Введение
Компрессоры – это устройства для создания направленного тока газа под давлением. Компрессорные установки довольно сильно распространены, они широко используются в холодильных установках, в пневматических устройствах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре.
Компрессоры, упрощенно, состоят из
1. Электродвигателя или привода;
2. Нагнетающей установки;
3. Емкостей для сжатого газа;
4. Соединительных шлангов и труб.
Электродвигатели применяемые в компрессорных установках могут быть постоянного и переменного тока. Двигатели переменного тока делятся на синхронные и на асинхронные. Асинхронные двигатели в свою очередь на АД с короткозамкнутым ротором и АД с фазным ротором.
Для асинхронные двигателей с короткозамкнутым ротором преимуществами для их установки в компрессоре является их экономичность, простота, удобство конструкции и большая надежности работы. Их недостатки это пусковой ток , который в 5 – 7 раз превышает номинальный ток двигателя и малый пусковой момент.
Асинхронные двигатели используют гораздо реже (в основном в центробежных насосах). Они используются в маломощных сетях или если требуется значительный пусковой момент (при относительно небольшом пусковом токе). Но у них сложная пускорегулирующая аппаратура и требуется уход за щетками и кольцами.
Синхронные двигатели используются в компрессорах большой мощности (более 100 кВт). У них очень высокий коэффициент мощности (cosj = 1) и они не очень восприимчивы к изменениям нагрузки. Но в тоже время они значительно дороже асинхронных двигателей и при пуске у них наблюдаются те же недостатки что и у АД с короткозамкнутым ротором.
Линейные электроприводы бывают электромагнитными, магнитоэлектрическими и индукционными. У них низкий КПД, но они все равно эффективны (из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и соответствующих потерь на трение). Они применяются в основном при небольших поршневых усилиях и при малом ходе поршня.
Нагнетающие устройства это устройства которые под действием силы приложенной от привода нагнетает газ в специальные емкости , которые способны выдержать то давление которое может создать компрессор.
Компрессор очень важная установка она применяется от банальных (охлаждение бытового холодильника) до космических ( охлаждение жидкостных ускорителей ракетоносителя).
1. Техническое задание
1.1 Характеристика существующих электромеханических систем
Совокупность определённым способом соединённых электрических и механических звеньев называется электромеханической системой (ЭМС).
Электродвигатели, являющиеся элементом ЭМС, по роду тока разделяют на электродвигатели переменного тока (однофазные и трёхфазные) и постоянного тока. Электродвигатели переменного тока подразделяются на: синхронные, асинхронные и линейные.
Из АД наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, так как они имеют высокую надёжность. Однако они обладают такими серьёзными недостатками, как большой пусковой ток и малый пусковой момент.
АД с фазным ротором применяют в ЭМС при маломощной сети или в компрессорных машинах с массивным маховиком. Эти двигатели обеспечивают большой пусковой момент при относительно малом пусковом токе. Однако более сложны в изготовлении, а как следствие и более дорогостоящие, обладают меньшей надёжностью.
При работе с ЭМС большой мощности (более 100 кВт) предпочитают синхронные эл. Двигатели. Они обладают постоянной частотой вращения (в пределах допустимых моментов нагрузки), высоким коэффициентом мощности (cosj при некотором перевозбуждении синхронные двигатели могут работать с опережающим током, при котором имеет место эффект компенсации реактивной мощности в сеть). Несмотря на все достоинства синхронных двигателей они имеют при пуске такие же недостатки как и асинхронные с короткозамкнутым ротором.
Высокими показателями характеризуются системы с линейным эл. приводом. По принципу действия эти эл. двигатели подразделяются на электромагнитные, электродинамические, магнитоэлектрические и индукционные. Наибольшее распространение в приводе компрессоров и насосов получили первые два типа. ЭМС с линейным электроприводом, несмотря на низкий КПД, эффективны вследствие отсутствия кривошипно-шатунного механизма и соответствующих потерь на трение.
