离心式电机拖动系统设计

1、 烟 台 南 山 学 院 电机与拖动课程设计 题目 离心式电机拖动系统设计 姓 名： XXX 所在学院： 计算机与电气自动化学院 所学专业： 自动化 班 级： 自动化XXXX 学 号： XXXXXXXXXXXX 指导教师： XXX 完成时间： 2013.12.20 设计要求（1）选择用于拖动离心式风机的电机,电机应能可靠启动、运转、停止。（2）联锁电路设计应能可靠工作（3）满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近； （4）最高效率要高，效率曲线平坦；（5）压力曲线的稳定工作区间要宽；（6）足够的强度，刚度，工作安全可靠；（7）调节性能好； （8）维护方便。 摘 要离心式风机是石材加工企业常

2、用的辅助生产设备，主要用于通风与除尘装置中，如石材切割和打磨工序中旋风除尘器及布袋除尘器等均需要利用离心式风机对生产场地进行除尘处理，确保生产环境洁净，保护生产者身心健康。风机是一种高耗能的设备，消耗的电力资源在石材加工中的比例较大，随着当前我国能源的日益短缺及高产、高效工作面的推广应用，节能降耗已成为石材生产企业普遍关注的问题，降低风机的电耗除了提高风机本身的效率外，合理地选用风机的调节方式是最重要的。【关键词】 离心式风机 降压启动 电机选型目 录第一章 绪论1第二章 离心式风机简介22.1 离心式风机的性能22.2 离心式风机的原理2第三章 离心式风机电机选型设计33.1 电机选型33.

3、2风机选型的一般步骤43.2.1计算确定场地的通风量43.2.2 计算所需总推力43.2.3 确定风机布置的总体方案53.2.4 单台风机参数的确定53.3 特定场合风机选型使用分析63.3.1 仓库通风63.3.2 厨房排风63.3.3 高档场所通风63.3.4 污水处理中风机选型应注意的问题7第四章 离心式风机拖动系统设计104.1 拖动系统分析104.2 三相异步电动机降压启动104.2.1 三相异步电动机降压启动注意事项104.2.2 三相异步电动机的节能途径104.3 离心式风机的调压方法11第五章 离心式风机控制电路设计135.1 电路设计及电路原件的选择135.2 相关参数校验1

4、35.2.1 参数校验135.2.2 温升校验14结 论15参考文献16第一章 绪论 离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心式风机风量大效率高、运转平稳躁声低、结构完整便于维护拆装方便等优点。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气的推进等。电厂离心式风机我国早从20世纪60年代起就开发了具有世界先进水平的电站离心式风机，随后又开发出了一大批适用于我国火力发电技术发展各时期需要的电站离心式风机。目前

5、包括相关引进国外先进技术的厂家一起，我国已能生产出具有国际先进水平的电站离心式风机，能够满足我国常规火力发电枝术发展的需要。我国电站风机的运行水平总体来说我国电站风机的运行水平是比较高的，但为满足我国电国实际需要，还需进一步提高。14第二章 离心式风机简介2.1 离心式风机的性能离心式风机实质是一种变流量恒压装置。当转速一定时，离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。对一个给定的进气量，最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。当鼓

6、风机以恒速运行时，对于一个给定的流量，所需的功率随进气温度的降低而升高。2.2 离心式风机的原理离心式风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 离心式风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。在单级离心式风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。在多级离心式风机中，用回流器使气流进入下一叶轮，产

7、生更高压力。 离心式风机可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋。离心式风机实质是一种变流量恒压装置。当转速一定时，离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。对一个给定的进气量，最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。当鼓风机以恒速运行时，对于一个给定的流量，所需的功率随进气温度的降低而升高。第三章 离心式风机电机选型设计3.1 电机选型三相交流异步电动机的选用，主要从选用的电

8、动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑，由已知参数选取电机Y280S-4Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80315电动机采用B

9、级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。表3-1 机型机号转速r/min风量m3/s全压Pa功率(kw)12145022.5-42.3804-154275表3-2 电动机参数电机名称：Y系列三相异步电机型号：Y280S-4额定功率kw：100转速r/min：1

