Ключников В.В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств

81

f – коэффициент трения: при подшипниках скольжения – 0,1; качения – 0,1…0,05;

k

1

– коэффициент запаса, учитывающий добавочные потери: при длине транспортера

до 15, до 30, до 45 и принимают соответственно 1,2; 1,1; 1,06; 1,0;

k

2

– коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при пуске: k

2

=1,2; 1,5;

k

с

– коэффициент сопротивления материала: для малоабразивных материалов прини-

мают по таблице 5.1.7; значение kс для шнеков при транспортировании неабразивных мате-

риалов (зерно, мука т.д.) принимают 1,8-2.

Таблица 5.1.3 – Поправки к расчетной мощности электродвигателя для привода вентиляторов

Расчетная мощность Р, кВт До 1 1 – 2 2 – 5 Более 5

Добавлять, % 100 50 25 15 – 10

Таблица 5.1.4 – Поправки к расчетной мощности электродвигателя для привода насосов

Расчетная мощность

Р, кВт

До 2 2 – 5 5 – 50 50 – 100 100 и более

Добавлять, % 70 50 – 30 15 – 10 8 – 5 5

Таблица 5.1.5 – Поправки к расчетной мощности электродвигателя для привода компрессоров

Конечное

давление р, Па

Работа сжатия А,

кДж

Конечное давление р,

МПа

Работа сжатия А,

кДж

0,118 41 0,588 203

0,196 71,6 0,686 223,5

0,294 117,2 0,785 242,2

0,392 152 0,883 258,4

0,490 179 0,981 273,1

Таблица 5.1.6 – Значение коэффициентов А, В, С для формул 5.1.4

Ширина ленты, мм

Коэффициенты

до 400

450 500 600 750 900 1050 1200 1500

А 0,026 0,026 0,080 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,100

В 0,140 0,140 0,130 0,130 0,220 0,110 0,100 0,100 0,090

С 1,500 1,500 1,500 1,750 2,500 3,000 4,000 5,000 7,000

Таблица 5.1.7 – Значение коэффициента k

c

для формулы 5.1.7

Транспортер

с цепями

Транспортер

с цепями

Производительность,

т/ч

роликовыми скользящими

Производительность,

т/ч

роликовыми

сколь-

зящими

4,5 2,25 4,20 27 1,10 1,90

9,0 1,70 3,0 36 1,05 1,70

19,0 1,30 2,25 45 0,47 1,60

82

Таблица 5.1.8 – Среднее значение КПД механических передач

(с учетом потерь в подшипниках качения)

Передача КПД

Зубчатая обыкновенная:

цилиндрическая закрытая с жидкой смазкой

0,97 – 0,98

цилиндрическая открытая с густой смазкой

0,95 – 0,96

коническая открытая с густой смазкой

0,93 – 0,94

коническая закрытая с жидкой смазкой

0,96 – 0,97

Червячная:

однозаходная самотормозящая

0,3 – 0,4

однозаходная несамотормозящая

0,6 – 0,7

двухзаходная

0,75 – 0,82

трехзаходная

0,82 – 0,85

четырехзаходная

0,85 – 0,92

Ременная:

плоскоременная

0,94 – 0,96

клиноременная

0,92 – 0,94

Цепная:

с втулочно-роликовой цепью

0,94 – 0,97

с зубчатой цепью

0,95 – 0,98

Таблица 5.1.9 – Средние значения КПД вентиляторов, насосов и компрессоров

Тип машины КПД

Вентиляторы:

центробежные

0,77

осевые

0,69

Насосы:

центробежные или поршневые

0,91

Компрессоры (поршневые)

0,84

Таблица 5.1.10 – Значения передаточных чисел для разных видов передачи

Вид передачи Передаточное число i

Зубчатая цилиндрическая 2,0…6,3

Тихоходная ступень во всех редукторах (iт) 2,5…5

Быстроходная ступень в редукторах (iб) 3,15…5

Коробка передач 1…2,5

Коническая зубчатая 1…4

Червячная 16…50

Цепная 1,5…4

Ременная 2…4

83

5.1.2 Примеры решения задач

Задача 1. Определить расчетную номинальную мощность электродвигателя наклон-

ного ленточного конвейера длиной между барабанами 35 м, шириной 0,5 м, скоростью лен-

ты 0,5 м/с и производительностью 156 т/ч. Расстояние, на которое переместился груз – 30 м.

Высота подъемного груза – 2,5 м. Между электродвигателем и конвейером плоскоременная

передача.

