Материал: Расчет электропривода вихревого насоса

Расчет электропривода вихревого насоса

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный аграрный университет»

Инженерный факультет

Кафедра «Электротехнологии и электрооборудование»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Электропривод»

на тему: «Расчет электропривода вихревого насоса»

Выполнил: студент 31 группы

Наумцев Д.А.

Оренбург 2015 г.

Задание

Рассчитать привод вихревого насоса, имеющий технические и эксплуатационные данные (Таблица № 1)

Таблица № 1 Технические и эксплуатационные данные.

Введение

Электрическим приводом (ЭП) называют электромеханическую систему, состоящую в обобщенном виде из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенную для приведения в движение исполнительных органов машины и управления этим движением. Основное назначение ЭП как технологической установки-преобразование электрической энергии в механическую энергию движения исполнительных органов машин и механизмов. В отдельных случаях при реализации генераторных режимов торможения возможно и обратное преобразование энергии.

ЭП применяют в различных отраслях сельского хозяйства, а также во вспомогательных производствах, в том числе по обслуживанию и ремонту сельскохозяйственной техники, по первичной обработке разнообразной продукции. Наиболее широко его используют в стационарных процессах производства, и прежде всего в животноводстве и птицеводстве. Именно в этих отраслях сельскохозяйственного производства ЭП имеет наиболее высокий уровень автоматизации в системах отопления и вентиляции, в установках водоснабжения, приготовления и раздачи кормов.

ЭП подразделяют на две части: энергетическую и информационную. Энергетическая часть ЭП состоит из преобразовательного, электродвигательного и передаточного устройств. Информационная часть представляет управляющее устройство, которое в ряде случаев классифицируется как информационно управляющее.

Основной тип ЭП, используемого в отраслях агропромышленного комплекса (АПК), асинхронный двигатель от десятка ватт до 200 кВт. В составе ЭП мобильных устройств с автономным аккумуляторным питанием, а также в качестве ЭП ручного электроинструмента широкое распространение получили коллекторные ЭП с питанием от источников постоянного или переменного тока.

В ЭП мощностью свыше 1000 кВт, используемых, например, в оросительных системах, для электропривода мощных компрессоров, преимущественно применяют синхронные электроприводы.

С развитием автоматизации управления технологическими процессами АПК нарастает потребность в регулируемых ЭП.

Современные системы ЭП максимально удовлетворяют требованиям технологическим машин, работающих в самых различных режимах по нагрузкам и частотам вращения. В них применяют специальные и встроенные ЭП с аппаратным или программным устройством управления.

Рассчитываемый производственный агрегат «Вихревой насос» относится к группе центробежных механизмов, которой присуще следующие характерные особенности:

·        вентиляторная или близкая к ней механическая характеристика нагрузки;

·        методы регулирования производительности (отдачи) и инерционных характеристики;

·        режимы работы и особенности автоматизации.

ЭП по сравнению с другими видами приводов обладает рядом преимуществ:

·        малый уровень шума при работе и отсутствие загрязнения окружающей среды;

·        широкий диапазон мощностей и угловых скоростей и угловых скоростей;

·        доступность регулирование угловой скорости и соответственно производительности технологических установок;

·        относительная простота автоматизации, монтажа и эксплуатации по сравнению с тепловыми двигателями, например внутреннего сгорания.

Также ЭП имеет и ряд недостатков, которые в большинстве случаев связаны с неправильной настройкой или долгим отсутствием автономного питания электронных механизмов. Основными недостатками ЭП относится:

·        Используемые электрические контакты в некоторых случаях являются источником радиопомех.

·        Присутствие в некоторых моделях хрупких электронных деталей, которые могут быть подвержены риском быть изношены в большей степени, чем детали других механических приводов.

·        Нельзя использовать электропривод в местах требующих отсутствие электротока

·        ЭП, нуждается в постоянном обслуживании, ввиду наличия большого количества узлов и деталей;

·        ЭП не может применяться при работе на объектах повышенной пожароопасности.

В настоящее время получили наибольшее применение асинхронные электродвигатели, так как они имеют простую конструкцию, малую сравнительную стоимость, надежны и удобны в монтаже и эксплуатации.

1. Технологическая и кинематическая схемы установки

.1 Кинематическая схема установки

Рисунок 1 Кинематическая схема ленточного транспортёра. 1 - двигатель; 2- клиноременная передача; 3 -вихревой насос.

.2 Описание технологической схемы

Вихревой насос 1 приводиться в движение с помощью электродвигателя 3 через кинематическую передачу 2. Воду из скважины вихревой насос 1 всасывает по трубопроводу и далее подается для потребителей.

Рисунок 2 Технологическая схема выкачивания воды из скважины 1 - вихревой насоса; 2 - кинематическая передача; 3 - электродвигатель.

Рабочее колесо вихревого насоса (рисунок № 3) представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под действием центробежной силы закручивается.

В вихревом насосе один и тот же объем жидкости, движущийся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, следовательно, и напора.

Благодаря этому напор вихревых насосов в 2 - 4 раза больше, чем у центробежных насосов, при одном и том же диаметре рабочего колеса и угловой скорости.

