Електропривід доїльних установок машин для первинної обробки молока (стр. 2 из 4)
Рис. 2. Кінематична схема електропривода сепаратора:
1 — барабан; 2 — черв'як; 3 — шестірня;4 — клинопасова передача; 5 — електродвигун; 6 — відцентрово-фрикційна муфта(або шків)
Подача відцентрового насоса залежить від напору та частоти обертання, тому, користуючись напірними характеристиками, можна визначити інші характеристики насоса.
Електропривід сепараторів молока. Для виділення молочного жиру з молока використовують сепаратори. Принцип дії сепаратора ґрунтується на здатності механічних сумішей розподілятися у полі дії відцентрових сил за рахунок різної густини сумішей, з яких вони складаються. Розподіл відбувається всередині сепараторного барабана, який обертається з великою частотою, причому щільніші частинки (молочний жир) пересуваються до периферії. Виходячи з технологічного процесу, до електропривода сепаратора висувають жорсткі вимоги відносно частоти обертання барабана. За умови значних коливань швидкості порушується процес сепарування і стає можливим момент, коли вершки будуть відходити до молочник відвійок, а ті, навпаки, зможуть потрапляти до вершків. Тому для привода сепараторів використовують трифазні асинхронні електродвигуни, які мають жорстку механічну характеристику.
Незважаючи на різноманітне технологічне призначення молочних сепараторів, конструктивно вони відрізняються тільки будовою барабана. Кінематичну схему електропривода сепаратора наведено на рис. 2. Від електродвигуна 5 обертання через клинопасову передачу 4, відцентрово-фрикційну муфту (або шків) 6, шестірню 3 та черв'як 2 передається барабану 1. Характерним для привода барабана є те, що передаточне число менше за одиницю:
Барабани сепараторів мають частоту обертання, яка у 2 - 4 рази перевищує найбільшу швидкість обертання ротора асинхронного електродвигуна, тому зведений момент інерції системи двигун — робоча машина досить великий. Виходячи з основного рівняння руху електропривода, час розгону сепаратора перебуває у прямій залежності від зведеного моменту інерції. Залежно від типу сепаратора і схеми пуску розгін барабана триває 100 - 480 с.
Механічна характеристика сепаратора має вентиляторний характер і без урахування резонансних піків може бути виражена залежністю
де Мс — момент опору сепаратора, зведений до вала електродвигуна, Н * м; Мо — початковий момент опору, Мо = (0,2 - 1,0) Н • м; Ь — коефіцієнт пропорційності, який залежить від якості обробки елементів кінематичної схеми привода, маси барабана, ступеня шорсткості поверхні барабана, Н • м/(рад/с)2; со — кутова швидкість барабана, рад/с. Для сепараторів продуктивністю 50 - 1000 л/год
Ь = 1,8 • 10~6 Н • м/(рад/с)2.
Потрібна потужність електродвигуна Р, кВт, для привода сепаратора у робочому режимі може бути визначена за виразом
де к — 1,2-2 — коефіцієнт, який враховує потужність, необхідну для надання кінетичної енергії рідині, що надходить до барабана, а також для подолання гідродинамічних втрат, втрат тертя у підшипниках, передавальному механізмі тощо.
Під час розгону сепаратора в механічній характеристиці його можливе виникнення резонансних піків. Особливо небезпечні вони на початковій стадії розгону, коли пік в механічній характеристиці сепаратора збігається при початковій швидкості з мінімальним моментом на механічній характеристиці асинхронного електродвигуна. Тому робоча частота обертання вала барабана сепаратора не повинна знаходитися У зоні резонансу коливань. Це основна умова нормальної роботи сепаратора.
Рис. 3. Механічні характеристикидвошвидкісного електродвигуна (1, 2)і сепаратора (3)Рис. 4. Відцентрово-фрикційна муфта сепаратора:
1 — диск; 2 — палець; З — колодки; 4 —ведений барабан; 5 — привідний вал сепаратора
При вмиканні сепаратора у роботу розрізняють такі три режими:
1. пуск у дію, коли потужність електродвигуна зменшується від пускової до потужності холостого ходу;
2. прикладання навантаження, коли потужність трохизбільшується, а потім спадає;
3. усталений режим при постійному навантаженні тачастоті обертання.
