Курсовая работа: Автоматизированный электропривод центрифуги

Курсовая работа: Автоматизированный электропривод центрифуги

Реферат

____ стр., 30 рисунок, формат А1 - 2.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЦЕНТРИФУГА, РЕГУЛЯТОР, РОТОР, СТАТОР, НАПРЯЖЕНИЕ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, СИЛОВАЯ СХЕМА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, НАПОР, КПД, НОМИНАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ, СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

Цель работы - разработать автоматизированный электропривод центрифуги. В курсовом проекте рассчитан и проверен двигатель, спроектирована функциональная, силовая и структурная схемы электропривода. Рассчитаны переходные процессы и построена нагрузочная диаграмма.

Оглавление

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Расчет статических нагрузок центрифуги периодического действия

3. Двигатели, применяемые в электроприводе

5. Проверка выбранного двигателя по нагреву, пусковой и перегрузочным способностям

6. Расчет недостающих параметров электродвигателя

7. Регулирование скорости в системе преобразователь частоты-двигатель переменного тока

8. Анализ статических характеристик ЭП и требования предъявляемые к ЭП (Определение структуры настроек регулятора) построение статических характеристик СУЭП

9. Моделирование переходных процессов СУЭП за цикл работы, определение основных энергетических показателей (ΔР,COSφ).

9.1 Моделирование переходных процессов СУЭП за цикл работы

9.2 Определение основных энергетических показателей (ΔР,COSφ)

10. Проектирование функциональной схемы ЭП. Расчет и выбор силовых элементов ЭП

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Практически во всех технологических процессах важное место занимает электропривод и является основным управляемым источником механической энергии.

Интенсификация технологических процессов, повышение точности, совершенствование технологии, стремление к ведению процессов с минимальными потерями энергии обусловлено тенденциями совершенствования развития автоматизированного электропривода, началом которого можно считать появление быстродействующих полупроводниковых источников питания электродвигателей. Характерным для этого этапа автоматизации электропривода является не только интенсивное и повсеместное применение полупроводниковой техники, но и широкое внедрение унифицированных управляющих устройств, предназначенных исключительно для преобразования информации.

Такие устройства резко повышают быстродействие процессов управления и расширяют возможности реализации сложных алгоритмов управления. Получила развитие аналоговая и цифровая управляющая техника. Подобного типа управляющие устройства становятся все более сходными с элементами электронных вычислительных машин, а структура автоматического электропривода полностью приобретает явные черты типовой структуры АСУ.

Внедрение новой технологии и все большее разнообразие механизмов, машин и агрегатов выдвигают перед системой автоматического управления электроприводами новые и сложные задачи. Если для отдельных механизмов требуется лишь обеспечение плавного пуска электродвигателя, то при установке механизмов в одну технологическую линию (для повышения производительности) появилась необходимость плавного и синхронно изменять рабочую частоту вращения всех двигателей. В этих случаях требования точности стабилизации частоты вращения каждого двигателя определяется лишь необходимостью поддержания заданной производительности.

Центрифуги этого типа изготовляются в двух конструктивных исполнениях: с фильтрующим и с осадительным роторами.

Фильтрующие центрифуги можно считать базовой конструкцией этого типа машин. Их применяют для разделения суспензий со средне - и мелкозернистой (размер частиц более ЗО мкм), преимущественно растворимой твердой фазой, когда допускается дробление частиц осадка.

Работа центрифуг наиболее эффективна при концентрации суспензии более 10% (об.). В этих конструкциях предусмотрена возможность хорошего отжима и эффективной промывки осадка.

Конструктивные модификации центрифуги с осадительным ротором предназначены для разделения малоконцентрированных плохо фильтрующихся суспензий с нерастворимой твердой фазой (размер частиц 5.40 мкм). Осадок в осадительных центрифугах не промывается.

Основное преимущество центрифуг типа ФГН состоит в возможности проведения всех стадий процесса в автоматическом режиме и при постоянной частоте вращения ротора. К недостаткам следует отнести измельчение кристаллов при срезе осадка, большие трудности регенерации фильтрующей перегородки при обработке суспензии с нерастворимой твердой фазой. Однако преимущества центрифуг типа ФГН значительнее их недостатков, поэтому спрос промышленности па них во всем мире по-прежнему высок.

