Техническое задание
1.Сеть переменного тока U1=380 В.
2.Производительность насоса плавно регулируется в диапазоне D1 и D2.
3.Для плавного регулирования производительности используется регулирование скорости приводного асинхронного двигателя в асинхронно-вентильном каскаде.
4.Режим работы насоса - длительный.
5.Схема должна предусматривать электрическое торможение при переходе на пониженную скорость и остановке.
Исходные данные:
Uс=380 В. – напряжение сети;
D1=1.3 и D2=3 – Диапазон регулирования производительности;
Q=40 л/с = 0.04 м3/с – производительность насоса;
d1 =200 мм = 0.2 м – диаметр трубы всасывающей линии;
l1 =20 м – длина всасывающей линии;
d2=150 мм = 0.15 м – диаметр трубы напорной линии;
l2=400 м – длина напорной линии;
Hст=2 м – статический напор.
2. Обоснование принятого варианта системы
Принципиальная схема привода показана на рис.1
Каскадные приводы с асинхронными двигателями используются в установках средней и большей мощности, работающих в продолжительном режиме. Диапазоны регулирования относительно небольшие (до 2, т.к. дальнейшее увеличение диапазона приводит к увеличению установленной мощности всех силовых элементов, включенных в роторную цепь). Регулирование угловой скорости одно-зонное, плавное одноступенчатое, экономичное. КПД каскада достаточно высок, достигает 0.82 – 0.9 при максимальной угловой скорости и тем выше, чем больше мощность привода. При снижении угловой скорости КПД падает. Высокое значение КПД объясняется тем, что энергия скольжения за вычетом потерь возвращается обратно в питающую сеть.
Пуск двигателя целесообразно осуществлять с пусковыми резисторами в роторной цепи. Это объясняется тем, что в случае пуска в схеме каскада в цепь выпрямленного тока необходимо ставить резистор, а это повлечет за собой увеличение потерь в роторной цепи. Кроме того, отключение пусковых резисторов следует производить после того, как к ротору подключен каскад.
Что касается электрического торможения, то в схемах АВК легко реализуется динамическое торможение, его схема проста, поэтому используем именно его.
Асинхронно – вентильные каскады так же легко поддаются автоматизации и позволяют обеспечить оптимальный режим работы производственного механизма.
 |
Расчет мощности и выбор насоса.
Полный напор магистрали находится по формуле
где λ – коэффициент потерь напора;
ξ - коэффициент местных потерь.
Всасывающая магистраль d1 = 0,2; 
= 253,4∙10-5;
Напорная магистраль d2 = 0,15; = 279∙10-5.
Суммарный полный напор для всасывающей и напорной магистралей:
По полученным значениям Нмакс и Qмакс выбираем из справочника насос KM160/20(6KM-12)
с параметрами:
Q=0.042 м3/с; Н=15 м; n=1450 об/мин; h=75%; Hдопвак=4.5 м; Dр.к.=240 мм
Q-H характеристика насоса представлена на рисунке 2.
Расчет Q- H характеристик насоса и магистрали.
Рассчитаем характеристику магистрали по формуле (3.1), изменяя Q от нулевого значения до значения Q = 2∙Qмакс
Пример расчета:
Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 (Q – H характеристика магистрали)
| Q | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | |
| H | 2,4866 | 3,9462 | 6,379 | 9,785 | 14,164 | 19,52 | 25,8411 | 33,1394 |
т.к. данные насоса не соответствуют заданным, то пересчитываем каталожную характеристику насоса. Для пересчета используем законы пропорциональности законов:
Строим линию постоянного КПД, проходящую через точку с координатами Q= 0.04 м3/с
H=9.78 м.
Рассчитываем по формуле:
Пример расчета:
Данные расчета представим в таблицу 2.
Таблица 2
| Q | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | |
| H | 0,6113 | 2,445 | 5,501 | 9,78 | 15,281 | 22,01 | 29,9513 | 39,12 |
Строим линию постоянного КПД на рисунке 2 и определим координаты точки пересечения с естественной характеристикой.
