расчет мощности компрессора. Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора

• Название: Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора
• Дата: 07.06.2021
• Размер: 109.59 Kb.
• Имя файла: расчет мощности компрессора.docx
• Тип: Практическая работа; #214874

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 21

Тема: Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора.

Цель: Изучить методику расчета мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора. На основании анализа произведенных расчетов выяснить, какой процесс сжатия газа (изотермический или адиабатический) является наиболее экономичным.

Студент должен знать:

• 
  методику расчета мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора;
  
• 
  особенности выбора электродвигателей для привода компрессоров;
  

уметь:

• 
  рассчитывать мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора;
  
• 
  пользоваться справочной литературой.
  

Теоретическое обоснование

Компрессоры работают, как правило, в длительном режиме с постоянной нагрузкой, поэтому их электроприводы нереверсивные с редкими пусками. Компрессоры имеют небольшие пусковые статические моменты до 20…25% от номинального. В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены компрессоры, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонениях параметров газа от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах. Регулирование производительности осуществляется, как правило, изменением сопротивления трубопровода с помощью задвижки, а. также конструктивным изменением рабочих органов механизма в процессе регулирования, поэтому для большинства компрессоров не требуется регулирования угловой скорости приводных двигателей. Исходя из этого, для привода компрессоров применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели.

При мощности более 100 кВт привод с синхронным двигателем оказывается экономически выгоднее, чем с асинхронным двигателем, так как синхронные двигатели могут одновременно использоваться и в качестве источника реактивной мощности.

Поскольку поршневой компрессор создает при работе периодически изменяющийся момент сопротивления на валу, это вызывает колебания ротора синхронного двигателя. Чтобы уменьшить эти колебания и устранить возможность выпадания двигателя из синхронизма, для привода поршневых компрессоров применяют специальные тихоходные синхронные двигатели ( ω₀ до 26,2…31,4 рад/с) с большой перегрузочной способностью, повышенным моментом инерции ротора и большим значением входного (синхронизирующего) момента - двигатели серии СДК.

Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршне­вого компрессора производится в следующем порядке.

Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршне­вого компрессора производится по формуле
(21.1)
где – работа изотермического и адиабатического сжатия

1 м³ газа от Р_н до Р_к;

к_з – коэффициент запаса, равный 1,05…1,15 и учитывающий не

поддающие расчету факторы;

Q/60 – производительность компрессора, м³/с.

Изотермическое сжатие газа в компрессоре идет при t⁰ = const (в процессе сжатия от газа отводится все получающееся тепло, для чего необходимо применять весьма интенсивное охлаждение).

В этом случае работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ газа, опреде­лится по формуле
(21.2)
При адиабатическом сжатии к газу не подводится и от него не отводится тепло. При таком процессе работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ газа, определяется по формуле
(21.3)

где к - показатель адиабаты (для воздуха к = 1,4).

Следует отметить, что изотермический и адиабатический процессы идеальные. В реальном компрессоре можно только с той или иной степенью точности говорить о приближении процесса сжатия к изотермическому и адиабатическому, поэтому величина работы и определяется полусуммой работ изотермического и адиабатического циклов.

По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию
Р_н ≥ Р_расч (21.4)
Вопрос о выборе типа двигателя окончательно решается с учетом общих положений и полученной расчетной мощности Р_расч.

Технические данные синхронных двигателей серии СДК и асинхронных двигателей серий, 4А и АИ приведены в справочнике (1).

Расшифровка обозначений двигателей серии АИ:

А - асинхронный

И – Интерэлектро

Р – увязка мощностей с установочным размером

71, 80, 90, 100 мм и т.д. – высота оси вращения

А, В – длина сердечника магнитопровода

S, L, М – установочный размер по длине станины

2,4,6 – число полюсов

У2, У3, Т2 – вид климатического исполнения по ГОСТ 15150 – 69

П – с повышенной точностью по установочным размерам

Х1, Х2 – химически стойкие

Х – станина из алюминиевого сплава, щиты чугунные (отсутствие знака означает, что станина и щиты чугунные).

