7 Muudetava kiirusega ajam 85 7.1 Koormustüübid 85 7.2 Tööpunkt 86 7.3 Kiiruse astmevaba juhtimise eelised 86 7.4 Sagedusajam 87 7.5 Sagedusmuunduri valik 89

8 Asünkroonmasin tehnoloogia arengus 88

9 Konkureerivad ajamid 97

Kirjandust 98