Использование центрифуги

(1.4.26)

обозначая :; и подставляя значения получим:

Решение будет иметь вид:

Режим асинхронного двигателя устойчив , если

2. Расчётно-конструкторская часть

2.1 Расчёт основных параметров электропривода

Неуравновешенность ротора складывается из-за биения цилиндрических поверхностей относительно базовых поверхностей , изгиба вала , эксцентрического расположения детали относительно оси вращения , радиального биения в подшипниках.

Определим неуравновешенность от эксцентрического расположения деталей относительно оси вращения при осевой посадке :

(2.1.1)

где Q - нагрузка ротора,

- максимально возможный зазор между ротором и валом,

- допуск на несоосность валa

Q=4,39 Н;

с учётом посадки Е9/h8 равен 0,102мм;

допуск =0,01мм.

Подставим данные в (2.1.1):

Найдём неуравновешенности от цилиндрических поверхностей :

(2.1.2)

где - плотность материала,

D - диаметр цилиндрических поверхностей,

- длина,

- допуск.

Для ротора , сделанного из стали , D=11мм, =17мм, ,

Наиболее вероятная начальная неуравновешенность равна:

Определим неуравновешенность при загрузке ротора двумя пробирками в диаметрально противоположных концах при условии заполнения в одной пробирке максимальным количеством жидкости , а другой - минимальным . Возьмём пробирку БП по ГОСТ 19908 - 80 с размерами: D=161,2мм; Н=1501мм; S=1,20,5мм, наполненную жидкостью с плотностью (для крови).

Следовательно, минимальный внутренний диаметр будет находиться на высоте жидкости 251мм от нижней наружной поверхности. Используя формулы элементарной математики:

(2.1.4)

Учитывая , что масса пробирки равна 1, 7210-2 кг :

Определим эксцентриситет ротора , вызванный наличием пробирок разной массы. Он определяется из условия центра масс:

(2.1.5)

2.2 Расчёт основных параметров электродвигателя

I Исходные данные

1) номинальный режим работы - продолжительный ,

2) исполнение ротора - короткозамкнутый ,

3) номинальная отдаваемая мощность p=40 Вт ,

4) количество фаз статора m1=3 ,

5) частота сети f=50 Гц ,

6) номинальное линейное напряжение 220 В ,

7) синхронная частота вращения n1=1500 об/мин ,

8) вероятность безотказной работы обмотки за наработку 1000 ч pоб=0,9

9) количество пар полюсов p=2.

II Главные размеры , материал ([1] , с.126)

1) выбираем наружный диаметр сердечника статора Dн1=98мм,

2) внутренний диаметр сердечника статора

(2.2.1)

3) расчётная мощность двигателя (2.2.2)

где -коэффициент намагничивания,

,

- косинус угла потерь,

4) расчётная длина сердечника статора (2.2.3)

где А1=110 А/см ,

- электромагнитные нагрузки ,

- обмоточный коэффициент,

5)

(2.2.4)

условие выполняется.

6) количество пазов сердечника статора (2.2.5)

для выбираем количество пазов на полюс и фазу , тогда

7) наружный диаметр сердечника ротора (2.2.6)

где - воздушный зазор между ротором и статором

8) внутренний диаметр сердечника ротора

(2.2.7)

9) длина сердечника ротора

10)количество пазов сердечника ротора для двигателей с короткозамкнутым ротором выбирают в зависимости от z1.

Для

11) в качестве материала сердечников статора и ротора выберем сталь марки 2013 толщиной 0,5 мм , изолировка - оксидирование , коэффициент сопротивления 0,97.

III Обмотка статора ([1] , с.137)

Обмотку статора выполняют зонной. Каждая зона равна 6021 град.

1) коэффициент распределения (2.2.8)

где

2) выбираем тип обмотки однослойную с диаметральным шагом по пазам:

(2.2.9)

3) предварительное значение магнитного потока:

(2.2.10)

4) предварительное количество витков в обмотке фазы:

(2.2.11)

5) предварительное количество эффективных проводников в пазу:

(2.2.12)

где - количество параллельных ветвей обмотки статора , которое должно быть из делителей числа полюсов

Округлим до ближайшего целого числа .

Уточним предварительно установленные параметры :

6) для определения высоты паза найдём высоту спинки статора:

(2.2.13)

где - среднее значение магнитной индукции в спинке статора для 2р=4

7) ширина зубца (2.2.14)

где - зубцовое деление по внутреннему диаметру статора;

- среднее значение магнитной индукции в зубцах статора для 2р=4

8) высота паза (2.2.15)

9) большая ширина паза (2.2.16)

10) меньшая ширина паза (2.2.17)

11) проверка правильности определения b1 и b2 из требования b31=const:

12) площадь поперечного сечения паза в штампе:

(2.2.18)

13) площадь поперечного сечения паза в свету:

(2.2.19)

где - припуски на сборку

14) площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

 (2.2.20)

где - среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции.

