Электропривод специальных установок с центробежным механизмом

Сепаратор молока.

Сепаратор молока — это специализированная центрифуга, предназначенная для очистки, нормализации и разделения молока на сливки и обрат (обезжиренное молоко), осуществляемых под действием центробежных сил, которые действуют на частицы молока при вращении его в барабане сепаратора. Момент сопротивления сепаратора на валу электродвигателя создается силами трения в подшипниках, в передаче привода и в основном силами трения вращающихся частей о жидкость и воздух. Поэтому механическая характеристика сепаратора «вентиляторная» и описывается зависимостью (2.43) при Х=2.

Квадратичная зависимость момента сопротивления сепаратора сохраняется до достижения барабаном сепаратора требуемой окружной (линейной) скорости 70 м/с. Этому значению окружной скорости соответствует частота вращения барабана 7…10 тыс. об/мин. Так как максимальная частота вращения асинхронного ЭП при промышленной частоте 50 Гц не превышает 3 тыс. об/мин, то для получения требуемой технологической частоты вращения барабана применяют повышающий редуктор, который должен иметь передаточное отношение не более /=0,3…0,4. Согласно (1.5) это существенно увеличивает приведенный момент инерции ЭП. Поэтому продолжительность пуска молочных сепараторов длится 1…3 мин. В условиях неустановившегося пускового режима момент, создаваемый механическими колебаниями системы, в период разгона из-за резонанса и биений больше статического момента, определяемого по формуле (2.43), в 1,5…2 раза. Пусковая мощность сепаратора в 1,3…2 раза больше потребной мощности в рабочем режиме. Рабочая частота вращения барабана сепаратора не должна находиться в зоне резонансных колебаний. Это основное условие нормальной работы сепаратора.

Средняя пусковая мощность ЭП сепаратора может быть определена через пусковые потери энергии при пуске асинхронного ЭП без нагрузки на основании (1.98) при известной продолжительности пуска, определенной согласно изложенному в подразделе 1.5.2:

где J — приведенный момент инерции механической системы ЭП, кг м²; соо — синхронная угловая скорость асинхронного двигателя ЭП, с^-1; /_пп — полная продолжительность пуска ЭП, с; х_п = 0,7…0,8 — КПД механической передачи.

Кинематическая схема типового асинхронного электропривода сепаратора приведена на рисунке 2.24.

Пусковой ток электродвигателя в течение 1…3мин, особенно при повторных пусках с нагретого состояния, может нагревать его обмотку до недопустимых пределов и преждевременно выводить электродвигатель из строя. Чтобы уменьшить продолжительность действия пускового тока и продолжительность пуска двигателя ЭП сепаратора, можно использовать центробежную фрикционную муфту (рис. 2.25, а). При включении электродвигателя ведущий барабан / начинает вращаться, пальцы 2 увлекают колодки 4 с фрикционными накладками 5, которые скользят по внутренней цилиндрической поверхности ведомого барабана 6 и силой трения влекут его за собой.

Рис. 2.24. Кинематическая схема электропривода сепаратора молока во фронтальном виде (а) и в плане (б):

/ — барабан сепаратора; 2— веретено; 3 —шестерня; 4 — клинорсменная передача; 5— электродвигатель; 6— центробежная фрикционная муфта

Рис. 2.25. Конструкция центробежной фрикционной муфты (а) и пусковые диаграммы ЭП (б) сепаратора молока:

7 — ведущий барабан; 2— палец; 3— пружинное кольцо; 4— колодка; 5—фрикционная накладка; б—ведомый барабан; 7—приводной вал сепаратора

По мере увеличения частоты вращения становится больше центробежная сила, прижимающая колодки к внутренней поверхности барабана, и увеличивается сила трения между колодками и барабаном. Как только эта сила увеличится до значения, достаточного для создания момента, равного моменту трогания сепаратора, начинается разбег сепаратора при моменте электродвигателя, по значению близкому к максимальному. Происходит ускоренный разбег двигателя ЭП при большом избыточном моменте, и затем муфта автоматически жестко блокируется. Ток электродвигателя в начальный момент включения делает бросок, а затем быстро снижается до номинального значения. При пуске без муфты пусковой ток в течение всей продолжительности разбега имеет достаточно большое значение (рис. 2.25, 6). Нагрев электродвигателя в период пуска с центробежной муфтой в несколько раз снижается при одновременном уменьшении продолжительности разбега электродвигателя. При использовании центробежной фрикционной муфты мощность электродвигателя можно выбирать по номинальному режиму работы, так как в начальный момент включения электродвигатель разбегается почти вхолостую.