Qe=0.0475 He=14
Находим максимальную частоту вращения насоса:
Рассчитаем Q-H характеристику для максимальной производительности насоса по формулам:
Пример расчета:
Данные расчета показаны в таблице 3. Q –H характеристика показана на рисунке 2.
Таблица 3.
| Qe | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | |
| He | 19,5 | 18,5 | 12,5 | ||||
| Q | 0,0084 | 0,0168 | 0,025 | 0,034 | 0,042 | 0,05 | |
| H | 13,759 | 14,112 | 13,05 | 11,29 | 8,82 | 5,645 |
Q- H характеристика насоса, соответствующая максимальной производительности.
Найдем значения минимальных подач в соответствии с диапазонами:
Рассчитаем Q – H характеристику для производительности Q1p.
Cтроим линию постоянного КПД, проходящую через точку с координатами H1p=6.58 м, Q1p=0.0307 м3/с. Рассчитываем по формулам:
Данные расчета представлены в таблице 4.
Таблица 4.
| Q | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | |
| H | 0,698 | 2,793 | 6,283 | 11,2 | 17,45 | 25,1 | 34,209 | 44,682 |
Линия постоянного КПД для Q1p.
Cтроим линию постоянного КПД на рисунке 2 и определяем координаты пересечения ее с естественной Q – H характеристикой. Qe=0.046 He=14.5
Рассчитываем Q – H характеристику для минимальной производительности насоса в диапазоне D1 по формулам:
Найдем соотношение скоростей:
Рассчитаем Q – H характеристику для минимальной производительности насоса в диапазоне D1 по формулам:
Данные расчетов сведены в таблицу 5.
Таблица 5.
| Q | 0,0067 | 0,0134 | 0,02 | 0,027 | 0,0335 | 0,04 | |
| H | 7,631 | 8,7536 | 8,978 | 8,305 | 7,182 | 5,6113 | 3,591 |
Q – H характеристика насоса, соответствующая минимальной производительности в диапазоне D1.
Q – H характеристика показана на рисунке 2.
Рассчитаем Q – H характеристику насоса, проходящую через точку с координатами: Q2p, H2p.
Строим линию постоянного КПД:
Данные расчета представлены в таблице 6.
Таблица 6.
| Q | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | |
| H | 1,6168 | 6,4673 | 14,55 | 25,87 | 40,421 | 58,21 | 79,2244 | 103,477 |
Линия постоянного КПД, проходящая через точку Q2p, H2p.
Cтроим линию постоянного КПД на рисунке 2 и определяем координаты пересечения ее с естественной Q – H характеристикой. Qe=0.035 He=18
Рассчитываем Q – H характеристику для минимальной производительности насоса в диапазоне D2 по формулам:
Найдем соотношение скоростей:
Рассчитаем Q – H характеристику для минимальной производительности насоса в диапазоне D2 по формулам:
Данные расчетов сведены в таблицу 7.
Таблица 7.
| Q | 0,0038 | 0,0076 | 0,011 | 0,015 | 0,019 | 0,023 | |
| H | 2,455 | 2,8158 | 2,888 | 2,671 | 2,31 | 1,805 | 1,155 |
Q – H характеристика насоса для скорости w2p.
Q – H характеристика показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Характеристики насоса и магистрали
5. Расчет мощности и выбор двигателя.
Из рисунка 2 определим КПД в рабочих точках:
Мощность насоса рассчитываем по формуле:
где g - плотность воды, кг/ м3.
Для максимальной производительности:
;
для производительности Q1p (Диапазон D1);
для производительности Q2p (Диапазон D2);
Мощность двигателя должна быть на 10% больше мощности насоса:
Выбираем двигатель 4AK160S4У3:
nc=1500 об/мин; Pн=11 КВт; h=86.5%; cosj=0.86; Sн=4.4%; Sk=33%; 2P=4; I2н=22A; U2=305 B U1=380 B;
параметры схемы замещения:
Рисунок 3. Схемы замещения фазы двигателя.