Расчет характеристик центробежного насоса для двух способов регулирования производительности

Министерство образования Российской Федерации

Самарский государственный технический университет

Филиал в г. Сызрани

Кафедра «Электромеханика и промышленная автоматика»

 

 

 

 

Расчет характеристик центробежного насоса  для двух способов регулирования производительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сызрань 2010

 

Содержание

 

1. Введение

2. Построение характеристик насоса  для скоростей, отличных от номинальной  и характеристики магистрали.

3. Расчет и выбор электродвигателя и преобразователя частоты.

4. Расчет и построение механической характеристики насоса

5. Расчет потерь

6. Расчет потребляемой из сети мощности.

7. Заключение.

8. Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Современное промышленное и сельскохозяйственное производство, транспорт, коммунальное хозяйство, сферы жизнеобеспечения и быта связанны с использованием разнообразных технологических процессов, большинство из которых основано на применении рабочих машин и механизмов, разнообразие и число которых огромно. Там, где применяются технологические машины – используется электропривод. Практически все процессы, связанные с движением с использованием механической энергии, осуществляются электроприводам. Исключение составляют лишь некоторые транспортные и сельскохозяйственные машины (автомобили, тракторы и др.), но и в этой области перспективы использования электропривода стали вполне реальны.

Электропривод – главный потребитель электрической энергии. В развитых странах на долю электропривода приходится свыше 60% всей вырабатываемой электроэнергии.

Электроприводы различны по своим техническим характеристикам: по мощности, скорости вращения, конструктивному исполнению и другим. Мощность электроприводов прокатных станов, компрессоров газоперекачивающих станций и ряда других уникальных машин доходит до нескольких тысяч киловатт. Мощность электроприводов, используемых в различных приборах и устройствах автоматики, составляет несколько ватт. Диапазон мощности электроприводов очень широк. Также велик диапазон электроприводов по скорости вращения.

Большинство производственных рабочих машин и механизмов приводится в движение электрическими двигателями. Двигатель вместе с механическими устройствами (редукторы, трансмиссии, кривошипно-шатунные механизмы и др.), служащими для передачи движения рабочему органу машины, а также с устройствами управления и контроля образует электромеханическую систему, которая является энергетической, кинематической и кибернетической (в смысле управления) основой функционирования рабочих машин.

В более сложных технологических машинных комплексах (прокатные станы, экскаваторы, обрабатывающие центры и другие), где имеется несколько рабочих органов или технологически сопряженных рабочих машин, используется несколько электромеханических систем (электроприводов), которые в сочетании с электрическими системами распределения электроэнергии и общей системой управления образуют электромеханический комплекс.

Большие скорости обработки, высокая и стабильная точность выполнения технологических операций потребовали создания высокодинамичных электроприводов с автоматическим управлением. Стремление снизить материальные и энергетические затраты на выполнение технологических процессов обусловило необходимость технологической и энергетической оптимизации процессов; эта задача также легла на электропривод. На этапе технического развития машинного производства, достигнутого к концу XX века, электромеханические комплексы и системы стали определять технологические возможности и технический уровень рабочих машин, механизмов и технологических установок.

Создание современных электроприводов базируется на использовании новейших достижений силовой электротехники, механики, автоматики, микроэлектроники и компьютерной техники. Это быстро развивающиеся области науки, что определяет высокую динамичность развития электромеханических систем.

В последние годы с появлением доступных технических средств для регулирования скорости асинхронных двигателей для привода насосов в системах тепло- и водоснабжения стали применятся регулируемые электроприводы.

Электропривод насоса выполняет две функции: преобразует электрическую энергию в механическую, необходимую для подачи воды потребителю, и управляет работой установки таким образом, чтобы поддерживать требуемую величину напора и расхода воды.

Автоматизированный электропривод получил в последние десятилетия интенсивное ускоренное развитие. Это определяется, в первую очередь, общим прогрессом машиностроения, направленным на интенсификацию производственных процессов, их автоматизацию, повышение точностных характеристик и других технических требований, связанных с обеспечением стабильности качества производимой продукции.

Вторым обстоятельством, обусловившим развитие электропривода, явилось распространение его применения не только на промышленное производство, но и на другие сферы, определяющие жизнедеятельность человека: сельское хозяйство, транспорт, медицину, электробытовые установки и др.

Третья причина связана с наметившимся переходом от экстенсивного развития производства электрической энергии к более эффективному ее использованию. Повышение эффективности электромеханического использования электроэнергии всецело зависит от совершенствования электропривода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Построение характеристик  насоса для скоростей, отличных  от номинальной и характеристики  магистрали.

 

Исходные данные:

1. Графики зависимостей
2. Номинальная скорость насоса.
3. Плотность перекачиваемой жидкости;
4. Температура рабочей среды;
5. Статический напор.