Общий конструктивный признак центрифуг - горизонтальное расположение оси ротора 5, вал 7 которого вращается в подшипниках качения 6, установленных в станине 8 (рис.1). Привод центрифуги от электродвигателя через клиноременную передачу. На передней крышке центрифуги смонтированы механизм 3 среза осадка, разгрузочный бункер 1, питающая труба 2, труба промывки и регенерации (для фильтрующих центрифуг), регулятор уровня слоя загрузки и переключатель хода ножа.

Поворотная крышка подвешена на петлях, уплотнена резиновой прокладкой. Описанная конструкция наиболее распространена для центрифуг с консольным расположением ротора.

В отличие от фильтрующих, у осадительных центрифуг имеется механизм отвода фугата из ротора, состоящий из черпающей трубки с силовым гидроцилиндром, снабженным дросселем для регулировании скорости ввода трубки в ротор. У осадительных центрифуг нет клапанов промывки и регенерации, а также разделительных клапанов.

Рис.1. Конструктивная схема центрифуг типа ФГН с консольным ротором:

I - разгрузочный бункер; 2 - питающая труба; 3 - механизм среза осадка; 4 - кожух; 5 - ротор; 6 - опоры вала; 7 - вал; 8 - станина; 9 - привод

При работе фильтрующей центрифуги суспензия через регулируемый загрузочный клапан и питающую трубу поступает во вращающийся с полной скоростью ротор и равномерно распределяется по поверхности сит. Фильтрат, промывной фильтрат и жидкость после регенерации сит отводятся раздельно. При достижении заданной толщины слоя осадка в роторе подача суспензии автоматически прекращается, после чего происходит отжим и промывка осадка. Отжатый после промывки осадок срезается ножом (или скребком) и выгружается из центрифуги.

Типовой цикл работы фильтрующих центрифуг состоит из операции фильтрования суспензии с образованием осадка, его промывки, центробежного отжима после промывки, выгрузки осадка и регенерации фильтрующей перегородки. Последнюю операцию в зависимости от проницаемости слоя, остающегося после среза осадка, можно проводить в каждом цикле или через несколько циклов.

Центрифуги с ножевой выгрузкой осадка изготовляются в роторах диаметром 240.2500 мм, отдельные образцы были изготовлены с роторами диаметром 2600 и даже 3000 мм.

Распространены в основном две конструктивные разновидности центрифуг: с ротором, расположенным между опорами, и с консольным ротором. Центрифуги, в которых ротор расположен между опорами, изготовляются с одинарным или со сдвоенным ротором.

Обычно роторы диаметром до 1700 мм располагают консольно, свыше 1700 мм - между двумя опорами. Частота вращения ротора 750 об/мин.

Сдвоенные роторы горизонтальных центрифуг имеют диаметр 2000 мм и более. Большинство изготовителей производят центрифуги с одинарными роторами диаметром 600.2000 мм.

Базовая модель центрифуги ФГМ-63 имеет стандартную конструкцию консольной машины. Она выпускается в трех конструктивных модификациях (ФГН-СЗЗК-01, ФГН-633К-02, ФГН-031Т-03.) и предназначена для малотоннажных производств и опытно-промышленных установок. Основные узлы центрифуг: литая станина, главный вал, маслостанция и виброизолирующее устройство - унифицированы. Остальные узлы в зависимости от конкретных условий работы и свойств обрабатываемого продукта имеют свои конструктивные особенности и выполняются из различных материалов.

Одна из конструктивных модификаций (ФГН-633К. - 02) предназначена для разделения суспензий не только с растворимой, но и главным образом с нерастворимой твердой фазой.

При обработке суспензий с нерастворимой твердой фазой для удаления подслоя осадка проводится операция механической регенерации сит при пониженной частоте вращения ротора. Для выполнения этой операции в конструкцию центрифуги внесены изменения. Механизм среза осадка оборудован специальным механизмом удаления остаточного слоя осадка. Для сообщения ротору малой скорости вращения (70.80 об/мин) во время механической регенерации центрифуга оборудована дополнительным приводом, состоящим из гидромотора, обгонной муфты и маслонасосной станции. При такой скорости вращения снимаемый щеткой осадок подает в бункер.

