3 Электрооборудование узла выделения ортоксилола

3.1 Расчет мощности и выбор электродвигателей

На данной установке используется как новый, так и более устаревший электропривод. На позициях насосов: Н-8, Н-8^а; Н-16, Н-16^а; Н-17, Н-17^а; Н-20, Н-20^а; Н-22; Н-23, Н-23^а – установлены электродвигатели марки ВА. Электродвигатели марки ВА являются устаревшими по сравнению с маркой АИМ, используемой на остальных машинах и механизмах.

Расчетную мощность центробежного насоса определяем по формуле

(1)

где G – производительность, м³/ч;

H – давление на нагнетание насоса, м вод. ст.;

ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³;

К_з – коэффициент запаса, К_з = 1,05...1,15;

η_нас – коэффициент полезного действия насоса.

Расчетную мощность воздушного холодильника определяем по формуле

(2)

где H – давление на нагнетание воздушного холодильника, м вод. ст.;

η_вх – коэффициент полезного действия.

Выбор электродвигателей осуществляется по следующим признакам:

1) по скорости вращения

(3)

где n_дв – скорость вращения электродвигателя, об/мин;

n_мех – скорость вращения производственного механизма, об/мин;

2) по мощности

(4)

где P_н – номинальная мощность двигателя, кВт;

P_р – расчетная мощность производственного механизма, кВт.

3) по напряжению

U_н = 380 В. (5)

Для электропривода центробежного насоса применяются трёхфазные асинхронные взрывозащищенные электродвигатели серии АИМ, рассчитанные на продолжительный режим работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц в помещениях и наружных стационарных установках, в которых возможно образование взрывоопасных газовоздушных смесей.

Для электропривода вентилятора воздушного холодильника применяется асинхронный взрывозащищенный двигатель серии ВАСО. Конструктивно двигатель выполнен в вертикальном исполнении на лапах выходным концом вала вверх.

В таблице 5 указаны расчетные данные и выбранные электродвигатели. Технические данные выбранных двигателей представлены в таблице 6.

Таблица 5 – Расчётные данные и выбранные электродвигатели

Позиция	Рр, кВт	Кз	Рном, кВт	Тип двигателя
Н-8, Н-8а	7,87	1,15	15	АИМ160S2
Н-16, Н-16а	1,77	1,15	2,2	АИМ80В2
Н-17, Н-17а	36,7	1,13	37	АИМР200М2
Н-19, Н-19а	1,49	1,1	1,5	АИМ80A2
Н-20, Н-20а	7,87	1,15	15	АИМ160S2
Н-21, Н-21а	0,92	1,15	1,1	АИМ71В2
Н-22	18,4	1,1	18,5	АИМ160М2
Н-23, Н-23а	16,19	1,15	18,5	АИМ160М2
ВХК-1/1,2	54,56	1,1	55	ВАСО2-55-24У1
ВХК-2	54,56	1,1	55	ВАСО2-55-24У1
ВХ-1	37	1,05	37	ВАСО37-14У1

3.2 Обоснование и выбор автоматизированного электропривода узла выделения ортоксилола

Для построения напорной характеристики насоса Н-8 получим уравнение

(6)

где А, B и С – постоянные коэффициенты, которые зависят от типа насоса.

При n = n_ном = 2928 об/мин из (6) получим уравнение

(7)

Выполним аппроксимацию рабочего участка напорной характеристики по трём точкам. Получим систему уравнений

Решив систему, получим , , .

Уравнение (7) примет вид

(8)

Проведем проверку уравнения при и

Уравнение верно, следовательно, коэффициенты найдены правильно.

На рисунке 2 изображена напорная характеристика центробежного насоса Н-8 и отмечено 5 точек рабочего режима: G_н, 0,9· G_н, 0,8· G_н, 0,7· G_н, 0,6· G_н.

