2.3.2 Энергетический расчет, выбор электрического двигателя по мощности

Основной частью данного раздела является энергетический расчет (4-5 стр.) и вспомогательной – выбор электродвигателя.

Расчет необходимой мощности обеспечивает оптимальный выбор электродвигателя для привода конкретной машины и гарантирует нормативный расход электрической энергии на производство продукции. Методику расчета необходимой мощности на рабочем органе или на валу ЭД студенты изучали при прохождении курса «Расчет и конструирование ТО», при выполнении лабораторных работ и курсовых проектов 18, 19, 20.

Сначала выполняется энергетический расчет необходимой мощности для привода рабочего органа:

• при поступательном движении рабочего органа машины

N_маш = F_cυ10^–3, кВт (5)

• при вращательном движении рабочего органа машины

N_маш = M_cω_ро10^–3, кВт (6)

где F_c – сила сопротивления движению рабочего органа, H;

M_c – момент сопротивления вращению рабочего органа Нм;

υ_ро – скорость движения (м/с) и ω_ро – угловая скорость вращения (рад/с) рабочего органа.

Гарантией достоверного расчета мощности N_маш является точное знание режима работы рабочего органа, его размеров и формы. Если машина имеет несколько рабочих органов, то мощности N_маш на них вычисляются отдельно, затем суммируются с учетом КПД передачи.

Если технологическая операция сложная, то необходимую мощность для этого рабочего органа вычисляют по более простым операциям и затем суммируют. Пример: для двухвального волчка отдельно вычисляют мощности на трение мяса о шнек и цилиндр, на продвижение продукта, на его измельчение и затем суммируют с учетом коэффициента полезного действия передачи. При расчете необходимой мощности сепаратора также вначале отдельно вычисляют мощности на вращение барабана, жидкости в нем и на аэродинамическое трение поверхности барабана о воздух. Затем также сумму мощностей приводят на вал электродвигателя.

Дипломник должен четко понимать, что N_маш или N_маш являются мощностями на рабочем органе, а или являются потребляемыми мощностями на валу электродвигателя при установившемся режиме машины20.

Для расчета необходимой мощности электродвигателя в первом приближении можно воспользоваться формулой:

Р_ЭД = , кВт (7)

где К_зм – коэффициент запаса мощности, учитывающий условия пуска и разгона машины;

_общ – общий КПД передачи от электродвигателя до рабочего органа.

Но такой расчет не обеспечивает необходимую точность по той причине, что коэффициенты К_зм и КПД передачи вначале берутся ориентировочно по примеру машины-аналога.

Рекомендуется вначале разработать полную кинематическую схему. Зная вид передачи на каждой ступени, можно точно определить значение общего КПД:

_общ = ₁  ₂  ₃  …  _n (8)

Тогда потребляемая мощность на валу электродвигателя при установившемся режиме работы машины будет:

N_уст = (9)

Для учета мощности, необходимой для пуска и разгона по примеру машины-аналога, вводим К_зм – коэффициент запаса мощности. Тогда необходимую мощность электродвигателя сможем рассчитать по формуле 3 с достаточной точностью.

Учитывая технологические характеристики рабочей машины, определяют тип электродвигателя и его исполнение. Тогда при условии Р_ном  Р_ЭД по каталогу производим выбор конкретного электродвигателя 20.

Так как коэффициент К_зм был принят по примеру машины-аналога, то возникает необходимость проверочного расчета выбранного электродвигателя хотя бы по режиму работы электропривода. Предварительно определяют режим работы ЭД. Затем рассчитывают необходимую мощность электродвигателя для работы в этом режиме. Если вновь рассчитанная мощность Р_экв<Р_ном, то ранее выбранная мощность Р_ном для работы в этом режиме рассчитана верно. Если Р_экв>Р_ном, то выбирают новый ЭД с Р_номР_экв [20]. На этом выбор ЭД завершают, марку и мощность ЭД переносят в раздел 3.3 для расчета и разработки схемы энергоснабжения и управления ЭД.

Для разработки раздела 2.3.2 рекомендуется использовать источники 1,3,14,20.

Если студент в дипломном проектировании усовершенствует тепловой или охладительный аппарат, то главной частью его ДП становится теплотехнические расчеты и конструирование теплотехнической части аппарата. Главной частью теплотехнических расчетов является расчет теплового баланса на осуществление теплового процесса в аппарате. Тепловой баланс определяет полезные затраты теплового потока и его возможные потери, которые зависят от конструкции камеры и от режима процесса термообработки. Поэтому конструирование камеры и определение режимов процесса должны предшествовать расчету теплового баланса. Расчет и конструирование тепловых аппаратов изучались при прохождении курса «Расчет и конструирование ТО». Также имеются учебники и справочники по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств. Источник [23], написанный для расчета и конструирования оборудования для термической обработки колбасных и мясных изделий, удобен студенту тем, что оснащен справочными данными. При расчете тепловых потоков следует правильно определить коэффициенты теплоотдачи. Здесь либо необходимо ориентироваться на соответствующие показатели аналога, либо рассчитывать коэффициент теплоотдачи по критерию Нуссельта.

Теплотехнический расчет завершается расчетом расхода тепла на один процесс, расхода тепла на 1т продукции и расчетом термического КПД аппарата. Расчеты следует оформить в таблицу. В графической части привести чертежи аппарата с теплоизоляцией, с патрубками подвода пара, с калорифером и с патрубком отвода конденсата.

Почти все тепловые аппараты имеют механическую часть (например, мешалку). Поэтому дипломник обязан разработать все остальные разделы ДП, относящиеся к конструированию механической части.