Тема. Розрахунок механічної характеристики та потужності електропривода відцентрового вентилятора

Мета: вивчення особливостей роботи вентиляторних установок на аеродинамічну мережу та набуття навичок розрахунку й побудови механічної характеристики вентилятора.

 

Рекомендації щодо виконання

Відцентровими вентиляторами називають машини для переміщення чистих газів і сумішей газів з дрібними твердими матеріалами. Характерною ознакою відцентрового вентилятора є підвищення тиску за рахунок роботи відцентрової сили газу, що рухається в робочому колесі від центра до периферії [66].

Відцентрові вентилятори поширені в промисловості та комунальному господарстві для вентиляції будинків, відсмоктування шкідливих речовин у технологічних процесах. У теплоенергетичних установках відцентрові вентилятори застосовуються для подачі повітря в топкові камери парогенераторів, переміщення паливних сумішей у системах пилоприготування, відсмоктування димових газів і транспортування їх в атмосферу.

Вентилятор характеризується, крім напору , який він розвиває, об'ємною подачею Q, повним і статичним ККД і потужністю . При зміні частоти обертання вала вентилятора і температури подаваного газу всі ці величини змінюються. На рис. 2.15 наведено універсальні характеристики відцентрових вентиляторів.

 

Рисунок 2.15 – Універсальні характеристики відцентрових вентиляторів

 

У повній корисній енергії, яка передається вентилятором потокові газу, істотну частку складає кінетична енергія. Тому оцінка ефективності вентилятора повним ККД є недостатньою. Для оцінки вентиляторів з боку створюваного ними статичного напору введений статичний ККД . Таким чином, вентилятори характеризуються двома ККД: повним і статичним. Очевидно, < . Орієнтовно менше на 20–30 %.

Підставою для вибору вентилятора є найбільша подача і напір , що він повинен створювати, працюючи в заданій системі повітро- або газопроводів. Потужність приводного двигуна вентилятора беруть із запасом, що враховує можливе відхилення режиму від розрахункового, зменшення ККД вентилятора і старіння ізоляції двигуна в процесі тривалої експлуатації.

Механічну характеристику вентилятора можна розрахувати за виразом:

(2.45)

де – напір, Па; – подача, м³/c; – ККД вентилятора; – кутова швидкість вентилятора. Для переводу тиску можна скористатись виразом: 1 Па = 0,102 мм. вод. ст. (кгс/м²).

Характеристика магістралі, що підключена до вентилятора, має вигляд:

.

Більш просто механічну характеристику можна розрахувати, використовуючи закони пропорційності [54, 66], з урахуванням яких вираз (2.45) набуде вигляду:

. (2.46)

Діапазон реґулювання кутової швидкості вентилятора, що забезпечує задане реґулювання продуктивності, пропорційний діапазону реґулювання подачі:

(2.47)

Номінальна потужність приводного двигуна вентилятора, кВт:

(2.48)

 

Приклад виконання самостійної роботи

Для відцентрового вентилятора з технічними даними мм.вод.ст., , , , розрахувати й побудувати залежність моменту опору від кутової швидкості.

 

Розв’язок

За виразом (2.46) отримаємо:

.

На рис. 2.16 наведено залежність моменту опору від кутової швидкості.

Рисунок 2.16 – Залежність моменту опору від кутової швидкості

 

Діапазон реґулювання кутової швидкості, що забезпечує задане зниження подачі:

.

Номінальна потужність приводного двигуна:

,

де .

За довідником [61] вибираємо асинхронний приводний двигун серії 4А200L4У3 з номінальною потужністю 45 кВт.

Завдання до теми

Для відцентрового вентилятора, технічні дані якого наведено у додатку К:

- розрахувати й побудувати залежність моменту опору від кутової швидкості;

- визначити діапазон регулювання кутової швидкості, що забезпечує задане зниження подачі;

- розрахувати номінальну потужність приводного асинхронного двигуна.

Примітка. Для розв’язання задачі необхідно знати особливості роботи вентиляторів на аеродинамічну мережу, основні залежності між напором, продуктивністю, потужністю та моментом відцентрового вентилятора при зміні частоти обертання приводного двигуна.

