离心式风机讲解.docx
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离心式风机讲解
成绩
电机与拖动
课程设计说明书
离心式风机电机拖动系统设计
学生姓名
学号
学院名称
信电工程学院
专业名称
电机与拖动
指导教师
2013年
1月
18日
4.2风机电路设计4
1课程设计目的
课程设计是高校工科类专业教学过程中一个十分重要的综合性教学环节,在设计过程中,学生利用本门课程及相关理论知识,去分析和解决本课程的综合性课题。
课程设计的主要目的是使学生学会综合运用理论知识的方法,正确使用所学知识和相关参考资料,以进一步提高自己分析问题和解决问题的能力,提高自身的综合素质。
通过课程设计,学生应树立正确的设计思想,掌握工程设计的程序、规范和方法,加深理解所学的理论基础知识,学会正确使用技术资料和快速查阅工具书的方法,培养自己严肃认真、一丝不苟和实事求事的作风。
本课程设计是“电机与拖动”的后续课程,他是结合“电机与拖动”课程知识对所学专业知识的一次较为广泛的综合训练课程;是完成教学计划达到教学目的的重要环节。
通过课程设计使我们掌握交、直流电机及其拖动技术,并通过对电机的选型设计及效验,电机控制电路设计等,来提高我们对所学知识的综合运用能力。
2课程设计题目及要求
题目2:
离心式风机电机拖动设计
离心式风机如图所示,在工作中,气流由风机轴向进入叶片空间,然后在叶轮的驱动下一方面随叶轮旋转;另一方面在惯性力的作用下提高能量,沿半径方向离开叶轮,靠产生的离心力来做功。
风机的相关参数如表1所示,其中功率为所需电机的功率。
该风机A工作方式为连续运转,启动时与另一台风机B连锁,即B开始运转后,A才能运转,否则A不能启动。
表1风机参数表
机号
转速r/min
风量m3/s
全压Pa
功率(kW)
12
1450
22.5--42.3
804--1542
75
1)选择用于拖动离心式风机的电机,电机应能可靠启动、运转、停止。
2)联锁电路设计应能可靠工作。
3离心式风机简介
3.1.离心式风机简介性能和原理
3.1.1.离心式风机性能
离心式风机实质是一种变流量恒压装置。
当转速一定时,离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。
由于内部损失,实际特性曲线是弯曲的。
离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。
对一个给定的进气量,最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。
对于一条给定的压力与流量特性曲线,就有一条功率与流量特性曲线。
当鼓风机以恒速运行时,对于一个给定的流量,所需的功率随进气温度的降低而升高。
3.1.2离心式风机的原理
离心式风机的工作原理与透平压缩机基本相同,只是由于气体流速较低,压力变化不大,一般不需要考虑气体比容的变化,即把气体作为不可压缩流体处理。
离心式风机是根据动能转换为势能的原理,利用高速旋转的叶轮将气体加速,然后减速、改变流向,使动能转换成势能(压力)。
在单级离心式风机中,气体从轴向进入叶轮,气体流经叶轮时改变成径向,然后进入扩压器。
在扩压器中,气体改变了流动方向造成减速,这种减速作用将动能转换成压力能。
压力增高主要发生在叶轮中,其次发生在扩压过程。
在多级离心式风机中,用回流器使气流进入下一叶轮,产生更高压力。
离心式风机可制成右旋和左旋两种型式。
从电动机一侧正视,叶轮顺时针旋转,称为右旋转风机,逆时针旋转,称为左旋。
3.2离心式风机的应用
3.2.1离心式风机的使用范围
离心式风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却;
锅炉和工业炉窑的通风和引风;
空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风;
谷物的烘干和选送;
风洞风源和气垫船的充气和推进等。
4离心式风机电机选型设计
4.1电机选型
三相交流异步电动机的选用,主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。
