Файл: Курсовая работа по дисциплине Электрические машины и электропривод Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов.docx
Добавлен: 24.11.2023
Просмотров: 202
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
складах, базах, портах, железнодорожных станциях и т. п. Среди них есть платформенные электротележки, предназначенные для механизации транспортных работ внутри цехов предприятий и складских помещений, перемещения в межстаночном пространстве, для подвоза грузов непосредственно к рабочим местам, габариты таких электротележек позволяют перемещать их в грузовых лифтах. Во время работы водитель-оператор стоит на подпружиненной платформе, при этом можно регулировать высоту, что позволяет работать операторам с различным ростом. Удобная боковая рукоятка гарантирует безопасность работы. Платформа оператора является автоматическим выключателем тягача, при покидании — выходе оператора происходит автоматическое торможение. При этом энергия не расходуется зря, а дополнительно заряжает тяговую батарею посредством рекуперации. Обычно электротягачи широко используются на предприятиях, где необходима горизонтальная комплектация грузов (промышленность, аэропорт, железная дорога, почта).
Рисунок 26. Электрокар
3.Типовые технологические процессы железнодорожной отрасли.
Насосные установки (НУ) предназначены для транспортировки жидкости, заполнения и осушения резервуаров (системы водоснабжения и канализации), обслуживания исполнительных механизмов (системы водяного охлаждения) и применяются для обеспечения жизнедеятельности работающего коллектива и технологического процесса предприятия (перекачка агрессивных и технологических жидкостей и т.п.). По принципу действия насосы можно разделить на три группы: поршневые, центробежные и оседиагональные. Поршневые НУ предназначены для перекачивания жидкости при больших высотах всасывания (до 6 м) с небольшой производительностью. Как и для всех поршневых систем, характерны неравномерность хода и пульсация нагрузки (при всасывании жидкости − холостой ход, а при сжатии − рабочий), поэтому жидкость в напорном трубопроводе течет неравномерно. Для сглаживания пульсаций нагрузки и повышения равномерности хода в одном насосе применяют несколько рабочих цилиндров, а на валу устанавливают маховик. Во избежание гидроудара и поломки поршневые НУ пускаются только при открытых задвижках на напоре. При работе на магистраль с постоянным напором, поршню при каждом ходе приходится преодолевать постоянное среднее усилие независимо от скорости перемещения:
; 
; 
,
где Рср − средняя мощность на валу, [кВт];
Н − напор, [м.ст.ж]; Q − производительность, [м3/с];
Мср − среднее значение момента на валу, [Н∙м].
При Мср = const следует, что поршневой насос пускается в работу под нагрузкой и требует выбора ЭД с повышенным пусковым моментом. Для нормальной эксплуатации поршневых НУ необходимы вспомогательные системы (водяного охлаждения и смазки). Центробежные НУ предназначены для перекачивания жидкости при малых высотах всасывания с большой производительностью. Они обладают равномерным ходом, а истечение жидкости происходит без пульсаций. Особенностью насосов является необходимость заполнения полости жидкостью перед пуском, в противном случае, насос не будет перекачивать жидкость из-за «разрыва струи».
Пуск центробежногонасоса в работу возможен при трех вариантах:
а) вхолостую, при закрытой напорной задвижке. В этом случае, давление в напорном трубопроводе повышается плавно и гидравлический удар исключен;
б) при открытой напорной задвижке. Применяется, если насос расположен ниже уровня жидкости и есть обратный клапан; время пуска меньше, чем при закрытой задвижке, так как не требуется тратить время на открытие задвижки;
в) при одновременном открытии напорной задвижки и пуске ЭД − это частный случай первых двух вариантов.
При остановке НУ необходимо сначала медленно закрыть задвижку на напоре, а затем остановить ЭД насоса. Предварительное закрытие задвижки на напоре (перед остановкой) необходимо во избежание возможного гидроудара (при отсутствии обратного клапана) и гидротурбинного режима насоса под напором жидкости в системе. Эксплуатационные свойства центробежных НУ определяются зависимостью напора (давление жидкости) на выходе от производительности при различных скоростях:
H = f(Q),
где H − напор на выходе, [м. ст. жид.];
Q − производительность, [м3/с].
