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加強熱效應設計在機電工程中的應用

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加強熱效應設計在機電工程中的應用

摘要:機電工程實施過程中,熱效應是一個不可迴避的物理現象,通過對熱效應危害、治理基本策略的分析,認為加強熱效應設計在機電工程應用和實踐中意義重大。

關鍵詞:加強熱效應設計;可靠性;機電工程

機電工程實施過程中熱效應是一個不可迴避的物理現象,熱效應可直接導致變形甚至燃燒爆炸級的災害,因此熱效應問題首要解決問題就是其測量監測問題,其次其危害及控制問題。機電工程實施過程中,熱效應問題是一個需要注重並且在實施過程中時時加以監測的重要執行質量指標引數,其與裝置執行壽命,長期執行穩定性等指標息息相關[1]。

1機電工程熱效應的主要體現形式及形成機理

1)機械相對運動必然導致摩擦發熱。在潤滑不佳情形下,發熱加劇,又對潤滑和密封形成反壓態勢進一步劣化潤滑,加劇發熱,其體現形式是機械磨損加劇,潤滑失效明顯。

2)電磁效應必然導致電磁熱。電磁效應必然存在損耗,損耗大部分導致發熱,該熱量由電磁能產生因此熱效應躍升是指數形態發展,災害發生時間短危害大是其基本災害形式,發生時應對時間短是其另一特色,不做事先必要專業培訓和防護,災難事所難免。

3)化學反應過程產生的熱效應。本文特指機電工程中所涉及的各種化學電池等機電工程中常用的類似產品,該熱效應常常被忽視,因為對於機電工程而言僅作為輔助直流電能的這類電池確實能量微不足道,但是“星星之火可以燎原”這一道理體現在化學電池的'危害上非常貼切,更因為其發熱機理的不確定性,所以危害放大效應在其危害過程中體現更為明顯和可怕。

4)核能發電導致的熱效應。這裡主要強調射線能量的累積,區域性熱量的聚集效應更加明顯,基因變異,器官損傷,“致人死地”於無形。

2機電工程中熱效應測試及防護基本方法

1)對溫度不敏感性系統一般採用熱累積效應方式對其進行測量和管理

2)對溫度敏感性系統採用溫度閾值法進行測量和管理。以上二者控制原理和測量精度是不同,前者是一種模糊控制方式,測量精度等級低,響應時間短,對裝置的保護性一般,用於不太精密的場合;後者是一種控制精度高,響應時間快,對裝置的保護性好,用於較精密場合控制的先進的熱效應控制方法。系統熱效應控制得當對電氣、機械裝置的長期穩定性一般起決定性的作用,電氣裝置的熱效應導致的直接後果是電氣絕緣等級的下降,機械裝置熱效應直接後果是潤滑及密封部件質量的不利影響,其最終結果是對機電工程裝備長期穩定性及壽命的劣化影響。

3熱效應設計應用機電工程系統例項

3.1在小容量機電工程系統中熱效應設計

在經常、大量使用的機電工程系統中容量一般為15kW以下電機容量系統中使用,瞬時過載、波動量大、頻繁啟動停止等原因造成熱效應瞬時超標現象非常突出,業界技術人員群策群力,實現了一種規避機電工程中主要器件損壞,又能容錯熱效應瞬時超標現象,而且不影響機電工程裝置正常使用的模糊熱效應管理執行模式———熱效應累積效應模式,缺點是多次瞬時熱效應瞬時超標現象對裝置長期壽命確實有較大影響。其輔助觸點:常閉輔助觸點接到控制迴路中,當機電裝置執行過程中發熱到一定程度時,熱效應檢測元件動作其常閉輔助觸點將開啟,控制迴路中控制線圈將失電,控制主控迴路中的接觸器將開啟,主用電迴路處於斷路狀態,這樣由於執行過程中熱累積超標時實現了工作迴路的斷開,保護了裝置因熱效應導致的機電工程裝置損害現象的進一步延續。

3.2機電工程中電子儀器所用直流電池熱效應

iphone-5s無線通訊裝置靠近熱源時,例如喝水杯外殼接觸到iphone-5s無線通訊裝置機殼幾分鐘後,iphone-5s無線通訊裝置就會自動關閉,系統進入不工作狀態,熱源消失,系統繼續閉鎖一小時以後,iphone-5s無線通訊裝置即進入自恢復狀態,使用iphone-5s無線通訊裝置時即可正常使用。這就是iphone-5s公司對系統用鋰電池設計的熱保護,如果有如此完善的保護電路和思想,三星GalaxyNOTE7自燃爆炸事件發生就不會發生,電池自燃爆炸事件是電池熱效應極端現象,說明短時間內熱累積量巨大,大的熱效應產生巨大的變形動力,所以爆炸,必須採用閾值法對電池熱效應實行管理。如圖2所示為化學電池熱變形實物圖,其發生原因僅為存電過程速度過快,沒有熱效應保護造成的物理變形事例,實質上化學電池存放電過程是一複雜的化學反應過程其機理還有人類未掌握領域,所以我們在工程實踐中應慎而慎之。

3.3感測器迴路中串接限流電阻對感測器及系統

採集模組的保護感測器供電迴路一般為直流24V迴路,但是因為工作環境相對苛刻,事故原因比較複雜,一般不僅造成感測器損壞而且造成系統採集模組的進一步損壞,筆者通過增強熱效應保護設計理念,在感測器迴路中串接一阻止位100Ω的電阻作為限流電阻使用,當工作電流超越工作電流值時,限流電阻瞬時熔斷,作為保護器件斷開感測器上的熱效應產生源,避免對感測器的損壞,

3.4MCU系統熱效應保護設計特點

MCU系統作為現代工業裝置發展的最新水平,其整合化和智慧化水平極高,因此直接測量工作電流工作電壓的能力極強,計算和保護迴路較好,這樣為熱效應保護提供了新的模式和新的方式提供了可能,通過熱效應安全值推演算法提前預知系統過熱閾值,實現精確熱效應控制,為我們增強熱效應保護設計在機電工程裝置中的應用提供了全新的理念和模式,值得我們借鑑和推廣。

4結

熱效應是機電工程裝備在執行過程中必然的副產品,現在許多工業場合熱效應的測量、測試及保護控制成為產品成敗的關鍵,從設計思想上必須慎之又慎,在應用上堅持“熱累積效應法”與“熱效應閾值法”並重的原則,以增強熱效應保護為突破口,實現機電工程裝備能可靠長壽命工作的目的。

參考文獻

[1]TonyKordyban.笑談熱設計[M].李波,譯.北京:機械工業出版社,2015.