Методика расчета мощности электродвигателя при неизменяющейся нагрузке.
Существует много механизмов, работающих продолжительно с неизменной или мало меняющейся нагрузкой без регулирования скорости, например насосы, компрессоры, вентиляторы и т.п.
При выборе электродвигателя для такого режима необходимо знать мощность, потребляемую механизмом. Если эта мощность неизвестна, ее определяют теоретическими расчетами или расчетами по эмпирическим формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов. Для малоизученных механизмов необходимую мощность определяют путем снятия нагрузочных диаграмм самопишущими приборами на имеющихся уже в эксплуатации аналогичных установках либо путем использования нормативов потребления энергии, полученных на основании статистических данных, учитывающих удельный расход электроэнергии при выпуске продукции.
При известной мощности механизма мощность электродвигателя выбирается по каталогу с учетом КПД промежуточной передачи. Расчетная мощность на валу электродвигателя:
где
— мощность, потребляемая механизмом;
— КПД передачи.
Номинальная мощность электродвигателя, принятого по каталогу, должна быть равна или несколько больше расчетной.
Выбранный электродвигатель не нуждается в проверке по нагреву или по перегрузке, так как завод-изготовитель произвел все расчеты и испытания, причем основанием для расчетов являлось максимальное использование материалов, заложенных в электродвигателе при его номинальной мощности. Иногда, однако, приходится проверять достаточность пускового момента, развиваемого электродвигателем, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в начале трогания с места (например, транспортеры, некоторые механизмы металлорежущих станков).
Подставив необходимые значения, Вы можете рассчитать мощность прямо сейчас
где — коэффициент запаса, принимаемый 1,1-1,3 в зависимости от мощности электродвигателя; — ускорение свободного падения; — подача (производительность) насоса, м³/с; — расчетная высота подъёма, м; — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; — КПД насоса (для поршневого 0,7-0,9; для центробежного с давлением свыше 0,4×10 5 Па 0,6-0,75, с давлением до 0,4×10 5 Па 0,45-0,6); — КПД передачи, равный 0,9-0,95; — давление, развиваемое насосом, Па.
Для центробежного насоса особенно важен правильный выбор частоты вращения электродвигателя, так как производительность насоса Q, расчетная высота H, момент М и мощность Р на валу электродвигателя зависят от угловой скорости W. Для одного и того же насоса значения Q1, H1, M1, P1 при W1 связаны со значениями Q2, H2, M2, P2 при скорости W2 соотношениями Q1/Q2=W1/ W2; H1/H2=M1/M2=W 2 1/ W 2 2; P1/ P2=W 3 1/ W 3 2.
Из этих соотношений следует, что при завышении угловой скорости электродвигателя потребляемая им мощность резко возрастает, что приводит к перегреву его и выходу из строя. При заниженной скорости создаваемый насосом напор может оказаться недостаточным, и насос не будет перекачивать жидкость.
где — подача (производительность) компрессора, м³/с; — работа изотермического и адиабатического сжатия 1 м³ атмосферного воздуха давлением p1=1,1×10 5 Па до требуемого давления p2, Дж/м³; для давлений до 10×10 5 Па значения A следующие:
Определив мощность поршневого компрессора, Вы можете подобрать электродвигателю соответствующие частотные преобразователи СТА.
где — производительность вентилятора, м³/с; — давление на выходе вентилятора, Па; — КПД вентилятора, равный 0,5-0,85 для осевых, 0,4-0,7 — для центробежных вентиляторов; — КПД передачи; — коэффициент запаса, равный 1,1-1,2 при мощности более 5 кВт, 1,5 — при мощности до 2 кВт и 2,0 — при мощности до 1 кВт.
По этой формуле также определяется мощность электродвигателя для центробежного вентилятора.
Эксплуатационные свойства механизмов центробежного типа (насосов, компрессоров и вентиляторов) определяются зависимостью напора (давление жидкости или газа на выходе механизма) от производительности при различных угловых скоростях механизма. Эти зависимости, называемые Q — H характеристиками, обычно приводятся в виде графиков в каталогах для каждого конкретного механизма.
Пример 1.