YB2系列电动机是以90年代属国际先进水平的德国西门子公司1MJ5、1MJ6和1MJ2隔爆型电机系列为赶超目标,结合我国防爆电机行业和市场的实际情况设计开发的防爆电机基本系列YB的更新换代产品,它达到了90年代国际同类产品的先进水平。
将为我国煤炭、石油、化学等工业部门的发展提供新一代的更先进和安全可靠的动力设备。
YB2电动机形成了完整的低压隔爆型三相异步电动机的系列。
、提高了产品的防护性能。
YB2电动机的防护性能由YB电动机的IP44提高至IP55,有利于产品可靠性的提高。
降低了产品的噪声和振动。
提高了产品的防爆安全性。
改善了电动机的使用维护性。
为了满足电动机在使用中不停机更换润滑脂及延长大修周期的需要。
提高了电动机运行的经济性。
YB2系列电动机作为我国防爆电机基本系列的更新换代产品不仅要具有良好的防爆安全性能、先进的电气性能,而且还要有显著的运行经济性,才能为市场所欢迎。
YB2电动机显著的运行经济性主要反映在电机效率和运行可靠性方面。
其中效率可以比较直观地反映经济性。
而运行可靠性则延长了电机使用寿命、降低了使用维护费用,间接地反映了电动机的运行经济性,具体表现在以下几个方面:
①效率和功率因数指标的提高,具有较好的节能效果;②电动机轴贯通部位隔爆参数的精确有效的设计和加工,确保了防爆安全性和运行可靠性,降低了运行故障的发生率,提高了运行的经济效益;③绝缘材料采用F级,而大多数机座号的电动机温升仍按B级考核,有利于延长电机使用寿命;④增设注排油装置,便于使用维护,有利于提高电机的运行可靠性;⑤堵转转矩、最大转矩比YB系列电动机提高了10%左右,提高了运行可靠性;⑥引接电缆与接线端子的连接由锡焊改为机械冷压结构,提高了运行可靠性。
综上所述,在根据上表电机的功率,我们可以选择YB2-280-4系列隔爆型三相异步电动机(75KW)。
其参数如下见表2:
表2电机参数表
产品类型
三相异步电动机
极数
4
额定功率
75KW
额定电压
380(V)
额定转速
1500(rpm)
产品认证
ccc
4.2风机电路设计
采用联轴器联接转动:
叶轮轴承座联轴器电动机
图3电动机电路图
电机容量贮备系数见下表4:
表4电机容量贮备系数表
轴功率(KW)
电动机容量贮备系数(K)
<0.5
>0.5~1
>1~2
>2~5
>5
1.5
1.4
1.3
1.2
1.15
一般风机
高压风机(>7500Pa直接启动的)
引风机
凡采用软启动(偶合器、水电阻、变频器等)
1.15
1.2
1.15~1.3
1.08~1.1
5离心式风机拖动系统分析
5.1拖动系统分析
离心式风机在工作中为连续转动,启动时与另一台风机联锁,即第二台开始运转后,第一台才能启动,否则第一台不能启动。
所以有了上面的电机选择。
5.2三相异步电动机降压启动
(1)电动机在启动时,应注意附近是否有人或杂物,以免造成人身事故或设备事故;
(2)电动机接通电源后,如果电机不能转动或者启动很慢,声音不正常及传动机构出现不正常现象,应立即切断电源检查,待查明原因排除故障后方可重新启动;
(3)启动多台电机时,应从大到小、有秩序地逐台启动,不可同时启动,以免过大启动电流造成线路压降过大或引起开关跳闸;
(4)电动机应避免频繁启动或尽量减少启动次数(特殊用途的电机除外),一般空载连续启动不超过3~5次,电机长期工作后,停机又启动不得超过2~3次。
因为电机长时间工作后,电机的启动电流很大,频繁启动或启动次数过多会使本来就未冷却好的绕组再次发热,影响电动机寿命。
所谓电动机的冷状态是指绕组温度与环境温度相同,即温升=0的状态;热状态是指绕组温度高于环境温度(如果停机时间很短,可认为停机后绕组温度与运行温度基本相同),即温升>0的状态。
电动机启动时,绕组的电流总是大于额定电流的,大电流在绕组中产生的热量将使其温度升高。
由于热状态下的初始温升高(r>0),所以热状态下启动电动机引起的温升必定高于冷状态下启动引起的温升,而且热状态启动时高温升作用时间长。
温升高低及高温升作用时间长短与绕组绝缘老化的程度有密切关系,这直接影响到电动机的使用寿命。
由于热状态下启动温时,温升值低,高温升作用时间短,所以通常允许连续启动2~3次。
异步电动机节能途径主要有:
选用YB2系列的高效率电动机、运行中的节能措施、提高检修质量、用磁性槽泥改造旧电机等。