15) площадь поперечного сечения прокладок:

(2.2.21)

16) площадь поперечного сечения паза , занимаемого обмоткой:

(2.2.22)

17) диаметр провода выбирают из условия : коэффициент заполнения

(2.2.23)

Стандартный диаметр изолированного провода .

Соответствующий ему диаметр неизолированного провода

площадь поперечного сечения (провод марки ПЭТВ).

18) размеры элементов обмотки :

- среднее зубцовое деление статора

(2.2.24)

- средняя ширина катушки обмотки статора:

(2.2.25)

- средняя длина одной лобовой части катушки:

(2.2.26)

- средняя длина витка обмотки:

(2.2.27)

- длина вылета лобовой части обмотки:

(2.2.28)

IV Обмотка короткозамкнутого ротора ([1], с.145)

1) высота пазов короткозамкнутого ротора для ,

2) расчётная высота спинки ротора:

(2.2.29)

3) магнитная индукция в спинке ротора:

(2.2.30)

4) зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

(2.2.31)

5) магнитная индукция в зубцах ротора :

6) ширина зубца (2.2.32)

7) меньший радиус паза

(2.2.33)

8) больший радиус паза:

(2.2.34)

где - для полузакрытого паза

9) расстояние между центрами радиусов:

(2.2.35)

10) проверка правильности определения r1 и r2 из условия b32=const :

(2.2.36)

11) площадь поперечного сечения стержня , равная площади поперечного сечения паза в штампе :

(2.2.37)

V Коротко замыкающее кольцо обмотки статора ([1], с.145)

1) поперечное сечение кольца клетки :

(2.2.38)

2) высота кольца клетки (2.2.39)

3) длина кольца (2.2.40)

4) средний диаметр кольца

(2.2.41)

VI Расчёт магнитной цепи.

Магнитная цепь асинхронного двигателя состоит из 5 следующих однородных участков , соединённых в последовательности :

1) воздушный зазор между ротором и статором ,

2) зубцы ротора ,

3) зубцы статора ,

4) спинка ротора ,

5) спинка статора .

При расчёте каждого элемента полагают ,что магнитная индукция

распространена равномерно.

1. Расчёт МДС для воздушного зазора

а) определим коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора :

(2.2.42)

б) коэффициент , учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора :

(2.2.43)

в) общий коэффициент воздушного зазора:

(2.2.44)

2. Определение МДС для зубцов ротора .

а)

б) (2.2.45)

в) (2.2.46)

3. Расчёт МДС для зубцов статора .

а) напряжённость магнитного поля:

б) средняя длина пути магнитного потока:

в)

- Коэффициент проводимости рассеяния:

(2.2.47)

где - размер обмотки,

- размеры частей паза и обмоток,

- коэффициенты, учитывающие укорочение шага

обмотки .

- Коэффициенты , учитывающие влияние открытия пазов статора на

проводимость дифференциального рассеяния :

(2.2.48)

- Коэффициент проводимости :

(2.2.49)

- коэффициент , учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведённых в короткозамкнутых обмотках ротора .

- Полюсное деление: (2.2.50)

- Коэффициент проводимости расселения лобовых частей обмотки:

(2.2.51)

- Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора :

(2.2.52)

- Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора :

(2.2.53)

Расчёт сопротивления обмотки ротора

1. Активное сопротивление короткозамкнутой обмотки (при t=20oC)

(2.2.54)

где - удельная электрическая проводимость Al при 20оС

2 Коэффициент приведения тока кольца к току стержня :

(2.2.55)

3 Сопротивление короткозамкнутого кольца , приведённое к току стержня ( при 20оС ) :

(2.2.56)

4 Центральный угол скоса пазов :

(2.2.57)

5 Коэффициент скоса пазов ротора:

6 Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:

(2.2.58)

7. Активное сопротивление обмотки ротора ( при 20оС ). Оно считается приведённым к обмотке статора:

(2.2.59)

8. Ток стержня ротора для рабочего режима :

(2.2.60)

9. Коэффициент проводимости рассеяния :

(2.2.61)

10. Количество пазов ротора на полюс и фазу:

(2.2.62)

11. Коэффициент дифференциального рассеяния:

12. Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния :

(2.2.63)

13. Коэффициент проводимости рассеяния короткозамкнутых колец беличьей клетки:

14. Относительный скос пазов ротора:

(2.2.65)

15. Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов:

(2.2.66)

16. Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора:

(2.2.67)

17. Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

(2.2.68)

18. Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке статора :

Режим холостого хода и номинальный режим

- Режим холостого хода.

