Головенкин А.Н. Электропривод центробежных механизмов

Подождите немного. Документ загружается.

гидравлический КПД (η

) учитывает потери, возникающие в результате

гидравлических сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе.

Насос или вентилятор выбирают по максимальным значениям

производительности и напора. Условиями выбора являются соотношения

≥ Q

макс

и Н

≥ Н

макс

, (4.4)

где Н

, Q

– каталожные значения мощности и производительности.

Максимальные значения Q

макс

и Н

макс

определяются из технического задания.

Так, в заданиях 1 и 3 даны максимальная производительность Q

макс

технические данные магистрали с неизменной конфигурацией последовательно-

соединённых участков. Максимальное сопротивление системы здесь определяется

с помощью характеристики магистрали:

макс

= Н

рр

⋅

−

+∑ h

(4.5)

где Н

– геометрическая высота подъёма жидкости, м;

, р

– давления в напорной и всасывающей емкостях, Па;

∑h

– суммарные гидравлические потери в магистрали, м;

γ – удельная плотность среды, кг/м

В магистралях, где напорная и всасываемая ёмкости находятся при

атмосферном давлении (р

=р

), формула (4.5) приобретает вид

макс

= Н

+ ∑ h

. (4.6)

Суммарные гидравлические потери:

∑h

+ h

, (4.7)

где h

– потери напора по длине трубопровода, м;

– местные потери в фасонных частях, запорной аппаратуре и др., м.

Гидравлические потери по длине трубопровода определяются по формуле

=8·λ

·Q

, (4.8)

местные потери -

= ∑

ξυ

·Q

, (4.9)

где l – длина трубопровода, м;

d – внутренний диаметр трубы, м;

v – средняя скорость движения воды, м/с;

Q – расход воды через трубопровод, м

/с;

λ – коэффициент потерь напора;

ξ – коэффициент местных потерь.

Значения коэффициентов ξ и λ, определённые экспериментальным путём,

даны в справочниках по гидравлике и в приложении 3.

Максимальное сопротивление системы определяется по формулам (4.6) –

(4.9) для максимальной производительности Q

макс

, т.е.

макс

= Н







⋅⋅







⋅⋅

⋅

макс

. (4.10)

В задании 2 (приложение 2) максимальные значения производительности

макс

и напора Н

макс

даны в техническом задании. Особенностью нагрузки здесь

является то, что магистраль имеет изменяющуюся с течением времени

конфигурацию сети, т.е. описывается уравнением Н

маг

= к

маг

, где к

–

коэффициент, зависящий от фазы цикла.

Насосы, кроме выбора по напору и производительности, дополнительно

проверяют на кавитационный запас.

В насосах при достижении определённых условий может возникнуть

явление, называемое кавитацией. Кавитация в насосах сопровождается резким

шумом, треском и даже вибрацией насосной установки, при этом падает напор,

мощность, подача и КПД. Работа в режиме кавитации не допустима.

Основным средством предупреждения кавитации является обеспечение

превышения напора на входе в насос над напором, равным давлению

насыщенного пара перекачиваемой жидкости. Это превышение, называемое

кавитационным запасом, равно [3]

∆h =

tВ

−

- [+/- H

] + Σ h

, (4.11)

где р

– абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре,

из которого ведется откачивание, Па;

– давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей

температуре, Па;

Σ h

- суммарные потери напора во всасывающем трубопроводе при

максимально необходимой подаче, м;

– геометрическая высота всасывания (геометрического подпора), м.

Величина H

равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня

жидкости в резервуаре, из которого ее откачивают. Она имеет знак «+» при

расположении насоса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «-» при

установке насоса ниже уровня жидкости (подпор).

Обычно принимают (р

- р

)/ρg = 10 м, что соответствует наиболее часто

встречаемому случаю всасывания воды из открытого водоема при нормальном

давлении. В этом случае выражение (4.11) имеет вид

∆h = 10-(+/- H

) + Σ h

, (4.12)

Бескавитационный режим работы насосов обеспечивается при соблюдении

условия

∆h > ∆h

доп

, (4.13)

где ∆h

доп

– допускаемый для данного насоса кавитационный запас, м.