(1)选用YB2系列的高效率电动机。
YB2系列电动机平均效率高于J02系列0.41%,其他各项指标也都优于已淘汰的J02系列。
年运行3000h以上电动机,应选用YX型高效电动机。
(2)运行中采用的节能措施:
①合理选用电动机容量,避免“大马拉小车”现象,提高负荷率。
负荷率达到70%以上时,运行效率将达到最高效率;②三角形接法的电动机在轻载时改为星形接法以降低绕组相电压,减少铁损,提高功率因数,减少定子电流,有较好的节能效果。
使用SJ系列自动控制接点仪能实现这种自动切换;③选用节能效果好的调整方式。
如绕线式电动机用晶闸管串级调整代替转子串电阻调整;鼠笼式电动机拖动风机、水泵负载使用变格调整代替阀门调节等,都有较好的节能效果;④经常空载运行的小型电动机加装自动停车装置,以减少空载损耗。
这样不仅节电,还能提高供电线路的功率因数。
(3)提高检修质量,结合检修进行技术改造:
①使用耐热、较薄的绝缘材料,增加导线截面或提高导线导电率,以降低铜损;②采用串接绕组、正弦形绕组、散布形绕组以减少附加铁损;③增加绕组线匝或扩大导线截面,采用磁性槽楔,以降低铁损;④采用节能型风扇、性能好的润滑脂,更换损坏的轴承,以降低通风损耗和摩擦损耗。
(4)用磁性槽泥改造旧电机。
磁性槽泥具有一定的导磁性,当磁感应强度为0.8T时,相对导磁率为2~4.5等,它是一种可塑性材料,可固化在槽口处,紧固性好,用于中、小型电动机,提高效率1.25%,温升平均下降13K。
6离心式风机控制电路设计
6.1电路设计及电路原件的选择
电路原件包括CU-38380V热继电器
开关
CJTI1-20380V交流接触器
RT18-32X380V熔断器
DH48S-S380V延时继电器
①×××××。
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××见表2-2。
表2-2国家选定的非国际单位制单位
量的名称
单位名称
单位符号
换算关系和说明
时间
分
[小]时
天(日)
min
h
d
1min=60s
1h=60min=3600s
1d=24h=86400s
平面角
[角]秒
[角]分
度
(″)
(′)
(°)
1″=(π/648000)rad
(π为圆周率)
1′=60″=(π/10800)rad
1°=60′=(π/180)rad
旋转速度
转每分
r/min
1r/min=(1/60)s-1
续表2-2
图5控制电路图
6.2相关参数校验
1.风机全压:
(未在标准情况下修正)
P1=P2×
式(6.1)
式中:
P1——表示工况全压(Pa)、
P2——表示设计标准压力(或表中全压Pa)、
B——表示当地大气压(mmHg)、
T1——表示工况介质温度℃、
T2——表示表中或未修正的设计温度℃、
760mmHg——表示在海拔0m,空气在20℃情况下的大气压。
海拨高度换算当地大气压:
(760mmHg)-(海拨高度÷12.75)=当地大气压(mmHg)
注:
海拔高度在300m(要求不高的情况下500mm)以下的可不修正。
1mmH2O=9.8073Pa
1mmHg=13.5951mmH2O
760mmHg=10332.3117mmH2O
2.轴功率:
N=
N(轴功率)×K(电机贮备系数)=电机所需功率式(6.2)
注:
0.8是风机效率,是一个变数。
0.98是一个机械效率也是一个变数(A型为1,D、F型为0.98,C、B、E型为0.95)
3.压力系数
式(6.3)
Ψ——表示压力系数
P——表示全压(Pa)
Ρ——表示气体密度(Kg/m3)
U——表示叶轮外缘园周速度(m/s)
机号为12,风机的转速为1450r/min,风量22.5~42.3m3/s,全压804~1542pa,功率75kW。
机号为12表示风机叶轮直径为1200mm。
风机的启动转矩计算公式:
启动转矩TS=J*a/gKgm式(6.4)
式中:
J——表示总的惯性力矩,Kgm
a——表示角加速度,rad/s2
g——表示重力加速度
(1)风机的惯性力矩:
J=26.4N·m
(2)带轮的惯性力矩:
Jfp=15.246.N·mJmp=12.18N·m
J=79.5N·m
角速度:
角加速度:
计算得W=151.8rad/sa=37.5rad/s2
取t=4s.
