Регулируемые электропривод шахтного вентилятор

Содержание

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра «Электропривода и электрооборудования»

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой__________________/Ю.Н.Дементьев/

«___»___________________2011 г.

 

 

ЗАДАНИЕ

на  выполнение выпускной квалификационной работы

на соискание квалификации БАКАЛАВР

Студенту  гр: 7А74  Клиничеву Александру Леонидовичу

1. Тема выпускной  квалификационной работы: «Регулируемые электропривод шахтного вентилятора».

утверждена  приказом ректора (распоряжением проректора-директора  ЭНИН)

от ___________№_________

2. Срок сдачи  студентом готовой работы 01.06. 2011 г.

3. Исходные данные  к работе:

Производительность, Q_В=4 м³/с,

Напор(давление), H=0,06·10⁵ Па,

КПД вентилятора, η_в=0,55

КПД передачи η=1

4. Содержание  текстового документа:

Реферат.

4.1. Введение.

4.2.Общие сведения  о вентиляторах.

4.3 Расчет мощности  двигателя и предварительный  его выбор.

4.4.Выбор вентилятора.

4.5.Выбор преобразовательного устройства для регулируемого электропривода.

4.6. Выбор аппаратуры защиты и управления.

4.7. Расчет энергетических показателей электропривода.

4.9. Расчет статических  и динамических характеристик  электропривода.

4.10. Расчет искусственных (регулировочных) характеристик для регулируемого электропривода.

4.11. Расчет электромеханических переходных характеристик при пуске, набросе и сбросе нагрузки, при мгновенном изменении задания.

4.12.  Разработка функциональной схемы системы регулируемого электропривода.

4.13.Заключение.

4.14.Список литературы.

 

Руководитель:	__________ подпись	__________ дата	Н.В. Гусев
Задание принял к исполнению
	__________ подпись	__________ дата	А.Л. Клиничев

 

 

 

Реферат

 

Выпускная квалификационная работа содержит 51 с., 30 рисунков, 12 таблиц , 4 источника.

Ключевые слова:  ЭЛЕКТРОПРИВОД, ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР, АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ЕСТЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ИСКУСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ.

Объектом исследования является регулируемый электропривод шахтного вентилятора по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель.

Цель работы – исследование регулируемого электропривода шахтного вентилятора по системе ПЧ–АД с короткозамкнутым ротором.

В процессе работы использовалось как специальное  обеспечение (MATLAB R2010), так и стандартные программы (Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Visio).

В результате выполнения курсового проекта была осуществлена разработка электропривода переменного  тока с автоматическим управлением, соответствующая условиям технического задания.

Достигнутые технико-эксплуатационные показатели: высокие показатели переходных процессов (перерегулирование, быстродействие), относительно высокие энергетические показатели системы.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2007.

 

 

 

 

Введение

Атмосфера подземных  горных выработок шахт в силу ограниченного их объема легко насыщается различными вредностями техногенного или природного характера. Превышение допустимых концентраций вредностей опасно для здоровья и жизни работающих в выработках и ограничивает возможности проведения производственных процессов. Основное направление борьбы с вредностями в подземных горных выработках – их разжижение подаваемым в выработки свежим воздухом до допустимых концентраций.

Современное горное предприятие немыслимо без принудительной вентиляции. Прекращение проветривания влечет за собой остановку всего технологического комплекса шахты или рудника, к выводу людей на поверхность, прекращению работы всех машин и механизмов. От надежной, безотказной работы системы проветривания полностью зависит безопасность, а зачастую и жизнь людей, работающих в шахте.

Возникновение движения воздуха в некотором  объеме связано с наличием в этом объеме зон, обладающих более высоким уровнем энергии по сравнению с уровнем, необходимым для состояния покоя. Воздух движется от зоны с большим энергетическим уровнем к зоне с меньшим уровнем.

В связи с  необходимостью наличия в шахтных  условиях надежного, необходимой мощности и управляемого источника сил движения воздуха, в качестве основного источника этих сил используется вентилятор.

