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:

(3.1)

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:

Таблица 3.1

Параметры насоса 1Д-315-71а

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

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 следующем рисунке:

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:

(3.2)

(3.3)

Определим номинальный момент ЭД по формуле:

(3.4)

Номинальная угловая скорость:

; (3.5)

Тогда согласно (3.3):

_{Таким образом выбираем из каталога муфту упругую втулочно-пальцевую [}?] 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:

. (3.6)

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:

(3.7)

где - плотность стали,;

- радиус рабочего колеса, руководствуясь габаритами установки,;

- площадь диска,

; (3.8)

- толщина диска,.

Определим момент инерции диска рабочего колеса:

Момент инерции одной лопатки рабочего колеса определяется как:

(3.9)

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 согласно (3.6):

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

Построим механическую характеристику используя пример расчёта одной точки – для скорости ω = 165 рад/с. Напор турбомеханизма можно определить согласно следующему выражению:

(3.10)

Сначала определим расход, определяемый скоростью нашей точки из следующего соотношения:

(3.11)

Теперь можно определить рабочий напор на данной скорости:

Получим мощность механизма на этом участке скорости

(3.12)

_{И для определения момента, необходимо воспользоваться следующим выражением:}

(3.13)

Построим технологические характеристики насосного агрегата. Расчеты точек приведём в виде таблицы 3.3. Расчёты и характеристика производились в среде Microsoft Office Excell 2007.

Таблица 3.3

Расчет механической характеристики

N, Вт	M, Нм	Q, м3/c	H, м	ω, рад/с
0	0	0	0	0
19,77031	0,958483	20	0,275556	20,62667
158,1624	3,833931	40	1,102222	41,25333
533,7982	8,626345	60	2,48	61,88
1265,3	15,33572	80	4,408889	82,50667
2471,288	23,96207	100	6,888889	103,1333
4270,386	34,50538	120	9,92	123,76
6781,215	46,96566	140	13,50222	144,3867
10122,4	61,3429	160	17,63556	165,0133
14412,55	77,63711	180	22,32	185,64
19770,31	95,84828	200	27,55556	206,2667
26314,28	115,9764	220	33,34222	226,8933
34163,09	138,0215	240	39,68	247,52
43435,36	161,9836	260	46,56889	268,1467
54249,72	187,8626	280	54,00889	288,7733
66724,78	215,6586	300	62	309,4

Ниже, на рисунке 3.2 приведена рабочая характеристика М(ω) механизма, отражающая расчёт приведённых данных из таблицы:

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 3.3 – Суточный график расхода воды

Определение момента механизма будет производиться таким же образом, как и при анализе механической характеристики за исключением, того, что осью абсцисс является ряд значений по времени. Приведём таблицу рассчитанных значений:

Таблица 3.4

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

Участоквремени	Q, м3/c	ωр, рад/c	Hp, м	N, Вт	M, Нм
0-1	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
1-2	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
2-3	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
3-4	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
4-5	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
5-6	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
6-7	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
7-8	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
8-9	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
9-10	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
10-11	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
11-12	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
12-13	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
13-14	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
14-15	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
15-16	280	288,77	54,0	54249,72	187,86
16-17	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
17-18	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
18-19	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
19-20	250	257,83	43,1	38613,88	149,76
20-21	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
21-22	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
22-23	200	206,27	27,6	19770,31	95,85
23-24	200	206,27	27,6	19770,31	95,85

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

Рисунок 3.4 – нагрузочная диаграмма механизма М =f(t)