Двигатель работает в длительном режиме с практически постоянной нагрузкой, поэтому нагрузочная диаграмма будет иметь вид:


Рисунок 21.1 – Нагрузочная диаграмма
Ход работы

1. 
   Изучить теоретическое обоснование.
   
2. 
   Запишите данные задачи для своего варианта.
   
3. 
   Рассчитайте величины в соответствии с заданием.
   
4. 
   Для расчета следует пользоваться теоретическими сведениями. Расчет параметров сопровождайте пояснениями.
   
5. 
   Постройте нагрузочную диаграмму.
   
6. 
   Подготовьте ответы на контрольные вопросы.
   
7. 
   Оформите отчет по практической работе.
   

Задача 1

Рассчитать мощность двигателя одноступенчатого поршневого компрессора. Выбрать двигатель по каталогу. Построить на­грузочную диаграмму. Исходные данные для решения приведены в таблице 21.1.

Таблица 21.1 – Исходные данные к задаче № 1

Наименование	Усл. обоз	Ед. изм.	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Производитель- ность	Q	м3/мин	10	20	30	50	20	10	30	20	50	30
Начальное давление	Рн ·105	Па	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Конечное давление	Рк ·105	Па	8	6	6	4	8	10	8	10	6	4
КПД компрессора	ηк	-	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
КПД передачи	ηп	-	0,95	1	0,9	1	0,95	0,9	1	0,9	0,95	0,95
Скорость вращения вала компрессора	Nс	об/мин	750	750	750	500	500	750	500	750	500	750

Задача 2

Используя исходные условия к задаче № 1, рассчи­тать мощность двигателя одноступенчатого компрессора для двух случаев:

1. 
   Сжатие идет по изотермическому циклу, т.е. А = А_из.
   
2. 
   Сжатие идет по адиабатическому циклу, т.е. А = А_ад.
   

Сравнить полученные результаты. Сделать вывод, какой из процес­сов сжатия более экономичный (изотермический или адиабатический).
Контрольные вопросы

1. 
   Для чего предназначен компрессор?
   
2. 
   В каком режиме работают двигатели компрессоров?
   
3. 
   Как устранить возможность выпадения синхронного двигателя из синхронизма?
   
4. 
   Какие серии двигателей применяют для привода поршневых компрессоров?
   
5. 
   Дайте расшифровку двигателей: АИР180М2, 4АК160М8У3.
   

Содержание отчета

1. 
   Номер, тема и цель работы.
   
2. 
   Данные для решения задачи.
   
3. 
   Решение задач с пояснениями.
   
4. 
   Нагрузочная диаграмма.
   
5. 
   Ответы к решению задач.
   
6. 
   Ответы на контрольные вопросы.
   

Литература

1. 
   Алиев, И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию [Текст]: учеб. Пособие для вузов/ И.И. Алиев. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2002. – 225 с.
   
2. 
   Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов [Текст]/ В.П. Шеховцов. - М.: Форум, 2010. - 352 с.
   
3. 
   Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учебник/ В.П. Шеховцов. – 2-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2013. – 416 с.
   

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 22

Тема: Расчет мощности электродвигателя двухступенчатого поршневого компрессора.

Цель: Изучить методику расчета мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора.

Студент должен знать:

• 
  методику расчета мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора;
  
• 
  особенности выбора электродвигателей для привода компрессоров;
  

уметь:

• 
  рассчитывать мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора;
  
• 
  пользоваться справочной литературой.
  

Теоретическое обоснование

Существует много механизмов, работающих продолжительно с неизменной или мало меняющейся нагрузкой без регулирования скорости, например компрессоры, вентиляторы и т.п.

