25.3.1. Электропривод механизмов с нагрузкой позиционного типа

М

в)

Мощность поршневых компрессоров, насосов определяется по так называемой индикаторной диаграмме, под которой понимается зависимость давления Р_д от объема под поршнем V. На

рис.25.11б показана индикаторная диаграмма для одноступенчатого компрессора. На участке 4-1 при перемещении поршня вправо происходит расширение оставшегося в мертвом пространстве V_o газа, давление которого снижается с уровня Р_д2 до уровня Р_д1. В точке 1’ открывается всасывающий клапан 4 (рис.25.11а), и при дальнейшем увеличении объема от V₁ до V₂ происходит всасывание газа при давлении, несколько меньшем Р_д1, вследствие потерь на прохождение газа через всасывающий канал. В точке 2 поршень начинает двигаться влево, всасывающий клапан закрывается, и начинается такт сжатия (участок 2-3), который сопровождается выделением теплоты. Часть выделившейся теплоты отводится в систему охлаждения компрессора, поэтому процесс сжатия газа является политропическим, промежуточным между изотермическим (сжатие при постоянной температуре) и адиабатическим (тепло не отводится в окружающую среду) процессами. В точке 3’ открывается нагнетающий клапан 5, соединяющий цилиндр с ресивером-акку-мулятором сжатого до давления Р_д2 газа. Происходит выталкивание газа с давлением, несколько большим Р_д2, что обусловлено сопротивлением движения газа через нагнетательный клапан и патрубок. В точке 4 цикл заканчивается.

Площадь, ограниченная индикаторной диаграммой, характеризует работу А_инд за цикл. Удельная работа за цикл

Дж/м³

где: V_p=V₂-V₁ - объем газа, всасываемого за цикл при давлении Р_д=Р_д1; Р_д.инд - среднее индикаторное давление за цикл.

Средняя за цикл мощность определяется выражением:

кВт (25.15)

где: Q - подача компрессора, м³/с, приведенная к давлению Р_д=Р_д1; - индикаторный кпд компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия газа, равный 0,6...0,8.

Так как теоретическая индикаторная диаграмма существенно отличается от действительной, а получение последней не всегда возможно, то при определении мощности на валу компрессора часто пользуются приближенной формулой, где исходными данными является удельная работа изотермического и адиабатического сжатия.

(25.16)

где: А_и, А_а - изотермическая и адиабатическая работа сжатия 1м³ атмосферного воздуха давлением Па до требуемогоР_д2, Дж/ м³; - кпд механической передачи;К_з - коэффициент запаса, учитывающий неподдающиеся расчету факторы, равный 1,05...1,15.

Значения в зависимости отР_д2 приведены в таблице 25.2.

Таблица 25.2

Поршневые насосы перекачивают жидкость, которая практически не сжимается, поэтому его индикаторная диаграмма имеет вид, показанный на рис.25.11в.

Мощность на валу двигателя определяется по формуле:

(25.17)

где: Q - производительность насоса, м³/с; Н_ст - статический напор, определяемый как сумма высот всасывания h_в и нагнетания h_н, м; ΔН - потеря напора в трубопроводах насосной установки, м; η_н - кпд насоса, равный 0,7-0,9; η_п - кпд передачи; К_з=1,1…1,3 - коэффициент запаса.

Средняя мощность и момент на валу механизма поршневого типа при постоянном напоре Н связаны со скоростью вращения ω зависимостями:

(25.18)

где: F(м²) и S(м) – площадь и величина хода поршня, т.е. средняя величина момента не зависит от скорости. Мгновенные значения момента (а, следовательно, и мощности) зависят от положения поршня и кривошипно-шатунного механизма, как это следует из уравнений (23.6, 23.7).

П

Рис.25.12. Изменение момента на валу компрессора а – одинарного; б – двойного действия

Кривошипно-шатунные механизмы характеризуются неравномерностью нагрузки. Для выравнивания нагрузки на валу таких механизмов устанавливают маховик.

Регулирование подачи поршневого компрессора (насоса) может осуществляться:

• изменением скорости вращения;

• использованием нескольких механизмов с поочередным их включением или выключением;

• изменением объема мертвого пространства;

• отжатием всасывающего клапана при нагнетании.

Последние два способа экономически не эффективны. На практике в настоящее время применяют второй способ, но он не обеспечивает плавного регулирования. Поэтому более перспективным является регулирование изменением скорости вращения, а при нескольких механизмах – смешанное, т.е. изменением скорости вращения одного и отключением (включением) других механизмов.