Эти зависимости приводятся в виде графиков в каталогах для каждого конкретного агрегата. Для задания рабочей точки производительности, определяется точка пересечения (рисунок 28) двух характеристик напора − насоса Hн = f(Q) и магистрали Нм = f(Q).
Полный напор в системе (H) состоит из двух составляющих:
,
где Hс, − статический (рисунок 28, а) и Hдин − динамический (рисунок 28 , б)напоры;
Q − производительность;
С − постоянный коэффициент.
Выбор рабочей точки определяет режим работы привода центробежной НУ и скорости вращения АД:
а) при статической характеристике магистрали:
− производительность изменяется (от Qн до Q1) значительно;
− чрезмерное снижение скорости АД, когда характеристики не пересекаются, насос перестает качать («срыв струи»). Такой вариант возможен при понижении напряжения сети.
б) при динамической характеристике магистрали:
− производительность изменяется (от Qн до Q1) незначительно;
− чрезмерное снижение скорости (до 2) не приводит к прекращению подачи жидкости, но производительность уменьшается.
В приводе с СД скорость вращения не изменяется, но угол отставания ротора от статора увеличивается, что уменьшает момент на валу двигателя. При чрезмерном снижении напряжения сети синхронные машины выпадают из синхронизма и останавливаются.
Производительность НУ можно регулировать следующими способами:
− дросселированием трубопровода (т. е. изменять выходное сечение магистрали);
− изменением угловой скорости (ω) приводного ЭД (например, изменением напряжения в цепи статора АД);
− изменением положения рабочего органа механизма (например, поворотом лопаток рабочего колеса);
− изменением числа работающих на магистраль агрегатов.
Оседиагональные НУ предназначены для транспортировки неоднородных по плотности и вязкости жидкостей. Например, откачка разлитой нефти, удаление нефтеостатков из емкостей, перекачка грунтовых и глинистых растворов. Насосы данного типа более мощны, долговечны и виброустойчивы, чем все известные. При малом весе (например, 35 кг) они имеют производительность до 150 м3/час. В настоящее время выпущены насосы производительностью до 1000 м3/час для выполнения уникальной операции − перекачки холодного мазута. В качестве исполнительных двигателей ЭП перечисленных выше технологических процессов используются:
− асинхронные с короткозамкнутым ротором (АДКР), мощностью до 100 кВт при напряжении 380В, с прямым пуском от мощной сети или через автотрансформатор (реактор), ограничивающий пусковой ток;
− СД, мощностью более 100 кВт при напряжении до 10 кВ, с прямым пуском от мощной сети.
Режим работы − продолжительный, реверса не требуется.
Наиболее используемые двигатели: серии 4А (основного исполнения), 4АР (с повышенным пусковым моментом), АИ и СДН (насосы, вентиляторы, дымососы), СДК (компрессоры).
В устройства автоматизации насосных установок наряду с аппаратурой общего назначения для пуска, переключения и управления, применяется специальная аппаратура: поплавковые реле, электродное реле, струйное реле, реле контроля заливки.
4 Проектирование систем электропривода насосной установки
4.1. Расчет циклической мощности электродвигателя НУ.
В зависимости от вида ТП и энергетических параметров ТУ необходимо вычислить значение циклической мощности приводного ЭД на каждом интервале работы.
Насосная установка. Мощность электродвигателя насоса [кВт] определяется по формуле:
,
где kз = (1,1÷1,3) − коэффициент запаса; ρ [кг/м3] − плотность перекачиваемой жидкости; g = 9,81 [м/с2] − ускорение свободного падения; Q [м3/с] − производительность насоса (исх. данные);
[м]− расчетная высота подъема (исх. данные); Нс [м]− статический напор, определяемый как сумма высот всасывания и нагнетания; ΔН [м]− потеря напора в трубопроводах насосной установки, зависящий от сечения и качества обработки труб, кривизны участков трубопровода, наличия вентилей и задвижек; ηнас = (0,9÷0,95) − КПД насоса; ηп = (0,640,94) − КПД механической передачи.
