4.2 Выбор мощности двигателей компрессоров и вентиляторов.

Момент на валу вентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производительность вентилятора пропорциональна угловой скорости в первой степени.

Момент на валу центробежного вентилятора и центробежного компрессора определяют из выражения энергии, сообщаемой движущемуся газу в единицу времени. Известно, что

m = F v ,

где m – масса газа, проходящего за секунду, кг/с; F – сечение газопровода,

v – скорость движения газа, м/с; - плотность газа, кг/

Тогда выражение для энергии движущегося газа примет вид:

Откуда мощность на валу приводного двигателя, в кВт

где к.п.д. соответственно вентилятора и передачи.

Эту формулу можно условно разделить на 2 группы величин, соответствующих подаче, , и напору вентилятора, Па:

Из приведённых выражений видно, что , соответственно

где С, С₁,С₂ -постоянные величины.

Отметим, что вследствие наличия статического напора и конструктивных особенностей центробежных вентиляторов показатель степени в правой части выражения может отличаться от 3.

В поршневом компрессоре (рис.4.1, в) при вращении кривошипного вала 1 и движении поршня 2 вниз газ засасывается через открытый впускной клапан 3. При движении поршня вверх клапан 3 закрывается, происходит сжатие газа, который через выпускной клапан 4 выталкивается в воздуховод. Поршневые компрессоры более сложны по конструкции, следовательно - дорогостоящи, имеют ограниченную производительность, на валу приводного двигателя создают пульсирующую нагрузку. Газ в поршневом компрессоре подаётся порциями, поэтому между компрессором и потребителем обычно ставят ресивер. Чтобы уменьшить пульсации нагрузки на двигателе применяют компрессоры двойного действия, когда сжатие газа происходит при прямом и обратном движении поршня, а также многоцилиндровые компрессоры. Иногда для сглаживания графика нагрузки на валу приводного двигателя устанавливают маховики или в мощных компрессорах применяют тихоходные синхронные эл.двигатели, ротор которых выполняет роль маховика. Поршневые компрессоры применяют для получения давлений до1000 · 10⁵ Па. Для получения высоких давлений применяются многоступенчатые компрессоры в которых газ последовательно сжимается в нескольких цилиндрах или камерах. При сжатии газа в компрессорах выделяется большое количество тепла, которое в маломощных компрессорах отводится путём обдува цилиндров с оребрением потоком воздуха, в мощных компрессорах отвод тепла осуществляется с помощью проточной воды омывающей цилиндры. Благодаря охлаждению сохраняется неизменной температура сжимаемого газа и снижается мощность приводного двигателя. Угловая скорость рабочего вала компрессоров составляет у поршневых 30 – 75 рад/с, у ротационных 300 рад/с, у турбинных до 1200 рад/с.

4.3 Особенности электропривода и выбор мощности двигателей поршневых компрессоров.

Для механизмов данной группы типичен продолжительный режим работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные с редкими пусками. Пусковой момент при пуске компрессора составляет 20 – 25% номинального. Как правило, механизмы этой группы (небольшой мощности), не требуют регулирования производительности. Мощные компрессорные установки иногда требуют регулирования производительности в широких пределах. Производительность компрессоров можно изменять тремя способами: изменением угловой скорости приводного двигателя, изменением сопротивления магистрали (трубопровода) с помощью вентиля, а также конструктивным изменением рабочих органов механизма в процессе регулирования (поворотные лопатки в турбокомпрессорах). В тех случаях, когда регулирование производительности не нужно для привода поршневых компрессоров применяют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, если мощность приводного двигателя более 50 кВт, то экономически целесообразно применение синхронных двигателей, т. к. можно одновременно улучшить cosφ предприятия. Если необходимо регулирование скорости механизмов с вентиляторным характером нагрузки на валу, то применяют асинхронные двигатели с фазным ротором, а также приводы с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и дросселями в цепи статора или электромагнитной муфтой скольжения, устанавливаемой между двигателем и механизмом.

При выборе мощности двигателя для компрессоров как и для всех механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой, требуемую мощность двигателя Р_дв находят по мощности на валу механизма с учётом потерь в промежуточных механических передачах.

М ощность двигателя поршневого компрессора Р_дв.к., кВт, определяют по формуле

где Q – производительность (подача) компрессора, м /с;

А = (А_И + А_А)/2 Дж/м³, изотермического и адиабатического сжатия 1м³ атмосферного воздуха давлением = 1,01 ⁵ Па до требуемого давления р₂, Па;

Таблица 4.1 Значения работы затрачиваемой на сжатие газа от давления

…………3 4 5 6 7 8 9 10

… 132 164 190 213 230 245 260 272

А, кГ∙м/ …… 11000 13900 16100 18000 19500 20850 22000

- индикаторный к.п.д. компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия воздуха и равный 0,6 – 0,8; к.п.д. механической передачи между компрессором и двигателем, его значения лежат в пределах 0,9 – 0,95; коэффициент запаса, равный 1,05 – 1,15 и учитывающий не поддающиеся расчёту факторы.

Так как теоретическая индикаторная диаграмма существенно отличается от действительной, а получение последней не всегда возможно, то при определении мощности, кВт, на валу компрессора часто пользуются приближённой формулой, где исходными данными являются работа изотермического и адиабатического сжатий, а также к.п.д. компрессора, значения которых приводятся в справочной литературе:

кВт;

где - соответственно изотермическая и адиабатическая работа сжатия атмосферного воздуха до давления , Дж/ .

Зависимость между мощностью на валу механизма поршневого типа и скоростью отлична от соответствующей зависимости для механизмов с вентиляторным характером момента на валу. Если механизм поршневого типа (например компрессор) работает на магистраль, где поддерживается постоянный напор Н, то очевидно, что поршню при каждом ходе приходится преодолевать постоянное среднее усилие независимо от скорости вращения. Среднее значение мощности Р= сНQ.

Так как Н = const, то Р = . Следовательно, среднее значение момента на валу двигателя компрессора поршневого типа при постоянном противодавлении не зависит от скорости:

Для выбора двигателя в формулы следует подставить номинальные значения подачи и напора. По полученной мощности должен быть выбран двигатель для продолжительного режима работы.