1.2 Цель выбора электродвигателя
Достоинства АД могут быть полностью реализованы лишь при условии правильного выбора и применения электродвигателя. От правильного выбора электродвигателя по мощности зависят надёжность его работы в составе ЭМС и энергетические показатели в процессе эксплуатации. При установке электродвигателя с излишней мощностью неоправданно возрастают габариты системы, её масса, стоимость, ухудшаются энергетические показатели. При установке электродвигателя излишней производительности - увеличению потерь и времени выхода на рабочий режим.
Поэтому мощность электродвигателя должна выбираться в строгом соответствии с режимом работы и нагрузкой.
Однако при расчёте не всегда оказывается полученная мощность стандартной. И в этом случае необходимо выбирать электродвигатель ближайшего большего значения.
Итак, целью выбора электродвигателя является, во-первых, определение технической возможности применения двигателя и, во-вторых, нахождение наилучшего варианта из технически возможных по каталогам, учитывая род тока и напряжение, конструктивное исполнение. Уровень шума и вибрации, режим работы.
1.3 Каталожные данные
Каталоги содержат все необходимые данные для выбора элелектродвигателей. В каталога указывается типоразмер двигателя, номинальная мощность, частота вращения, ток статора, КПД, коэффициент мощности cosφ кратность пускового тока, кратность пускового момента, кратность минимального момента, кратность максимального момента, динамический момент инерции ротора.
1.3.1 Типоразмер двигателя
Серия 4А является массовой серией АД. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 0.06 до 400 кВт с высотой оси вращения
от 50 до 355 мм.
В серии 4А принята система 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 и щиты, 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 длина сердечника;
7 - число полюсов АД;8 - модификация по конструкции и условиям окружающей среды: Н - малошумные, Б - со встроенной температурной защитой, Е - с электромагнитным тормозом, П - с повышенной точностью к установочным размерам, Ш - с подшипниками скольжения, Ф - фреономаслостойкие, Х - химостойкие, СХ - сельскохозяйственные;
9 - климатическое исполнение: У - для умеренного климата, ХЛ - для холодного климата, 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 колебания температуры и влажности воздуха незначительны, 3 - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, 4 - в помещениях с искусственно регулируемым климатом, 5 - в помещениях с повышенной влажностью.
1.3.2 Номинальные данные
Режим работы, для которого электрическая машина предназначена предприятием-изготовителем, называется номинальным.
Номинальные данные электрической машины, характеризующие номинальный режим её работы, относятся к работе на высоте до 1000 м над уровнем моря и при температуре газообразной охлаждающей среды не более 40 0С и охлаждающей воды не более 30 0С.
Номинальной мощностью электрического двигателя называют полезную механическую мощность на валу. Стандартизованный ряд мощностей установлен ГОСТ 12139 - 84.
Двигатели должны сохранять номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах ± 10 % и отклонениях частоты сети в пределах ± 2.5 %.
Ряд синхронных частот вращения устанавливает ГОСТ 10683 - 73. Наиболее распространёнными значениями являются: 750; 1000; 1500; 3000 об/мин.
Номинальные значения напряжений устанавливает ГОСТ 23366 - 78. В настоящее время широко распространены следующие значения: 0,22; 0,38; 0,66; 6; 10 кВ.
В зависимости от мощности и номинального напряжения, соединение обмоток статора может быть выполнено по схеме "звезда" или "треугольник".
Начальный пусковой ток электрического двигателя - это установившийся ток в обмотке статора при неподвижном роторе и номинальных значений напряжения, частоты и схемы соединения обмоток статора.
Начальный пусковой момент электродвигателя – это вращающий момент электродвигателя, развиваемый при неподвижном роторе, установившемся токе и номинальных значений напряжения и частоты.
Максимальный вращающий момент - наибольший момент вращения, развиваемый двигателем при номинальных условиях.
Минимальный вращающий момент - наименьший вращающий момент, развиваемый АД с короткозамкнутым ротором в процессе разгона от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальному моменту при номинальных условиях.
Критическое скольжение – это скольжение, при котором АД развивает максимальный вращающий момент.