Белов М.П. - Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов (1249706), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Вентиляторы разделяются на центробежные и осевые. Характеристики центробежных вентиляторов аналогичны характеристикам центробежных насосов. Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа. Компрессоры являются наиболее мощными нагнетателями. Мощность компрессоров достигает 18 000 кВт и выше.
Отличие характеристик компрессоров от других центробежных машин заключается в том, что при изменении частоты вращения изменяется наклон характеристик. Это объясняется тем, что при более высоких частотах вращения повышаются степень сжатия газов и их плотность. Наиболее типичные области применения компрессоров: генерирование пневматической энергии (энергетические компрессоры), транспортировка газа по магистральным газопроводам, компрессирование воздуха для получения кислорода методом разделения, подача воздуха и кислорода в доменную печь, холодильная техника. Все компрессоры являются быстроходными.
Частота вращения рабочего колеса составляет от 3000 до 20000 мин ', поэтому для 217 да; р — плотность; ~ — 1-й Н коэффициент местного сопротивления„з; — ~'-е живое сечение потока; (г — коэффициент, являющийся константой для данной сети; Ь вЂ” количество воздуха, проходящего в сети„.8 — ускорение свободного падения; Д вЂ” подача нагнетателя. Уравнения (4.)), (4.2) называются характеристиками 1Г„ сетей. На рис. 4.6 показаны характеристики нагнетателя (насоса) при различных 0 значениях частоты враще- Рис. 4.6 ния (кривые 1, 2„3, 4). К основным характеристикам насосов, вентиляторов и компрессоров относятся [48): подача нагнетателя при работе на сеть без статической составляющей напора, пропорциональная частоте вращения нагнетателя: 0~ ~% 0~ еь (4.3) или (4.4) % (Ю (4.5) или киг» * (4.6) полезная мощность, развиваемая нагнетателем и пропорциональная кубу частоты вращения: (4.7) или напор, развиваемый нагнетателем, пропорциональный квадрату частоты вращения: характеристики пропорциональности: Н, = — О,, Н, О2 (4.9) или Н.
= чу. (4.11) 220 Н,= ВО,', (4.10) где Н, и 9 — напор и подача для данной сети при номинальной частоте вращения нагнетателя„Я вЂ” сопротивление сети. Характеристики пропорциональности совпадают с характеристиками сети. Поскольку характеристики пропорциональности являются также кривыми равных КПД, то это используют для определения КПД и мощности на валу нагнетателя при его работе с частотой вращения, отличной от номинальной. Этот метод определения КПД нагнетателя при работе с частотой вращения, отличной от номинальной, можно использовать во всех случаях независимо от вида характеристики сети, так как КПД механизма определяется только соотношением Н =г(о) и частотой вращения.
Формулы приведения (4.3), (4.5), (4.7), (4.9) действительны только для случая, когда нагнетатель работает на сеть, не имеющую статической составляющей напора. Характеристика сети при наличии противодавления Н определяется формулой Н = Н + ЯД' (на рис. 4.б кривая б). Рабочие точки В„,„, В,, Вв находят как точки пересечения характеристики сети с характеристиками механизма, соответствующими различным частотам вращения. Рабочая область регулирования частоты вращения находится в пределах от гв, до в„,„.
Подача О со снижением частоты вращения падает более интенсивно, КПД нагнетателя в этом случае не остается постоянным, а снижается по мере уменьшения частоты вращения. При отсутствии противодавления (идеальная магистраль) это уравнение будет иметь вид Н = ЯД' (см. кривые 5, 5' и 5" при различных сопротивлениях сети на рис.
4.6). Приближенную аналитическую зависимость момента сопротивления на валу нагнетателя от частоты вращения, соответствующую физическим принципам его работы, можно получить, используя характеристики нагнетателя Н = ~(о). Расчет мощности. Используя такие понятия, как напор насоса Нили давление вентилятора Р, можно определить полезную мощность потока жидкости или воздуха, выходящего из нагнетателя. Если каждой единице веса капельной жидкости сообщается энергия Н, то при весовой подаче насоса, равной уД, жидкость выходит из насоса, обладая полезной мошностью Аналогично рассуждая и рассматривая работу вентилятора, получим, что если каждой единице объема воздуха, прошедшего через вентилятор, сообщается давление оР, то газ выходит из вентилятора, обладая полезной мощностью АГ„= ЬР1., (4.12) где ь — подача вентилятора.