10、480电流：140.7效率：92.7功率因数：.88堵转电流额定电流：7堵转转矩额定转矩：1.9最大转矩额定转矩：重量：562噪音：90类别：Y系列此电机完全符合要求且利用率最高所以比较合适3.2风机选型的一般步骤3.2.1计算确定场地的通风量风机风量的定义为：风速V与风道截面积F的乘积。大型风机由于能够用风速计准确测出风速。所以风量计算也很简单.直接用公式Q=VF便可算出风量。风机数量的确定根据所选房间的换气次数，计算厂房所需总风量，进而计算得风机数量。计算公式：N=V×n/Q 其中：N-风机数量（台），V-场地体积（m3），n-换气次数（次/时），Q-所选风机型号的单台风量（m3

11、/h）。风机型号的选择应该根据厂房实际情况。尽量选取与原窗口尺寸相匹配的风机型号。风机与湿帘尽量保持一定的距离（尽可能分别装在厂房的山墙两侧）。实现良好的通风换气效果，排风侧尽量不靠近附近建筑物，以防影响附近住户。如从室内带出的空气中含有污染环境，可以在风口安装喷水装置，吸附近污染物集中回收.不污染环境。3.2.2 计算所需总推力其中，At：隧道横截面积(m2) P:各项阻力之和(Pa)；一般应计及下列4项：（1) 隧道进风口阻力与出风口阻力； （2) 隧道表面摩擦阻力,悬吊风机装置、支架及路标等引起的阻力； （3) 交通阻力； （4) 隧道进出口之间因温度、气压、风速不同而生的压力差所产生的

12、阻力。 3.2.3 确定风机布置的总体方案根据隧道长度、所需总推力以及射流风机提供推力的范围，初步确定在隧道总长上共布置m组风机，每组n台，每台风机的推力为T。满足m×n×TTt的总推力要求,同时考虑下列限制条件：（1）n台风机并列时,其中心线横向间距应大于2倍风机直径（2）m组(台)风机串列时,纵向间距应大于10倍隧道直径3.2.4 单台风机参数的确定射流风机的性能以其施加于气流的推力来衡量,风机产生的推力在理论上等于风机进出口气流的动量差(动量等于气流质量流量与流速的乘积),在风机测试条件先,进口气流的动量为零,所以可以计算出在测试条件下,风机的理论推力：理论推力=P:

13、空气密度(kg/m3)Q:风量(m3/s)A:风机出口面积(m2)试验台架量测推力T1一般为理论推力的0.851.05倍.取决于流场分布与风机内部及消声器的结构.风机性能参数图表中所给出的风机推力数据均以试验台架量测推力为准,但量测推力还不等于风机装在隧道内所能产生的可用推力T,这是因为风机吊装在隧道中时会受到隧道中气流速度产生的卸荷作用的影响(柯达恩效应),可用推力减少.影响的程度可用系数K1和K2来表示和计算。T=T1×K1×K2或T1=T(K1×K2) 其中T:安装在隧道中的射流风机可用推力(N) T1:试验台架量测推力(N) K1:隧道中平均气流速度以及风

14、机出口风速对风机推力的影响系数 K2:风机轴流离隧道壁之间距离的影响系数3.3 特定场合风机选型使用分析3.3.1 仓库通风首先，看仓储货品是否是易燃易爆货品，如：油漆仓库等，必须选择防爆系列风机。其次，看噪声要求高低，可以选择屋顶风机或环保式离心风机，(而且有款屋顶风机是风力启动，更可以省电。最后，看仓库空气所需换气量的大小，可以选择最常规的轴流风机SF型或排风扇FA型。3.3.2 厨房排风首先，对于室内直排油烟的厨房(即排风口在室内墙上)，可以根据油烟大小选择SF型轴流风机或FA型排气风扇。其次，对于油烟大，且油烟需要经由长管道，并管道里有打弯处理的厨房，强烈建议使用离心风机(4-72离心

