AEPTPMiTK_kursovaya

11

гидравлический КПД (ηг) 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

Qк ≥ Qмакс и Нк ≥ Нмакс, (4.4)

где Нк, Qк – каталожные значения мощности и производительности.

Максимальные значения Qмакс и Нмакс определяются из технического задания.

Так, в заданиях 1 и 3 даны максимальная производительность Qмакс и технические данные магистрали с неизменной конфигурацией последовательносоединённых участков. Максимальное сопротивление системы здесь определяется с помощью характеристики магистрали:

Нмакс = Нг +	р2 − р1	+∑ hW, (4.5)
	γ g

где Нг – геометрическая высота подъёма жидкости, м; р2, р1 – давления в напорной и всасывающей емкостях, Па;

∑hW – суммарные гидравлические потери в магистрали, м; γ – удельная плотность среды, кг/м3.

В магистралях, где напорная и всасываемая ёмкости находятся при атмосферном давлении (р2=р1=ра ), формула (4.5) приобретает вид

Нмакс = Нг + ∑ hW. (4.6)

Суммарные гидравлические потери:

∑hW = hl + hм , (4.7)

где hl – потери напора по длине трубопровода, м;

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

Гидравлические потери по длине трубопровода определяются по формуле

	λlv 2		l
hl =		=8·λ		·Q2, (4.8)
	d 2 g		gd 5π 2

местные потери -

			12
	ξυ	2		8 ξ
hм = ∑			=		·Q2, (4.9)
				g π 2 d 4
	2	g

где l – длина трубопровода, м;

d – внутренний диаметр трубы, м;

v – средняя скорость движения воды, м/с; Q – расход воды через трубопровод, м3/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 Qмакс, т.е.

	8 λ l					8 ξ					2
Нмакс = Нг +					+						Q макс. (4.10)
		5		2			2
	g d		π			g π		d	4

Взадании 2 (приложение 2) максимальные значения производительности

Qмакс и напора Нмакс даны в техническом задании. Особенностью нагрузки здесь является то, что магистраль имеет изменяющуюся с течением времени конфигурацию сети, т.е. описывается уравнением Нмаг = кi Q2маг , где кi – коэффициент, зависящий от фазы цикла.

Насосы, кроме выбора по напору и производительности, дополнительно проверяют на кавитационный запас.

Внасосах 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 =	p В − p t	- [+/- H ] + Σ hВ	, (4.11)
		gγ
			0	W

где рВ – абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание, Па;

рt – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре, Па;

13

Σ hВW - суммарные потери напора во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче, м;

H0 – геометрическая высота всасывания (геометрического подпора), м.

Величина H0 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 (рB - рt)/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-(+/- H0) + Σ hW, (4.12)

Бескавитационный режим работы насосов обеспечивается при соблюдении условия

∆h > ∆hдоп, (4.13)

где ∆hдоп – 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

14

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.

15

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.

16

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·Q2 , где k = Hмакс/Q2макс. 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

Нij =	H ki	·ω2j ;	Qij =	Q ki		·ωj, (6.2)
	ω 2			ω	k
	k

где Нкi, Qкi – напор и подача произвольной i–й точки на каталожной характеристике;

ωj - произвольные значения частоты вращения,

cтроятся Q–H характеристики исполнительного механизма для скоростей ωj, отличных от каталожной. Они получаются соединением всех точек (Нij ,Qij) 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 ωj добиваются того, чтобы одна из вновь построенных Q–H характеристик проходила через точку с координатами (Нмакс, Qмакс) на характеристике магистрали (точка В1 на рис.1). Если вал исполнительного механизма непосредственно соединён с валом двигателя, соответствующая этой характеристике скоростьωj=ωмакс будет являться максимальной скоростью двигателя, при которой обеспечивается максимальная производительность Qмакс. Аналогично определяется характеристика исполнительного механизма, обеспечивающая минимальную производительность Qмин, и соответствующая этой характеристике минимальная скорость двигателя

ωмин.

Точки пересечения магистрали с вновь построенными Q–H характеристиками Ак, А1,…,А7 определяют рабочие режимы системы «исполнительный механизм–магистраль» для конкретной скорости

17

исполнительного механизма. Мощность на валу исполнительного механизма в рабочих точках определяется как

H A Q A λ g	·10-3 , кВт, (6.3)
РА = ηмехА

где НА, QА – напор и подача в точке А; м, м3/с;

ηмех А – КПД исполнительного механизма в точке А.

						18
		Исполнительный механизм						= f(Q)		Q
									мех
				макс				ή
			K			1	2	3	4
	Ki	iJ								мин
магистраль	,Q	,Q
	Кi	iJ
	Н	Н								6
	К
	А									7
										макс
Q,		1							мехА3	Q
		А							ή
				2
				А
	21	22		3							Рис.1
	,Q2
K2		,Q			4
,Q	К21	К22	А		А					мин
К2	Н	Н
Н										Q
								5
								А
K1
,Q	11	12							6
К1	,Q	,Q							А
Н	К11	К12
мах	Н	Н
H,ή										7
										А
В общем случае, когда Нг ≠ 0, КПД механизма в рабочих точках отличен от
номинального. Для определения ηмех						А	используют			зависимость ηмех	= 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.

19

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 ηмех = f(Q) определяется искомый

КПД в точке А3 ηмех А3.

Следует отметить, что пересчётные параболы являются линиями равного КПД, и в частном случае, когда характеристика магистрали с Нг = 0 совпадает с пересчётной параболой (вентиляторная нагрузка), регулирование осуществляется с постоянным КПД.

Зная мощность в точке А РА и скорость, при которой она была получена ωjА, легко определить момент МА на валу двигателя:

P A	·103 , Н·м. (6.4)
МА = ω jA

Соединяя точки МА и ωjА в координатах ω–M, получаем кривую нагрузки на валу двигателя ω = f(Мс) (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 ФВ = var, двигатель по мощности выбирается из следующего условия:

∆Р2р макс ≤ ∆Р2Н, (6.5)

где ∆Р2Н – номинальные потери в роторе выбираемого двигателя (рассчитывается по каталожным данным);

∆Р2р 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

∆Р2s макс ≤ ∆Р2Н, (6.6)

			20
	ω
ω	0		ω(Мс)
ωмакс			естественная
		1	характеристика двигателя
		2
		3
	m
ωмин
	Мсмин	Мсмакс	М

Рис. 2

	Р2s
Р2sмакс	Р2s2	Р2s3
			Р	2s4
Р2sн	Р2s1				Р2sm

Р2p1	Р	2p2	Р		Р
				Р	2pm
			2p3
				2p4	1 S
SН			SМ	Sm

Рис. 3

где ∆Р2s макс – максимальная мощность потерь скольжения в заданном диапазоне изменения скорости.

Максимальные потери скольжения могут быть найдены графически и аналитически.

При графическом методе, пользуясь выражением

∆Р2sm= Мс (ω0 - ωm), (6.7)

где Мс, ωm – текущие момент и скорость нагрузки в m-й точке;

ω0 – синхронная скорость двигателя, ближайшая к максимальной