Таблица 5.1.11 – Исходные данные

Наименование параметра Обозначение Значение параметра

Единицы

измерения

Производительность

Q 156 т/ч

Высота подъемного груза

h 2,5 м

Длина конвейера между

барабанами

L

1

35 м

Длина перемещения груза

L

2

30 м

Скорость ленты

v 0,5 м/с

Ширина конвейера

а 0,5 м

1. Из условий задачи понятно, что тип машины – ленточный конвейер наклонный.

Исходя из этого, расчет необходимо производить по формуле 4 (таблица 5.1.2).







+







++= C

Qh

vBLvАLkk

P

П

2703005,1

736,0

2121

η

,

где P – расчетная мощность электродвигателя, кВт;

Q – производительность т/ч;

h – высота подъемного груза, м;

L

1

– длина конвейера между барабанами, м;

L

2

– длина перемещения груза, м;

v – скорость ленты, м/с;

k

1

– коэффициент запаса, учитывающий добавочные потери (при длине конвейера

до 15, до 30, до 45 и свыше 45 м принимают соответственно 1,2; 1,1; 1,06; 1,0);

k

2

– коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при пуске (k

2

=1,5);

η

П

– КПД механической передачи между электродвигателем и машиной (таблица

5.1.8);

А, В и С – коэффициенты, зависящие от ширины конвейера (таблица 5.1.6).

2. По условиям задачи между электродвигателем и конвейером плоскоременная пе-

редача. Следовательно, по таблице 5.1.8 η

П

=0,96.

Коэффициенты k

1

и k

2

выбираем в соответствии с условиями: k

1

– принимаем равным

1,06, т.к. длина конвейера 35 м; k

2

– принимаем 1,5.

По таблице 5.1.6 определяем значения коэффициентов А, В, С, зная ширину конвейера

0,5 м: А=0,08, В=0,13, С=1,5.

Подставляем все исходные данные в формулу для расчета

4,45,1

270

5,2156

300

5,03013,0

5,1

5,03508,0

96,0

5,106,1736,0

=







+







×

+

××

+

××××

=Р

кВт.

Расчетная номинальная мощность электродвигателя наклонного ленточного конвейе-

ра равна 4,4 кВт.

84

Задача 2. Определить расчетную номинальную мощность электродвигателя компрес-

сора с конечным давлением 0,6МПа. Производительность его 10 м

3

/с. Между электродвига-

телем и компрессором зубчатая цилиндрическая закрытая передача с жидкой смазкой.

Таблица 5.1.12 – Исходные данные

Наименование параметра Обозначение Значение параметра

Единицы

измерения

Производительность

Q 10 м

3

/с

Конечным давлением

р 0,6 МПа

1. Из условий задачи понятно, что тип машины компрессор. Исходя из этого, расчет

необходимо производить по формуле 3 (таблица 5.1.2).

,

102

ПК

QА

P

ηη

=

где P – расчетная мощность электродвигателя, кВт;

Q – производительность м

3

/с;

А – работа, Дж, затрачиваемая на сжатие 1 м

3

газа от 0,098 МПа до заданного дав-

ления 0,6 МПа (принимают по таблице 5.1.5);

η

П

– КПД механической передачи между электродвигателем и машиной (таблица

5.1.8);

η

К

– КПД компрессора (таблица 5.1.9).

2. По условиям задачи между электродвигателем и компрессором цилиндрическая за-

крытая передача с жидкой смазкой. Следовательно, по таблице 5.8 η

П

=0,98. Из таблицы 5.1.9

КПД компрессора η

К

=0,84.

По таблице 5.1.5 определяем работу сжатия: наиболее близким к данному значению

конечного давления (0,6МПа) является конечное давление 0,588 МПа, тогда работа сжатия

равна 203 кДж.

Подставляем все исходные данные в формулу для расчета

2,24

98,084,0102

1020310

3

=

××

=Р

кВт.

Расчетная номинальная мощность электродвигателя компрессора 24,2 кВт.

Задача 3. Рассчитать номинальную мощность электродвигателя молотковой дробилки

с диаметром ротора 1,2 м, длиной ротора 2,6 м, с частотой вращения 220 об/мин. Дроблению

подвергается продукт с объемной массой 1,3 кг/м

3

.

Таблица 5.1.13 – Исходные данные

Наименование параметра Обозначение Значение параметра

Единицы

измерения

Диаметр ротора дробилки

D 1,2 м

Длина ротора дробилки

L

р

2,6 м

Частота вращения ротора

n 220 об/мин

Объемная масса продукта γ 1,3 кг/м

3

85

1. Из условий задачи понятно, что тип машины молотковая дробилка. Исходя из это-

го, расчет необходимо производить по формуле 8 (таблица 5.1.2).