Таблица 2
Расчёт мощности
Рисунок 26. Электрокар
3.Типовые технологические процессы железнодорожной отрасли.
Насосные установки (НУ) предназначены для транспортировки жидкости, заполнения и осушения резервуаров (системы водоснабжения и канализации), обслуживания исполнительных механизмов (системы водяного охлаждения) и применяются для обеспечения жизнедеятельности работающего коллектива и технологического процесса предприятия (перекачка агрессивных и технологических жидкостей и т.п.). По принципу действия насосы можно разделить на три группы: поршневые, центробежные и оседиагональные. Поршневые НУ предназначены для перекачивания жидкости при больших высотах всасывания (до 6 м) с небольшой производительностью. Как и для всех поршневых систем, характерны неравномерность хода и пульсация нагрузки (при всасывании жидкости − холостой ход, а при сжатии − рабочий), поэтому жидкость в напорном трубопроводе течет неравномерно. Для сглаживания пульсаций нагрузки и повышения равномерности хода в одном насосе применяют несколько рабочих цилиндров, а на валу устанавливают маховик. Во избежание гидроудара и поломки поршневые НУ пускаются только при открытых задвижках на напоре. При работе на магистраль с постоянным напором, поршню при каждом ходе приходится преодолевать постоянное среднее усилие независимо от скорости перемещения:
; ; ,где Рср − средняя мощность на валу, [кВт];
Н − напор, [м.ст.ж]; Q − производительность, [м3/с];
Мср − среднее значение момента на валу, [Н∙м].
При Мср = const следует, что поршневой насос пускается в работу под нагрузкой и требует выбора ЭД с повышенным пусковым моментом. Для нормальной эксплуатации поршневых НУ необходимы вспомогательные системы (водяного охлаждения и смазки). Центробежные НУ предназначены для перекачивания жидкости при малых высотах всасывания с большой производительностью. Они обладают равномерным ходом, а истечение жидкости происходит без пульсаций. Особенностью насосов является необходимость заполнения полости жидкостью перед пуском, в противном случае, насос не будет перекачивать жидкость из-за «разрыва струи».
Пуск центробежногонасоса в работу возможен при трех вариантах:
а) вхолостую, при закрытой напорной задвижке. В этом случае, давление в напорном трубопроводе повышается плавно и гидравлический удар исключен;
б) при открытой напорной задвижке. Применяется, если насос расположен ниже уровня жидкости и есть обратный клапан; время пуска меньше, чем при закрытой задвижке, так как не требуется тратить время на открытие задвижки;
в) при одновременном открытии напорной задвижки и пуске ЭД − это частный случай первых двух вариантов.
При остановке НУ необходимо сначала медленно закрыть задвижку на напоре, а затем остановить ЭД насоса. Предварительное закрытие задвижки на напоре (перед остановкой) необходимо во избежание возможного гидроудара (при отсутствии обратного клапана) и гидротурбинного режима насоса под напором жидкости в системе. Эксплуатационные свойства центробежных НУ определяются зависимостью напора (давление жидкости) на выходе от производительности при различных скоростях:
H = f(Q),
где H − напор на выходе, [м. ст. жид.];
Q − производительность, [м3/с].
Эти зависимости приводятся в виде графиков в каталогах для каждого конкретного агрегата. Для задания рабочей точки производительности, определяется точка пересечения (рисунок 28) двух характеристик напора − насоса Hн = f(Q) и магистрали Нм = f(Q).
| |
 Рисунок 28. Зависимость напора (давление жидкости) на выходе от производительности при различных скоростях |
Полный напор в системе (H) состоит из двух составляющих:
,где Hс, − статический (рисунок 28, а) и Hдин − динамический (рисунок 28 , б)напоры;
Q − производительность;
С − постоянный коэффициент.
Выбор рабочей точки определяет режим работы привода центробежной НУ и скорости вращения АД:
а) при статической характеристике магистрали:
− производительность изменяется (от Qн до Q1) значительно;
− чрезмерное снижение скорости АД, когда характеристики не пересекаются, насос перестает качать («срыв струи»). Такой вариант возможен при понижении напряжения сети.
