Реферат: Компрессоры

Введение

Компрессоры– это устройства для создания направленного тока газа под давлением.Компрессорные установки довольно сильно распространены, они широко используютсяв холодильных установках, в пневматических устройствах, а также вконтрольно-измерительной аппаратуре.

Компрессоры, упрощенно, состоят из

1.  Электродвигателяили привода;

2.  Нагнетающейустановки;

3.  Емкостей длясжатого газа;

4.  Соединительныхшлангов и труб.

Электродвигателиприменяемые в компрессорных установках могут быть постоянного и переменноготока. Двигатели переменного тока делятся на синхронные и на асинхронные.Асинхронные двигатели в свою очередь на АД с короткозамкнутым ротором и АД сфазным ротором.

Для асинхронные двигателей скороткозамкнутым ротором преимуществами для их установки в компрессоре являетсяих экономичность, простота, удобство конструкции и большая надежности работы.Их недостатки это пусковой ток, который в 5 – 7 раз превышает номинальный токдвигателя и малый пусковой момент.

Асинхронные двигатели используютгораздо реже (в основном в центробежных насосах). Они используются в маломощныхсетях или если требуется значительный пусковой момент (при относительнонебольшом пусковом токе). Но у них сложная пускорегулирующая аппаратура итребуется уход за щетками и кольцами.

Синхронные двигатели используются вкомпрессорах большой мощности (более 100 кВт). У  них очень высокий коэффициентмощности (cosj= 1) и они не очень восприимчивы кизменениям нагрузки. Но в тоже время они значительно дороже асинхронныхдвигателей и при пуске у них наблюдаются те же недостатки что и у АД скороткозамкнутым ротором.

Линейные электроприводы бываютэлектромагнитными, магнитоэлектрическими и индукционными. У них низкий КПД, ноони все равно эффективны (из-за отсутствия кривошипно-шатунного  механизма исоответствующих потерь на трение). Они применяются  в основном при небольшихпоршневых усилиях и при малом ходе поршня.

Нагнетающие устройства это устройствакоторые под действием силы приложенной от привода нагнетает газ в специальныеемкости, которые способны выдержать то давление которое может создатькомпрессор.

Компрессор очень важная установка онаприменяется от банальных (охлаждение бытового холодильника) до космических (охлаждение жидкостных ускорителей ракетоносителя).

 

1.  Техническоезадание

1.1Характеристика существующих электромеханических систем

Совокупность определённымспособом соединённых электрических и механических звеньев называетсяэлектромеханической системой (ЭМС).

Электродвигатели,являющиеся элементом ЭМС, по роду тока разделяют на электродвигателипеременного тока (однофазные и трёхфазные) и постоянного тока. Электродвигателипеременного тока подразделяются на: синхронные, асинхронные и линейные.

Из АД наибольшеераспространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, так как ониимеют высокую надёжность. Однако они обладают такими серьёзными недостатками,как большой пусковой ток и малый пусковой момент.

АД с фазным роторомприменяют в ЭМС при маломощной сети или в компрессорных машинах с массивныммаховиком. Эти двигатели обеспечивают большой пусковой момент при относительномалом пусковом токе. Однако более сложны в изготовлении, а как следствие иболее дорогостоящие, обладают меньшей надёжностью.

При работе с ЭМС большоймощности (более 100 кВт) предпочитают синхронные эл. Двигатели. Они обладаютпостоянной частотой вращения (в пределах допустимых моментов нагрузки), высокимкоэффициентом мощности (cosj  при некотором перевозбуждении синхронные двигатели могут работать сопережающим током, при котором имеет место эффект компенсации реактивноймощности в сеть). Несмотря на все достоинства синхронных двигателей они имеютпри пуске такие же недостатки как и асинхронные с короткозамкнутым ротором.

Высокими показателямихарактеризуются системы с линейным эл. приводом. По принципу действия эти эл.двигатели подразделяются на электромагнитные, электродинамические,магнитоэлектрические и индукционные. Наибольшее распространение в приводекомпрессоров и насосов получили первые два типа. ЭМС с линейным электроприводом,несмотря на низкий КПД, эффективны вследствие отсутствия кривошипно-шатунногомеханизма и соответствующих потерь на трение.

1.2 Цельвыбора электродвигателя

Достоинства АД могут бытьполностью реализованы лишь при условии правильного выбора и примененияэлектродвигателя. От правильного выбора электродвигателя по мощности зависятнадёжность его работы в составе ЭМС и энергетические показатели в процессеэксплуатации. При установке электродвигателя с излишней мощностью неоправданновозрастают габариты системы, её масса, стоимость, ухудшаются энергетическиепоказатели. При установке электродвигателя излишней производительности — увеличениюпотерь и времени выхода на рабочий режим.