Сократить продолжительность разбега и уменьшить нагрев электродвигателя в пусковом режиме можно также, применив двухскоростной электродвигатель и осуществив пуск сначала на меньшей частоте вращения при большем пусковом моменте и меньшем пусковом токе, а затем электродвигатель автоматически переключится на вторую частоту вращения, соответствующую рабочему режиму сепаратора. Автоматическое переключение на другую частоту вращения можно осуществить тахогенератором, подключенным на обмотку промежуточного реле.

Наиболее радикальный способ облегчения пускового режима электродвигателя, осуществляющего привод сепаратора, — использование в составе ЭП электромагнитной муфты скольжения (рис. 1.23). В этом случае электродвигатель привода быстро запускается без нагрузки до режима холостого хода, а затем в муфту подают ток возбуждения и, увеличивая его значение до номинального, обеспечивают разгон сепаратора до рабочей частоты вращения. Положительная сторона такого варианта ЭП — обеспечение возможности плавного изменения рабочей частоты вращения сепаратора и вывод ее на оптимальное технологическое значение.

В сельскохозяйственном производстве для первичной обработки и переработки молока в основном применяют сепараторы производительностью от 1000 до 10 000 л/ч с мощностью асинхронного электродвигателя привода соответственно от 1,1 до 7,5 кВт. В ряде случаев для электропривода специализированных сепараторов и центрифуг используют коллекторные электродвигатели. Пуск ЭП осуществляют плавным повышением напряжения питания с помощью управляемых выпрямителей и регуляторов напряжения.

Ротационные вакуум-насосы. Их применяют для создания в вакуум-проводе доильных установок разрежения, необходимого для работы доильных аппаратов. Электропривод вакуум-насосов — асинхронный. Для повышения надежности технологического процесса доения животных в случае перебоев в подаче электроэнергии, а также при работе на пастбищах предусматривают возможность привода от двигателя внутреннего сгорания. Конструкция ротационного вакуум-насоса приведена на рисунке 2.26.

При вращении ротора 1 свободно движущиеся пластины 2 под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности корпуса 3. Для снижения потерь на трение пластин в пазах и о корпус предусмотрена их непрерывная смазка моторным маслом самотеком из смазочной емкости 4. Из-за несоосного расположения ротора по отношению к оси цилиндра корпуса 3 пространство между двумя соседними пластинами у входного отверстия больше, а у выходного (выхлопного) отверстия меньше. Благодаря этому происходит отсос воздуха из вакуум-провода. Регулирование заданного по технологии значения вакуума в вакуум-проводе на уровне 350…400 мм рт. ст. осуществляется автоматически с помощью перепускного клапана, имеющего возможность настройки срабатывания. Мощность двигателя ЭП рассчитывают на основании (1.105) с принятием КПД ротационного вакуум-насоса на уровне 0,2…0,25. Механическая характеристика вакуум-насоса слабо нарастающая «вентиляторная», с начальным моментом статической нагрузки, близким к номинальному (рис. 2.1).

Наибольшее распространение на животноводческих фермах получили вакуумные установки с ротационными вакуумными насосами РВН-40/350 (Q_H = 40 м³/ч, р = 350 мм рт. ст.) и унифицированным УВУ-60/45 (Он ⁼ 60/45м³/ч при и" = 1430/1220об/мин соответственно, р_н = 400 мм рт. ст.). При подаче Q_H — 40 м³/ч мощность асинхронного к.з. двигателя ЭП составляет 3 кВт, а при О_н = 60 м³/ч — 4 кВт. Унифицированный вакуум-насос УВУ-60/45 может работать в двух режимах: с подачей 60 и 40 м³/ч. Перевод с одного режима на другой осуществляют заменой шкива клиноременной передачи.