Вентиляторы широко применяются во всех отраслях промышленности. На их привод расходуется огромное количество электроэнергии, вырабатываемой в стране. В частности, в горной отрасли на привод вентиляторов, обслуживающих шахту, уходит до 8 ¸ 10% электроэнергии расходуемой всей шахтой. В связи с этим, создание высокоэкономичных вентиляторов и правильное их использование имеет большое экономическое значение.

Целью моей работы является расчет электропривода вентилятора, удовлетворяющего техническим условиям и требованиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация вентиляторов, их конструкция

Вентиляционные  сети шахт представляют собой совокупность большого количества подземных выработок, отличающихся разнообразием параметров, влияющих на аэродинамику этих сетей. Эти параметры постоянно меняются, следовательно, меняется и аэродинамика сетей.

Выработки могут иметь  различную форму поперечного  сечения, величина этого сечения  колеблется в пределах от 3 м² до 40 м². В больших пределах колеблется и длина выработок, доходя иногда до нескольких тысяч метров. Степень шероховатости стенок выработок, влияющая на величину аэродинамического сопротивления, зависит от типа и размеров крепи выработок и тоже меняется в широких пределах.

Потребители воздуха в  шахте отличаются большим разнообразием как по количеству необходимого воздуха, так и по времени его подачи. В качестве потребителя может фигурировать отдельная выработка, так и вся шахта или значительная ее часть.

Эти обстоятельства привели  к необходимости создания группы специализированных шахтных вентиляторов, отвечающих по своим параметрам запросам горной отрасли.

Основное отличие шахтных  вентиляторов от вентиляторов, применяющихся в других отраслях промышленности – большая производительность при довольно высоких параметрах по давлению. Производительность этих вентиляторов может доходить до 500¸600 м3/с, величина разности давления, создаваемая шахтными вентиляторами, ограничивается значением 0,5¸10,0 кПа.

По своему назначению шахтные вентиляторы условно  подразделяются на три группы:

• главные вентиляторы, обслуживающие вентиляционную сеть всей шахты или большей ее части;
• вспомогательные вентиляторы, обслуживающие значительную часть вентиляционной сети шахты или работающие совместно с главным;
• вентиляторы местного проветривания (ВМП), обеспечивающие воздухом отдельный забой, выработку или рабочее место.

В качестве главных  и вспомогательных могут применяться одни и те же вентиляторы значительных размеров. ВМП составляют отдельную группу вентиляторов, отличающихся небольшими размерами, малой мощностью привода и, как правило, небольшой производительностью.

1.1. Конструкции шахтных вентиляторов

Все выпускающиеся  для горной отрасли вентиляторы  относятся по конструкции к так  называемым «лопастным нагнетателям». В вентиляторах этого типа энергия вращающегося ротора преобразовывается в потенциальную и кинетическую, в свою очередь сообщаемые перемещаемому воздуху.

Лопастные вентиляторы  в соответствии с характером движения воздуха в них и формы ротора (рабочего колеса) подразделяются на осевые и радиальные, последние более известны как центробежные.

Осевые вентиляторы. Осевой вентилятор (рис.1) состоит из рабочего колеса (РК) 1, на втулке которого закреплены профильные (в форме крыла самолета) лопатки 2; рабочее колесо вращается в цилиндрическом корпусе или, как его часто называют, кожухе 3. За рабочим колесом располагается спрямляющий аппарат (СА) с неподвижными лопатками 4.

Вращающееся рабочее  колесо с помощью лопаток передает энергию привода перемещаемому воздуху. Лопатки рабочих колес изготавливаются из стали или пластмасс (для вентиляторов малых размеров).