При выборе электродвигателя для такого режима необходимо знать мощность, потребляемую механизмом. Если эта мощность неизвестна, ее определяют теоретическими расчетами или расчетами по эмпирическим формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов. Для малоизученных механизмов необходимую мощность определяют путем снятия нагрузочных диаграмм самопишущими приборами на имеющихся уже в эксплуатации аналогичных установках либо путем использования нормативов потребления энергии, полученных на основании статистических данных, учитывающих удельный расход электроэнергии при выпуске продукции.

При известной мощности механизма мощность электродвигателя выбирается по каталогу с учетом КПД промежуточной передачи. Расчетная мощность на валу электродвигателя:
(22.1)
где P_м - мощность, потребляемая механизмом,

η_пер - КПД передачи.

Номинальная мощность электродвигателя, принятого по каталогу, должна быть равна или несколько больше расчетной.

Выбранный электродвигатель не нуждается в проверке по нагреву или по перегрузке, так как завод-изготовитель произвел все расчеты и испытания, причем основанием для расчетов являлось максимальное использование материалов, заложенных в электродвигателе при его номинальной мощности. Иногда, однако, приходится проверять достаточность пускового момента, развиваемого электродвигателем, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в начале трогания с места.

Расчет мощности двигателя многоступенчатого поршневого компрессора проводится в следующей последовательности.

Расчет мощности двигателя многоступенчатого поршневого компрессора производится по формуле:

(22.2)
где величины А_из.i и A_ад.i определяются по формулам (22.6) и (22.7) соответственно для каждой ступени компрессора. Чтобы найти начальное (Р_н.i) и конечное (Р_к.i) давление каждой ступени, определяют сначала степень сжатия ε
(22.3)
Зная ε, можно определить конечное давление промежуточных ступеней. Например, конечное давление первой ступени
Р_1к = Р_н ε (22.4)
Начальное давление второй ступени Р_2н = Р_1к (если пренебречь утечкой газа). Конечное давление второй ступени
Р_2к = Р_2н ε = Р_н ε² (22.5)

и т.д.

Зная для каждой i -той ступени Р_н.i и Р_к.i можно определить значения А_из.i и A_ад.i

(22.6)

(22.7)
По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию
Р_н ≥ Р_расч (22.8)
Вопрос о выборе типа двигателя окончательно решается с учетом общих положений и полученной расчетной мощности Р_расч.

Технические данные синхронных двигателей серии СДК и асинхронных двигателей серий, 4А и АИ приведены в справочнике (1).

Двигатель работает в длительном режиме с практически постоянной нагрузкой. Далее строится нагрузочная диаграмма.
Ход работы

1. 
   Изучите теоретическое обоснование.
   
2. 
   Запишите данные задачи для своего варианта.
   
3. 
   Рассчитайте величины в соответствии с заданием.
   
4. 
   Для расчета следует пользоваться теоретическими сведениями. Расчет параметров сопровождайте пояснениями.
   
5. 
   Постройте нагрузочную диаграмму.
   
6. 
   Подготовьте ответы на контрольные вопросы.
   
7. 
   Оформите отчет по практической работе.
   

Таблица 22.1 – Исходные данные к задаче № 1

Варианты	Тип компрессора	Производительность, Q, м3/мин	Начальное давление, Рн ·105, Па	Конечное давление, Рк ·105, Па	Число ступеней	КПД компрессора	КПД передачи	Скорость вращения вала компрессора, n, об/мин
1	302ВП-10/8	10	1,0	8,0	2	0,7	1	750
2	202ВП-10/8	10	1,0	8,0	2	0,8	0,95	750
3	ВП-20/8М	20	1,0	8,0	2	0,75	0,9	500
4	305ВП-30/8	30	1,0	8,0	2	0,8	0,95	500
5	4ВУ1-5/12М	5	1,0	12,0	2	0,65	1	1460
6	ВУ-3/8В	3	1,0	8,0	2	0,7	1	975
7	ВУ-0,6/12	0,6	1,0	12,0	2	0,65	0,95	1440
8	2ВМ-10-50/8	50	1,0	8,0	2	0,8	0,9	500
9	ВУ-3/8	3	1,0	8,0	2	0,65	1	975
10	2ВУ1-2,5/12М	2,5	1,0	12,0	2	0,7	0,95	1455

Задача 1

Распределить давление между ступенями компрессора, рассчитать мощность приводного электродвигателя двухступенчатого компрессора.. Построить нагрузочную диаграмму. Выбрать двигатель по каталогу.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 22.1.
Контрольные вопросы

1. 
   Для чего применяется компрессор?
   
