3. Выбор электродвигателя.

На данном этапе выбор электродвигателя ограничен выбором насоса, т. к. в первую очередь необходимо ориентироваться на потребности завода по расходу воды. Поэтому необходимо проанализировать кинематическую схему механизма и определить её параметры.

1. 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:

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.

Технические характеристики данного насоса приведены в виде таблицы 3.1:

Таблица 3.1

Параметры насоса 1Д-315-71а

Обозначение насоса	1Д-315-71a
Подача	300 м3/ч
Напор	62 м
Номинальная частота вращения	3000 об/мин
Допускаемый кавитац. запас	7,0 м
Мощность э/двигателя, кВт	90

   

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 следующем рисунке:

Рисунок 3.1– Характеристика насоса 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. Технические характеристика ЭД приведены в таблице 3.2:

Таблица 3.2

Параметры электродвигателя 5АМ250М2

Тип двигателя	5АМ250М2
Номинальная мощность	кВт
Частота переменного тока	Гц
Номинальный ток	А
Коэффициент полезного действия	%
Cosφ
Момент инерции двигателя	кг·м2
Частота вращения	об/мин
Iп/ Iн	7,0
Мп/Мн	1,8
Мmax/Мн	2,7

Кинематическая схема электропривода представлена на рисунке 3.1:

Рисунок 3.1– Кинематическая схема электропривода

1 – Асинхронный электродвигатель; 2 – Муфта; 3 – Насос.

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

(1.1)

(1.2)

Определим номинальный момент ЭД по формуле:

(1.3)

Номинальная угловая скорость:

; (3.5)

Тогда:

_{Таким образом в}ыбираем из каталога муфту упругую втулочно-пальцевую [4] 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:

.(3.25)

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:

(3.26)

где - плотность стали,;

- радиус рабочего колеса, руководствуясь габаритами установки,;

- площадь диска,

;

- толщина диска,.

Определим момент инерции диска рабочего колеса:

Момент инерции одной лопатки рабочего колеса определяется как:

(3.27)

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:

2. Расчет нагрузок, построение механической характеристики М_мех=f(ω) и нагрузочной диаграммы механизма М_мех=f(t)

Так как сеть не является циркуляционной, а характеризуется статическим напором, то для расчета характеристик нам надо разделить зону работы насоса на два участка:

• ω_гр>ω>0 и - перемешивание;

• ω_гр<ω_р и - перекачивание;

Причём скорость, с которой начинается перекачивание жидкости:

(3.33)

Перемешивание.

Рассмотрим первый режим. В данном режиме не происходит перекачивания жидкости насосом, однако потребляется энергия из сети.

Мощность механизма в первом режиме без учета потерь:

(3.34)

где . – мощность ТМ при нулевом расходе.

Момент турбомеханизма, без учета механических потерь:

(3.35)

Перекачивание.

Рассмотрим второй режим. В этом режиме, начиная с , происходит подача воды. Расчет параметров данного режима будем вести следующим образом: необходимо для каждой точки построить вспомогательную параболу и, взяв абсциссу пересеченияQ_всп сноминальной характеристикой, определитьКПДпо точке пересечения вертикальной линии вспомогательногоQ_всп . Пример расчета будем вести для точки со скоростью

Приравняв уравнения турбомеханизма и магистрали , получим формулу производительности турбомеханизма во втором режиме:

(3.36)

(3.37)

Напор турбомеханизма во втором режиме находим по формуле:

(3.38)

Вспомогательный расход , находится по формуле:

ПодставляяКПД(значение определено аналитически по рисунку 3.1), получаемый путем пересечения найденной абсциссыQ_рвспи кривойКПД, получаем мощность турбомеханизма на втором участке:

(3.39)

(3.40)

Построим технологические характеристики насосного агрегата. Расчеты точек для участков приведены в таблице 3.3 и 3.4 соответственно:

Таблица 3.3

Расчет характеристик для участка перемешивания

N, Вт	M, Нм	ω, рад/с
0	0	0
383,7752	5,418939	70,82109
1085,48	10,83788	100,1561
1994,154	16,25682	122,6657
3070,201	21,67576	141,6422
4290,737	27,09469	158,3608
5640,32	32,51363	173,4755
7107,615	37,93257	187,375
8683,841	43,35151	200,3123
10361,93	48,77045	212,4633
12136,04	54,18939	223,9559

