Расчет частоты вращения привода установки. Расчет мощности привода установки

5 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Расчет частоты вращения привода установки

Исходные данные:

i_ред – передаточное отношение редуктора. i_ред=80 [20];

d₁ – диаметр большего шкива. d₁=300 мм [20];

d₂ – диаметр меньшего шкива. d₂=150 мм [20];

n_к – частота вращения на валу катушки. n_к = 3,9 об/мин [20];

v_каб– максимально допустимая скорость движения кабеля. v_каб =0,25 м/с [19].

          Частота вращения привода установки определяется скоростью движения кабеля УЭЦН. Исходя из регламента предприятия по спуско - подъемным операциям с установкой УЭЦН, скорость движения кабеля не должна превышать 0,25 м/с [19].

          Передаточное отношение шкива определяется выражением

                                                                              (5.1)

     Частота вращения на валу электродвигателя определяется передаточными отношениями шкива и червячной передачи

      ,(5.2)  

n_дв = 3,9 ·80·2,4=750 об/мин.

     Значит, частота вращения на валу электродвигателя установки не может превышать  750 об/мин.      

     Для окончательного выбора электродвигателя произведем расчет мощности привода установки.

5.2 Расчет мощности привода установки

Исходные данные:

n_дв – число оборотов двигателя. n_дв= 750 об/мин;

 i_ред – передаточное отношение редуктора. i_ред=80 [20];

i_шк – передаточное отношение шкива. i_шк=2,4;

n_к – число оборотов катушки. n_к = 3,9 об/мин [20];

m_каб – масса кабеля. m_каб = 9800 кг [20];

D – диаметр  катушки с кабелем. Принимаем D=1,5 м, так как средняя глубина спуска ЭЦН 1850 м [5];

d – диаметр катушки без кабеля. d= 0,9 м [20];

При малых статических сопротивлениях вращению и больших силах инерции мощность двигателя  определяется из выражения, кВт [15]

                                                                     (5.3)

где ψ – кратность среднего пускового момента двигателя. ψ =1,5 (двигатель трехфазного тока с фазовым   ротором), [15];

k_з – коэффициент запаса. Принимаем k_з =1,1 [15];

η – КПД установки, определяется из выражения [4]

η= η ¹⁰_подш · η _ч.пары· η _шкива· η _муфты ,                                                         (5.4)

где  η_подш – КПД подшипника. η_подш=0,99 [4]

η _ч.пары – КПД червячной пары. η _ч.пары=0,65 [4]

η _шкива – КПД шкива. η _шкива=0,96 [4]

η _муфты – КПД муфты. η _муфты=0,97 [4]

η =0,99¹⁰·0,65·0,96·0,97=0,55

M_ин.дв.= k_р· M_ин.к.,                                                             (5.5)

где k_р – коэффициент редукции, определяемый по формуле

k_р=i_ред· i_шк ,                                                                      (5.6)

k_р=2,4·80=192

Определяем момент сил инерции масс катушки с кабелем, Н·м [15]

                   ,                                                       (5.7)

гдеt_р – время разгона катушки до номинальной скорости. t_р = 3 с [15];

I_ki – момент инерции груза относительно оси вращения катушки, кг·м

,                                                        (5.8)

где m_i – масса i-того элемента катушки, отстоящего на величину r_iот оси вращения катушки, кг.

Из  [15] находим

                   ,                                                  (5.9)

где I_каб – момент инерции кабеля, кг·м;

 кг·м

Моментом инерции катушки (без кабеля) пренебрегаем ввиду малой массы катушки (200 кг) и малой толщиной стенки катушки (2 мм) [20].

Определяем момент от сил трения, Н·м [15]

                   (5.10)

где ω – приведенный коэффициент сопротивления вращению, для шариковых кругов принимаем ω =0,01 [15];

D_{к.р .}– средний диаметр опорного круга по дорожке катания; D_к.р.= 0,1 м;

ΣN_ki – суммарное давление на все шарики, находится из выражения [15]:

                                                                                     (5.11)

где γ – угол наклона к вертикали сил, действующих на шары катушки; γ = 45˚.

G_Σ – равнодействующая вертикальных нагрузок на опоры;

G_Σ=10000 Н:2=5000 Н;

ΣN_ki=5000·cos 45˚=3550 Н;

М_тр=0,5·0,01·0,1·3550=17,75 Н·м

          Определяем мощность двигателя по формуле (5.3):

          Согласно ГОСТ-19523-74 выбираем двигатель АИМ132М8 (N=5,5 кВт,              n=750 об/мин).

5.3 Расчет мощности обогревателей установки

Исходные данные:

ρ_возд=1,293 кг/м³ [7];

a – длина бокса. a=3,7 м [20];

b – ширина бокса. b=1,965 м [20];

c – высота бокса. c =2,37м [20];

с_возд – удельная теплоемкость воздуха. с_возд=1000 Дж/(кг·К) [7];

t₁ – нижний предел температуры воздуха. t₁ = минус 37°С [19];

t₂ – температура внутри бокса. t₂ = плюс 20º [20];

m_кат – масса катушки. m_кат=200 кг [20];

с_кат – удельная теплоемкость катушки (сталь). с_кат= 460 Дж/(кг·К) [7];

m_каб – масса кабеля. m_каб=9800 кг (для импортного кабеля) [20];

с_меди – удельная теплоемкость меди. с_меди=390 Дж/(кг·К) [7];

с_жел – удельная теплоемкость железа; с_жел=450 Дж/(кг·К) [7];

Согласно стандарту предприятия по спуско - подъемных операциям с установкой УЭЦН [19], при наличии обогреваемого кабеленаматывателя спуско - подъемные операциии производятся при температуре ниже минус 27°С.  Для обогрева установки УПКО-1 применяются 5 обогревателей мощностью 2 кВт каждый [20].

Сам процесс обогрева установки можно разбить на:

а) обогрев воздуха внутри установки;