电气工程课程设计-离心式风机电机拖动系统设计.docx
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1、学生姓名学生学号指导教师东 北 石 油 大 学课程设计课程电气工程课程设计题目离心式风机电机拖动系统设计院系电气信息工程学院电气工程系专业班级电气2012 年 7 月 18 日东北石油大学课程设计任务书课程电气工程课程设计题目离心式风机电机拖动系统的设计专业电气姓名学号主要内容: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
2、降耗已成为石材生产企业普遍关注的问题,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。参考资料:1孙旭东,王善铭.电机学M.北京:清华大学出版社,2006 2戴文进等.电机与拖动M.清华大学出版社,20083许志军等.电气自动化控制技术实训教程M,电力科技大学出版社,2008 4陈伯时.电力拖动制动控制系统M.机械工业出版社,20115刘行川.简明电工手册M.福建科学技术出版社,2003完成期限2012.7.10 至 2012.7.18指导教师 专业负责人2011 年 7 月 9 日目 录1设计要求12 离心式风机简介12.1 离心式风机性能12.2 离心式风机原理
3、13 离心式风机电机选型设计33.1 电机选型33.2 电机选型的一般步骤43.3 特定场合电机选型使用分析54 离心式风机拖动系统设计84.1 拖动系统分析84.2 三相异步电动机降压启动84.3 离心式风机的调压方法95 离心式风机控制电路设计105.1 电路设计及电路原件的选择105.2 相关参数校验116 结论12参考文献131 设计要求(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) 满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近;(4) 最高效率要高,效率曲线平坦;(5) 压力曲线的稳定工作区间要宽;(6) 足够的强度,刚度,
4、工作安全可靠;(7) 调节性能好;(8) 维护方便。2 离心式风机简介2.1 离心式风机的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。2.2 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
5、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
6、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 离心式风机电机选型设计3.1 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,由已知参数选取电机 Y280S-4Y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合 IEC
7、标准,外壳防护等级为 IP44,冷却方法为 IC411,连续工作制(S1)。适用于驱动无特殊要求的机械设备,如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。Y 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315 电动机符合 Y 系列(IP44)三相异步电动机技术条件 JB/T9616-1999。Y355电动机符合 Y 系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80315 电动机采用 B 级绝缘。Y355 电动机采用 F 级绝缘。额定电压为 380V,额定频率为 50Hz。功率 3kW 及以下为 Y 接法;其它功率均为接法。电动机运
8、行地点的海拔不超过1000m;环境空气温度随季节变化,但不超过 40;最低环境空气温度为-15; 最湿月月平均最高相对湿度为 90%;同时该月月平均最低温度不高于 25。电动机有一个轴伸,按用户需要,可制成双轴伸,第二轴伸亦能传递额定功率,但只能用联轴器传动。机号转速 r/min表 3-1风量 m3/s全压Pa功率(kw)12145022.5-42.3804-154275电机名称:表 3-2Y 系列三相异步电机型号:Y280S-4额定功率kw:100转速 r/min:1480电流:140.7效率:92.7功率因数:.88堵转电流额定电流:7堵转转矩额定转矩:1.9最大转矩额定转矩:重量:562
9、噪音:类别:90Y 系列此电机完全符合要求且利用率最高所以比较合适3.2 风机选型的一般步骤3.2.1 计算确定场地的通风量风机风量的定义为:风速 V 与风道截面积 F 的乘积。大型风机由于能够用风速计准确测出风速。所以风量计算也很简单.直接用公式 Q=VF 便可算出风量。风机数量的确定根据所选房间的换气次数,计算厂房所需总风量,进而计算得风机数量。计算公式: N=Vn/Q 其中:N-风机数量(台),V-场地体积( m3),n-换气次数(次/时),Q-所选风机型号的单台风量(m3/h)。风机型号的选择应该根据厂房实际情况。尽量选取与原窗口尺寸相匹配的风机型号。风机与湿帘尽量保持一定的距离(尽可
