Модернизация привода вращателя бурового станка СБШ-250МНА-32, страница 23

М_с = 4200 Н•м и w = 0,8 с^-1. Пренебрегая распределенностью параметров, примем  Р_н(t) = Р_м(t)

1. Уравнение динамической характеристики асинхронного двигателя с учетом w_эл(t) = w_н(t) приймет вид:

Т₁ • dМ_э(t) / dt + М_э(t) = b • (w_эс - w_н(t))

2. Уравнение нагрузки электродвигателя:

Jн•dw_н(t) /dt = М_э(t) - q_н^к•e_н /(2•p•h_гмн) •Р_н (t) + q_н^к •Р_вс• e_н /(2 • p •h_гмн),

где Jн = J_э^к + J_н^к

 

3. Уравнение нагрузки гидромотора:

J_м•dw_м (t) / dt = q_м^к •h_гмм /(2•p)•Р_н (t) - q_м^к•h_гмм• Р`_сл /(2 • p) - К_с (t) • w_м(t)

4. Уравнение движения жидкости в нагнетательном трубопроводе, включая насос и гидромотор:

W/Е_п • dР_н(t) / dt = q_н^к / (2 • p) • e_н • w_н(t) + q_м^к / (2 • p) • w_м(t) + Р_н(t) •(А_ум + А_ун + А_ур1 + А_ур2 + А_у(уа1) +А_у(уа2) )

Перепишем систему уравнений в безразмерном виде, обозначая -

М_э(t) = М_н • М_э(t);   w_н(t) = w_эс •w_н(t);                 w_м(t) = w_м • w_м(t);

Р_н(t) = Р_н • Р_н(t);                   К_с(t) = К_с° • К_с(t),  и вычислим постоянные коэффициенты при бурении.

Тогда уравнение асинхронного двигателя примет вид, [13]:

Т₁•dМ_э(t) / dt + М_э(t) = К₁ - К₁ •w_н (t), где

Т1 = 1 / (wс • Sкр)

(9.47)

Т₁ = 1 / (314 • 0,083) = 0,038 с

w_с = 2 •p • f = 314 с^-1 круговая частота электрической сети

К1 = b • wэс / Мн = Мэк / (Sк • Мн)

(9.48)

К₁= 716 / 0,02 • 572 = 62,58

Т₁ = 0,038 с;

К₁ = 62,26

Уравнение  нагрузки электродвигателя после деления всех членов на коэффицмент Мэ (t), [13]:

Т₂ • dw_н(t) / dt = М_э(t) - К₂ • Р_н(t) + К₃, где

Т2 = (Jнк + Jэк) • wн / Мн

(9.49)

Т₂ = (0,028 + 2,9) •103,1 / 572 = 0,527

К2 = qнк • eн • Рнр / (2 • p • hгмн • Мн);

(9.50)

К₂= 140 • 10^-6 • 0,806 • 29,85 • 10⁶ / (2 • 3,14 • 0,949•572) = 0,98

К3 = qнк • eн • Рвс / (2 • p • hгмн • Мн);

(9.51)

К₃= 140 •10^-6 • 0,806 • 2,7 • 10³ / (2 • 3,14 • 0,949 • 572) = 0,0187 • 10^-3 @ 0

Т₂ = 0,522;     К₂ = 0,98;       К₃ @ 0;

Уравнения нагрузки на гидромотор после деления на коэффициент при Р_н(t), [13]:

Т₃ • dw_м(t) / dt = Р_н(t) - К₄ • К_с(t) • w_м(t) - К₅, где

Т3 = 2 • p•Jм • wм / qмк • Рн•hгмм;

(9.52)

Т₃ = 2 • 3,14 • 200 •8,5 / (1 • 10^-3 • 29,856•10⁶ • 0,95) = 0,37

J_м = 200 кг • м² - момент инерции всех движущихся масс приведенный к валу гидромотора

К4 = 2 • p • Мс / qмк •Рн • hгмм;

(9.53)

К₄ = 2•3,14 • 4200 / (1 •10^-3• 29,856•10⁶ • 0,95) = 0,93

Р`сл = Рсл + Ртп

(9.54)

Р`_сл = 0,6 + 0,056 + 0,656 Мпа

К5 = Р`сл / Рн

(9.55)

К₅= 0,656 / 29,856 = 0,0219

Т₃ = 0,376;                 К₄ = 0,93;                   К₅ = 0,0219;

Уравнение движения жидкости после деления на коэффициент при Р_н(t), [13]:

Т4•dРн(t) / dt + Рн(t) - К6•wн(t) + К7•wм(t) = 0

(9.56)

где Е_п =1700 • 10⁶ Па  - приведенный модуль упругости жидкости без учета влияния трубопровода.