15、风机最为通用，11-62低噪声环保型离心风机也很实用)，这是因为离心风机的压力较轴流风机大，且油烟不经过电机，对电机的保养和换洗更容易。最后，建议油烟强烈的厨房选用以上两种方案并用，效果更佳。3.3.3 高档场所通风对于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉OK厅等高档场所通风，就不适宜用常规风机了。首先，对于小室的通风，使通风管道连接中央通风管的房间，可以在兼顾外观与噪声基础上，选择FZY系列小型轴流风机，它体积小，塑料或铝制外观，低噪声与高风量并存。其次，对风量与噪声要求更严格的角度说，风机箱是最好选择。箱体内部有消音棉，外接中央通风管道后可以达到减噪的显著效果。最后，补充一下，对于健身房的室内

16、吹风，务必选则大风量的FS型工业电风扇，而非SF型岗位式轴流风机。这是从外观及安全性方面考虑。 图3-1 FZY系列小型轴流风机3.3.4 污水处理中风机选型应注意的问题（1） 鼓风机是污水处理工程中常用的充氧设备,在污水厂风机选型时,风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数,我国规定的风机标准进气状态: 压力p0 =101.3 kPa ,温度T0 = 20 ,相对湿度= 50 % ,空气密度= 1.2 kg/ m3 。然而风机在实际使用中并非标准状态,当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时,风机的性能也将发生变化,设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数,而需

17、要根据实际使用状态将风机的性能要求,换算成标准进气状态下的风机参数来选型。图3-2 离心式通风机（2）风机选型中应关注鼓风机出口压力影响因素的分析容积式鼓风机排气压力的高低并不取决于风机本身,而是气体由鼓风机排出后装置的情况,即所谓“背压”决定的 ,曝气鼓风机具有强制输气的特点。鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。实际上,鼓风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作,而且只要强度和排气温度允许,也可以超过额定排气压力工作。对于污水处理厂而言,排气系统所产生的绝对压力(背压) 为管路系统的压力损失值、曝气池水深和环境大气压力之和,如图1 所示。若由于某种原因,如曝气头或管路堵塞,使管

18、路系统的压力损失增加,“背压”也会升高,于是鼓风机的压力也就相应升高;又若曝气头破裂或管路泄漏等原因,管路系统的压力损失则会减少“背压”便不断降低,鼓风机的压力也随之降低。综上所述,确定曝气鼓风机压力时,只需要鼓风机在标准状态下所能达到的绝对压力等于使用状态下的大气压力、曝气池水深和管路损失之和。（3）风机选型时应关注鼓风机空气流量因素在计算污水处理的需氧量时,其结果为标准状态下所需氧的质量流量qm (kg/ min) ,再将其换算成标准状态下所需空气的容积流量qv1(m3/ min) ,如果鼓风机的使用状态不是标准状态,例如在高原地区使用,则空气密度、含湿量会发生变化,鼓风机所供应的空气容积

19、流量与标准状态是相同的,而所供空气的质量流量将减少,有可能导致供氧量不足。因此,必须计算出能供应相同质量流量的容积流量,即换算流量。在高原地区使用时,环境大气压力也会发生变化,压力比相应升高,那么,鼓风机的泄漏流量则会增大,这将导致鼓风机所供应的空气容积流量减少,也可能造成供氧量不足。因此,设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响,以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求,并需计算出换算流量和泄漏流量。（4）风机选型应关注鼓风机供气流量的变化规律对于同一台鼓风机,在冬季和夏季,其容积流量是不会发生变化的,但因空气密度的不同质量流量会发生变化,也就是说供氧量会有所不同。鼓风机在标准状