Рисунок № 3 Схема вихревого насоса: 1 - рабочее колесо; 2 - корпус насоса; 3 - кольцевая полость; 4 - напорный патрубок; 5 - всасывающий патрубок; 6 - уплотняющий выступ

Достоинства вихревых насосов:

- имеют значительно меньшие размеры и массу по отношению к центробежным насосам при одинаковом развиваемом напоре;

обладают самовсасывающей способностью.

Недостатки вихревых насосов:

- сравнительно невысокий КПД;

быстрый износ деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы.

2. Выбор электродвигателя

.1 Выбор по роду тока и значению напряжения

В связи с особенностями заданной технологической машины и технологического процесса, который она выполняет, а также наиболее распространённой в сельском хозяйстве сети 3-х фазного переменного тока напряжением 220/380 вольт выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на номинально фазное напряжение 220 В.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обладает рядом преимуществ перед другими типами двигателей. Во первых, относительно малая стоимость, которая в 3…4 раза меньше стоимости двигателя постоянного тока на ту же частоту вращения. Во вторых, повышенная надежность из-за отсутствия подвижных сильноточных контактов. В третьих, относительно малые эксплуатационные затраты. И в четвертых, возможность прямого пуска, что значительно упрощает систему управления.

.2 Выбор по конструктивному исполнению и способу монтажа

С учётом конструктивных особенностей заданной рабочей машины, а именно того, что машина работает в условиях повышенной влажности, по способу монтажа выбирают электродвигатель с креплением на лапками с фланцем.

Заданные условия работы рабочей машины характеризуются повышенной влажностью. Поэтому выбираемый электродвигатель должен соответствовать климатическому исполнению и категории размещения ОМ (как с умеренно холодным, так и с тропическим морским климатом) и категории размещения 5 (для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью).

Для предотвращения соприкосновения с токоведущими и движущимися частями и попадания внутрь оболочки электродвигателя посторонних твёрдых тел электродвигатель должен иметь степень защиты 5 (защита от пыли), а от попадания внутрь полости электродвигателя воды - степени защиты не ниже 4(защита соответственно от дождя, брызг, водяных струй и волн). Рассчитываемый электродвигатель предназначен для работы в помещении с повышенной влажностью, поэтому для предотвращения попадания воды внутрь используем двигатель выбираем со степенью защиты IP 54.

2.3 Выбор по частоте вращения и возможности её регулирования

Для заданной машины требуется ступенчатое изменение частоты вращения. Поэтому предпочтение отдаем асинхронному электродвигателю, как наиболее надёжному и недорогому..

С учётом того, что заданная рабочая машина имеет частоту вращения больше 500 об/мин, не совпадающую со стандартной шкалой номинальных частот электродвигателей, принимаю частоту вращения идеального холостого хода электродвигателя равную 3000 об/мин.

2.4 Выбор электродвигателя по номинальной мощности

.4.1 Расчёт механической нагрузки рабочей машины и построение нагрузочной диаграммы

Определяю мощность на валу электродвигателя, необходимую для вращения приводного вала заданной рабочей машины на каждом из участков её нагрузочной диаграммы:

где  - мощности на валу электродвигателя соответственно на первом, втором и третьем участках нагрузочной диаграммы, Вт; -подача насоса на первом, втором и третьем участках нагрузочной диаграммы,  ; -давление, развиваемое насосом, м вод.ст, -плотность перекачиваемой жидкости, (для воды ); -КПД насоса, равный 0,3…0,5 для вихревых насосов, при чем большие значения КПД соответствует более мощным насосам (примем равным 0,5);-КПД механической передачи (для клиноременной 0,87…0,97).

По полученным результатам расчёта строим график зависимости мощности от времени в течение одного периода изменения нагрузки.

Рисунок 4 Фактическая  и аппроксимирующая ступенчатая  диаграммы нагрузки ЭП.

.4.2 Определение эквивалентной мощности

В связи с тем, что мощность на валу электродвигателя переменна, заменяю её постоянной мощностью, эквивалентной заменяемой мощности по величине средних потерь мощности в электродвигателе и, следовательно, по величине среднего превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды:

где знасение показателя и продолжительности нагрузки для i-го участка нагрузочной диаграммы ЭП; m ─ число участков нагрузочной диаграммы (m=3).

2.4.3 Определение необходимой номинальной мощности электродвигателя, рассчитанного на режим, соответствующий режиму работы машины

Заданная рабочая машина работает длительном режиме S1, так как

Продолжительность работы:

Продолжительность отключения:

Продолжительность холостого хода:

Продолжительность одного цикла:

Для привода вихревого насоса следует использовать электродвигатель соответствующего режима нагрузки со стандартными параметрами, наиболее близкими к параметрам фактического режима. Номинальную каталожную мощность такого электродвигателя с учётом пересчёта эквивалентной мощности на стандартный режим определим по выражению

где длительность рабочего периода стандартная (при использовании электродвигателя длительного режима нагрузки );

длительность рабочего периода по нагрузочной диаграмме определяется по формуле:

где коэффициент охлаждения (для защищённого электродвигателя, с вентиляцией от собственного вентилятора на валу двигателя )