10、能分别装在厂房的ft墙两侧)。实现良好的通风换气效果,排风侧尽量不靠近附近建筑物,以防影响附近住户。如从室内带出的空气中含有污染环境,可以在风口安装喷水装置,吸附近污染物集中回收.不污染环境。3.2.2 计算所需总推力 ItI = DP A (N )tt其中,At:隧道横截面积(m2) P:各项阻力之和(Pa);一般应计及下列 4 项:(1) 隧道进风口阻力与出风口阻力;(2) 隧道表面摩擦阻力,悬吊风机装置、支架及路标等引起的阻力;(3) 交通阻力;(4) 隧道进出口之间因温度、气压、风速不同而生的压力差所产生的阻力。3.2.3 确定风机布置的总体方案根据隧道长度、所需总推力以及射流风机提供
11、推力的范围,初步确定在隧道总长上共布置 m 组风机,每组 n 台,每台风机的推力为 T。满足 mnTT的t 总推力要求,同时考虑下列限制条件:(1)n 台风机并列时,其中心线横向间距应大于 2 倍风机直径(2)m 组(台)风机串列时,纵向间距应大于 10 倍隧道直径3.2.4 单台风机参数的确定射流风机的性能以其施加于气流的推力来衡量 ,风机产生的推力在理论上等于风机进出口气流的动量差 (动量等于气流质量流量与流速的乘积 ),在风机测试条件先,进口气流的动量为零,所以可以计算出在测试条件下,风机的理论推力:理论推力= p Q V = pQ2 / A(N )P:空气密度(kg/m3) Q:风量(
12、m3/s)A:风机出口面积(m2)试验台架量测推力 T1 一般为理论推力的 0.85-1.05 倍.取决于流场分布与风机内部及消声器的结构 .风机性能参数图表中所给出的风机推力数据均以试验台架量测推力为准,但量测推力还不等于风机装在隧道内所能产生的可用推力 T,这是因为风机吊装在隧道中时会受到隧道中气流速度产生的卸荷作用的影响 (柯达恩效应),可用推力减少.影响的程度可用系数 K1 和 K2 来表示和计算。T=T1K1K2 或 T1=T(K1K2)其中 T:安装在隧道中的射流风机可用推力(N)T1: 试验台架量测推力(N)K1:隧道中平均气流速度以及风机出口风速对风机推力的影响系数K2:风机轴
13、流离隧道壁之间距离的影响系数3.3 特定场合风机选型使用分析3.3.1 仓库通风首先,看仓储货品是否是易燃易爆货品,如:油漆仓库等,必须选择防爆系列风机。其次,看噪声要求高低,可以选择屋顶风机或环保式离心风机,(而且有款屋顶风机是风力启动,更可以省电。最后,看仓库空气所需换气量的大小,可以选择最常规的轴流风机 SF 型或排风扇 FA 型。3.3.2 厨房排风首先,对于室内直排油烟的厨房(即排风口在室内墙上),可以根据油烟大小选择 SF 型轴流风机或 FA 型排气风扇。其次,对于油烟大,且油烟需要经由长管道,并管道里有打弯处理的厨房,强烈建议使用离心风机(4-72 离心风机最为通用, 11-62
14、 低噪声环保型离心风机也很实用),这是因为离心风机的压力较轴流风机大, 且油烟不经过电机,对电机的保养和换洗更容易。最后,建议油烟强烈的厨房选用以上两种方案并用,效果更佳。3.3.3 高档场所通风对于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉 OK 厅等高档场所通风,就不适宜用常规风机了。首先,对于小室的通风,使通风管道连接中央通风管的房间,可以在兼顾外观与噪声基础上,选择 FZY 系列小型轴流风机,它体积小,塑料或铝制外观,低噪声与高风量并存。其次,对风量与噪声要求更严格的角度说,风机箱是最好选择。箱体内部有消音棉,外接中央通风管道后可以达到减噪的显著效果。最后,补充一下,对于健身房的室内吹风,务必选
15、则大风量的FS 型工业电风扇,而非 SF 型岗位式轴流风机。这是从外观及安全性方面考虑。3.3.4 污水处理中风机选型应注意的问题(1) 鼓风机是污水处理工程中常用的充氧设备,在污水厂风机选型时,风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数 ,我国规定的风机标准进气状态: 压力 p0 =101. 3 kPa ,温度 T0 = 20 ,相对湿度 = 50 % ,空气密度 = 1. 2 kg/ m3 。然而风机在实际使用中并非标准状态,当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时,风机的性能也将发生变化,设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数,而需要根据实际使用状态将风机的
16、性能要求,换算成标准进气状态下的风机参数来选型。(2) 风机选型中应关注鼓风机出口压力影响因素的分析容积式鼓风机排气压力的高低并不取决于风机本身,而是气体由鼓风机排出后装置的情况,即所谓“背压”决定的 ,曝气鼓风机具有强制输气的特点。鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。实际上,鼓风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作, 而且只要强度和排气温度允许,也可以超过额定排气压力工作。对于污水处理厂而言,排气系统所产生的绝对压力(背压) 为管路系统的压力损失值、曝气池水深和环境大气压力之和,如图 1 所示。若由于某种原因,如曝气头或管路堵塞,使管路系统的压力损失增加,“背压”也会升高 ,
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