2. 
   Как делятся компрессоры по принципу действия?
   
3. 
   Как можно изменять производительность компрессоров?
   
4. 
   Чем отличаются поршневые компрессоры от центробежных?
   
5. 
   В каких компрессорах может быть получено высокое давление газа?
   

Содержание отчета

1. 
   Номер, тема и цель работы.
   
2. 
   Данные для решения задачи.
   
3. 
   Решение задачи с пояснениями.
   
4. 
   Нагрузочная диаграмма.
   
5. 
   Ответы к решению задачи.
   
6. 
   Ответы на контрольные вопросы.
   

Литература

1. 
   Алиев, И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию [Текст]: учеб. Пособие для вузов/ И.И. Алиев. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2002. – 225 с.
   
2. 
   Шеховцов, В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов [Текст]/ В.П. Шеховцов. - М.: Форум, 2010. - 352 с.
   
3. 
   Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учебник/ В.П. Шеховцов. – 2-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2013. – 416 с.
   

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 23

Тема: Изучение схемы управления компрессорной установкой.

Цель: Изучить работу электрической схемы управления компрессорной установкой.

Студент должен знать:

• 
  назначение, устройство, типы и технические характеристики компрессоров;
  
• 
  технологическую схему компрессорной установки;
  
• 
  электрооборудование компрессорной установки;
  
• 
  схемы управления двигателями компрессорной установки;
  

уметь:

• 
  читать и составлять схемы управления компрессорной установкой.
  

Теоретическое обоснование

Компрессоры применяют для получения сжатого воздуха или другого газа давлением свыше 4·10⁵ Па (4 кгс/см²) с целью использования его энергии в приводах пневматических молотов и прессов, в пневматическом инструменте, в устройствах пневмоавтоматики и т. д.

По принципу действия компрессоры делятся на центробежные и поршневые. Центробежные компрессоры по конструкции подразделяют на турбинные и ротационные.

Электрическая схема управления компрессорной установкой, состоящей из двух агрегатов К1 и К2, приведена на рисунке 23.1. Двигатели компрессоров Д1 и Д2 питаются от трехфазной сети 380 В через автоматические выключатели ВА1 и ВА2 с комбинированными расцепителями. Включение и отключение двигателей производятся магнитными пускателями ПМ1 и ПМ2. Цепи управления и сигнализации питаются фазным напряжением 220 В через однополюсный автоматический выключатель ВА3 с максимальным электромагнитным расцепителем.

Управление компрессорами может быть автоматическим или ручным. Выбор способа управления производится с помощью ключей управления КУ1 и КУ2. При ручном управлении включение и отключение пускателей ПМ1 и ПМ2 осуществляется поворотом рукояток ключей КУ1 и КУ2 из положения О (Отключен) в положение Р (Включен).

Автоматическое управление компрессорами производится при установке ключей КУ1 и КУ2 в положение А, а включение и отключение пускателей осуществляется с помощью реле РУ1 и РУ2. Контроль давления воздуха в ресиверах производится двумя электроконтактными манометрами, контакты которых включены в цепи катушек реле РУ1 - РУ4. Очередность включения компрессоров при падении давления устанавливается с помощью переключателя режимов ПР. Если ПР установлен в положение К1, то первым включается компрессор К1.