Расчет мощности электродвигателей насосов
Практические формулы для расчет мощности электродвигателей насосов, вентиляторов и компрессоров
Способы регулирования подачи компрессоров
Регулирование подачи компрессоров осуществляется двумя способами:
При электрическом способе подача изменяется путем изменения частоты вращения
При механическом способе подачу можно изменять тремя способами:
1. дросселированием всасывания;
2. перепуском с нагнетания на всасывание;
3. отжатием всасывающего клапана.
Мощность (кВт) ЭД, необходимая для вращения вала насоса
где kз – коэффициент запаса ( 1,1. 1,4 ); γ – плотность жидкости ( для холодной во
ды γ = 9810 Н / м 3 ); Q – подача насоса, м 3 / с ( кубический метр в секунду ); H – напор насоса, м; ηп — коэффициент полезного действия передачи ( если электродвигатель и насос соединены без передачи, то ηп = 1 ); ηн — коэффициент полезного действия насоса( для цент
робежных насосов с давленим большим, чем 39000 Па, ηн = 0,6. 0,75; с давлением мень-
шим, чем 39000 Па, ηн = 0,3. 0,6 ).
Лучше всего определять КПД насоса по данным каталога.
На практике частота вращения электродвигателя не всегда одинакова с частотой вращения насоса.
Поэтому после расчета и выбора электродвигателя, частота вращения которого не совпадает с частотой вращнения насоса, надо обязательно пересчитать основные парамет
ры насоса при его неноминальной скорости.
Это позволит избежать крупных неприятностей, т.к. при несовпадении скоростей насоса и электродвигателя изменяются параметры как насоса, так и электродвигателя.
Например, у насоса мощность, напор и подача могут оказаться больше или меньше номинальных. Аналогично, мощность электродвигателя может быть больше или меньше номинальной. В первом случае электродвигатель может сгореть, во втором – рабо тать с недогрузкой.
У центробежных насосов и вентиляторов мощность электродвигателя Р , напор Н и подача Q связаны такими соотношениями:
1. мощность электродвигателя насоса по таким исходным данным
Q = 50 м 3 / ч; Н = 30 м; ηн = 0,5; n1 = 1465 об / хв.
2. мощность Р, напор Н и подачу насосу Q, если частота вращения двигателя упа-
дет до минимального значения n2 = 965 об / хв..
Электродвигатель и насос соединены без передачи.
1. мощность электродвигателя при n1 = 1465 об / мин
Лучшие изречения:При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9405 — | 7312 — или читать все.
— определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;
— организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;
Материальное обеспечение:
калькулятор, конспект лекций, справочник
Задание:
Рассчитать мощность и выбрать двигатель насосной станции, построить механические характеристики насоса и приводного двигателя
Краткие теоретические сведения:
Насо́с— гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов или сжиженных газов. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает её перемещение.
Основными параметрами, характеризующими работумашин для подачи жидкостей, являются:
— энергия, сообщаемая потоку их рабочими органами
Основные свойства насосов, которые определяют требования к электроприводу:
— характерен продолжительный режим работы со спокойной нагрузкой;
— насосы центробежного и поршневого типов в силу особенностей их конструкции и условий технологического процесса не требуют реверсирования. Их скорость соответствует скорости двигателя, поэтому электропривод этих установок выполняется безредукторным и поставляется обычно в комплекте с механизмом;
— облегченные условия их пуска. Насосы пускают, как правило, вхолостую и момент трогания не превышает 30. 35 % номинального момента;
— для установок вентиляторного типа, которые пускают под нагрузкой, момент сопротивления плавно возрастает с увеличением скорости, что благоприятно согласуется с формой механической характеристики асинхронного двигателя;
— диапазон регулирования скорости Д=(2:1);
— не требуется обеспечение жесткости механических характеристик.
В большинстве случаев для привода насосов используют нерегулируемые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Но в установках с сетью относительно малой мощности прямой пуск двигателей с короткозамкнутым ротором вызывает значительное снижение напряжения, поэтому применяют ограничивающие индуктивные и активные сопротивления в цепи статора.
Когда нельзя осуществить прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и неприемлем пуск с ограничивающим сопротивлением, используют асинхронные двигатели с фазным ротором, которые обеспечивают плавный пуск механизма при ограниченных толчках тока в сети.