Примером машины с расположением ротора между опорами является центрифуга ФГН-2001К-01. Для улучшения условий выгрузки осадка разгрузочный бункер машины (рис.2) имеет подвижное дно, установленное на амортизаторах. В него вмонтирован эксцентриковый вибратор. Разгрузочный механизм центрифуги с широким радиально перемещающимся ножом состоит из стального корпуса, на котором крепится режущее лезвие, гидравлического цилиндра для подъема ножа и приемного желоба, по которому срезанный осадок выводится наружу.

Рис.1.2 Центрифуга ФГН-2001К-01 с ротором расположенным между опорами

К тенденциям развития центрифуг типа ФГН в последнее десятилетие можно отнести следующие. Преимущественное развитие получили конструкции консольных центрифуг, которые стали выпускать с роторами диаметром до 2100 мм. Увеличилось число типоразмеров центрифуг в параметрических рядах большинства фирм-изготовителей. В связи с развитием осадительных центрифуг непрерывного действия снизился удельный объем производства центрифуг типа ОГН.

Совершенствование системы автоматического управления идет по пути замены программного управления (по реле времени) на параметрическое управление. Уже существуют системы, устанавливающие длительность операции промывки осадка по качественным показателям, продолжаются поиски конструктивных решений дистанционного контроля влажности осадка в роторе с целью управления длительностью операции отжима и т.д.

Расчет мощности производится по пусковому режиму, причем общая требуемая мощность состоит из нескольких слагаемых: [2]

, (2.1)

где Р1 - мощность, затрачиваемая на преодоление момента инерции барабана:

; (2.2)

mб - масса пустого барабана, 500 кг; v - окружная скорость барабана, м/с; τп - длительность пуска, 60 с; Р2 - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы материала:

; (2.3)

Vб - объем барабана, 1.7 м³;

ρс - плотность суспензии,1300 кг/м³;

Р3 - мощность, затрачиваемая на преодоление трения в подшипниках вала

, (2.3)

m∑ - суммарная масса барабана с загрузкой и других вращающихся деталей, связанных с валом, 900 кг;

f - коэффициент трения, находящиися в следующих пределах: f=0,07÷0,1;

vв - линейная скорость цапфы вала,15 м/с;

g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

, (2.4)

R - наружный радиус барабана, 1.2 м;

n - частота вращения барабана, об/мин.

Таким образом, полная потребляемая мощность с учетом потерь в передачах и подшипниках редуктора двигателя составляет:

 (2.5)

ηР - КПД редуктра; ηДВ - КПД двигателя;

Для расчета статических нагрузок принимаем следующий цикл работы

центрифуги:

Запуск механизма.

Работа с частотой вращения загрузки - 34 с.

Работа с частотой вращения отжима - 35с.

Работа с частотой вращения выгрузки - 18с.

Таким образом, в соответствии с циклограммой имеем три рабочих участка электропривода центрифуг

Для последующего расчета зададимся некоторыми характеристиками работы механизма:

Исходя из предложенного метода расчета, определим статические нагрузки механизма на каждом из рабочих участков.

Рассмотрим 1-ый участок работы:

P1= (P1+P2+P3+P4) /0,84=21,3кВт

Рассмотрим 2-ой участок работы:

Р2= (P1+P2+P3+P4) /0,84=77,92кВт

Рассмотрим 3-ий участок работы механизма:

Р3= (P1+P2+P3+P4) /0,84=21,07кВт

Далее определим моменты, действующие на центрифугу в статических режимах:

 (2.6)

,

На основе рассчитанных значений построим нагрузочную и скоростную диаграмму работы механизма:

Рисунок.2.1 нагрузочную и скоростную диаграмму работы механизма

Для предварительного выбора электродвигателя рассчитаем средний эквивалентный момент на валу механизма за цикл работы:

, (2.7)

Мс. i. - статический момент на i-ом интервале нагрузочной диаграммы механизма;

ti - продолжительность i-го интервала;

tц - время цикла;

n - число интервалов в цикле;

Для предварительного выбора приводного электродвигателя определяющее значение играет режим работы двигателя в системе и соответствие выбранного двигателя данному режиму работы механизма.