 

Производительность и напор находятся по формулам:

 

, .  (2.1)

 

Номинальные значения производительности и напора соответствуют значениям на характеристике насоса для номинальной скорости.

Рассчитаем характеристику насоса для различных скоростей по формулам 2.1, используя график зависимости . Результаты занесем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Точка		1	2	3	4	5	6
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м

 

Далее рассчитаем характеристику магистрали по двум точкам.

Известно, что:

(2.2)

Определим . Из формулы (2.2) имеем:

 

,

 

По заданию известен статический напор , а значения и можно взять для любой точки данной графической зависимости

 

Таким образом, получим зависимость для магистрали.

 

Используя формулу эту зависимость рассчитаем несколько точек магистрали. Результаты занесем в таблицу 2.2.

 

Таблица 2.2.

Q,м3/ч
Н, м

 

По точкам из таблиц 2.1 и 2.2 построим семейство характеристик насоса для скоростей от ωН до 0,7ωН  (шаг 0,1) и характеристику магистрали.

 

 

3. Расчет и выбор электродвигателя  и преобразователя частоты

 

Мощность насоса в кВт в рабочей точке определяется по формуле:

 

, (3.1)

 

где НН [м], QH [м3/ч] и ηН - значения напора, производительности и КПД, соответствующие точке пересечения характеристики насоса и магистрали;

- плотность перекачиваемой среды  в кг/м3;

Подставляя соответствующие значения в формулу 3.1, получим мощность насоса в рабочей точке .

Двигатель выбираем исходя из условия:

 

 

Далее необходимо привести технические характеристики выбранного асинхронного электродвигателя.

1. Тип двигателя.
2. Номинальная мощность , Вт.
3. Номинальное линейное напряжение статора ,В.
4. Частота сети ,Гц.
5. Синхронная частота вращения ,об/мин.
6. Число пар полюсов .
7. Коэффициент полезного действия ,о.е.
8. Коэффициент мощности ,о.е.
9. Номинальный ток статора ,А.
10. Кратность пускового тока ,о.е.
11. Кратность пускового момента ,о.е.
12. Кратность максимального момента ,о.е.
13. Момент инерции , кг×м2.

 

Регулирование скорости двигателя осуществляется с помощью асинхронно-вентильного каскада (АВК).

Исходя из мощности двигателя выбираем АВК. Здесь необходимо указать:

1. Тип АВК.
2. Напряжение питания инвертора.
3. Номинальная мощность преобразователя.
4. Выходной ток.
5. Выходная частота.
6. Наличие дополнительных функций (опций).

 

4. Расчет и построение механической характеристики насоса.

 

Как известно, мощность насоса определяется по формуле:

 

; (4.1)

 

Разделив обе части этого равенства на скорость, получим выражения для момента в зависимости от скорости

 

; (4.2)

 

Используя полученную формулу, построим механическую характеристику насоса. Для этого находим по графику Q, H, η, соответствующие точке пересечения характеристики магистрали и характеристики насоса для одной из скоростей.

 

,

с-1, а

.

,

с-1.

,

с-1.

,

с-1.

 

По рассчитанным значениям момента строим график статической механической характеристики насоса.

В общем виде механическая характеристика насоса выглядит так:

(4.3), где

k - показатель степени магистрали.

Определим показатель степени магистрали k (показатель степени параболы момента сопротивления). Показатель степени k определим по формуле:

 

(4.4)

Для определения показателя степени магистрали необходимо иметь две точки пересечения магистрали с семейством Q-H характеристик насоса.

Найдем производительности и напоры, соответствующие двум разным скоростям, например и .

 

; ; ; ; ; .

 

Подставляя полученные значения в формулу (4.4) получим значение показателя степени магистрали k.

Подставляя значение k, получим формулу (4.3) механической характеристики насоса.

 

5. Расчет потерь 

 

Потери скольжения при w1=const равны потерям в роторе и определяются по формуле:

(5.1)

где wн – номинальная скорость двигателя: (5.2)

Для определения максимальных потерь при регулировании дифференцируем уравнения потерь по скорости:

(5.3)

Определим максимальную скорость и скольжение при максимальных потерях. Для этого приравняем полученное выражение производной функции потерь к нулю:

Получаем, что

(5.4)

(5.5)

Максимальные потери скольжении в асинхронном двигателе при wс=const:

, Вт (5.6)

При частотном регулировании скорости, wс = var, зависимость потерь скольжения от скорости имеет вид:

, (5.7)

где a = - относительная скорость двигателя .

Исходя из формулы 5.7 построить график зависимости потерь скольжения DPs(a×wн) от скорости.