Поэтому мощностьэлектродвигателя должна выбираться в строгом соответствии с режимом работы инагрузкой.

Однако при расчёте невсегда оказывается полученная мощность стандартной. И в этом случае необходимовыбирать электродвигатель ближайшего большего значения.

Итак, целью выбораэлектродвигателя является, во-первых, определение технической возможностиприменения двигателя и, во-вторых, нахождение наилучшего варианта из техническивозможных по каталогам, учитывая род тока и напряжение, конструктивноеисполнение. Уровень шума и вибрации, режим работы.

1.3Каталожные данные

Каталоги содержат всенеобходимые данные для выбора элелектродвигателей. В каталога указываетсятипоразмер двигателя, номинальная мощность, частота вращения, ток статора, КПД,коэффициент мощности cosφ кратность пускового тока, кратность пусковогомомента, кратность минимального момента, кратность максимального момента, динамическиймомент инерции ротора.

1.3.1Типоразмер двигателя

Серия 4А является массовой серией АД. Онаохватывает диапазон номинальных мощностей от 0.06 до 400 кВт с высотой осивращения
от 50 до 355 мм.

В серии 4А принятасистема обозначений см. таблицу 1:

Таблица 1

4А Х Х Х Х Х Х Х Х Х 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

где 1- название серии (4А);

2 — исполнение АД по способу защиты: буква Н — исполнение IP 23, отсутствие буквы — IP 44;

3 — исполнение АД по материалу станины и щитов: А — станина и щиты алюминиевые; Х — станина алюминиевая, щиты чугунные или наоборот; отсутствие буквы — станина ищиты, чугунные или стальные;

4 — высота оси вращения, мм;

5 — установочный размер по длине станины: S — меньший, М — средний, L — больший;

6 — длина сердечника статора: А — меньшая, В — большая, отсутствие буквы означает,что при данном установочном размере (S, M или L) выполняется только одна длинасердечника;

7 — число полюсов АД;8 — модификация по конструкции и условиям окружающей среды: Н- малошумные, Б — со встроенной температурной защитой, Е — с электромагнитнымтормозом, П — с повышенной точностью к установочным размерам, Ш — сподшипниками скольжения,      Ф — фреономаслостойкие, Х — химостойкие, СХ — сельскохозяйственные;

9 — климатическое исполнение: У — для умеренного климата,     ХЛ — для холодногоклимата, Т — для тропического, О — для всех климатических районов на суше, М — с умеренным холодным морским климатом, ОМ — для любого района плавания;

10 — категория размещения: 1 — на открытом воздухе, 2 — в помещениях, где колебаниятемпературы и влажности воздуха незначительны, 3 — в закрытых помещениях сестественной вентиляцией, 4 — в помещениях с искусственно регулируемым климатом,5 — в помещениях с повышенной влажностью.

1.3.2Номинальные данные

Режим работы, длякоторого электрическая машина предназначена предприятием-изготовителем,называется номинальным.

Номинальные данныеэлектрической машины, характеризующие номинальный режим её работы, относятся кработе на высоте до 1000 м над уровнем моря и при температуре газообразнойохлаждающей среды не более 40 0С и охлаждающей воды не более 30 0С.

Номинальной мощностьюэлектрического двигателя называют полезную механическую мощность на валу. Стандартизованныйряд мощностей установлен ГОСТ 12139 — 84.

Двигатели должнысохранять номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинальногозначения в пределах ± 10% и отклонениях частоты сети в пределах ± 2.5 %.

Ряд синхронных частотвращения устанавливает ГОСТ 10683 — 73. Наиболее распространёнными значениямиявляются: 750; 1000; 1500; 3000 об/мин.

Номинальные значениянапряжений устанавливает ГОСТ 23366 — 78. В настоящее время широкораспространены следующие значения: 0,22; 0,38; 0,66; 6; 10 кВ.

В зависимости от мощности и номинальногонапряжения, соединение обмоток статора может быть выполнено по схеме«звезда» или «треугольник».

Начальный пусковой токэлектрического двигателя — это установившийся ток в обмотке статора при неподвижном роторе иноминальных значений напряжения, частоты и схемы соединения обмоток статора.

Начальный пусковоймомент электродвигателя – это вращающий момент электродвигателя, развиваемый при неподвижномроторе, установившемся токе и номинальных значений напряжения и частоты.

Максимальный вращающиймомент — наибольшиймомент вращения, развиваемый двигателем при номинальных условиях.