Для электропривода насосов используются и синхронные двигатели. Основным достоинством синхронного двигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется автоматическим регулированием тока возбуждения. Синхронные двигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату этого напряжения. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя. Существенным для электропривода является и то обстоятельство, что скорость синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.
Порядок выполнения работы:
1 Рассчитать мощность и выбрать двигатель привода насоса
2. Построить механические характеристики насоса и двигателя в соответствии с заданным вариантом по таблице 30.
Ход работы:
Мощность на валу насоса, в соответствии с которой и выбирается мощность приводного двигателя Рдв, кВт:
,
где Рнас – мощность насоса (гидравлическая), кВт
где рн – давление на напоре насоса, Па
где q — ускорение свободного падения, q= 9,81 м/с 2 ;
Q — подача насоса, м 3 /с;
H — полный напор, м;
где hв— высота всасывания, м;
hн— высота нагнетания, м;
DH – потери напора в трубопроводе, м;
r — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 (таблица 27);
— кпд насоса: для поршневых = 0,7 … 0,9; для центробежных с давлением свыше 0,4× 10 5 Па = 0,6 …. 0,75; с давлением до 0,4 × 10 5 Па = 0,45 …. 0,6;
— кпд передачи, при наличии передачи = 0,9 … 0,95;
— коэффициент запаса, принимается в соответствии с таблицей 28
Таблица 27 — Плотности перекачиваемой жидкости
Жидкость
Вода пресная
Вода морская
Масло машинное
Керосин, нефть, спирт
Бензин
Кислота серная
r, кг/м 3
Таблица 28 — Рекомендуемые кз для насосов
Рнас, кВт
До 1
1…5
5…50
50…350
Более 350
кз
1,3
1,2
1,15
1,1
1,05
Механические характеристики насоса и двигателя
Номинальное скольжение SНОМ
где nC – синхронная скорость выбранного двигателя, об/мин
Критический момент МКР, Нм
Пусковой момент МП, Нм
Минимальный момент ММИН, Нм
Критическое скольжение SКР
Минимальное скольжение SМИН
Построение механической характеристики насосного агрегата МНА = f(S) осуществляется по трем произвольно выбранным точкам, при этом необходимо задаться тремя произвольными значениями скольжения Si и раасчитать соответствующие скорости ni, об/мин и моменты Мi, Нм, например:
Все вышеприведенные расчеты сведены в таблицу 29
Таблица 29 — Данные для построения характеристик
Момент, Нм
Электропривод
Насос
МНОМ
МКР
ММИН
МП
М1
М2
М3
Скольжение в относит. ед.
SНОМ
SКР
SМИН
SП
S1
S2
S3
Механические характеристики насоса и двигателя показаны на рисунке 33
Рисунок 33 — Механические характеристики насоса и двигателя
Форма представления результата:
Работа в тетради. Ответы на контрольные вопросы:
1. Назовите основные свойства насосов, определяющих требования к электроприводу
2. Перечислите требования, предъявляемые к электроприводу насосов
3. Какие системы электропривода применяются для насосов?
Таблица 30 – Исходные данные для расчета мощности двигателя насоса
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-26; Нарушение авторского права страницы
— коэффициент запаса, принимаемый 1,1-1,3 в зависимости от мощности электродвигателя; 
— ускорение свободного падения; 
— подача (производительность) насоса, м³/с; 
— расчетная высота подъёма, м; 
— плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; 
— КПД насоса (для поршневого 0,7-0,9; для центробежного с давлением свыше 0,4×10 5 Па 0,6-0,75, с давлением до 0,4×10 5 Па 0,45-0,6); 
— КПД передачи, равный 0,9-0,95; 
— давление, развиваемое насосом, Па.
— работа изотермического и адиабатического сжатия 1 м³ атмосферного воздуха давлением p1=1,1×10 5 Па до требуемого давления p2, Дж/м³; для давлений до 10×10 5 Па значения A следующие:
— индикаторный КПД компрессора, равный 0,6-0,8; 
— КПД вентилятора, равный 0,5-0,85 для осевых, 0,4-0,7 — для центробежных вентиляторов; 
| 7312 — 
или читать все. 
,
— кпд насоса: для поршневых 
= 0,6 …. 0,75; с давлением до 0,4 × 10 5 Па 
— кпд передачи, при наличии передачи 
— коэффициент запаса, принимается в соответствии с таблицей 28
