3.1 Анализ кинематической схемы механизма и определение её параметров. Составление математической модели механической части электропривода и определение её параметров.

Кинематическая схема электропривода представлена на рисунке 3.1:

1 – Асинхронный электродвигатель; 2 – Муфта; 3 – Насос.

Рисунок 3.1 - Кинематическая схема электропривода

Для того, чтобы рассчитать параметры кинематической схемы, вначале необходимо выбрать электродвигатель, насос и муфту.

Выбор насоса осуществляем по следующим условиям:

(3.1)

где

Q- расход воды, м³/ч;

H- напор, м.

Давление и напор связаны формулой:

(3.2)

откуда находим:

(3.3)

где

p- давление, Па;

γ - удельный вес, Н/м³.

Подставим начальные данные в формулу (3.3):

где

, для воды.

Учитывая вышеприведенные условия из [1] выбираем центробежный консольный насос 1К-150-125-315б. Центробежные консольные насосы типа 1К, предназначены для перекачивания технической воды (кроме морской), а также других жидкостей сходных с водой по плотности, вязкости, химической активности с температурой от -10 до 105ºС, pH=6...9, с содержанием твердых включений не более 1% по массе, размером не более 0,2мм. Условное обозначение насоса:

Насос 1К-150-125-315б,

где 1К - консольный;

150 - диаметр входного патрубка, мм;

125 - диаметр выходного патрубка, мм;

315 - номинальный диаметр рабочего колеса, мм;

"б" - уменьшенный диаметр рабочего колеса.

Технические параметры насоса указаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Технические параметры центробежного консольного насоса 1К-150-125-315б

Характеристики насоса 1К-150-125-315б представлены на рисунке 3.2.

Для соединения вала насоса и двигателя будем использовать фланцевую муфту. Выбор муфты произведем по номинальному моменту электродвигателя.

Согласно ГОСТ 20761-96 выбираем фланцевую стальную муфту 125-90-11-УЗ со следующими параметрами [2]:

Таблица 3.2 – Параметры фланцевой полумуфты

Рисунок 3.2 - Характеристики насоса 1К-150-125-315(б)

Для расчета момента инерции полумуфты, необходимо её поделить на несколько полых толстостенных цилиндров. При расчете не будем учитывать фаски и паз для шпонки, что практически не даст никаких погрешностей и немного облегчит расчет.

Момент инерции толстостенного цилиндра рассчитывается по формуле 3.3.

Рисунок 3.3 – Конструкция и размеры фланцевой полумуфты

(3.3)

где

R- внешний радиус;

r- внутренний радиус;

m- масса толстостенного цилиндра.

Для расчета также необходимо знать массу, которую будет определять по следующей формуле:

(3.4)

где ρ=7800 кг/м³- плотность стали.

Первый толстостенный цилиндр имеет параметры R₁=55мм,r₁=16мм,l₁=15мм. Тогда масса и момент инерции равны:

Второй толстостенный цилиндр имеет параметры R₂=26мм,r₂=16мм,l₂=67мм. Тогда масса и момент инерции равны:

Третий толстостенный цилиндр имеет параметры R₃=22,5мм,r₃=16мм,l₃=2мм. Тогда масса и момент инерции равны:

Масса и момент инерции тела, соответствующие отверстию для болтов, рассчитываются по следующим формулам:

(3.5)

где R_отв.- радиус отверстия.

(3.6)

Момент инерции муфты, состоит из суммы момент инерции 2 полумуфт и определяется формулой:

(3.7)

Расчет момента инерции насоса будем производить приняв следующее допущение: момент инерции насоса состоит из суммы моментов инерции вала и диска. Диск имеет толщину 10мм и диаметр, равный диаметру рабочего колеса. Момент инерции диска будем считать моментом инерции рабочего колеса, в который вогнуты лопатки турбомеханизма.

(3.8)

Габаритные размеры вала и колеса представлены в таблице 3.3:

Таблица 3.3 - Габаритные размеры насоса 1К-150-125-315б

Момент инерции цилиндра определяется по формуле:

. (3.9)

Масса цилиндра определяется по формуле:

(3.10)

Подставим (3.9) и (3.10) в (3.8) и рассчитаем момент инерции насоса:

Суммарный момент инерции электропривода находится по следующей формуле:

(3.11)

3.2 Расчет нагрузок, построение механической характеристики М_мех=f(ω) и нагрузочной диаграммы механизма М_мех=f(t)

Согласно [3], при работе турбомеханизмов с противодавлением H_сстатический момент М_сна валу выражается зависимостью:

(3.12)

где

(3.13)

P_c.ном- номинальная механическая мощность турбомеханизма,

P₀- мощность на валу турбомеханизма при расходеQ=0 и угловой скоростиω=ω_ном,

H₀- напор турбомеханизма, соответствующий расходуQ=0 ( закрытая задвижка) иω=ω_ном,

Н_с- статический напор в трубопроводе. Согласно рисунку 1.1 Н_с=5м.

М₀- момент, определяемый мощностью Р₀.

Для построения зависимости статического момента насоса от угловой скорости необходимо вначале рассчитать М₀и М_с.ном.

Согласно рисунку 3.2 P₀=7кВт. Подставим это значение в формулу (3.13):

где

Подставим значения в (3.12):

С помощью программы MicrosoftOfficeExcel2007 рассчитаем и построим график зависимости статического момента насоса от угловой скорости. Расчеты зависимости статического момента от угловой скорости насоса 1К-150-125-315б и график представлены в таблице 3.4 и на рисунке 3.4 соответственно:

Таблица 3.4 - Расчет механической характеристики насоса

Рисунок 3.4 - Зависимость статического момента насоса 1К-150-125-315б от угловой скорости