Минимальный вращающиймомент — наименьшийвращающий момент, развиваемый АД с короткозамкнутым ротором в процессе разгонаот неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальномумоменту при номинальных условиях.

Критическое скольжение – это скольжение, при котором АДразвивает максимальный вращающий момент.

Момент инерции являетсямерой инертности тела и влияет на динамические характеристики машины.

1.3.3 Конструктивноеисполнение и способ монтажа

 

Согласно ГОСТ 2479 — 79электрические машины классифицируются по конструктивному исполнению и способумонтажа. Условное обозначение состоит из двух букв IM и четырёх цифр (см. таблицу 2).

Таблица 2

IM Х Х Х Х 1 2 3 4

Первая цифра — конструктивное исполнение:

1 — налапах с подшипниковыми щитами (с пристроенным редуктором);

2 — налапах с фланцем на подшипниковом щите;

3 — безлап с подшипниковыми щитами, с цокольным фланцем;

4 — безлап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;

5 — машины без подшипников;

6 — налапах с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками;

7 — машины со стояковыми подшипниками;

8 — свертикальным валом, кроме групп от IM1 доIM4;

В каждойиз восьми групп машины подразделяются в зависимости от способа монтажа (втораяи третья цифры в условном обозначении).

Четвёртаяцифра обозначает исполнение конца вала электрические машины:

0 — без конца вала;

1 — с одним цилиндрическим концомвала;

2 — с двумя цилиндрическимиконцами вала;

3 — с одним коническим концом;

4 — с двумя коническими концами;

5 — с одним фланцевым концом;

6 — с двумя фланцевыми концами;

7 — с фланцевым концом на однойстороне и цилиндрическим концом на другой стороне;

8 — прочие исполнения конца вала.

 

1.3.4Степень защиты

Под этимпонятием понимается защита обслуживающего персонала от соприкосновения стоковедущими и вращающимися частями, находящимися внутри электрических машин, изащита от попадания внутрь твёрдых тел и воды.

По ГОСТ14254 — 80 условное обозначение состоит из букв IP и двух цифр. Первая цифра характеризует степеньзащиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями,находящимися внутри электрических машин, и защита от попадания внутрь твёрдыхтел.
Вторая — степень защиты от проникновения воды внутрь электрических машины.

Крометого, выпускаются электрические машины для работы в особых условиях:морозостойкие, влагостойкие, химостойкие, тропические, взрывозащищённые.

1.3.5Способ охлаждения

 

Обозначениеспособов охлаждения устанавливает ГОСТ 20459 — 75.

Способыохлаждения обозначаются двумя латинскими буквами IC и характеристикой цепи охлаждения. Каждая цепь имеетхарактеристику, обозначаемую латинской буквой, указывающей на хладагент, идвумя цифрами. Первая цифра показывает возможность циркуляции хладагента,вторая — способ подвода энергии к хладагенту. Если хладагентом является воздух,то допускается опускать букву.

В АДприменяются следующие способы охлаждения:

а) IC01 — двигатели  со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с вентилятором на валу двигателя;

б) IC05 — двигатели  со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с вентилятором, имеющимнезависимый привод;

в) IC0041 — двигатели  со степенями защиты IP43, IP44, IP45 с естественным охлаждением;

г) IC0141 — двигатели  со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с наружным вентилятором на валудвигателя;

д) IC0541 — двигатели  со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с вентилятором, имеющим независимыйпривод.

1.3.6Нагревостойкость системы изоляции

 

СогласноГОСТ 8865 — 70 изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах,разделяются на классы по нагревостойкости. Каждому классу соответствуетопределённая максимальная температура. Значения температур приведены в таблице3.

Таблица 3

Класс нагревостойкости системы изоляции Y A E B F H C Температура, °С 90 105 120 130 155 180 Более 180

Внастоящее время разработаны изоляционные материалы с допустимой температурой от220 до 240 ОС, которые применяются в электрических машинахспециального назначения.

1.3.7Уровень шума и вибраций

 

Взависимости от требований к уровню шума электрические машины по ГОСТ 16372 — 84разделяются на четыре класса:

1 — электрические машины без предъявления требований к уровню шума;

2 — эл.Машины с малошумными подшипниками и вентиляторами;

3 — эл.Машины с пониженным использованием активных материалов, закрытые, сподшипниками скольжения;

4 — эл.Машины со специальными звукоизолирующими кожухами.