Лопатки рабочего колеса могут иметь несимметричный или симметричный профиль. Осевые вентиляторы с лопатками рабочих колес симметричного типа являются реверсивными, поскольку их производительность не меняется при изменении направления вращения рабочего колеса на обратное. Вентиляторы с рабочими лопатками несимметричного типа этим качеством не обладают, их производительность при изменении направления вращения рабочего колеса резко снижается, но эти вентиляторы имеют хорошие аэродинамические характеристики и повышенный коэффициент полезного действия. Спрямляющий аппарат обеспечивает плавный переход воздуха от лопаток рабочего колеса к выходу в диффузор или сеть и частично преобразует динамическое давление в движущемся потоке воздуха в статическое давление.

Рисунок 1 – Схема осевого вентилятора: 1 – рабочее колесо; 2 – лопатки рабочего колеса; 3 – кожух; 4 – спрямляющий аппарат; 5 – коллектор;

6 – диффузор.

 

В конструкцию  шахтных вентиляторов вводятся два обтекателя, назначение которых заключается в снижении аэродинамических потерь, связанных с резким изменением скоростей движения воздуха. Передний обтекатель устанавливается во входном коллекторе, перед рабочим колесом или направляющим аппаратом, задний – после спрямляющего аппарата, перед диффузором или входом в вентиляционную сеть.

В осевых вентиляторах направление  движения воздушного потока совпадает с осью вращения рабочего колеса. Воздух засасывается в коллектор 5, проходит между лопатками вращающегося рабочего колеса, затем поступает в спрямляющий аппарат, оттуда в диффузор 6 и выбрасывается в атмосферу ( при работе вентилятора на всасывание).

Осевые вентиляторы могут  быть одноступенчатыми (с одним рабочим колесом) и двухступенчатыми. В последнем случае в кожухе вентилятора находятся две ступени, работающие последовательно и имеющие каждая свое рабочее колесо.

Между рабочими колесами находится  промежуточный на правляющий аппарат (НА). Конструктивно направляющий аппарат состоит из неподвижных профильных лопаток или профильных лопаток с регулируемым углом установки. Назначение направляющего аппарата – подача воздуха к рабочему колесу, установленному за ним в определенном, более эффективном направлении, и преобразование значительной части кинетической энергии потока (динамического давления) в потенциальную (статическое давление). Спрямляющий аппарат устанавливается за вторым рабочим колесом по ходу струи. Обе ступени могут находиться на одном валу или на отдельных валах (вентилятор ВОД-16). Наличие двух ступеней позволяет вентилятору развивать более высокое давление.

Центробежные вентиляторы. Основу вентилятора (рис.2) составляет рабочее колесо 1, между передним и задним дисками которого закреплены профильные крыловидные лопатки таким образом, что их входная кромка располагается на окружности меньшего радиуса, чем выходная хвостовая часть. Рабочее колесо может быть с лопатками, загнутыми вперед по ходу колеса, радиальными и загнутыми назад, назначение рабочего колеса –передавать энергию привода вентилятора перемещаемому воздуху. Рабочее колесо вращается в спиральном кожухе 2, выполненном из листовой стали. Улиткообразный кожух предназначен для подачи воздуха в определенном направлении и частичного преобразования динамического давления в потоке воздуха в статическое давление. Воздух засасывается в вентилятор через входной коллектор 3, в котором установлены не вращающиеся, а только поворачивающиеся каждая относительно своей оси лопатки 4 направляющего аппарата. Направляющий аппарат предназначен для подачи воздуха к рабочему колесу с определенной скоростью и под определенным углом, это позволяет регулировать рабочие режимы вентилятора.

Рисунок 2 – Схема центробежного вентилятора: 1– рабочее колесо;

2 –спиральный кожух; 3 – входной коллектор;

4 – лопатки направляющего аппарата; 5 – диффузор

 

В рабочее колесо воздух входит параллельно оси вала вентилятора, затем под действием  тяги, развиваемой лопатками, и центробежной силы поворачивает на 90⁰, проходит между лопатками, выбрасывается в периферийную часть кожуха и выходит через диффузор 5 в атмосферу (при работе вентилятора на всасывание). Диффузор является дополнительным преобразователем динамического давления в потоке на выходе из кожуха в давление статическое.