1. Реактивное сопротивление тока статора при синхронном вращении :

(2.2.70)

где - коэффициент рассеяния статора ,

- коэффициент сопротивления статора ,

2. Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении :

где ,

3. Расчётная масса стали зубцов статора при трапециедальных пазах:

(2.2.73)

4. Магнитные потери в зубцах статора:

(2.2.73)

5. Масса стали спинки статора:

(2.2.74)

6. Магнитные потери в спинке статора :

(2.2.75)

7. Суммарные магнитные потери в сердечнике статора , включающие добавочные потери стали:

(2.2.76)

8. Механические потери :

(2.2.77)

9. Активная составляющая тока хх:

(2.2.78)

10. Ток хх: (2.2.79)

11. Коэффициент мощности при хх:

(2.2.80)

- Номинальный режим.

1. активное сопротивление к.з. :

(2.2.81)

2. Индуктивное сопротивление к.з.:

(2.2.82)

3. Полное сопротивление к.з. :

(2.2.83)

4. Добавочные потери при номинальной нагрузке:

(2.2.84)

5. Максимальная мощность двигателя:

(2.2.85)

6. Эквивалентное сопротивление схемы замещения :

(2.2.86)

7. Полное сопротивление схемы замещения:

(2.2.87)

8. Проверка правильности расчётов и :

9. Скольжение: (2.2.88)

10. Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

(2.2.89)

11. Ток ротора : (2.2.90)

12. Ток статора : активная составляющая:

(2.2.91)

реактивная составляющая:

(2.2.92)

фазный ток: (2.2.93)

13. Коэффициент мощности : (2.2.94)

14. Ток в стержне к.з. ротора:

(2.2.95)

15. Ток в к.з. кольце: (2.2.96)

16. Электрические потери в обмотке статора и ротора соответственно:

(2.2.97)

(2.2.98)

17. Суммарные потери в АД:

(2.2.99)

18. Проводимая мощность:

(2.2.100)

19. КПД: (2.2.101)

2.3 Расчёт шарикоподшипников [4,c.422]

Выбор подшипников производится по каталогам и состоит из подбора типа подшипника и определения его наиболее рациональных размеров. Тип подшипника выбирается с учётом величины и направления нагрузки на подшипник , характера нагрузки (постоянная, переменная , ударная), частоты вращения вала , требуемого срока службы подшипника (долговечность в часах или миллионах оборотов) , а также окружающей среды и её температуры , влажности , запылённости и др.

Подшипники качения рассчитывают на долговечность (ресурс) по динамической ( при n > 1 об/мин) и статической грузоподъёмности (при ) .

Динамическая грузоподъёмность подшипника устанавливается из условия контактной выносливости таким образом , чтобы возможные контактные разрушения в подшипнике могли начаться лишь после того как внутреннее его кольцо сделает не менее одного миллиона оборотов. Критерием для выбора подшипника служит неравенство:

(2.3.1)

где - статическая грузоподъёмность , Н ;

- динамическая грузоподъёмность , Н

(2.3.2)

где R , A - радиальная и осевая нагрузки ;

Xo, Yo - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки.

Возьмём радиальные однорядные шарикоподшипники (ГОСТ 8338 - 75).

Частота вращения ротора 3000 об/мин.

(2.3.3)

где - центростремительное ускорение;

- плечо

(2.3.4)

- масса двигателя

Выберем подшипник с параметрами [9, c.38]:

d=50мм - внутренний диаметр ,

D=90 мм - наружный диаметр ,

В=20 мм - ширина ,

Dw=12,7 мм - диаметр шариков ,

Z=10 - количество шариков 0,

2.4 Тепловой расчёт

1.Потери в обмотке статора при максимально допустимой температуре:

(2.4.1)

2. Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора :

(2.4.2)

3. Условный периметр поперечного сечения :

(2.4.3)

4. Условная поверхность охлаждения пазов :

(2.4.4)

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки :

(2.4.5)

Условная поверхность охлаждения двигателя :

(2.4.6)

5. Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали , отнесённых к внутренней поверхности охлаждения активной

части статора : (2.4.7)

6. Удельный тепловой поток от потерь активной части обмотки отнесённых к поверхности пазов охлаждения :

(2.4.8)

7. Удельный тепловой поток от лобовых частей обмотки , отнесённых к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки :

(2.4.9)

8. Окружённая скорость ротора :

(2.4.10)

9. Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины:

(2.4.11)

10. Переход температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя :

(2.4.12)

11. Перепад температуры в изоляции паза и катушек :

(2.4.13)

12. Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов :

(2.4.14)

13. Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя :

(2.4.15)

14. Потери в двигателе передаваемые воздухом внутри двигателя :

(2.4.16)

15. Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха :

(2.4.17)

16. Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха :

(2.4.18)

2.5 Вентиляционный расчёт

1. Необходимый расход воздуха : (2.5.1)

где - теплоёмкость воздуха,

- превышение температуры выходящего из машины воздуха над входящим ,

2. Коэффициент , зависящий от частоты вращения n1 :

(2.5.2)

3. Расход воздуха , который может быть обеспечен вентиляцией :

(2.5.3)

, т.е. элементы конструкции удовлетворяют условиям вентиляции.