20、态与使用状态下的容积流量是不变的,但因为空气密度() 、含湿量等发生了变化,导致鼓风机输送至曝气池的供氧量(FOR) 在冬季温度降低时增加、夏季温度升高时降低。例如,某一污水处理厂,选用上述计算例题中的罗茨鼓风机,根据环境温度变化, 计算出鼓风机的实际供氧量,其一年的变化规律在实际运行过程中,由于进水量、水质、水温、MLSS等参数的变化,系统需氧量(SOR) 也会发生变化在夏季,水温较高,曝气池需氧量(SOR) 增大,但鼓风机的供氧量(FOR)在减少,这是设计时考虑需氧量的最不利工况点,此时,供氧量、需氧量基本相当;在冬季,水温降低,曝气池需氧量(SOR) 减少,但鼓风机的供氧量(FOR) 增

21、大,此时,供氧量较需氧量大出许多。这是由于冬季气温降低,空气密度增加,那么风机所供给的干空气的质量流量较标准状态大幅度增加,从而引起供氧量增加,从运行的实际测量情况来看,每年冬季曝气池的溶解氧较夏季会高出13mg/ L 。因此,在生产运行过程中,需要针对这种变化对设备进行及时的调整,使鼓风机的充氧能力与实际运行中的需氧量相适应。对于罗茨鼓风机来说,使用变频器,通过改变风机转速来调整供风量是很经济实用的。不同季节曝气池需氧量(SOR) 、鼓风机供氧量( FOR) 变化规律五、结论综上所述,同一台鼓风机在不同的使用条件下,其性能的变化非常大,所以必须通过严谨的计算进行选型, 否则有可能导致生化系统

22、的供氧不足; 另外,在冬季和夏季由于空气密度发生了变化,鼓风机所供应氧气的质量流量变化很大,冬季供氧量大大超过了需氧量,所以,应采取变频调速等措施使生化系统的溶解氧浓度保持稳定。第四章 离心式风机拖动系统设计4.1 拖动系统分析离心式风机在工作中为连续转动，启动时与另一台分机联锁，即第二台开始运转后，第一台才能启动，否则第一台不能启动。所以有了上面的电机选择。4.2 三相异步电动机降压启动4.2.1 三相异步电动机降压启动注意事项（1）电动机在启动时，应注意附近是否有人或杂物，以免造成人身事故；（2）电动机接通电源后，如果电机不能转动或者启动很慢，声音不正常及传动机构出现不正常现象，应立即切断

23、电源检查，待查明原因排除故障后方可启； （3）启动多台电机时，应从大到小、有秩序地逐台启动，不可同时启动，以免过大启动电流造成线路压降过大或引起开关跳闸；（4）电动机应避免频繁启动或尽量减少启动次数（特殊用途的电机除外），一般空载连续启动不超过35次，电机长期工作后，停机又启动不得超过23次。因为电机长时间工作后，电机的启动电流很大，频繁启动或启动次数过多会使本来就未冷却好的绕组再次发热，影响电动机寿命。所谓电动机的冷状态是指绕组温度与环境温度相同，即温升？=0的状态；热状态是指绕组温度高于环境温度（如果停机时间很短，可认为停机后绕组温度与运行温度基本相同），即温升？0的状态。电动机启动时，绕

24、组的电流总是大于额定电流的，大电流在绕组中产生的热量将使其温度升高。由于热状态下的初始温升高（r0），所以热状态下启动电动机引起的温升必定高于冷状态下启动引起的温升，而且热状态启动时高温升作用时间长。温升高低及高温升作用时间长短与绕组绝缘老化的程度有密切关系，这直接影响到电动机的使用寿命。由于热状态下启动温时，温升值低，高温升作用时间短，所以通常允许连续启动23次。4.2.2 三相异步电动机的节能途径异步电动机节能途径主要有：选用Y系列的高效率电动机、运行中的节能措施、提高检修质量、用磁性槽泥改造旧电机等。选用Y系列的高效率电动机。Y系列电动机平均效率高于J02系列0.41，其他各项指标也都优