式中:
m——表示惯性轮的重量,kg
R——表示惯性轮的外半径,m
r——表示惯性轮的内半径,m
——表示风机带轮的惯性力矩,
——表示电机带轮的惯性力矩,
——表示电机的惯性力矩,
——表示风机的转速,rpm
——表示电机的转速,rpm
——表示电机的启动时间,s
经计算得Ts=301.4N·m。
额定转矩T=9550P/n
T——表示转矩,单位N·m
P——表示输出功率,单位KW
n——表示电机转速,单位r/min
计算得所选电机的额定转矩T=483.9N·m。
T>Ts因此可以启动
所选的YB2-280-4工作制:
S1.
连续工作制的电机一般都按照常值负载设计,该设计及出厂设计保证了电机在该额定功率下运行时的温升将不会超过允许值。
电机启动时,电流大、发热多,但时间很短,对连续工作电机温升影响不大,一般不需要进行温升校验。
结论
本课程设计是“电机与拖动”的后续课程,它是结合“电机与拖动”课程知识对所学专业知识的一次较为广泛的综合训练课程;是完成教学计划达到教学目标的重要环节。
通过课程设计使学生掌握交、直流电机及其拖动技术,并通过对电机的选型设计及校验,电机控制电路设计等,来提高学生对所学知识的综合运用能力。
通过这段时间的课程设计,从无知到认知,到深入了解,渐渐了我喜欢上了这个全新的专业,让我深刻的体会到学习过程是最美的。
在整个课程设计过程中,我每天都有很多新的体会。
经过一周的奋战,课程设计完成了,在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结,但通过这次课程设计发现自己的看法片面。
课程设计不仅是对所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的提高。
通过课程设计,让我更加明白学习是一个长期的积累过程,经后的工作、生活中应该不段的学习,努力提高知识和综合能力。
设计过程中,我查阅了大量的有关资料,并与同学交流,学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获还是很多的。
在设计中培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心。
让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦。
我的独立思考能力得到了相应的提高,在设计过程中,我不仅学到了知识,也让我感到了生活的充实和学习的快乐,以及获得知识的满足。
真正接触了实践,使我消除了从学校走向社会的恐惧心理,使我对未来充满了信心,以良好的心态去面对社会。
同时我也体验到了工作的艰辛,促使自己努力学习更多的知识,为自己今后的工作奠定良好的基础。
参考文献
[1]孙旭东,王善铭。
电机学。
北京:
清华大学出版社,2006
[2]戴文进等。
电机与拖动。
清华大学出版社,2008
[3]陈伯时。
电力拖动制动控制系统。
机械工业出版社,2011
[4]许志军等。
电气自动化控制技术实训教程,电力科技大学出版社,2008
[5]刘行川。
简明电工手册。
福建科学技术出版社,2003
附录
附录1
离心式风机是石材加工企业常用的辅助生产设备,主要用于通风与除尘装置中,如石材切割和打磨工序中旋风除尘器及布袋除尘器等均需要利用离心式风机对生产场地进行除尘处理,确保生产环境洁净,保护生产者身心健康。
风机是一种高耗能的设备,消耗的电力资源在石材加工中的比例较大,随着当前我国能源的日益短缺及高产、高效工作面的推广应用,节能降耗已成为石材生产企业普遍关注的问题,许多石材生产企业把降低风机的电耗作为当前的重要工作。
降低风机的电耗除了提高风机本身的效率外,合理地选用风机的调节方式是最重要的,因为石材生产的负荷随工艺的需求而时刻变化,大多数风机都需要根据主机负荷而经常调节流量。