В любой насосной или вентиляторной установке мощность в различных ее узлах неодинакова. Приводом для нагнетателя является электродвигатель, который потребляет мощность Аг„преобразуя ее в механическую мощность на валу Ф,. Мощность на валу меньше, чем мощность электрическая, так как часть мощности теряется при работе электродвигателя. Потери мощности в электродвигателе учитываются КПД электродвигателя и,: (4.13) )Ув 1Уэт1э. Р,з, И~ = — =— 2 2я (4.14) Гиу где т = — — масса перекачиваемого газа за 1 с, кг/с; ив скорость движения газа, м/с; у — удельный вес газа, Н/м'; я— ускорение свободного падения, м/сэ; à — сечение трубопровода мг Пользуясь этим уравнением и имея в виду, что производительсзу ность определяется как ь" = Го, а напор Р = — с учетом КПД 2я механизма и, и КПД передачи т1, необходимая мощность (кВт) на валу приводного двигателя 221 Таким образом, нагнетателю подается мощность на валу, или, хак иногда ее называют, мощность, потребляемая нагнетателем.
Часть мощности на валу передается потоку жидкости или воздуха, проходящему через нагнетатель, тогда из насоса жидкость выходит, обладая запасом мощности, которая называется полезной У„. Если насос создает напор //и через него движется жидкость с расходом О, то полезная мощность насоса определяется выражением (4.11). Необходимая мощность приводного электродвигателя вентиляторов центробежного типа определяется по заданной производительности 2, и суммарному напору Р. Расчетную формулу можно вывести исходя из энергии (Дж/с или Вт), которую нужно сообщить движущемуся газу для получения заданных величин 2, иР: Р„з„)б-з гР(б-з ~лв (4.15) 2езЬЧ Ч~Л Для центробежных насосов зто уравнение должно быть записано в следующем виде Д(Н+ЬН)у)10 з Ндв (4.16) ЧЛ где Н вЂ” суммарный напор, м; Н = Н, +, Н, — геодезичеРз Рз Уз ский напор, равный сумме высот всасывания нагнетания, м; Р, и Р, — давление в резервуарах, куда и откуда перекачивается жидкость соответственно; зН вЂ” потеря напора в магистрали, м, которая зависит от сечения труб, качества их обработки, профиля трубопровода и т.д.; у, — удельный вес жидкости.
Основными характеристиками центробежных механизмов являются зависимости развиваемого напора Н(Р) от подачи Ц (1). Эти зависимости обычно даются заводами-изготовителями в взще графиков Н = 1(о) или Р = 1(1) для различных частот вращения механизмов (подобные кривые 1, 2, 3 и 4 приведены на рис. 4.6). Расчет необходимой мощности двигателя для механизмов поршневого типа можно выполнить по индикаторной диаграмме сжатия (рис. 4.7). Индикаторную диаграмму строят в координатах Р— К где Р— давление рабочего тела, Па, а И вЂ” удельный объем рабочего тела, мз/кг. Всасывание вещества происходит при постоянном давлении Р, и изображается на диаграмме горизонтальной прямой 1 — 2 Если всасывается атмосферный воздух, Р, равно атмосферному давлению.
В зависимости от конструкции нагнетателя процесс сжатия может быть изотермическим (линия 2 — 3"), адиабатным (линия 222 Рис. 4.7 2 — 3) или политропным (линия 2 — 3'). Нагнетание вещества изображается горизонтальной прямой 3 — 4, что соответствует постоянному давлению Р,. После удаления вещества из рабочего цилиндра давление в нем мгновенно падает от Р, до Р, (линия 4 — 1) и цикл повторяется. Удельная работа, затрачиваемая на сжатие вещества, в диаграмме Р— К отображается плошадью, ограниченной линиями цикла.
Наименьшей площади 1 — 2 — 3" — 4 соответствует цикл с изотермическим сжатием по линии 2 — 3". Наибольшая работа (плошадь 1в 2 — 3 — 4) совершается при адиабатном сжатии по линии 2 — 3. Работа (Дж/кг) при сжатии для политропического процесса ж-] и А= — РК и — 1 (4.17) 0 А„+А, гбач 2 (4.19) где А„и А„— работа соответственно изотермического и адиабатического сжатия 1 м атмосферного воздуха до давления Рп выражаемого в кПа. Для механизмов поршневого типа, работающих при постоянном напоре Н, мощность на валу и скорость вращения находятся в прямой зависимости, так как поршень при каждом ходе преодолевает постоянное среднее усилие независимо от скорости вращения. Поэтому при заданном графике нагрузки на валу механиз- 223 где и — показатель политропы, определяемый уравнением РУ" = = сопм; Р, и Р, — соответственно начальное и конечное давления, Н/м', Р; — начальный удельный объем газа или объем 1 кг газа при всасывании, м'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