Всоответствии с рекомендациями ГОСТ 16921 — 83 для электрических двигателейобщего назначения установлены следующие классы вибрации: h < 80 mm — 1.1mm/c, 80 < h < 132 mm — 1.8 mm/c, 132 < h < 225 mm — 2.8 mm/c, h> 225 mm — 4.5 mm/c.Для специальных и прецизионных эл. Приводов с особо жёсткими требованиями квибрации и надёжности должны применяться эл. Двигатели, имеющие уровеньвибрации на два класса ниже, чем у двигателей общего назначения.

2.   Исходные данные

Выбрать электродвигатель для привода компрессора.

Условияработы: на открытом воздухе, влажность до 90 %; перепад температур от – 20°С до +20°С; высота над уровнем моря до 1000 м. Момент сопротивления,приведенный к валу компрессора показан в приложении 1 кривая 1, остальныеисходные данные приведены в таб. 4.

Таблица 4

Момент сопротивления, МС, Н*м

Передаточное отношение редуктора, i

Номинальная частота вращения, nН,

об/мин

Момент инерции механизма, Jмех,

Кг*м2

180 3 730

3*10-2

3.   Расчет

3.1      Выбор электродвигателя

3.2      Предварительный выборэлектродвигателя

3.2.1     По заданнымзначениям момента сопротивления, приведенный к валу двигателя

/>;                                       (1)

/>  (Нм).

3.2.2    Определяем угловую частотувращения

/>;

/> (рад/с).

3.2.3    Определим эквивалентную мощностьэлектродвигателя

/>;                                               (2)

/> (кВт).

3.2.4    Выбираем асинхронный двигатель егопараметры даны в табл. 5.

Таблица 5

Тип двигателя

Рн,

КВт

При номинальной

нагрузке

Мк

Мн

Мп

Мн

МminMн

Iп

Iн

J,

кг*м2

nн (синхр.),

об/мин

n,

об/мин

h,

%

cosj

4А112МВ8У3 3,0 700 79,0 0,74 2,2 1,9 1,4 5,0

2,5*10-2

750

3.2.5    Проверяем электродвигатель наразвиваемый момент при минимальном напряжении

/>;                                               (3)

/> (Нм),

где Mmin –минимальный момент, развиваемый электродвигателем при минимальном напряжениипитания Umin;

Uн – номинальное напряжение питания.

3.3. Уточненный расчет

3.3.1     Определяем минимальный икритический момент двигателя

/>;

/> (Нм),

/>;

/> (Нм).

3.3.2     Определяем электромеханическуюпостоянную времени

/>;                                          (4)

/> (с),

где ω0– скорость холостого хода двигателя по каталожным данным, рад/с;

Мк – критический момент двигателя, Нм;

Jд и Jмех –моменты инерции двигателя и механизма, кг*м2.

3.3.3     Находим номинальное и критическоескольжения

/>;                                                 (5)

/>,

/>;                                          (6)

/>,

3.3.4     С помощью формулы Клосса

/>,                                               (7)

 построим механическуюхарактеристику двигателя. Определяем ряд значений Мди частотывращения ротора

/>.

Вычислениясводим в табл. 6. По данным табл. 6 строим график рабочего участка механическойхарактеристики /> 

(Приложение2 рис. 1).

Таблица 6

S

S

Sк

Sк

S

S + Sк

 Sк     S

Mд,

Нм

1-S

n,

об/мин

ω,

рад/с

0,0123

0,0246

0,0369

0,0492

0,0616

0,0739

0,0862

0,0985

0,1109

0,1111

0,2222

0,3333

0,4444

0,5556

0,6667

0,7778

0,8889

1

9

4,5

3

2,25

1,8

1,5

1,2857

1,125

1

9,1111

4,7222

3,3333

2,6944

2,3556

2,1667

2,0635

2,0139

2

18,9518

36,5659

51,8017

64,0845

73,3042

79,6949

83,6796

85,7407

86,3361

1

0,9877

0,9754

0,9630

0,9507

0,9384

0,9261

0,9137

0,9014

0,8891

750

740,7

731,5

722,3

713

703,8

694,5

685,3

676,1

666,8

78,5

77,6

76,6

75,6

74,7

73,7

72,7

71,8

70,8

69,8

3.3.5     По формуле

/>,                                   (8)

определяем значения моментовдвигателя для углов поворота вала компрессора. Вычисления сводим в табл. 7. Повычисленным данным строим график /> (Приложение1).

