Методические указания.

Рост стоимости электроэнергии и энергоносителей требует все более тщательного изучения всевозможных составляющих потерь энергии в ходе работы производственного промышленного оборудования с целью поиска путей снижения энергозатрат.

Считаем, что затраты на преодоление сопротивления вращению перемешивающего устройства в емкостном аппарате являются целевыми.

Потери энергии при работе перемешивающего устройства емкостного аппарата складываются из потерь в электродвигателе (активные и реактивные электрические потери, потери на трение в подшипниках и коллекторе, если он есть, аэродинамические потери на привод вентилятора охлаждения и в зазоре между статором и ротором) и потерь на трение в редукторе и уплотнении привода.

Электрические потери в электродвигателе зависят от текущей нагрузки на двигатель и могут изменяться в ходе процесса перемешивания при изменении количества или температуры (вязкости) перемешиваемого продукта.

Остальные составляющие потерь зависят от частоты вращения перемешивающего устройства и конструкций редуктора и уплотнения.  Они, как правило, остаются неизменными в ходе процесса перемешивания.

      Практические сложности определения отдельных составляющих потерь связаны не только с их комплексным проявлением и с относительно небольшими значениями потерь по большинству составляющих, но и с невозможностью их прямых измерений.

      Поскольку все перечисленные составляющие потерь в конечном итоге преобразуются в тепловую энергию, вызывающую нагрев соответствующих элементов оборудования, оценка значений этих потерь может быть выполнена на основе измерения температур элементов привода перемешивающего устройства.

      Более точно потери в уплотнительном устройстве могут быть определены, как потери на трение соприкасающихся графитовых шайб, осуществляющих уплотнение вала привода мешалки в крышке емкостного аппарата.

      В данной лабораторной работе измеряются температуры корпусов электродвигателя, редуктора и уплотнительного устройства при работе перемешивающего устройства емкостного аппарата.

      Точный расчет потерь по температурам поверхностей элементов оборудования представляет значительные трудности вследствие сложной конфигурации элементов оборудования. Поэтому ограничимся их грубой оценкой.

     Эту оценку можно выполнить в двух случаях:

-  при запуске оборудования все тепло потерь затрачивается на нагрев элементов оборудования, а потери тепла в окружающую среду практически отсутствуют;

- при стационарном температурном режиме все тепло потерь рассеивается в окружающую среду и не затрачивается на изменение теплосодержания элементов оборудования.

      В первом случае погрешности расчета связаны с наличием градиентов температур в элементах оборудования, во втором - проблематичностью расчета тепловых потоков от элементов сложной конфигурации в окружающее пространство и через монтажные элементы.

      В первом случае мощность потерь (Вт) в каждом из узлов оборудования может быть рассчитана следующим образом:

                                                                               (1)

где    М_i, С_i - соответственно масса и теплоемкость материала i-го узла,

         t_i, t_i - соответственно температура поверхности i-го узла и время ее измерения с момента включения перемешивающего устройства,

         t_oc - температура окружающей среды (начальная температура узла).

     Во втором случае после установления стационарного температурного режима мощность потерь в тех же узлах оборудования может быть рассчитана так:

                                                                                       (2)

где    F_i - площадь теплоотдающей поверхности i-го узла,

         a_i - коэффициент теплоотдачи от поверхности i-го узла к окружающей среде, зависящий от способа теплоотвода, вида поверхности и ее ориентации.

      Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции может быть рассчитан по зависимости

                                                                                           (3)

      Коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции (охлаждение корпуса электродвигателя встроенным вентилятором) может быть найден из критериального уравнения

                                                                                                        (4)

где                                                                                (5)

         l - длина поверхности в направлении обдува воздухом,

         l, r, m - соответственно теплопроводность, плотность и динамическая вязкость воздуха при температуре окружающей среды,

         w - скорость движения воздуха вдоль теплоотдающей поверхности, может быть принята как половина окружной скорости лопастей вентилятора.

      Потери в уплотняющем устройстве могут быть рассчитаны как потери на трение соприкасающихся графитовых дисков, один из которых неподвижен, а второй вращается вместе с валом привода:

                                                                                                     (6)

где    К_F - коэффициент трения,

         S - прижимающая сила,

         R - радиус дисков,

         n - частота вращения вала, об/с.

      Общий КПД привода может быть оценен так:

                                                                                                (7)

где N - общая потребляемая мощность, Вт, определяемая по прибору.