Предположим, что ресиверы наполнены сжатым воздухом, давление соответствует верхнему пределу (контакты манометров М1-Н и М2-Н разомкнуты) и компрессоры не работают. Если в результате потребления воздуха давление в ресиверах падает, то при достижении ими минимального значения, установленного для пуска первого компрессора, замкнется контакт М1-Н первого манометра (Н - нижний предел), сработает реле РУ1 и своим контактом включит пускатель ПМ1 двигателя первого компрессора. В результате работы компрессора К1 давление в ресиверах будет повышаться и контакт М1-Н разомкнется, но это не приведет к отключению компрессора, так как катушка реле РУ1 продолжает получать питание через свой контакт и замкнутый контакт реле РУ4. При повышении давления в ресиверах до максимального предела замкнется контакт манометра М1-В (В - верхний предел), сработает реле РУ4 и своим контактом отключит реле РУ1, потеряет питание пускатель ПМ1 и компрессор К1 остановится.

В случае недостаточной производительности первого компрессора или его неисправности давление в ресиверах будет продолжать падать. Если оно достигнет предела, установленного для замыкания контакта М2-Н второго манометра (манометры Ml и М2 регулируются так, чтобы контакт М2-Н замыкался по сравнению с контактом М1-Н при несколько меньшем давлении), то сработают реле РУ3 и РУ2. Последнее своим контактом включит пускатель ПМ2, т. е. вступит в работу компрессор К2. Реле РУ2 после размыкания контакта М2-Н остается включенным через свой контакт и замкнутый контакт реле РУ4. Когда давление в ресиверах в результате совместной работы обоих компрессоров (или только К2 при неисправном К1) поднимется до верхнего предела, замкнется контакт манометра М2-В и включится реле РУ4. В результате отключаются реле РУ1 и РУ2 и пускатели ПМ1 и ПМ2. Оба компрессора остановятся.

В схеме предусмотрен контроль исправности компрессорной установки. Если, несмотря на работу обоих компрессоров, давление в ресиверах продолжает падать или не изменяется, то контакт М2-Н нижнего предела останется замкнутым, и реле РУ3 будет включено. Оно своим контактом приведет в действие реле времени РВ, которое с некоторой выдержкой времени, необходимой для обеспечения нормального подъема давления компрессором К2, замкнет свой контакт РВ в цепи аварийно-предупредительной сигнализации, и персоналу будет подан сигнал о необходимости устранения неисправности.

Сигнальная лампа ЛЖ служит для световой сигнализации о режиме работы компрессорной установки при ручном управлении. Она загорается при падении давления в ресиверах, получая питание через контакт реле РУ3. Сигнальная лампа ЛБ и реле напряжения РКН служат для контроля наличия напряжения в цепях управления. Контроль температуры воздуха в компрессорах, охлаждающей воды и масла осуществляется специальными реле (на схеме не показаны), которые вместе с реле РКН воздействуют на цепи аварийно-предупредительной сигнализации, извещал персонал о ненормальной работе установки.



Рисунок 23.1 – Схема автоматического управления компрессорной установкой
Ход работы

1. 
   Изучить инструкцию.
   
2. 
   Нарисовать схему автоматического управления компрессорной установкой.
   
3. 
   Описать работу электрической схемы автоматического управления компрессорной установкой.
   
4. 
   Ответить на контрольные вопросы.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Назначение компрессоров.
   
2. 
   Как классифицируются компрессоры по принципу действия?
   
3. 
   Какими способами регулируется производительность компрессорной установки?
   
4. 
   Перечислите назначение аппаратуры управления автоматического управления компрессорной установкой.
   

Содержание отчета

1. 
   Номер, тема и цель работы.
   
2. 
   Схема автоматического управления компрессорной установкой – Рисунок 23.1.
   
3. 
   Описание работы электрической схемы автоматического управления компрессорной установкой.
   
4. 
   Ответы на контрольные вопросы.
   

Литература

1. 
   Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учебник/ В.П. Шеховцов. – 2-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2013. – 416 с.