25、于已淘汰的J02系列。年运行3000h以上电动机，应选用YX型高效电动机。运行中采用的节能措施：1、合理选用电动机容量，避免“大马拉小车”现象，提高负荷率。负荷率达到70以上时，运行效率将达到最高效率；2、三角形接法的电动机在轻载时改为星形接法以降低绕组相电压，减少铁损，提高功率因数，减少定子电流，有较好的节能效果。使用SJ系列自动控制接点仪能实现这种自动切换；3、选用节能效果好的调整方式。如绕线式电动机用晶闸管串级调整代替转子串电阻调整；鼠笼式电动机拖动风机、水泵负载使用变格调整代替阀门调节等，都有较好的节能效果；4、经常空载运行的小型电动机加装自动停车装置，以减少空载损耗。这样不仅节电，还

26、能提高供电线路的功率因数。提高检修质量，结合检修进行技术改造：1、使用耐热、较薄的绝缘材料，增加导线截面或提高导线导电率，以降低铜损；2、采用串接绕组、正弦形绕组、散布形绕组以减少附加铁损；3、增加绕组线匝或扩大导线截面，采用磁性槽楔，以降低铁损；4、采用节能型风扇、性能好的润滑脂，更换损坏的轴承，以降低通风损耗和摩擦损耗。用磁性槽泥改造旧电机。磁性槽泥具有一定的导磁性，当磁感应强度为0.8T时，相对导磁率为24.5等，它是一种可塑性材料，可固化在槽口处，紧固性好，用于中、小型电动机，提高效率1.25，温升平均下降13K。4.3 离心式风机的调压方法离心式风机是一台构造复杂的设备，主要有进风口

27、，风阀，叶轮，电机、出风口组成。在不同的状态下，离心式风机的效果也不相同。因此，不同的部分运行状况不同时，离心式风机的效果会受到影响。将离心式风机调试至最佳状态，可以从多个方面入手。（1）离心式风机允许全压起动或降压电动，但应注意，全压起动时的电流约为5-7倍的额定电流，降压起动转矩与电压平方成正比，当电网容量不足时，应采用降压起动。（2）离心式风机在试车时，应认真阅读产品说明书，检查接线方法是否同接线图相符；应认真检查供给风机电源的工作电压是不是符合要求，电源是否缺相或同相位，所配电器元件的容量是否符合要求。（3）试车时人数不少于两人，一人控制电源，一人观察风机运转情况，发现异常现象立即停机

28、检查；首先检查旋转方向是否正确；离心式风机开始运转后，应立即检查各相运转电流是否平衡、电流是否超过额定电流；若有不正常现象，应停机检查。运转五分钟后，停机检查风机是否有异常现象，确认无异常现象再开机运转。（4）双速离心式风机试车时，应先起动低速，检查旋转方向是否正确；起动高速时必须待风机静止后再启动，以防高速反向旋转，引起开关跳闸及电机受损。（5）离心式风机达到正常转速时，应测量风机输入电流是否正常，离心式风机的运行电流不能超过其额定电流。若运行电流超过其额定电流，应检查供给的电压是否正常。（6）离心式风机所需电机功率是指在一定工况下，对离心式风机和风机箱，进风口全开时所需功率较大。若进风口全

29、开进行运转，则电机有损坏的危险。风机试车时最好将风机进口或出口管道上的阀门关闭，运转后将阀门渐渐开启，达到所需工况为止，并注意风机的运转电流是否超过额定电流。严格按照上述调试方式对离心式风机进行调试，可让离心式风机的效率达到98%以上。第五章 离心式风机控制电路设计5.1 电路设计及电路原件的选择电路原件包括CU-38 380V 热继电器开关CJTI1-20 380V交流接触器RT18-32X 380V熔断器DH48S-S 380V延时继电器 图5-1 离心式风机控制电路图5.2 相关参数校验5.2.1 参数校验机号为12，风机的转速为1450r/min，风量22.542.3m3/s，全压8041542pa，机号为12表示风机叶需的电机功率为75K轮直径为1200mm。风机的启动转矩计算公式：启动转矩TS=J*a/g Kgm式中： J=总的惯性力矩；Kgm；a=角加速度；rad/s2；g=重力加速度（1）风机的惯性力矩 （2）带轮的惯性力矩 角速度，=2nM/60 rad/s；角加速度，=/t rad/s2；= 151.8 ra