 

Контрольні запитання

1. Дайте визначення відцентрового вентилятора.

2. У яких галузях народного господарства застосовують відцентрові вентилятори?

3. Якими параметрами характеризується відцентровий вентилятор?

4. Як розрахувати потужність приводного двигуна відцентрового вентилятора?

5. Який вигляд має механічна характеристика вентилятора?

6. Якими параметрами характеризується комунікаційна магістраль, на яку працює вентилятор?

Література: [29, С. 161 – 164, С. 169 – 173; 54, С. 43 – 53; 60, С. 572 – 574; 66, С. 15 – 17, С. 131 – 156;].

РОЗДІЛ 3 ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ

Загальні питання

1. ТПМ називаються:

а) механізми, що виконують ряд операцій різного характеру в тому чи іншому технологічному процесі;

б) механізми, що виконують однотипні операції у технологічному процесі;

в) механізми, що виконують різноманітні операції технологічного циклу.

2. Вибрати механізми, робочий процес яких складається з повторюваних однотипних циклів:

a) механізми безперервної дії;

б) механізми відцентрового типу;

в) механізми циклічної дії;

г) механізми конвеєрного типу;

д) механізми потоково-транспортної системи.

3. Які механізми належать до підйомно-транспортних машин:

а) конвеєри;

б) компресори;

в) крани;

г) насоси;

д) промислові маніпулятори;

е) вертикальні підйомні установки;

ж) відцентрові вентилятори;

к) канатні дороги;

л) роторні екскаватори.

4. Вибрати механізми, які входять до групи машин безперервної дії:

а) ескалатори;

б) крани;

в) конвеєри;

г) насосні установки;

д) ліфти;

е) вентиляторні установки;

ж) металообробні верстати;

к) компресори;

л) прокатні стани;

м) центрифуги;

н) сепаратори;

п) шахтні підйомні установки.

5. Вибрати механізми, які входять до групи механізмів циклічної дії:

а) ескалатори;

б) ліфти;

в) конвеєри;

г) насосні установки;

д) компресори;

е) крани;

ж) вентиляторні установки;

к) металообробні верстати;

л) центрифуги;

м) прокатні стани;

н) сепаратори;

п) преси;

р) шахтні підйомні установки.

6. У якому режимі працюють електроприводи механізмів циклічної дії:

а) у короткочасному режимі;

б) у номінальному тривалому режимі;

в) у повторно-короткочасному режимі;

г) у переміжному режимі;

д) пункти (а) і (б).

7. Залежність приведеного до валу двигуна статичного моменту від швидкості руху виконавчого органа робочої машини – це:

а) навантажувальна діаграма;

б) інерційна характеристика;

в) тахограма;

г) електромеханічна характеристика;

д) кутова характеристика.

8. Характерною особливістю повторно-короткочасного режиму роботи механізмів циклічної дії є:

а) періоди незмінного номінального навантаження чергуються з періодами неробочого ходу двигуна;

б) короткочасні періоди навантаження чергуються з періодами відключення машини;

в) періоди реверсу чергуються з періодами незмінного номінального навантаження;

г) незмінне постійне навантаження;

д) перевищення температур усіх частин машини досягає свого сталого значення.

9. Згідно з емпіричним виразом показник ступеня характеризує:

а) механізми з моментом опору, що не залежить від швидкості;

б) механізми з лінійно зростаючою механічною характеристикою;

в) механізми з нелінійно зростаючою механічною характеристикою;

г) механізми з нелінійно спадаючою механічною характеристикою;

д) усі перераховані види механізмів.

10. Згідно з емпіричним виразом показник ступеня характеризує:

а) механізми з моментом опору, що не залежить від швидкості;

б) механізми з лінійно зростаючою механічною характеристикою;

в) механізми з нелінійно зростаючою механічною характеристикою;

г) механізми з нелінійно спадаючою механічною характеристикою;

д) усі перераховані види механізмів.

11. Згідно з емпіричним виразом показник ступеня характеризує:

а) підйомну лебідку, кран;

б) генератор постійного струму незалежного збудження при постійному зовнішньому навантаженні;

в) вентилятори, насоси;

г) фрезерні, розточувальні верстати;

д) усі перераховані види механізмів.

