Анализ кинематической схемы механизма и определение ее параметров. Составление математической модели механической части электропривода и определение ее параметров

Согласно требованиям по расходу питьевой воды необходимо выбрать насос производительностью не менее необходимого значения из следующих условий:

(3.1)

Так, в течении суток по заводу расход колеблется от 190 до 300 м³/ч. Таким образом выбираем насос серии 1Д-315-71а с производительностью 300 м³/ч. Насосы типа 1Д - центробежные, горизонтальные, одноступенчатые. Данные типы насосов комплектуются асинхронными электродвигателями мощностью до 90 кВт [1].

Технические характеристики данного насоса приведены в виде таблицы 3.1:

Таблица 3.1 – Параметры насоса типа 1Д-315-71а

Горизонтальный насос двухстороннего входа 1Д 315-71 получил свое название от разъема корпуса в горизонтальной плоскости. Удобное расположение входящего и выходящего патрубка в нижней части корпуса насоса позволяет с легкостью проводить ревизию и ремонт рабочих органов (ротор в сборе) не отсоединяя насос от трубопровода. Насос применяются для перекачивания чистых и технических вод с содержанием взвеси и абразивных частиц.  Насос Д нашел широкое применение на насосных станциях в рудо и горнодобывающей промышленности, в сельском хозяйстве, а также на угольных промывочных установках, электростанциях, теплоэлектроцентралях, гидроэлектростанциях, одним словом насос Д применяются там, где надо перекачивать большие объемы жидкости.

Схема обозначения насоса – 1Д-315-71a, где:

1 – первая модернизация;

Д – двустороннего входа;

315 – номинальная подача, м³/ч;

71 – номинальный напор, м;

б – подрезка рабочего колеса.

Характеристика насоса приведена на рисунке 3.1:

Рисунок 3.1 – Характеристика насоса типа 1Д-315-71а

По рекомендациям производителя, для привода насосных агрегатов используются электродвигатели общепромышленного исполнения и в качестве примера указывают применение электродвигателя АИР250М2. Существует более новейшая разработка – 5АМ250М2, являющаяся аналогом данного двигателя. В отличие от старого исполнения, двигатель имеет лучшие коэффициенты отношения пусковых моментов и тока к номинальным значениям, а также лучший показатель коэффициента мощности, однако имея при этом больший динамический момент инерции. Предварительно при кинематических расчётах будем использовать именно его. Кинематическая схема электропривода представлена на рисунке 3.2:

Рисунок 3.2 – Кинематическая схема электропривода

На рисунке приняты следующие обозначения:

1 – Асинхронный электродвигатель;

2 – Муфта;

3 – Насос.

Тогда одномассовую модель электропривода можно представить в следующем виде (рисунок 3.3):

Рисунок 3.3 – Одномассовая модель электропривода

Для создания механического соединения между насосом и электродвигателем будем использовать упругую втулочно-пальцевую муфту. Выберем её по максимальному моменту, развиваемым электроприводом, согласно следующему расчёту:

(3.2)

(3.3)

Определим номинальный момент ЭД по формуле:

(3.4)

Номинальная угловая скорость:

; (3.5)

Тогда согласно формуле (3.3):

_{Таким образом выбираем из каталога муфту упругую втулочно-пальцевую [}2] типа МУВП 500 с номинальным вращающим моментомНми скоростью вращенияоб/мин. Для данных параметров каталог также рекомендует выбирать эту муфту, что доказывает правильность расчёта.

Т. к. момент инерции носит по большей части информативный характер, нежели является основной частью всего момента инерции механизма, опустим его.

Суммарный момент инерции электропривода определяется следующим выражением:

. (3.6)

Если момент инерции электропривода известен, а возможности прямого доступа к рабочему колесу насоса нет, то момент инерции турбомеханизма определим приблизительно, суммой двух вращающихся дисков, и лопаток между ними. Значит:

Момент инерции диска рабочего колеса определяется по следующей формуле:

(3.7)

где - плотность стали,;

- радиус рабочего колеса, руководствуясь габаритами установки,;

- площадь диска,

; (3.8)

- толщина диска,.

Определим момент инерции диска рабочего колеса:

Момент инерции одной лопатки рабочего колеса определяется как:

(3.9)

где - плотность стали;

- длина лопатки рабочего колеса, исходя из габаритов установки,;

- ширина лопатки рабочего колеса, исходя из габаритов установки,;

- площадь лопатки,;

- толщина лопатки,.

Определим момент инерции одной лопатки рабочего колеса:

Момент инерции турбомеханизма:

.

Суммарный момент инерции согласно (3.6):

Математическую модель асинхронного двигателя представим в виде структурной схемы, изображённой на рисунке 3.4:

Рисунок 3.4 – Математическая модель асинхронного электродвигателя

На рисунке, W_D– передаточная функция асинхронного двигателя.

2. Расчет нагрузок, построение механической характеристикиМ_мех = f(ω)и нагрузочной диаграммы механизмаМ_мех = f(t)

Построим механическую характеристику используя пример расчёта одной точки – для скорости ω = 165 рад/с. Напор турбомеханизма можно определить согласно следующему выражению:

(3.10)

Сначала определим расход, определяемый скоростью нашей точки из следующего соотношения:

(3.11)

Теперь можно определить рабочий напор на данной скорости:

Получим мощность механизма на этом участке скорости

(3.12)

_{И для определения момента, необходимо воспользоваться следующим выражением:}

(3.13)

Построим технологические характеристики насосного агрегата. Расчеты точек приведём в виде таблицы 3.2. Расчёты и характеристика производились в среде Microsoft Office Excell 2007.

Таблица 3.2 – Расчет механической характеристики

Окончание таблицы 3.2

Ниже, на рисунке 3.5 приведена рабочая характеристика М(ω)механизма, отражающая расчёт приведённых данных из таблицы 3,2:

Рисунок 3.5 – Рабочая характеристика насоса типа 1Д-315-71а в виде зависимости М = f(ω)

Для построения нагрузочной диаграммы механизма приведём график расхода воды в течении суток (рисунок 3.6):

Рисунок 3.6 – Суточный график расхода воды

Определение момента механизма будет производиться таким же образом, как и при анализе механической характеристики за исключением, того, что осью абсцисс является ряд значений по времени. Приведём таблицу 3.3 рассчитанных значений:

Таблица 3.3 – Результаты расчета момента механизма при регулировании расхода насоса с помощью системы ПЧИН-АДКЗР

Окончание таблицы 3.3

На основании данных таблицы, нагрузочная диаграмма механизма М_мех = f(t)будет выглядеть следующим образом (рисунок 3.7):

Рисунок 3.7 – Нагрузочная диаграмма механизма М = f(t)