4.2.2. Электроприводы вращающихся печей, сушилок и смесителей
В химической промышленности вращающиеся печи применяются для высокотемпературной обработки кусковых, сыпучих и пастообразных материалов. Мощность ЭД печи определяется по формуле:
Р = аLD3ωρφk1 k2 k3 /820η, (4.4)
а – коэффициент, зависящий от диаметра барабана D и при D = 1 – 2,8, а = 2,9–0,48; ω – угловая скорость вращения печи; ρ – плотность материала, кг/м3; φ – коэффициент заполнения муфеля; k1, k2, k3 – коэффициенты, зависящие от диаметра, кусковатости материала.
Барабанные сушилки служат для термической обработки материала с целью снижения его влажности. Мощность (кВт) ЭД вращения барабана:
Р = Мкрω1,3·10–3/η, (4.5)
Мкр = Lбμ(Gб + 0,08Dб2φρнg), (4.6)
Lб – длина барабана, μ – приведенный коэффициент трения качения, Gб – вес 1 м длины сушильного барабана, Н/м; Dб – диаметр барабана, φ – коэффициент его заполнения, ρн – насыпная плотность материала.
Для перемешивания порошковых материалов применяются барабанные и лопастные смесители периодического действия, шнековые и центробежные непрерывного действия. Мощность ЭД лопастных смесителей расходуется на преодоление сопротивления сыпучей смеси Рсс, кВт и лобового сопротивления лопастей Рлс при их вращении, кВт:
Р = Рсс+Рлс= 9,81ρtg2 (45+β/2)(∑xωhS(cos α+fsin α) +
+ ∑0,15khSsin αcos α]/60·103, (4.7)
ρ – плотность материала, β – угол естественного откоса смеси, x - ордината точки приложения лобового сопротивления, м; ω – угловая скорость вала, h – средняя глубина погружения лопастей в материал, S – лобовая поверхность лопастей, м2; α – угол поворота лопастей, град.; f – коэффициент трения массы о лопасти, k – коэффициент сплошности винтовой поверхности, суммирование ведется до z – числу лопастей на валу смесителя. Для шнековых смесителей используются те же формулы, но с коэффициентом запаса kз = 1,5–2.
4.2.3. Электроприводы червячных машин и резиносмесителей
Они используются для приготовления труб, листов, пленок, а также для пластификации, смешения и гранулирования. Применяется предварительный подогрев. Статический момент здесь мало зависит от частоты вращения. Колебания нагрузки при установившейся частоте вращения червяка могут вызываться колебанием температуры и плохим перемешиванием в зоне червяка и могут достигать 20–25 %. Обычно плавное регулирование частоты вращения требуется в диапазоне 5:1–10:1. ЭП обычно выполняют с ДПТ. Требуемая точность стабилизации скорости вращения зависит от вида продукции и составляет ± 5 % при смешении и пластификации резиновых смесей и 0,5–1 % при производстве проводов и пленок. Мощности ЭД лежат в пределах 2–500 кВт. Реверс обычно не требуется, толчковый реверс может быть выполнен путем реверсирования тока возбуждения ДПТ. Близки к червячным резиносмесители. Их мощности 800–120 кВт.
Для расчетов мощности точных формул нет, поскольку она зависит от многих факторов. Существуют ориентировочные методы расчета Р. Рассмотрим расчет, основанный на том, что во время работы червячного пресса энергия расходуется на пластическую деформацию и выдавливание резиновой смеси из выходного отверстия головки Рд, а также на трение в червячном прессе Рт и в зубчатых передачах, подшипниках, редукторе.
Полезная мощность двигателя червячной машины запишется:
Р = Sv·10–3, (4.8)
S – сечение выходного отверстия, – напряжение течения (давление резиновой смеси, Па), v – линейная скорость выхода заготовки, м/с. Мощность
Рт = Ртц + Ртч = 0,263DLtTnf + (1–η)Pд/η, (4.9)
D – диаметр червяка, L – длина цилиндра, tT – шаг нарезки, n – частота вращения червяка, об/мин.; f = tg ρ – коэффициент трения смеси о металл, η = tg α/tg (α+β) – КПД червяка, α – угол подъема винтовой линии червяка, град.; β – угол трения смеси о червяк (β = arctg μ).
Иногда требуемую мощность определяют по удельному расходу электрической энергии.
Для резиносмесителей также нет точных методов расчета мощности. При выводе уравнения для Р предполагается, что обработка резиновой смеси в основном происходит в серповидном зазоре между гребнем ротора и стенкой камеры смесителя (рис. 4.3)
Рис. 4.3. Кинематическая схема к расчету мощности резиносмесителя
Кривые зависимости напряжения сдвига от скорости при построении в логарифмических координатах представляют собой прямые линии, поэтому напряжение в деформированном материале можно определить из уравнения:
τ = Кγm, (4.10)
τ – напряжение деформации сдвига, Па; К – динамическая вязкость данной смеси, γ – скорость деформации сдвига, рад/сек; m – безразмерная константа для данной смеси. Скорость сдвига с достаточной точностью определяется:
γ = v/h , (4.11)
v – круговая скорость, м/с; h – зазор между ротором и камерой, м, Vрк – рабочий объем перерабатываемой смеси. Потребляемая при сдвиге смеси мощность, кВТ будет:
Р = k γ(m+1)Vрк·10–3 . (4.12)
Так как максимальная мощность ЭД резиносмесителей достигает 2500 кВт, то нерегулируемые ЭП выполняют с СД. Для червячных машин с регулируемым ЭП применяют тиристорный ПЧ с двухзоновым регулированием частоты вращения ДПТ (рис. 4.4).
Рис. 4.4
Лекция 13