60

6,3

2

3

nLDk

P

p

γ

=

,

где P – расчетная мощность электродвигателя, кВт;

k

3

– коэффициент, зависящий от величины измельчения (k

3

=14⋅10

-4

);

γ – объемная масса продукта, кг/м

3

;

D – диаметр ротора дробилки, м;

L

р

– длина ротора дробилки, м;

n – частота вращения ротора, об/мин.

2. Подставляем все исходные данные в формулу для расчета

4,5

60

2206,22,13,110146,3

24

=

××××××

=

−

Р

кВт.

Расчетная номинальная мощность электродвигателя компрессора 5,4 кВт.

5.1.3 Варианты заданий

1. Определить расчетную мощность электродвигателя центробежного насоса, если из-

вестно полное давление перекачиваемого рассола в вертикальном столбе, его объемная масса

и производительность насоса.

2. Рассчитать мощность электродвигателя наклонного ленточного транспортера. За-

дана производительность транспортера, высота, на которую поднимается груз и расстояние,

которое он проходит.

L

1

h

3. Определить производительность нории ленточной.

4. Определить производительность тестомесильного шнека, соединенного с ременной

передачей.

5. Найти работу компрессора, затрачиваемую на сжатие азота, если задана произво-

дительность компрессора и его мощность.

86

Таблица 5.1.14 – Варианты задач

задачи

вариант

1 2 3 4 5

1

H=3 атм

γ=1,15 кг/м³

Q=3,5 м³/с

Q=0,45 м³/с

h=2,75 м

L

1

=2,7 м

L

2

=2,5 м

ρ=0,085 кг/м³

P=1,5 кВт

h=2,8 м

P

вых

=2,7 кВт

L

2

=1,48 м

V=27 м³

Q=2,6 м³/с

P=1,75 кВт

2

H=5 атм

γ=1,1 кг/м³

Q=4,5 м³/с

Q=0,6 м³/с

h=2,7 м

L

1

=2,55 м

L

2

=3,2 м

ρ=0,085 кг/м³

P=1,1 кВт

h=4 м

P

вых

=1,8 кВт

L

2

=1,6 м

V=20 м³

Q=3,0 м³/с

P=1, 5 кВт

3

H=4,3 атм

γ=1,15 кг/м³

Q=3,5 м³/с

Q=0,4 м³/с

h=3,5 м

L

1

=4,7 м

L

2

=3,8 м

ρ=0,085 кг/м³

P=2,0 кВт

h=6 м

P

вых

=1,85кВт

L

2

=0,9 м

V=13 м³

Q=1,6 м³/с

P=1,75 кВт

5.2 Определение потребляемой мощности и выбор трансформатора

для предприятий пищевой переработки

Определение расчетных электрических нагрузок производственных площадок являет-

ся начальным этапом проектирования сетей электроснабжения. От правильной оценки ожи-

даемых нагрузок зависят стоимость самих сетей, затраты на их сооружение, величина потерь

электроснабжения и эксплуатационных расходов.

Если допущена ошибка в сторону уменьшения расчетных нагрузок, то это вызовет

повышение потерь (технологического расхода) электроэнергии в сети, ускорит износ элек-

трооборудования.

При завышении расчетных электрических нагрузок возрастут капитальные затраты на

сооружение сетей, будут неполно использоваться электрооборудование и линии электро-

снабжения.

В настоящее время применяют несколько методов определения расчетных (ожидае-

мых) нагрузок:

- установленной мощности и коэффициента спроса;

-упорядоченных диаграмм или показателей графиков нагрузок;

-удельного расхода электроэнергии на единицу продукции.

Одним из наиболее простых и достаточно распространенных является метод установ-

ленной мощности и коэффициента спроса.

Под установленной мощностью Р

у

, (кВт) электроприемника, работающего в продол-

жительном режиме, понимают номинальную мощность Р

н

, (кВт), указанную заводом-

изготовителем в его паспорте.

Р

у

= Р

н

. (5.2.1)

Если номинальная мощность электроприемника выражена в кВА, то их необходимо

пересчитать в кВт по паспортным данным.

Р

н

= S

н

· cosφ, (5.2.2)

где S

н

– номинальная полная мощность электроприемника, кВА;

cosφ – его номинальный коэффициент мощности.

87

Номинальные мощности Р

н

электроприемников, работающих в повторно-

кратковременном режиме, приводят к номинальным мощностям продолжительного режима

работы Р

н.

. Поэтому:

,

нну

ПВPР =

′

=

(5.2.3)

где ПВ

н

– паспортная продолжительность включения, под которой понимают отно-

шение времени работы электроприемника tp ко времени полного цикла tц.