Подбор насосов осуществляется с помощью каталогов, в которых обычно

приведены сведения о назначении и области применения насосов, краткое

описание конструкции, технические и графические Q – H характеристики,

чертежи общих видов насосов и насосных агрегатов с указанием габаритов и

присоединительных размеров.

При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы

(подача и напор) должны находится в пределах рабочей области его

характеристики.

Конструктивно насосы можно разделить на одноступенчатые, секционные,

одностороннего и двухстороннего входа. Многоступенчатые секционные насосы,

например типа ЦНС, отличаются от одноступенчатых числом рабочих колес и

применяются в тех случаях, когда необходим высокий напор. В таком насосе

напор повышается пропорционально числу колес. Насосы с двухсторонним

входом (тип Д) позволяют уменьшить продольную нагрузку на ось рабочего

колеса и поэтому используются в насосах с высокими напором и

производительностью. Насосы двухстороннего всасывания имеют большую

высоту всасывания, чем насосы одностороннего всасывания при тех – же подаче и

частоте вращения вала.

Для выбора типоразмера насоса или вентилятора на предварительном этапе

следует использовать сводные графики полей Q – H характеристик или

универсальные характеристики. Типоразмер насоса выбирают по максимально

необходимой подаче и максимальному сопротивлению системы. Следует иметь

ввиду, что максимальный напор может не соответствовать максимальной

производительности. Уточняют выбор по технической и графической Q – H

характеристике каталога данного типа насоса, кривая напора которого должна

проходить через точку максимальных параметров или быть несколько выше ее.

Там же определяется номинальная частота вращения рабочего колеса и его

диаметр. Затем, если нужно, проверяются кавитационные условия.

5. Составление функциональной и принципиальной

электрической схем

Составление функциональной схемы следует производить на основе

анализа технических данных курсовой работы и научно–технической литературы.

При составлении функциональных схем следует объяснить использование

того или иного вида преобразователя, вид и назначение обратных связей, систем

управления силовым преобразователем, необходимость и законы регулирования

параметров преобразователей и т.д. При составлении конкретной

функциональной схемы необходимо обязательно учитывать особенности

нагрузки: ее вид, условие эксплуатации. Например, детерминированный характер

нагрузки т.е. зависимость момента только от скорости снижает требования к

жесткости механических характеристик и позволяет широко использовать

разомкнутые системы. Резкое уменьшение нагрузки вентиляторов при

уменьшении скорости и холостой пуск насосных агрегатов допускает в некоторых

случаях прямой пуск без использования реостатов и т.п.

При составлении принципиальной электрической схемы предпочтение

стоит отдавать электроприводам, построенным с использованием современной

элементной базы. С другой стороны, использование оборудования должно быть

соотнесено с условиями его эксплуатации.

Поскольку в дальнейшем необходимо сравнивать варианты

электроприводов по энергетическим и массо-габаритным показателям, в

принципиальной схеме необходимо использовать схемные решения и элементную

базу, соответствующую этим условиям.

6. Выбор двигателя и элементов силовых цепей

Порядок расчёта мощности двигателя регулируемого электропривода

зависит от характера нагрузки двигателя и способа регулирования скорости.

Исходными данными для расчета мощности двигателя являются каталожная

Q – H характеристика исполнительного механизма (насоса или вентилятора) и

характеристика магистрали. Характеристика магистрали для насоса может быть

построена по выражениям (4.5) или (4.6). Для вентилятора характеристика

магистрали имеет вид

H = k·Q

, где k = H

макс

. 6.1)

Для заданий 1,3,4 при электрическом способе регулирования

производительности порядок расчёта характеристики нагрузки следующий.

Строится каталожная Q–H характеристика исполнительного механизма (рис.1).

С помощью формул пересчёта

·ω

; Q

·ω

(6.2)

где Н

кi

, Q

кi

– напор и подача произвольной i–й точки на каталожной

характеристике;

- произвольные значения частоты вращения,

cтроятся Q–H характеристики исполнительного механизма для скоростей ω

отличных от каталожной. Они получаются соединением всех точек (Н

) с

номером j. Строятся 5-7 Q–H характеристик, охватывающих весь диапазон

изменения производительности исполнительного механизма. Особо строятся

характеристики насоса(вентилятора), обеспечивающие максимальную и

минимальную производительности. Для этого подбором ω

добиваются того,

чтобы одна из вновь построенных Q–H характеристик проходила через точку с

координатами (Н

макс

, Q

макс

) на характеристике магистрали (точка В

на рис.1).