б) при динамической характеристике магистрали:
− производительность изменяется (от Qн до Q1) незначительно;
− чрезмерное снижение скорости (до 2) не приводит к прекращению подачи жидкости, но производительность уменьшается.
В приводе с СД скорость вращения не изменяется, но угол отставания ротора от статора увеличивается, что уменьшает момент на валу двигателя. При чрезмерном снижении напряжения сети синхронные машины выпадают из синхронизма и останавливаются.
Производительность НУ можно регулировать следующими способами:
− дросселированием трубопровода (т. е. изменять выходное сечение магистрали);
− изменением угловой скорости (ω) приводного ЭД (например, изменением напряжения в цепи статора АД);
− изменением положения рабочего органа механизма (например, поворотом лопаток рабочего колеса);
− изменением числа работающих на магистраль агрегатов.
Оседиагональные НУ предназначены для транспортировки неоднородных по плотности и вязкости жидкостей. Например, откачка разлитой нефти, удаление нефтеостатков из емкостей, перекачка грунтовых и глинистых растворов. Насосы данного типа более мощны, долговечны и виброустойчивы, чем все известные. При малом весе (например, 35 кг) они имеют производительность до 150 м3/час. В настоящее время выпущены насосы производительностью до 1000 м3/час для выполнения уникальной операции − перекачки холодного мазута. В качестве исполнительных двигателей ЭП перечисленных выше технологических процессов используются:
− асинхронные с короткозамкнутым ротором (АДКР), мощностью до 100 кВт при напряжении 380В, с прямым пуском от мощной сети или через автотрансформатор (реактор), ограничивающий пусковой ток;
− СД, мощностью более 100 кВт при напряжении до 10 кВ, с прямым пуском от мощной сети.
Режим работы − продолжительный, реверса не требуется.
Наиболее используемые двигатели: серии 4А (основного исполнения), 4АР (с повышенным пусковым моментом), АИ и СДН (насосы, вентиляторы, дымососы), СДК (компрессоры).
В устройства автоматизации насосных установок наряду с аппаратурой общего назначения для пуска, переключения и управления, применяется специальная аппаратура: поплавковые реле, электродное реле, струйное реле, реле контроля заливки.
4 Проектирование систем электропривода насосной установки
4.1. Расчет циклической мощности электродвигателя НУ.
В зависимости от вида ТП и энергетических параметров ТУ необходимо вычислить значение циклической мощности приводного ЭД на каждом интервале работы.
Насосная установка. Мощность электродвигателя насоса [кВт] определяется по формуле:
,где kз = (1,1÷1,3) − коэффициент запаса; ρ [кг/м3] − плотность перекачиваемой жидкости; g = 9,81 [м/с2] − ускорение свободного падения; Q [м3/с] − производительность насоса (исх. данные);
[м]− расчетная высота подъема (исх. данные); Нс [м]− статический напор, определяемый как сумма высот всасывания и нагнетания; ΔН [м]− потеря напора в трубопроводах насосной установки, зависящий от сечения и качества обработки труб, кривизны участков трубопровода, наличия вентилей и задвижек; ηнас = (0,9÷0,95) − КПД насоса; ηп = (0,640,94) − КПД механической передачи.Таблица 2
Расчёт мощности
| Последняя цифра | Давление на выходе | Производительность | Интервалы времени цикла | Силовой кабель | Тип привода − нерегулируемый | Скорость вращения двигателя | ||||||||||||||||
| Длина | Способ прокладки | |||||||||||||||||||||
| НС | Q1 | Q2 | Q3 | Q4 | Q5 | t1 | t2 | t3 | t4 | t5 | L | | n1 | |||||||||
| Па | м3/с | с | м | об/мин | ||||||||||||||||||
| 3 | 200 | 4,5 | 2 | 5 | 3 | 8 | 240 | 300 | 600 | 60 | 150 | 60 | 1 | + | 1500 | |||||||