ПВ

н

= tp. (5.2.4)

В результате анализа работы на производстве различных потребителей электроэнер-

гии установлено, что:

– строительные машины или механизмы, а, следовательно, и их электрооборудование

далеко не всегда загружаются в процессе работы до своей номинальной мощности;

– группы однородных механизмов (краны, насосы, компрессоры, холодильное обору-

дование и т. д.) работают таким образом, что максимальные их нагрузки не совпадают со

временем. Отсюда следует, что расчетная мощность Р

н

группы однородных потребителей

электроэнергии, работающих с переменной нагрузкой, всегда меньше ее установленной

мощности.

Таблица 5.2.1 – Значения К

с

, cosφ и ПВ основных приемников электроэнергии

производственных площадок

Наименование оборудования

жэъиемников

cosφ К

с

ПВ

Сепараторы, моечные машины 0,7 0,5-0,6 1,0

Конвейеры ленточные 0,5 0,17-0,2 1,0

Подъемное оборудование 0,5 0,25-0,35

0,25

Компрессорные станции 0,8 0,75-0,8 1,0

Ручной электроинструмент 0,3-0,45

0,25 0,4

Вентиляторы 0,8 0,7 1,0

Вибрационные машины 0,85 0,6-0,8 1,0

Нагревательные приборы, сушильные шкафы 0,95 0,8 1,0

Электроосвещение лампами накаливания:

наружное

внутреннее

1,0

0,8

1,0

Устройство вн

утреннего освещения с люминесцентными лампами

и компенсированной пускорегулирующей аппаратурой (ПРА)

0,95 0,8 1,0.

Осветительные устройства наружного освещения с люминесцентны-

ми или дуговыми ртутными лампами ДРЛ и компенсированной ПРА

0,95 1,0 1,0

Поэтому для каждой группы однородных электроприемников выделяют определенное

соотношение между величинами расчетной Р

р

и установленной Р

у

мощностей, которое и на-

зывают коэффициентом спроса.

Кс = Рр/Ру. (5.2.5)

Этот коэффициент является статистической характеристикой объекта.

88

Необходимо иметь в виду, что коэффициент спроса Кс, кроме двух указанных выше

факторов (неполной загрузки машин и аппаратов и неодновременной их работы) учитывает

КПД приводных электродвигателей и потери мощности в электрической сети от источника

питания до потребителей.

Расчетные нагрузки методом установленной мощности и коэффициента спроса опре-

деляют следующим образом.

Вначале все потребители электроэнергии разбивают на группы однородных по режи-

му работы электроприемников.

Для каждой группы находят суммарную установленную мощность Ру, которая скла-

дывается из следующих мощностей:

а) номинальных мощностей электроприемников Рн (указанных в их паспортах), если

оборудование работает в длительном режиме:

∑

=

ну

РР

. (5.2.6)

При этом продолжительность включения ПВ = 1.

б) номинальных мощностей электроустановок, работающих в повторно-

кратковременном режиме (ПВ < 0,9), приведенных к мощности в длительном режиме рабо-

ты, то есть к ПВ = 1:

∑

=

nну

ПВРР

, (5.2.7)

где ПВ

n

– продолжительность включения, указанная в паспорте электроприемника

(ПВ

n

= 0,15; 0,25; 0,4; 0,6).

Для трансформаторов установленная мощность:

,

∑

⋅=

nуу

ПВсоsSР

ϕ

(5.2.8)

где Sу – номинальная полная мощность, кВт;

соs φ – номинальный коэффициент мощности.

Далее для каждой группы находят расчетную активную мощность:

Р

р

=К

с

Р

у

(5.2.9)

где К

с

– коэффициент спроса (по таблице 5.2.1);

Р

у

– установленная мощность, кВт.

Расчетную активную мощность силового оборудования всего производственного

предприятия Р определяют как сумму расчетных активных мощностей отдельных групп

электроприемников.

∑

=

m

p

PР

1

, (5.2.10)

где Р

р

– расчетные активные мощности отдельных групп электроприемников, кВт;

m – количество групп электроприемников.

Расчетную реактивную мощность каждой группы электроприемников можно полу-

чить из выражения

Q

р

=P

р

tgφ

ср

, (5.2.11)

где tg φ

ср

определяется по средней величине cosφ, который для цеха рассчитывают по

формуле или выбирают по таблице 5.2.2.

cosφ

ср

=(P

1

·cosφ

1

+ P

1

·cosφ

1

+…+ P

i

·cosφ

i

+…+ P

n

·cosφ

n

)/∑P

i

.