Если вал исполнительного механизма непосредственно соединён с валом

двигателя, соответствующая этой характеристике скорость

=ω

макс

будет являться

максимальной скоростью двигателя, при которой обеспечивается максимальная

производительность Q

макс

. Аналогично определяется характеристика

исполнительного механизма, обеспечивающая минимальную производительность

мин

, и соответствующая этой характеристике минимальная скорость двигателя

мин

Точки пересечения магистрали с вновь построенными Q–H

характеристиками А

, А

,…,А

определяют рабочие режимы системы

«исполнительный механизм–магистраль» для конкретной скорости

исполнительного механизма. Мощность на валу исполнительного механизма в

рабочих точках определяется как

мехА

gQH

⋅⋅⋅

·10

-3

, кВт, (6.3)

где Н

, Q

– напор и подача в точке А; м, м

/с;

мех А

– КПД исполнительного механизма в точке А.

H,ή

мах

К1

К2

магистраль

Кi

Исполнительный

механизм

К11

К12

К21

,Q2

К22

мин

макс

мин

мехА3

Рис.1

мех

= f(Q)

В общем случае, когда Н

≠ 0, КПД механизма в рабочих точках отличен от

номинального. Для определения η

мех А

используют зависимость η

мех

= f(Q),

которая задаётся в каталогах (рис.1), и пересчётные параболы, которые можно

построить по формулам пересчёта (6.2) соединением всех точек с одинаковыми i.

Допустим, нужно определить КПД в точке А3. Для этого проводится

пересчётная парабола через точку А3 до пересечения с каталожной

характеристикой исполнительного механизма. По полученной в точке

пересечения подаче Q

в соответствии с кривой η

мех

= f(Q) определяется искомый

КПД в точке А3 η

мех А3

Следует отметить, что пересчётные параболы являются линиями равного

КПД, и в частном случае, когда характеристика магистрали с Н

= 0 совпадает с

пересчётной параболой (вентиляторная нагрузка), регулирование осуществляется

с постоянным КПД.

Зная мощность в точке А Р

и скорость, при которой она была получена ω

jА

легко определить момент М

на валу двигателя:

·10

, Н·м. (6.4)

Соединяя точки М

и ω

jА

в координатах ω–M, получаем кривую нагрузки на

валу двигателя ω = f(М

) (рис.2).

Выбор мощности двигателя зависит от способа регулирования скорости.

При регулировании изменением параметров статорной цепи (напряжения,

добавочных сопротивлений), в том числе с обратными связями по скорости,

напряжению и току, когда Ф

= var, двигатель по мощности выбирается из

следующего условия:

∆Р

2р макс

≤ ∆Р

2Н

, (6.5)

где ∆Р

2Н

– номинальные потери в роторе выбираемого двигателя

(рассчитывается по каталожным данным);

∆Р

2р макс

– максимальные потери в роторе.

Выражение (6.5) справедливо в предположении постоянства теплоотдачи и

соотношения потерь в статорной и роторной обмотках при изменении скорости.

Если, кроме этого, отсутствует дополнительный отвод мощности из ротора, т.е.

нет добавочных сопротивлений и асинхронный двигатель не включён в каскад,

условие может быть записано в виде

∆Р

2s макс

≤ ∆Р

2Н

, (6.6)

макс

мин

смин

смакс

(М

)

естественная

характеристика двигателя

Рис. 2

2sмакс

2s3

2s2

2s1

2s4

2sm

2pm

2p4

2p3

2p2

2p1

Рис. 3

2sн

где ∆Р

2s макс

– максимальная мощность потерь скольжения в заданном диапазоне

изменения скорости.

Максимальные потери скольжения могут быть найдены графически и

аналитически.

При графическом методе, пользуясь выражением

∆Р

2sm

= М

(ω

- ω

), (6.7)

где М

, ω

– текущие момент и скорость нагрузки в m-й точке;

– синхронная скорость двигателя, ближайшая к максимальной