Обьем гидролинии между двумя элементами привода, [13]:

W = p • (Д`т)2 / 4 • Rт

(9.57)

W = 3,14 • 0,032² / 4 • 12 = 9,6 • 10^-3 м³

Т4 = W / Еп • å Ауi

(9.58)

Т₄ = 9,6 • 10^-3 / (1700•10⁶ • 17,94 • 10^-12) = 0,3147 с

К6 = qнк • eн •wэс / (2 • p • Рн •å Ауi );

(9.59)

К₆ = 140 • 10^-6 • 0,806 • 104,7 / (2 • 3,14 • 29,856 • 10⁶ • 17,94 • 10^-12) = 3,5

К7 = qмк •wм / (2 • p • Рн • å Ауi );

(9.60)

К₇ = 1 •10^-3 • 8,5 / (2 • 3,14 • 29,856 • 10⁶ • 17,94 • 10^-12) = 2,5

Т₄ = 0,314 с;               К₆ = 3,5;                     К₇ = 2,5;

После вычисления постоянных коэффициентов система уравнений принимает вид:

0,038•dМ_э(t) / dt + М_э(t) = 62,5 - 62,5•w_н (t)

0,527 •dw_н(t) / dt = М_э(t) - 0,99 •Р_н(t)

0,376•dw_м(t) / dt = Р_н(t) - 0,93 • К_с(t) • w_м(t) - 0,0219

0,314•dР_н(t) / dt + Р_н(t) - 3,5 • w_н(t) + 2,5 • w_м(t) = 0

Учитывая, что в статике производные равны нулю, определим начальные условия при t = 0

w_н(0) = w_н / w_эс = 103,1 / 104,7 = 0,98

М_э(0) = 62,5 - 62,5 • 0,98 = 1

Р_н(0) = М_э(0) / 0,99 = 1 / 0,99 = 1

w_м(0) = (3,5 • w_н(0) - Р_н(0) )/ 2,5 = (3,5 • 0,984 - 1) / 2,5 = 0,97

К_с(0) = (Р_н(0) - 0,0219) / (0,93 (w_м(0) ) = (1 - 0,0219) / (0,93 (0,977) = 1

Экономическая часть.

Расчет экономической эффективности от модернизации привода вращателя бурового станка СБШ-250 МНА-32 [17].

В качестве базовой техники принимаем серийно выпускаемый буровой станок СБШ-250 МНА-32.

Факторами экономической эффективности от модернизации привода вращателя являются: снижение энергопотребления за счет перехода на гидропривод всего станка; снижение стоимости и металлоемкости станка.

Глава 10. Расчет основных капитальных затрат.

Базовая стоимость станка СБШ-250 МНА-32 составляет Ц_б = 720тыс.руб.

Найдем стоимость станка без учета заменяемого оборудования:

Ц` = Цб - åЦэ.д. - åЦн. - Цред.

(10.1)

где åЦ_э.д. = 6,66 тыс.руб. - суммарная стоимость заменяемого электродвигателя;

åЦ_н = 11,34 тыс.руб. - суммарная стоимость заменяемого электропривода, тиристорного преобразователя

Ц_ряд. = 2,28 тыс.руб. - стоимость редуктора вращателя;

Ц` = 720 - 6,66 - 11,34 - 2,28 = 699,72 тыс.руб;

Найдем стоимость станка с учетом нового оборудования:

Цн = Ц` + åЦэ.д. + åЦн. + Цг.м.

(10.2)

где åЦ_э.д. = 5,16 тыс. руб - суммарная стоимость новых электродвигателей;

Ц_н. = 6,06 тыс.руб. - суммарная стоимость новых насосов:

Ц_г.м. = 3,06 тыс.руб. - стоимость гидромотора вращателя;

Ц_н = 699,72 + 5,16 + 6,06 + 3,06 = 714 тыс.руб.

                                                                                                         Таблица 4.

Капитальные затраты.