Принимая во внимание специфику процесса, делаем вывод о том, что проектируемый электропривод будет работать в кратковременном режиме, то есть в режиме S2.

Мощность двигателя, работающего в длительном циклическом режиме с переменной нагрузкой можно рассчитать по среднеквадратичному статическому моменту МСЭ:

, (2.8),  (2.9)

к - коэффициент запаса, учитывает динамические нагрузки, к=1,2

 Вт

С учетом всего вышесказанного останавливаем свой выбор на асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором серии 4А180M4Y3 со следующими рабочими характеристиками:

Двигатели, применяемые в электроприводе разделяются на две группы:

двигатели, предназначенные для привода механизмов длительного режима работы с неизменной (мало меняющейся) нагрузкой;

двигатели, работающие в динамических режимах.

Первая группа двигателей предназначена для следующих механизмов: насосы, вентиляторы, компрессоры, насосы, воздуходувки, транспортеры, дробилки, сушилки и т.д. Это электрические машины общего назначения: асинхронные двигатели серий АИ, 2АИ, АИР, 4А, двигатели постоянного тока серий 4П, 2П, П, синхронные двигатели СДН, СДН3, СДК, СДКП.

Вторая группа двигателей предназначена для механизмов с частыми пусками, торможениями, реверсами и большой частотой включения. Как правило, это механизмы кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы (подъемники, лебедки, краны, лифты, манипуляционные механизмы роботов и т.д.).

Наиболее характерными для промышленных электроприводов являются три режима работы.

Продолжительным номинальным режимом работы (S1) электрической машины называется режим ее работы при неизменной нагрузке такой продолжительностью, что превышения температуры всех частей машины достигают установившихся значений. [1]

Кратковременным номинальным режимом работы (S2) электрической машины называется режим, при котором период неизменной нагрузки чередуется с периодом отключения машины, при том периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры машины могли достигнуть установившихся значений, а периоды отключения настолько длительны, что все ее части охлаждаются до температуры охлаждающей среды. Для кратковременного режима работы рекомендуются продолжительности рабочего периода tр 15, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы (S3) называется режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки - рабочие периоды - чередуются с периодами отключения машины - паузами, причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры частей машины могли достигнуть установившихся значений. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения.

Для центрифуг периодического действия характерно то, что момент инерции центрифуг может в 50-100 раз превышать момент инерции двигателя, причем в процессе работы центрифуги значение его изменяется в широких пределах в связи с выделением жидкой фазы из обрабатываемого продукта. Это характерно для всех центрифуг периодического действия.

Для центрифуг периодического действия при расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать динамические моменты, возникающие при переходных процессах и составляющие при больших моментах инерции центрифуг весьма значительную величину. Для центрифуг периодического действия широко применяются многоскоростные АД.

Выполним операцию приведения моментов сопротивления, действующих на центрифугу, к валу двигателя.

Статический момент на валу рабочей машины, приведенный к валу электродвигателя, без учета потерь в передаче определяется выражением:

,

где Мм - момент сопротивления на валу рабочей машины;

j - передаточное число.

автоматизированный электропривод центрифуга двигатель

Передаточное число рассчитаем из условия соблюдения соответствия максимальных скоростей электродвигателя и механизма с учетом регулирования, то есть максимальная скорость вращения центрифуги за цикл работы должна соответствовать номинальной скорости вращения двигателя.

 (3.1)

для механизма

 (3.2)

Приведем моменты к валу электродвигателя:

, ,

Кинематическая схема:

4. Расчет динамических моментов и построение упрощенной нагрузочной и скоростной диаграммы электропривода

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость электромагнитного момента М, тока I или мощности Р от времени. В тех случаях, когда момент и ток связаны линейной (или примерно линейной) зависимостью, обычно нагрузочную диаграмму строят для момента, который определяют из основного уравнения движения электропривода:

, (4.1)

где МС - статический момент на валу двигателя;

Мдин - динамический момент электропривода;

JΣ - суммарный момент инерции электропривода, кг·м².

Динамический момент электропривода Мдин определи