Таблица 7

αк, град

t,

с

/>

/>

Мск,

Нм

/> Нм

/>Нм

Мдк,

Нм

0   14.4   28.8   43.2   57.6   72.0   86.4 100.8  115.2  129.6  144.0  158.4  172.8  187.2  201.6  216.0  230.4  244.8  259.2  273.6  288.0 302.4  316.8  331.2  345.6

0    0.0099    0.0197    0.0296    0.0395    0.0493    0.0592

0.0690    0.0789    0.0888    0.0986    0.1085    0.1184    0.1282

0.1381    0.1479    0.1578    0.1677    0.1775    0.1874    0.1973

0.2071    0.2170    0.2268

0,2367

0    0.3827    0.7653    1.1480    1.5306    1.9133    2.2960

2.6786    3.0613    3.4440    3.8266    4.2093    4.5919    4.9746

5.3573    5.7399    6.1226    6.5052    6.8879    7.2706    7.6532

8.0359    8.4185    8.8012

9,1839

1

0,68

0,465

0,317

0,216

0,147

0,1

0,068

0,0468

0,032

0,022

0,015

0,01

0,007

0,0047

0,0032

0,0022

0,0015

0,001

0,0007

0,0005

0,0003

0,0002

0,0002

0,0001

0          -4.500      -7.20     -1.80     12.60   36.0 64.80 90.0 100.8 99.00 81.00 45.00 9.00 10.80 21.60 59.40 99.00 135.00 147.60 147.60 136.80 120.60 97.20 57.60 30.60

66.1875   70.6875   73.3875   67.9875   53.5875   30.1875    1.3875       -23.8125    -34.6125 

-32.8125 

-14.8125   21.1875   57.1875   55.3875  44.5875    6.7875       -32.8125     -68.8125    -81.4125     -81.4125    -70.6125    -54.4125    -31.0125    8.5875 

35,5875       

66.1875   48.2120   34.1387   21.5708   11.5961    4.4554    0.1397             -1.6349                -1.6208                -1.0480                 -0.3227    0.3148    0.5795    0.3828    0.2102    0.0218                      -0.0720                  -0.1029               -0.0830                 -0.0566               -0.0335                -0.0176                -0.0068    0.0013 

0,0037 

22.0625   14.5707    8.9796    6.5903    8.0654   13.4851   21.6466   29.4550   33.0597   32.6507   26.8924   15.1049    3.1932    3.7276    7.2701   19.8073   32.9760   44.9657   49.1723   49.1811   45.5888   40.1941    33.3977   30.2004   25.2012

3.3.6     Для определения текущих значениймощности  на валу электродвигателя и тока статора воспользуемся формулами:

/>,                                                  (9)

/>.                                          (10)

Результаты занесем в табл. 8.

Таблица 8

Мдк,

Нм

ωк,

рад/с

Р2к,

Вт

Iдк,

А

22,0625  

14,5707

8,9796

6,5903   

8,0654   13,4851   21,6466   29,4550   33,0597   32,6507   26,8924   15,1049    3,1932

3,7276

7,2701  

19,8073   

32,9760  

44,9657  

49,1723  

49,1811  

45,5888  

40,1941   

33,3977  

30,2004  

25,2012

77,4

77,7

78,2

78,3

78,1

77,8

77,3

77,0

76,8

76,7

77,2

77,7

78,4

78,4

78,2

77,4

76,8

76,1

75,7

75,7

75,9

76,4

76,7

77,0

77,4

1707,6

1132,1

702,2

516

629,9

1049,1

1673,3

2268

25390

2504,3

2076,1

1173,7

250,3

292,2

568,5

1533,1

2532,6

3421,9

3722,3

3723

3460,2

3070,8

2561,6

2325,4

1950,6

    4,4381

    2,9424

   1,8250

   1,3411

   1,6371

   2,7267

   4,3488

   5,8945  

   6,5987

   6,5086

   5,3957 

   3,0503

   0,6506

   0,7595

   1,4776

   3,9844

   6,5820

   8,8933

   9,6742

    9,6759

   8,9928

   7,9809

   6,6575

   6,0437

   5,0694

3.3.7    По полученным значениям Iдк определяемэквивалентный ток по формуле

/>                                           (11)

3.3.8    Проверяем двигатель по условиямнагрева

/>, />;

/>,

/>.

3.3.9    Проверяем двигатель на перегрузкупо моменту.

/>,

/>.

         

Список используемой литературы

1.  Методическиеуказания «Выбор электропривода для компрессорных машин и установок», ЗавьяловЕ.М.,  1989Копылов А.В.

2.   «Электрическиемашины».

3.   Заключение

Сделав расчет мы выяснили, что в данном случаеучитывая род тока и напряжения, конструктивное исполнение, уровень шума ивибрации, режим работы нужно использовать двигатель 4А112МВ8У3, которыйудовлетворяетнас по условиям нагрева и по перегрузке по моменту.

/> <td/> />
Приложение 1

Приложение 2

/>