当前,石材加工企业风机的节能调节方法比较陈旧,一般采用节流调节。
当采用节流调节时,风机的流量主要采用调节阀门或节流挡板来进行调节,风机的节流量大,低负荷时甚至节流50%以上,由于存在节流损失及偏离高效区运行,能量浪费非常严重。
而如果调节风机的转速,既口以取消节流损失,又可以保证风机始终运行在高效区,因此可以大幅度节约电能。
可以说调节风机的转速来运行风机是一种有效的节能方式,体现了当前建材工业生产的新趋势。
离心式风机的工作原理与透平压缩机基本相同,只是由于气体流速较低,压力变化不大,一般不需要考虑气体比容的变化,即把气体作为不可压缩流体处理。
离心式风机是根据动能转换为势能的原理,利用高速旋转的叶轮将气体加速,然后减速、改变流向,使动能转换成势能(压力)。
在单级离心式风机中,气体从轴向进入叶轮,气体流经叶轮时改变成径向,然后进入扩压器。
在扩压器中,气体改变了流动方向造成减速,这种减速作用将动能转换成压力能。
压力增高主要发生在叶轮中,其次发生在扩压过程。
在多级离心式风机中,用回流器使气流进入下一叶轮,产生更高压力。
离心式风机可制成右旋和左旋两种型式。
从电动机一侧正视,叶轮顺时针旋转,称为右旋转风机,逆时针旋转,称为左旋,
离心式风机实质是一种变流量恒压装置。
当转速一定时,离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。
由于内部损失,实际特性曲线是弯曲的。
离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。
对一个给定的进气量,最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。
对于一条给定的压力与流量特性曲线,就有一条功率与流量特性曲线。
当鼓风机以恒速运行时,对于一个给定的流量,所需的功率随进气温度的降低而升高。
附录2
离心式风机是一台构造复杂的设备,主要有进风口,风阀,叶轮,电机、出风口组成。
在不同的状态下,离心式风机的效果也不相同。
因此,不同的部分运行状况不同时,离心式风机的效果会受到影响。
将离心式风机调试至最佳状态,可以从多个方面入手。
1、离心式风机允许全压起动或降压电动,但应注意,全压起动时的电流约为5-7倍的额定电流,降压起动转矩与电压平方成正比,当电网容量不足时,应采用降压起动。
2、离心式风机在试车时,应认真阅读产品说明书,检查接线方法是否同接线图相符;应认真检查供给风机电源的工作电压是不是符合要求,电源是否缺相或同相位,所配电器元件的容量是否符合要求。
3、试车时人数不少于两人,一人控制电源,一人观察风机运转情况,发现异常现象立即停机检查;首先检查旋转方向是否正确;离心式风机开始运转后,应立即检查各相运转电流是否平衡、电流是否超过额定电流;若有不正常现象,应停机检查。
运转五分钟后,停机检查风机是否有异常现象,确认无异常现象再开机运转。
4、双速离心式风机试车时,应先起动低速,检查旋转方向是否正确;起动高速时必须待风机静止后再启动,以防高速反向旋转,引起开关跳闸及电机受损。
5、离心式风机达到正常转速时,应测量风机输入电流是否正常,离心式风机的运行电流不能超过其额定电流。
若运行电流超过其额定电流,应检查供给的电压是否正常。
6、离心式风机所需电机功率是指在一定工况下,对离心式风机和风机箱,进风口全开时所需功率较大。
若进风口全开进行运转,则电机有损坏的危险。
风机试车时最好将风机进口或出口管道上的阀门关闭,运转后将阀门渐渐开启,达到所需工况为止,并注意风机的运转电流是否超过额定电流。
严格按照上述调试方式对离心式风机进行调试,可让离心式风机的效率达到98%以上。
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