В умовах перехідного режиму під час пуску момент, що створюється механічними коливаннями системи в період першого резонансу та биття, більший за сумарний статичний момент в 1,5 - 2 рази. Пускова потужність сепаратора в 1,3-2 рази більша за потрібну потужність у робочому режимі.
Якщо для привода сепаратора встановити трифазний асинхронний короткозамкнений електродвигун згідно з потужністю сталого режиму сепарування, то кратність пускового моменту має бути не менше за 1,8 - 2, кратність максимального моменту — 2,2-2,4, а кратність мінімального моменту — 1,0. Встановлювати для привода сепаратора двигуни із завищеною потужністю недоцільно, оскільки під час пуску виникають додаткові динамічні зусилля, які можуть призвести до поломки черв'ячної пари. Тому для полегшення пуску використовують двошвидкісні двигуни, або одношвидкісні з відцентрово-фрикційною муфтою.
Механічні характеристики двошвидкісного двигуна та сепаратора, наведені на рис. 3, показують, що динамічний момент на першій швидкості майже у 2 рази більший, ніж на другій. Тому розгін здійснюється за умов великого моменту і меншої швидкості. Коли швидкість двигуна досягає певного значення, автоматично відбувається перемикання обмотки статора двигуна на другу підвищену швидкість. З цією метою на валу електродвигуна встановлено тахогенератор, який підключено до обмотки проміжного реле. Оскільки розгін здійснюється при більшому моменті, то час пуску скорочується, зменшується і нагрівання двигуна. Загальні втрати у двигуні в цьому випадку у два рази менші, ніж при одноступінчастому пуску.
Відцентрово-фрикційну муфту наведено на рис. 4. При вмиканні електродвигуна диск, закріплений шпонкою на валу електродвигуна, починає обертатися. Пальці 2 починають тягти колодки 3, які ковзають по внутрішній циліндричній поверхні барабана 4, насадженого на горизонтальний вал привода сепаратора. Коли швидкість диска 1 дорівнює нулю або близька на нього, то зчеплення колодок із внутрішньою поверхнею барабана дорівнює нулю, тому момент від вала двигуна до веденого привідного вала 5 не передається. При збільшенні частоти обертання відцентрова сила зростає, колодки притискаються до внутрішньої поверхні барабана і відповідно зростає сила тертя між колодками і барабаном. Розміри барабана, колодок та матеріали для їх виготовлення вибирають так, щоб механічні характеристики електродвигуна і відцентрово-фрикційної муфти перетинались на робочій ділянці механічної характеристики за умови значення моменту, близького до критичного (рис. 5). При цьому починається розгін електропривода при великому надлишковому моменті. Струм електродвигуна у початковий момент досягає пускового, а потім за частки секунди знижується до 1,5 — 2 кратного значення, при якому і відбувається розгін сепаратора. При вмиканні без відцентрово-фрикційної муфти пусковий струм впливає на обмотки практично увесь час періоду розгону. Нагрівання електродвигуна при пуску з відцентрово-фрикційною муфтою знижується у кілька разів, при цьому зменшується час розгону електропривода внаслідок того, що надлишковий момент є досить значним. У зв'язку з тим, що під час розгону сили тертя і ковзання також значні, відбувається посилене нагрівання муфти, тому рекомендується здійснювати не більше 2 пусків-розгонів підряд.
доїння молоко вакуумний механізація
Рис. 5. Привідні характеристики сеператора:
а — механічні характеристики двигуна (і), сепаратора (2) та муфти (3); б — навантажувальна діаграма електродвигуна на період розгону сепаратора
При вмиканні електродвигуна швидкість ротора майже миттєво досягає значення сосв, при цьому встановлюється момент Мсв, за умов якого починається розгін привідного вала сепаратора. Від моменту Мсв до Му відцентрово-фрикційна муфта працює із значним ковзанням, при цьому швидкість привідного вала сепаратора зростає від 0 до <ву.
За час і]_, який триває частки секунди, момент електродвигуна змінюється від пускового значення Мп до Мсв, яке визначається моментом зчеплення між колодками муфти та веденим барабаном. За час £2 відбувається розгін барабана від нерухомого стану до швидкості юсв, а на дільниці і% момент електродвигуна зменшується від значення Мсв до сталого М , який визначається точкою перетину механічних характеристик сепаратора та електродвигуна.