СИСТЕМА ДЕМПФЕРОВ ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к устройствам гашения колебаний, а именно к агломерационному производству и может быть использовано для рекуперации энергии системы демпферов на валковых дробилках.
Известна поплавковая волновая электростанция, в плавучем корпусе которой расположен механический преобразователь, содержащий инерционный маятник, имеющий пружинную подвеску, установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения и кинематически связанный с электрогенератором. Корпус выполнен в виде герметичной капсулы цилиндрической формы, верхняя часть которой ограничена полусферой с радиусом, равным радиусу цилиндрической части, нижняя сферой с радиусом, большим радиуса полусферы. На внутренней поверхности цилиндрической части выполнены направляющие для движения маятника. Кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шарико-винтовой передачи с редуктором. В нижней части капсулы установлен динамический инерционный накопитель энергии с электромеханическим приводом двухстороннего действия, соединенным с шарико-винтовой передачей, редуктором-коммутатором и вспомогательным редуктором. Частота собственных колебаний маятника соизмерима с характерной частотой колебаний капсулы в воде (RU 2016227 C1, F03B 13/20, 15.07.1994).
Недостатком поплавковой волновой электростанции является отсутствие возможности управления частотой колебания маятника относительно колебаний капсулы, что приводит к резонансному режиму системы демпфирования, либо к режиму с малой производительностью. Резонанс приводит к критическим режимам и выходу из строя оборудования.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является система демпфирования вертикальных колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона, которая содержит установленные под кузовом вертикально гидравлические демпферы, датчики частоты колебаний кузова вагона, установленные на кузове в зоне расположения каждого демпфера, датчик скорости вагона, блок управления, источник электропитания. Каждый демпфер выполнен в виде поршневого насоса с напорной и безнапорной полостями для рабочей жидкости, сообщающимися друг с другом через дроссель. Демпфер снабжен штоком дросселя с возможностью регулировки коэффициента сопротивления за счет перекрытия дроссельного отверстия. Шток дросселя каждого демпфера снабжен приводом, выполненным в виде электромагнита, сердечник которого связан со штоком дросселя. Выходы датчиков частоты колебаний кузова вагона, датчика скорости вагона, источника электропитания соединены с входами блока управления. Катушка электромагнита каждого из демпферов присоединена к соответствующему выходу блока управления. Блок управления обеспечивает автоматическую подачу необходимой величины требуемого электрического сигнала на электромагниты каждого демпфера (RU 2386063 C1, F16F 15/02, 07.07.2008).
Недостатками данной системы являются: износ элементов гидравлических демпферов, в том числе дросселя, что приводит к ухудшению демпфирующих свойств системы; энергетическая зависимость системы, которая снабжена внешним источником электропитания и множеством датчиков. При выходе из строя хотя бы одного из датчиков система функционирует неправильно.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание системы демпферов для рекуперации энергии, которая обеспечивает повышение качества виброзащиты, рациональное изменение коэффициента сопротивления и рекуперацию потенциальной энергии упругих элементов при улучшении динамических характеристик колебаний валка в горизонтальной плоскости во всех режимах эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что система демпферов для рекуперации энергии, содержащая демпферы, снабженные устройством регулирования коэффициента сопротивления, источник электропитания, соединенный с входами блока управления, который обеспечивает автоматическую подачу требуемого электрического сигнала необходимой величины в соответствии с запрограммированной зависимостью значения коэффициента сопротивления демпфера, обеспечивающей минимизацию ускорений, отличающаяся тем, что демпферы, состоящие из упругих элементов, соединены единым рычажно-реечным механизмом, установленным с возможностью горизонтального возвратно-поступательного перемещения, который кинематически связан с электрогенератором, передающим электрический сигнал в блок управления, в котором определяется рациональный коэффициент сопротивления и доля рекуперации энергии.
Система демпферов для рекуперации энергии, имеющая блок управления и электрогенератор снабжены устройством обратной связи.
В блоке управления запрограммированы рациональные значения коэффициентов сопротивления для вероятных режимов работы. Режимы работы и коэффициенты сопротивления определены при проектировании валковых дробилок.
Введение указанных признаков позволяет создать систему демпфирования с автоматическим изменением параметров системы демпферов для рекуперации энергии, которая обеспечивает снижение интенсивности колебаний валка во всем диапазоне возможных при работе частот колебаний. За счет этого улучшены динамические характеристики дробилки в целом, процесс дробления происходит без резких ударов, то есть обеспечивается повышение качества виброзащиты, снижение нагрузки на слуховой аппарат работника и улучшение условий труда. Повышается КПД агрегата, так как во время работы валковой дробилки рекуперируется кинетическая энергия колебания данной динамической системы в электрическую энергию.