4. Напор воздуха , развиваемый при вентиляции :

 (2.5.4)

5. Наружный диаметр вентилятора :

(2.5.5)

6. Длина лопаток : (2.5.6)

7. Число лопаток : (2.5.7.)

2.6 Расчёт надёжности обмотки статора

Надёжность АД определяется в основном надёжностью обмотки статора. Погрешность расчётов по упрощённой методике не превышает 20% при значениях вероятности безотказной работы обмотки . По теореме умножения вероятность безотказной обмотки , где

- соответственно вероятности безотказной работы межвитковой , корпусной и межфазной изоляции.

Многочисленные расчётные и экспериментальные данные показывают , что вероятность безотказной работы корпусной и межфазной изоляции значительно выше , чем у межвитковой ; для , . Поэтому можно ограничиться расчётом надёжности межвитковой изоляции , выполнив затем корректировку.

Исходные данные:

1. Наработка , для которой определяется вероятность безотказной работы Роб по ГОСТ 19523-74

2. Вероятность наличия хотя бы одного дефекта изоляции провода длиной 100 мм после укладки обмотки q1=0,2 .

3. Периметр свободной площади слоя обмотки:

(2.6.1)

4. Коэффициент , характеризующий качество пропитки .

5. Длина образца провода

6. Среднее значение и среднее квадратичное отклонение фазных коммутационных перенапряжений :.

7. Длина элементарного участка .

8. Средняя допустимая величина температуры обмотки: , её среднее квадратичное отклонение: .

9. Среднее значение напряжения перекрытия по поверхности изоляции промежутка толщиной , равной двусторонней толщине изоляции:

и среднее квадратичное отклонение

10. Частота включений ЭД:

11. Коэффициенты уравнения , определяющие скорость ротора дефектности

витковой изоляции:

Расчет надёжности проведём в следующей последовательности :

1. Дефектность витковой изоляции до начала эксплуатации ЭД:

(2.6.2)

2. Вероятность плотного касания витков :

(2.6.3)

3. Количество проводников , находящихся в наружном слое :

(2.6.4)

Количество проводников , находящихся во внутреннем слое:

(2.6.5)

4. Общая длина пар соседних витков в обмотке :

(2.6.6)

5. Количество последовательно соединённых секций в фазе :

(2.6.7)

6. Среднее значение и среднее квадратичное отклонение величин фазных коммутационных перенапряжений на секции :

(2.6.8)

(2.6.9)

7. Вероятность отказа витковой изоляции при воздействии одного импульса перенапряжения и при условии , что на касающихся витках имеются совпадающие дефекты :

, (2.6.10)

где

8. Номинальное фазное напряжение , приходящееся на секцию :

(2.6.11)

9. Скорость роста дефектности витковой изоляции :

(2.6.12)

10. Вероятность возникновения к.з. витковой изоляции на длине касающихся витков в течение времени :

 (2.6.13)

11.

Вероятность отказа межвитковой изоляции в течении времени :

(2.6.14)

12. Вероятность безотказной работы межвитковой изоляции в течении времени :

(2.6.15)

13. Вероятность безотказной работы обмотки статора :

(2.6.16)

14. Сравним Роб с заданным по ГОСТ 15523-74 :

Заключение

В ходе работы над курсовой работой был проведён обзор патентной и научно-технической литературы, дано физическое обоснование и расчёт фактора разделения , описана конструкция принцип действия центрифуги , произведён вывод уравнения движения рабочего органа , расчёт асинхронного двигателя и расчёт надёжности центрифуги.

Графическая часть включает в себя сборочный чертёж центрифуги и деталировку.

Список использованной литературы

1. Перель Л.Я. , Филатов А.А. Подшипники качения : Расчёт , проектирование и обслуживание опор: Справочник .-2-е изд., перераб и доп. - М. : Машиностроение, 1992 - 608с.

2. Машнев М.М., Красковский Е.Я., Лебедев П.А. Теория механизмов машин и детали машин : Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение , Ленинградск. отд-ние , 1980. - 512с.

3. Гольдберг О.П. и др. Проектирование электрических машин . - М. : высшая школа , 1984г. - 608с.

4. Полещук А.П. Центрифуги. Каталог-справочник. - М. : Машиностроение, - 1983. - 320с.

5. АС № 625582, СССР, Центрифуга для разделения жидких смесей , Мцитов С.Н.,1978г.

6. АС №614818 , СССР , Центрифуга для разделения суспензий , Кривотский Н.А., 1978г.

Страницы: 1, 2