12. Згідно з емпіричним виразом показник ступеня характеризує:

а) підйомну лебідку, кран;

б) генератор постійного струму незалежного збудження при постійному зовнішньому навантаженні;

в) вентилятори, насоси;

г) фрезерні, розточувальні верстати;

д) компресори.

13. Тахограмою швидкості двигуна або робочої машини називають залежність:

а) ω = f (t);

б) M = f (ω);

в) ω = f (М);

г) ω = f (I);

д) усі відповіді правильні.

14. Визначити, при яких значеннях коефіцієнта завантаження рекомендовано:

а) установлення двигуна меншої потужності;

б) зниження встановленої потужності привода;

в) потужність двигуна вибрана правильно;

1) ;

2) ;

3) .

15. Визначити, який з рисунків систем регульованого електропривода відповідає перерахованим нижче системам:

а)	в)	д)
е)

 

б)	г)	ж)
к)

1) тиристорний регулятор напруги–асинхронний двигун (ТРН–АД);

2) електричний асинхронний вентильний каскад (АВК) та асинхронний машинно-вентильний каскад (АМВК);

3) електромеханічний АМВК;

4) частотно-регульований привод з автономним інвертором струму (АІС–АД);

5) частотно-регульований привод з автономним інвертором напруги (АІН–АД);

6) вентильний двигун (ВД);

7) тиристорний перетворювач–двигун постійного струму (ТП–Д);

8) широтно-імпульсний перетворювач–двигун постійного струму (ШІП–Д).

16. Визначити, який з рисунків механічних характеристик відповідає перерахованим нижче системам регульованого електропривода:

а)	г)	ж)
б)	д)	к)
в)	е)

1) тиристорний регулятор напруги–асинхронний двигун (ТРН–АД);

2) електричний асинхронний вентильний каскад (АВК) та асинхронний машино-вентильний каскад (АМВК);

3) електромеханічний АМВК;

4) частотно-регульований привод з автономним інвертором струму (АІС–АД);

5) частотно-регульований привод з автономним інвертором напруги (АІН–АД);

6) вентильний двигун (ВД);

7) тиристорний перетворювач–двигун постійного струму (ТП–Д);

8) широтно-імпульсний перетворювач–двигун постійного струму (ШІП–Д).

17. Визначити, який з діапазонів регулювання швидкості відповідає перерахованим нижче системам регульованого електропривода:

а) до 1,5:1 залежно від потужності електропривода;

б) діапазон регулювання частоти обертання вала двигуна –до 20:1 при зміні навантаження в діапазоні від 0 до М_ном;

в) до 10:1 за наявності фазного ротора та зворотного зв’язку за частотою обертання;

г) від 10:1;

д) (1000–10000):1;

е) до 2:1;

ж) до 1:10000;

к) до 1:10000 та вище.

1) тиристорний регулятор напруги–асинхронний двигун (ТРН–АД);

2) електричний асинхронний вентильний каскад (АВК) та асинхронний машинно-вентильний каскад (АМВК);

3) електромеханічний АМВК;

4) частотно-регульований привод з автономним інвертором струму (АІС–АД);

5) вентильний двигун (ВД);

6) тиристорний перетворювач–двигун постійного струму (ТП–Д);

7) широтно-імпульсний перетворювач–двигун постійного струму (ШІП–Д).

18. Вибрати недоліки регулювання частоти обертання зміною величини напруги, що підводиться:

а) зниження перевантажувальної здатності;

б) збільшення в даному габариті двигуна тривалої допустимої потужності;

в) незначний діапазон регулювання частоти обертання;

г) пункти (а), (б);

д) усі відповіді правильні.

19. Недоліки регулювання частоти обертання зміною числа пар полюсів при багатошвидкісному двигуні:

а) неможливість плавно змінювати обороти;

б) великий діапазон регулювання швидкості;

в) неекономічність;

г) складність в управлінні та експлуатації;

д) усі відповіді правильні.

20. Навантажувальною діаграмою двигуна або робочої машини називають таку залежність:

а) I = f (t);

б) M = f (t);

в) Р = f (t);

г) M = f (ω);

д) пункти (а), (б) і (в).