3. Розрахунок потужності і вибір двигунів для механізмів зі сталим режимом роботи

Потужність електродвигунів визначається допустимим нагріванням обмоток, яким супроводжується процес перетворення електричної енергії в механічну. Сталий режим роботи характеризується тим, що за час дії сталого навантаження температура всіх частин двигуна досягає усталеного (номінального) значення. Стала часу нагрівання електричних машин середньої потужності більша години і залежить від конструктивного виконання. Тому сталим вважається режим, якщо стале навантаження дії більше години. Такий режим роботи характерний для помп, вентиляторів, транспортерів, конвеєрів тощо.

Поршнева помпа. Потужність двигуна поршневої помпи визначають за формулою

/33/

де Q - витрата, м³/с; Н - висота подачі рідини, м; - втрата напору в елементах магістралі, м; - густина рідини, кг/м³; g = 9,81 - прискорення вільного падіння, м/с²; - ККД помпи; - ККД передачі від двигуна до помпи.

У формулі /33/ всі величини, окрім падіння напору , відомі. Падіння напору складається з падінь напорів в магістралі в її колінах _к , заслінках і вентилях _в , тобто

/34/

де m, п і р - відповідно кількість колін, засувок і вентилів.

Падіння напору в магістралі

/35/

де для нових чавунних труб і для труб, які були в експлуатації; l - довжина магістралі, м; v = 4Q/ - швидкість руху рідини, м/с; d - діаметр труби.

Падіння напору в колінах, заслінках і вентилях вираховують за формулою

/36/

де k_i - коефіцієнт, який визначають із довідника. Так, для коліна з радіусом закруглення R = 0,5 м і d = 0,135 м (d/R = 0,27) k_к = 0,155, для заслінки k_з =0,063 і для вентиля k_в = 0,49.

Визначивши за формулою /33/ потужність, за каталогом вибирають двигун з заданою швидкістю обертання і конструктивним виконанням (захищений, закритий, взривозахищений, самовентильований чи з незалежною вентиляцією). При широкому діапазоні регулювання і М_с = const перевагу віддають двигунам з незалежною вентиляцією.

Паспортні дані вибраного двигуна заносять в табл.1 і за формулами /19/ – /22/ вираховують розрахункові величини.

Загальні рекомендації щодо вибору типу двигунів наведені в [3] (том 3, кн. 2, с. 28, табл. 50.2).

Якщо вибрати самовентильований двигун в закритому виконанні, для якого коефіцієнт погіршення тепловіддачі то для забезпечення М_с = const на всіх швидкостях необхідно відповідно збільшити потужність двигуна. Тоді на мінімальній швидкості двигун буде використаний повністю, а на вищих – він буде недовантажений. Це призведе до погіршення таких енергетичних показників як ККД і . Тому при регулюванні швидкості в широкому діапазоні слід вибирати двигун з незалежною вентиляцією, для якого .

Вентилятор. Він працює в тривалому режимі. Для вентиляторів є характерною залежність статичного моменту від швидкості:

/37/

де М_н і М₀ - відповідно номінальний момент і момент холостого ходу вентилятора, Н м , номінальна кутова швидкість.

Потужність двигуна для вентилятора

, /38/

ККД передачі між двигуном і вентилятором. При безпосередньому з’єднанні вала двигуна з валом вентилятора , при клинопасовій передачі .

Вибрана за каталогом номінальна потужність двигуна Р_н повинна задовольняти умову . Параметри двигуна заносять в табл.1 і за формулами /19/ – /22/ вираховують розрахункові величини.

При регулюванні швидкості момент статичного опору буде змінюватись і при мінімальній швидкості він буде дорівнювати

, /39/

де Д – діапазон регулювання.

При зменшенні швидкості тепловіддача самовентильованих двигунів погіршується і це враховують коефіцієнтом погіршення тепловіддачі

/40/

де - коефіцієнт погіршення тепловіддачі при нерухомому якорі (роторі); дійсна кутова швидкість.

Наближені значення коефіцієнта для двигунів різного виконання наведені в табл.2

Таблиця 2

При великому діапазоні регулювання і момент двигуна стане рівним

. /41/

Вибраний двигун повинен задовільняти умову

. /42/

Якщо умова /42/ не задовільняється, то треба вибрати самовентильований двигун більшої потужності або двигун з незалежною вентиляцією.

Стрічковий транспортер. Потужність двигуна привода стрічкового транспортера зі змінною продуктивністю

/43/

де k_з = 1,1...1,3 - коефіцієнт запасу, Q_max - максимальна продуктивність транспортера, кг/с; L - довжина транспортера, м; Н - висота підйому транспортованого матеріалу, м; - ККД редуктора; с - експериментально визначений коефіцієнт, який залежить від Q і L (табл.3).

Таблиця 3

, /43,а/

де v – швидкість руху стрічки, м/с; d – діаметр ведучого барабана, м; номінальна кутова швидкість двигуна.

Вибираний двигун перевіряють на умови роботи при мінімальній продуктивності. Для цього у формулу /43/ підставляють Q_min і визначають P_{т. min}. Після за формулою /40/ визначають . Потужність самовентильованого двигуна при Q_min . Якщо , то двигун забезпечить роботу транспортеру при Q_min. У протилежному випадку треба вибрати двигун більшої потужності.

Конвеєр. Потужність приводного двигуна конвеєра

, /44/

де тягове зусилля, Н; швидкість руху конвеєра, м/с; коефіцієнт запасу, який враховує нерівномірність навантаження по довжині.

Номінальну потужність двигуна вибирають за умови . За номінальною швидкістю вибраного двигуна визначають передаточне число редуктора за формулою /43,а/. Паспортні дані двигуна заносять в табл.1 і за формулами /19/ – /22/ вираховують розрахункові величини.

Вибраний двигун перевіряють на умову роботи на мінімальній швидкості де діапазон регулювання.

При русі конвеєра зі швидкістю приводний двигун повинен розвивати потужність ; приймають рівним 0,72. Потужність повинна бути меншою потужності , де коефіцієнт, який визначають за формулою /40/ і який враховує погіршення тепловіддачі самовентильованого двигуна.

Відцентрова помпа. Потужність приводного двигуна відцентрової помпи

, /45/

де тиск, Па; витрата, м³/с; ККД помпи, коефіцієнт запасу, який залежить від потужності (табл.4).

Таблиця 4

За каталогом вибирають двигун за умови . Його дані заносять у табл.1 і за формулами /19/ – /22/ вираховують розрахункові величини. Зазвичай, приводний двигун і помпу з’єднують безпосередньо за допомогою муфти.

Вибраний двигун потрібно перевірити на умову роботи при мінімальній швидкості . При зменшенні швидкості будуть змінюватись витрати і тиск відцентрової помпи. Витрату помпи наближено можна вважати пропорційною швидкості, тобто . Тиск в мережі складається з гідростатичного тиску, який не залежить від швидкості, і втрати тиску, яка залежить від швидкості води в трубопроводі , де діаметр трубопроводу.

Для розрахунків приймають, що гідростатичний тиск складає 0,3 Р. Прийнявши наближено, що втрата тиску пропорційна квадрату швидкості, матимемо

. /46/

Підставити у формулу /45/ і , одержимо потужність, яку повинен розвивати двигун на мінімальній швидкості, і ця потужність , де коефіцієнт погіршення тепловіддачі, який вираховують за формулою /40/. Якщо це умова не буде виконуватись, то необхідно вибрати двигун, для якого буде більшим (див. табл.2).