Статический напор

Таблица 6 – Технические данные выбранных электродвигателей

Позиция	Тип двигателя	Рном, кВт	U, B	n1, об/мин	sном, %	η, %	cosφ				Момент инерции, кг·м2	Масса, кг
Н-8, Н-8а	АИМ160S2	15	380	3000	2,6	89,5	0,88	6,5	2,1	2,4	0,044	–
Н-16, Н-16а	АИМ80В2	2,2	380	3000	7	83	0,91	6	2,3	2,5	0,00234	–
Н-17, Н-17а	АИМР200М2	37	380	3000	2	92,5	0,9	6,9	2,4	2,8	0,17	300
Н-19, Н-19а	АИМ80A2	1,5	380	3000	7	81	0,90	6	2,3	2,5	0,00171	–
Н-20, Н-20а	АИМ160S2	15	380	3000	2,6	89,5	0,88	6,5	2,1	2,4	0,044	–
Н-21, Н-21а	АИМ71В2	1,1	380	3000	7	80	0,87	5,3	2,6	2,7	0,0011	–
Н-22	АИМ160М2	18,5	380	3000	2,6	90,5	0,88	7	2,5	2,8	0,051	–
Н-23, Н-23а	АИМ160М2	18,5	380	3000	2,6	90,5	0,88	7	2,5	2,8	0,051	–
ВХК-1/1,2	ВАСО2-55-24У1	55	380	250	1,6	91	0,66	5	0,8	2,4	–	–
ВХК-2	ВАСО2-55-24У1	55	380	250	1,6	91	0,66	5	0,8	2,4	–	–
ВХ-1	ВАСО37-14У1	37	380	428,7	1,7	90,5	0,8	5,5	1	2,3	11,3	–

Рисунок 2 – Напорная характеристика центробежного насоса Н-8

Таблица 7 – Расчетные данные

G, м3/ч	R, Па/м6·ч2
	0,175	0,243	0,338	0,475	0,685
	H, м вод. ст.
0	30	30	30	30	30
2	30,7	30,97	31,35	31,90	32,74
4	32,8	33,89	35,41	37,61	40,96
6	36,3	38,76	42,17	47,11	54,66
8	41,2	45,57	51,64	60,42	73,84
10	47,5	54,33	63,81	77,53	98,5
12	55,2	65,04	78,69	98,44	128,64
14	64,3	77,69	96,27	123,16	164,26
16	74,8	92,29	116,56	151,68
18	86,7	108,84	139,55
20	100	127,33

Для каждой выбранной точки определяем гидравлическое сопротивление R из уравнения

(9)

Найдем значения напора для разных значений гидравлического сопротивления и производительности. Данные расчетов заносим в таблицу 7.

Определяем расчёт мощности для каждой точки на графике по формуле 1.

Находим разность мощностей

(10)

где P_1n – мощность в точке А_1n, кВт;

P_n1 – мощность в точке А_n1, кВт.

Определяем относительное изменение мощности

(11)

где P_1н – мощность, потребляемая из сети в номинальном режиме, кВт.

Рисунок 3 – Напорные характеристики

По значениям таблицы 7 построен график, изображенный на рисунке 3.

Точки A_1n (A₁₁, А₁₂, А₁₃, А₁₄, А₁₅) – точки на напорной характеристике центробежного насоса при различных значениях производительности.

Точки А_n1 (А₁₁, А₂₁, А₃₁, А₄₁, А₅₁) – точки на характеристике насоса при номинальном значении гидравлического сопротивления при различных значениях производительности.

Рассчитываем мощность, потребляемую из сети в номинальном режиме

(12)

где P_н – номинальная мощность двигателя, кВт;

η_дв – коэффициент полезного действия двигателя.

Подставив числовые значения в формулу (12), получим

Расчетные данные занесем в таблицу 8.

Расчёты показывают, что при уменьшении производительности насоса на 90 %, 80 %, 70 % и 60 % потери мощности в регулируемом электроприводе так же уменьшаются на 9,4 %, 15,7 %, 19,4 % и 20,7 % соответственно.

Таблица 8 – Расчетные данные

Параметры	Gн 20 м3/ч	0,9· Gн 18 м3/ч	0,8· Gн 16 м3/ч	0,7· Gн 14 м3/ч	0,6· Gн 12 м3/ч
H1n, м вод. ст	100	108,84	116,56	123,16	128,64
Hn1, м вод. ст	100	86,7	74,78	64,13	55,2
P1n, кВт	7,87	7,71	7,34	6,79	6,08
Pn1, кВт	7,87	6,14	4,71	3,54	2,61
, кВт	0	1,57	2,63	3,25	3,47
, %	0	9,4	15,7	19,4	20,7