Полезная модель поясняется кинематическими схемами, где на фиг.1 показана система демпферов для рекуперации энергии, а на фиг.2 приведен общий вид четырехвалковой дробилки с системой демпферов для рекуперации энергии.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является определение рациональных демпфирующих свойств верхней пары валков четырехвалковой дробилки, а также повышение КПД за счет применения системы демпферов для рекуперации энергии.
Устройство состоит из нижеследующих элементов (фиг.1, 2). Система демпферов для рекуперации энергии 1 включает в себя упругие элементы 2, блок управления 3, рычажно-реечный механизм 4 и электрогенератор 5. Система демпферов для рекуперации энергии 1 встроена в верхнюю пару валков четырехвалковой дробилки. Валок 6 имеет подвижную опору-ползун 7, соединенный с траверсой 8. Валок 9 имеет неподвижную опору. К траверсе 8 прикреплен шарнир 10 рычага 12. Шарнир 13 жестко закреплен и является неподвижной точкой опоры. С ползуном 7 соединена винтовая тяга 14 сопрягаемая с гайкой 15 на траверсе 8. Рычаги 12 соединены с рейкой зубчатой 16 через уравнительный механизм 17. Рейка зубчатая 16 находится в зацеплении с зубчатым колесом 18, которое насажено на вал электрогенератора 5. Блок управления 3 имеет обратную связь с электрогенератором 5.
Устройство работает следующим образом (фиг.1, 2). Система демпферов для рекуперации энергии 1 посредствам упругих элементов 2, кинематических связей и заранее запрограммированных зависимостей в блоке управления 3, реализует рациональной демпфирование. Рычажно-реечный механизм 4 превращает поступательное движение во вращательное, передавая кинетическую энергию электрогенератору 5. При попадании трудно разрушаемых материалов или металла в пасть дробилки, валок 6 вместе с ползуном 7, соединенным с траверсой 8, отходит от закрепленного валка 9, сжимает систему демпферов для рекуперации энергии 1 подвижного валка 6 дробилки, а затем возвращается в исходное положение. В этот промежуток времени траверса 8, сжимая упругие элементы 2, перемещает шарнир 10, который воздействует на меньшее плечо 11 рычага 12 рычажно-реечного механизма 4 через жестко закрепленный шарнир 13. С помощью присоединенной к ползуну 7 винтовой тяги 14 и гайки 15 производится регулирование зазора между валками 9 и 6. Рычаг 12 перемещает рейку зубчатую 16 через уравнительный механизм 17, который выравнивает перемещение разных рычагов 12. Рейка 16 совершает возвратно-поступательное движение и вращает зубчатое колесо 18 насаженное на вал электрогенератора 5. Электрогенератор 5 вырабатывает электрический сигнал, который передается в блок управления 3, где происходит оценка спектра перемещений валка дробилки. Затем, по заранее запрограммированной зависимости, происходит определение рационального коэффициента сопротивления. Блок управления 3 определяет режим работы электрогенератора 5, который в соответствии с этой зависимостью и возвращает долю электроэнергии в энергосистему. Блок управления 3 и электрогенератор 5 снабжены устройством обратной связи.
Предложенная система демпфирования изготовлена и испытана на разных типах валковых дробилок для дробления разных материалов. Результаты испытаний сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Зависимость доли рекуперации энергии от материала.
Материал
Коэффициент крепости
Степень дробления на первой стадии
Доля рекуперируемой энергии
Мягкий сланец
2
4
17%
Каменная соль
2
5
14%
Кокс
1
4
10,5%
Таким образом, доля рекуперируемой энергии составляет около 15%, что приводит увеличению КПД.
Основные сравнительные характеристики по аналогам сведены в таблицу 2. По таблице 2 видно, что преимущество системы демпферов для рекуперации энергии перед аналогичными системами очевидно.
Таблица 2.
Сравнение существующих аналогов с системой демпферов для рекуперации энергии.
Параметр сравненияСистема
Коэффициент демпфирования
Возможность рекуперации энергии
Зависимость от источника питания
Поплавковая волновая электростанция
постоянен
есть
нет
система демпфирования вертикальных колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона
изменяется по запрограммированной зависимости
нет
есть
системой демпферов для рекуперации энергии
изменяется по запрограммированной зависимости
есть
нет
Эффективность предлагаемой системы демпфирования подтверждается результатами компьютерного моделирования процесса дробления сыпучих материалов разной прочности при различных режимах работы четырехвалковой дробилки, а также при различных видах подачи материала.