Молотковые дробилки. В их состав входит молотковый ротор с шарнирно навешанными молотками (рис. 2.27). При ра;

Рис. 2.26. Конструктивное выполнение ротационного вакуум-насоса:

7 —ротор; 2 — подвижная пластина; 3— корпус; 4 —емкость для смазочного масла.

Рис. 2.27. Схема технологического процесса и конструктивного выполнения рабочего органа молотковой дробилки:

1— загрузочный бункер; 2— регулятор загрузки; 3— шарнирно навешенный молоток; 4— ротор; з — решето просеивания помола боте молотки имеют высокую окружную скорость от 66 до 70 м/с, что обычно соответствует частоте вращения ротора молотковой дробилки 1700…2000 об/мин. В этом случае обеспечиваются минимальные удельные расходы электроэнергии на единицу помола.

Особенности молотковых дробилок, рабочий орган которых представляет собой специальный центробежный механизм, — повышенные моменты трогания и инерции. Причем момент инерции характеризуется значениями коэффициента инерции /7=25 и более. Поэтому пуск асинхронного ЭП молотковых дробилок осуществляют без нагрузки. Продолжительность пуска ЭП достигает.

1…2 мин. По этой причине для облегчения теплового режима асинхронного двигателя привода молотковых дробилок, так же как для сепараторов и центрифуг, в составе ЭП в ряде случаев используют двухскоростные АД, центробежные фрикционные и электромагнитные муфты. Механическая характеристика молотковой дробилки имеет вид, свойственный центробежным механизмам, но с существенно большим моментом трогания с места (рис. 2.1).

Удельная энергия л_и, кВт • ч/т, затрачиваемая молотковой дробилкой на измельчение материала, может быть определена на основании формулы С. В. Мельникова:

где X — степень измельчения, равная отношению среднего размера частиц исходного материала D к среднему размеру частиц измельченного продукта d Cj и С₂ — опытные коэффициенты, кВт • ч/т. Например, для ячменя С = 2,9 и С₂ = 2,5; для ржи Cj = 3,4 и С₂ = 2,6; для пшеницы С = 1,7 и С₂ = 3,0 кВт • ч/т.

На основании (2.71) можно определить мощность нагрузки, кВт, на валу привода ротора молотковой дробилки в рабочем режиме:

где Лх _u — коэффициент, учитывающий мощности холостого хода и циркуляции продукта, Лх._ц— 1,15…1,2; (^ — номинальная производительность дробилки, т/ч; Лп — К. ПД механической передачи.

Нагрузка ЭП молотковых дробилок случайно-переменного характера, со значительными колебаниями момента. Поэтому для уменьшения установленной мощности двигателя ЭП и исключения его технологической перегрузки молотковые дробилки оснащают ручными или автоматическими регуляторами загрузки (рис. 2.27). При ручном регулировании загрузки контроль ее значения ведут по амперметру, включенному через трансформатор тока в цепь фазы статорной обмотки АД привода.

Центробежные пневмотранспортеры. Их используют для перемещения сыпучих или измельченных материалов воздушным потоком с сообщением в ряде случаев начальной кинетической энергии перемещаемому материалу рабочими лопастями пневмотранспортера. В частности, для перемещения измельченной зеленой массы в хранилища и в силосные башни применяют пневмотранспортеры броскового типа — «швырялки». Например, пневматический транспортер-загрузчик силосных башен типа ТЗБ-ЗО обеспечивает перемещение измельченной зеленой массы на высоту до 25 метров с подачей ЗОт/ч и комплектуется асинхронным ЭП с номинальной мощностью двигателя Р_н = 30 кВт. Им свойственны все приводные особенности, отмеченные ранее для ЭП центробежных механизмов. В частности, их нагрузка случайно-переменного характера и в значительной степени определяется равномерностью их первоначальной загрузки, например: при загрузке воздушным потоком от области рабочих органов перерабатывающих машин — технологическим процессом данной машины, при загрузке из приемных бункеров — равномерностью первоначальной подачи.