89

Таблица 5.2.2 – Значения коэффициента мощности cosφ

Наименование потребителей электроэнергии Коэффициент мощности cosφ

Мельница сортового помола 0,8

Мельница обойного помола 0,8

Склад готовой продукции 0,75

Крупозавод 0,8

Комбикормовый завод (цех):

производственный корпус с гранулятором

склад сырья и готовой продукции

0,8

0,75

Элеватор 0,75

СОБ и сушилки 0,75

СОБ и механизированные склады зерна 0,75

Заводы и цехи по обработке кукурузы 0,8

Подсобный корпус и механические мастерские 0,75

Компрессорная станция 0,8

Котельная и насосная 0,75

Зарядная станция (на 3 – 6 агрегатов) 0,6

Расчетная реактивная мощность всей площадки:

∑

=

m

P

QQ

1

или Q=Ptgφ , (5.2.12)

где Q

p

– расчетные реактивные мощности отдельных групп электроприемников, кВт;

m – количество групп электроприемников.

Полная мощность электроприемников производственной площадки вычисляется по

формуле

22

QPS += (5.2.13)

Расчетные мощности на шинах низкого напряжения ТП, питающей потребители про-

изводственной площадки, уточняют с учетом несовпадения во времени максимумов нагру-

зок отдельных крупных групп потребителей.

Это несовпадение оценивают коэффициентом участия в максимуме нагрузки Км, при-

нимают равным 0,8 – 0,9. Таким образом, расчетные формулы приобретают вид:

Р' = Км Р, (5.2.14)

Q' = Км Q, (5.2.15)

2222`

)()( QPQPS

′

+

′

=+= . (5.2.16)

Средневзвешенный коэффициент мощности всей производственной площадки вычис-

ляют по формуле

90

Cosφ = Р' / S'. (5.2.17)

Выбор трансформаторов ТП

При выборе трансформатора (или трансформаторов) ТП используют расчетные ак-

тивную Р', реактивную Q', полную S' мощности. Однако при этом необходимо учитывать

мощность установленных компенсирующих устройств Q

H

, активную ∆Р

т

и реактивную ∆Q

т

мощности потерь в самом трансформаторе, величину которых оценивают по соотношениям:

∆Р

т

= (0,02 - 0,025) S

т

, (5.2.18)

∆Q

т

= (0,105- 0,125) S

т

, (5.2.19)

где S

T

– номинальная мощность трансформатора, указанная в его паспорте, кВА.

Таким образом, вначале рассчитывается реактивная мощность с учетом Q

H

по формуле

Q″ = Q'-Q

H

. (5.2.20)

А затем, имея в виду, что активная мощность от введения компенсирующих уст-

ройств не меняется, т. е. Р″=Р', получим, что полная расчетная мощность определяется по

формуле

22

)()( QPS

′′

+

′′

=

′′

. (5.2.21)

По величине этой мощности S", используя таблицу 5.2.3, осуществляют предвари-

тельный выбор трансформатора.

Таблица 5.2.3 – Технические характеристики трехфазных силовых трансформаторов

с естественным масляным охлаждением

Марка Мощность S

т,

кВт

Напряжение

первичное, кВ

Напряжение

вторичное, кВ

Масса, т

ТМ-25/10

ТМ-40/10

ТМ-63/10

ТМ-100/10

ТМ-160/10

ТМ-250/10

ТМ-400/10

ТМ-630/10

25

40

63

100

160

250

400

630

10

6

0,4

0,69

0,38

0,485

0,6

0,72

1,1

1,425

1,9

3,0

При установке на ТП одного трансформатора его мощность

S

т

> S". (5.2.22)

Далее рассчитывают ∆Р

т

и ∆Q

т

(формулы см. выше) и определяют общие расчетные

мощности.

Pобщ. = Р″+∆Р

т

, (5.2.23)

Qобщ. = Q″+Q

т

, (5.2.24)

Sобщ. =

22

общобщ

QP +

. (5.2.25)

Если полная мощность выбранного трансформатора S

T

больше или равна S

общ

(S

Т

> S

общ)

, то останавливаются на этом трансформаторе. Если же это условие не выполняет-

ся, то выбирают трансформатор, имеющий следующую большую мощность по шкале стан-

дартных мощностей (таблица 5.2.3). При этом проверку по величине потерь можно не про-

водить.

Для обеспечения и беспрерывной работы предприятий на ТП устанавливают два

трансформатора. При этом мощность каждого

S

Т

> 0,65 S

общ

. (5.2.26)

Ключников В.В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.