Таблица 3.4

Расчет характеристик для участка перекачивания

N, Вт	M, Нм	Q, м3/c	Qрвсп, м3/c	КПД	H, м	ω, рад/с
13905,68	61,95983	20,50231	28,26447	0,15	37,31583	224,4306
13457,19	59,83493	29,00998	39,90874	0,22	37,4319	224,9053
14556,6	64,58689	35,54861	48,80087	0,25	37,54822	225,38
15619,99	69,15947	41,06968	56,26165	0,27	37,66478	225,8547
15774,38	69,69654	45,94152	62,80362	0,3	37,78159	226,3294
15302,32	67,46934	50,35293	68,69011	0,34	37,89865	226,8041
15243,29	67,06868	54,41601	74,07781	0,37	38,01595	227,2788
15516,04	68,12646	58,20375	79,06901	0,39	38,13349	227,7535
15711,05	68,83924	61,76683	83,73488	0,41	38,25128	228,2282
16224,99	70,94356	65,14212	88,12734	0,42	38,36932	228,7028
16681,15	72,78703	68,35745	92,28564	0,43	38,4876	229,1775
17088,3	74,40947	71,43441	96,24034	0,44	38,60613	229,6522
17453,45	75,84271	74,39019	100,0158	0,45	38,7249	230,1269
17782,3	77,11263	77,23869	103,6318	0,46	38,84391	230,6016
18079,54	78,24058	79,99137	107,1046	0,47	38,96318	231,0763
18349,1	79,24433	82,65781	110,4479	0,48	39,08268	231,551
18594,28	80,13888	85,24611	113,6734	0,49	39,20243	232,0257
18817,87	80,93695	87,76317	116,7909	0,5	39,32243	232,5004
19022,28	81,64942	90,21496	119,809	0,51	39,44267	232,975
19209,57	82,28568	92,60666	122,7352	0,52	39,56316	233,4497
19381,54	82,85386	94,94281	125,5761	0,53	39,6839	233,9244
19539,75	83,36104	97,22743	128,3374	0,54	39,80487	234,3991
19685,58	83,81342	99,46405	131,0243	0,55	39,9261	234,8738
19820,21	84,21644	101,6558	133,6415	0,56	40,04757	235,3485
19944,73	84,57492	103,8057	136,193	0,57	40,16928	235,8232
20411,99	86,38246	105,9161	138,6827	0,57	40,29124	236,2979
20514,76	86,64334	107,9893	141,1139	0,58	40,41345	236,7726
20965,3	88,36901	110,0276	143,4897	0,58	40,53589	237,2472
22874,58	94,89765	125,2721	160,7967	0,62	41,52432	241,0448
27599,26	110,5787	154,8296	191,9325	0,67	43,80567	249,5892
31534,7	122,1643	180,3875	216,2133	0,72	46,16648	258,1336
36683,74	137,5582	203,4588	236,0531	0,735	48,60676	266,678
42346,56	153,8631	224,8103	252,7276	0,74	51,12648	275,2224
47828,13	168,5473	244,8922	267,0138	0,75	53,72567	283,7668
53771,01	183,9512	263,9945	279,4279	0,755	56,40432	292,3112
59917,8	199,158	282,3161	290,334	0,76	59,16243	300,8556
67166,67	217,0868	300	300	0,755	62	309,4

Ниже, на рисунке 3.2 приведена рабочая характеристика М(ω) насоса 1Д-315-71а:

Рисунок 3.2 – Рабочая характеристика насоса 1Д-315-71а в зависимости М(ω)

Для построения нагрузочной диаграммы механизма приведём график расхода воды в течении суток:

Рисунок 3.7– Суточный график расхода воды

Произведем расчет момента механизма за один час в период времени 7-8, расход на данном участке составляет Q_р = 250 м³/ч.

Воспользуемся методом расчета, где для каждой расчетной точки необходимо находить вспомогательный расход и брать абсциссу его пересечения с кривой КПД.

Найдём скорость на участке выразив её из следующего выражения:

(4.49)

Определим напор на рабочем участке:

Вспомогательная точка расхода Q_рвсп, находится по формуле:

По рисунку определяем КПД, соответствующий данной вспомогательной точке, и находим мощность:

(3.50)

Определим момент насоса:

(3.51)

Остальные расчеты представлены в таблице 3.10.

Таблица 3.18

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

Участок времени	Q, м3/c	ωр, рад/c	Hp, м	Qрвс, м3/c	N, Вт	ηтм	M, Нм
0-1	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
1-2	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
2-3	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
3-4	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
4-5	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
5-6	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
6-7	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
7-8	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
8-9	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
9-10	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
10-11	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
11-12	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
12-13	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
13-14	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
14-15	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
15-16	280	299,76	58,8	289,0	59065,76	0,76	197,05
16-17	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
17-18	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
18-19	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
19-20	250	286,01	54,4	270,4	49458,71	0,75	172,92
20-21	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
21-22	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
22-23	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61
23-24	200	265,35	48,2	233,2	38107,98	0,69	143,61

Соответственно нагрузочная диаграмма механизма М_мех=f(t) будет выглядеть следующим образом: