Единицы измерения параметров и характеристик насоса для проектирования

Еще в начале семидесятых, когда я был в аспирантуру, наше правительство обязалось преобразовать американской системы измерения в метрической системе. Популярного мультфильма в то время, показали, лаборант с коробкой ампутировали ноги человека стоящего у двери в комнату снабжения. Завхоз также проведение окно, но его был полон напряжения метров. Подпись была "Торговля стопы метров". Это было почти 37 лет назад, и мы до сих пор большинство из этих ног! Я думаю, что я могу сказать, что мы до сих пор "толчковой" в метрической системе.

СИ (метрической международных d'объединяет, или Международной системы единиц) является современной версией день в метрической системе, а США получает много горя не охватывает присущие транспортировке через международные границы. Это стандарт в нашем научном сообществе и его использование растет в нашем инженерном и промышленном секторах, но это все еще довольно непопулярным с пролетариатом. Почему? Поскольку единица измерения совершенно непригодным для большинства из нас.

Возьмем, к примеру, что просто количество мы знаем, как работа. Работа в линейной среде, достаточно прост (каламбур). Работа (ш) определяется как произведение силы (F), который применяется к объекту и расстояние (г), что объект путешествует в результате этой силы. Так что работа просто W = Fd.

В хорошем оле английской системы, сила измеряется в фунтах и ​​расстояние измеряется в футах. Если мы поднимаем 100 фунтов окна на высоте 10 футов, мы выполняем 1000-фут-фунтов работы. Так как работа прямо пропорциональна как сила и расстояние, в 10 фунтов поле поднимается до высоты 100 футов требует точно такой же объем работы.

Теперь, если мы переехали этом поле за пределами США, С.И. бы взять на себя. Сначала будет конвертировать фунты в килограммы и ноги метров. Работа в системе единиц СИ является джоуль, которая определяется как ньютон-метров. Мы все знаем, ньютон (назван в честь сэра Исаака) это количество силы, необходимой для ускорения массой 1 кг со скоростью 1-m/s2. Да, правильно!

Могло быть и хуже. Перед С.И., единица работы может быть также эрг, что дина-сантиметр. И дин является грамм-сантиметр за секунду в квадрате.

Английская система уравнений для работы говорит нам, сколько работа выполняется, и он делает это в понятной единиц. На самом деле, галлоны легко преобразуется в фунтах, и мы можем использовать тот же простое уравнение, чтобы оценить работу насосной системы. То, что он не говорит нам о том, как быстро, что работа будет сделана. Когда мы поднимаем, что 100 фунтов окна на высоте 10 футов, мы выполняем 1000-фут-фунтов работы. Это не имеет значения, если он занимает 10 секунд, или 10 дней, он все еще 1000-фут-фунтов работы.

Скорость, с которой работа выполняется, называется сила, и она равна выполненной работы, деленное на время, необходимое для выполнения этого. Говоря простым языком, мощность = W / T. Если это занимает одну минуту, чтобы поднять, что 100 фунтов окна на высоте 10 футов, мощность, необходимая на английском языке единиц 1000-ft-lb/min. Опять же, довольно проста.

Теперь вы можете подумать, что системе СИ, где мощность измеряется в ваттах, был бы одинаково понятен. К сожалению, это не потому, Вт определяется как джоуль в секунду. И это возвращает нас к ньютон-метров.

Благодаря парень по имени Джеймса Уатта, есть и более осмысленно относиться ватт на фут-фунт. В конце 18 века, он сделал несколько значительных улучшений в паровой двигатель - улучшения, которые сделали его альтернативой другим источникам энергии. Один из прожорливых приложений в то время была добыча угля, и большинство из них работает на лошадях.

Что Вт нужен был способ сравнить силу своего двигателя, что в команде лошадей. Рассказывают, что с помощью экспериментов, он решил, что средняя лошадь может поднять около 182 фунтов на высоту 181 футов в минуту. (Несколько версий этой истории говорят, но конечный результат всегда один и тот же.)

Таким образом, власть, или лошадиных сил в данном конкретном случае, является 33000-фут-фунт / мин. Эта величина оказывается равной 745.7-joules/sec в системе СИ. Один джоуль в секунду была названа "Ватт" в его честь, так что 1 л равен примерно 746-W. В США мы по-прежнему ставка мощность электродвигателя выход в лошадиных силах, в то время как большинство других стран использовать киловаттах (кВт).

Теперь, это не трудно представить себе работу в эксперименте Уатта. Просто перетащите длинной веревке вниз шахты, поместите его на шкив, и подключите другой конец к лошади. Расстояние конные прогулки раз он поднимает вес является работа. Измерьте, как далеко он идет в одну минуту, и вы получите лошадиных сил.

Работа и мощность может быть немного сложнее визуализировать в ротационной окружающей среды. Возьмите электродвигатель, например. Как, черт возьми, вы измеряете силу и расстояние?

Для того, чтобы иметь некоторый смысл из этого мы должны ввести новый термин. Если лошадь Уатта было считать, что вес в статическом положении, без работы должно быть сделано, но сила, удерживающая его не было бы похоже на то, что мы называем момент. Крутящий момент можно считать аналогом вращательных сил и определяется как произведение силы и рычаг. Ее единица СИ является ньютон-метр и его английский эквивалент фут-фунт (фут-фунт).

Но подождите, это не означает, что устройство на работу? Да, это, так крутящий момент часто называют фунт-фут (фунт-фут) или фут-фунт-сила (фут-фунт) для того, чтобы отличить его от работы. К сожалению, это определение не всегда очевидна.

Разница между крутящим моментом и линейной силы воздействия, предусмотренных рычага. Линейная сила действует в том же направлении, что объект движется сила создается вращающий момент действует под углом, и, следовательно, перпендикулярно к движению он вызывает. В связи с этим, он состоит из двух компонентов - сила (F) применяются в фунтах и ​​точку приложения (г), измеряется в футах, от центра или оси вращения (т = Fr). На этом рисунке показано, как эти два компонента работают вместе, чтобы произвести крутящего момента.

 Количество вращательное усилие, применяемое к гайку гаечным ключом, зависит от количества силы (F), примененной к ручке и где эта сила применяется (г). Крутящий момент, который создается прямо пропорциональна другое. Если 10 фунтов применяется одна нога из ореха, в результате 10-фунт-фут крутящего момента. Если вы переезжаете, что сила на 0,5 футов, крутящий момент уменьшается до 5 фунтов-футы. Но, если вы увеличите силу до 20 кг, крутящий момент 0,5-фут возвращается в 10-фунт-фут.

Пока все хорошо, но есть один фактор, который может повлиять на крутящего момента с тем, что простой ключ. Предположим, что мы применяем эту силу на ручке под углом 45 градусов угол, а не на 90-град показано на рисунке 2. В этом случае, некоторые силы будут направлены вниз, как и раньше, но некоторые будут также направлены на гайку. Как вычислить момент производится?

К счастью, некоторые простые тригонометрические можем расширить наше уравнение для крутящего момента и сделать ее полезной вне зависимости от угла силы. Его новая форма становится т = F (г грех θ), где θ угол. Синус 90 градусов равен 1, поэтому, когда сила перпендикулярна, крутящий момент просто о. Синус 45 градусов составляет 0,707, а в данный конкретный момент угол становится F (Rx 0,707).

Хороший пример о том, что угловые и радиальные составляющие силы может иметь крутящий момент на поршень двигателя. Когда огни свечей, поршень находится в верхней части цилиндра и коленчатого вала при 0 град. Как поршень движется вниз по цилиндру коленчатого вала, крутящий момент формируется и достигает своего максимума в 90 градусов (в середине ее снижением). Во второй половине вниз инсульт, крутящий момент уменьшается и исчезает при 180 град. Если вы хотели бы видеть великолепная анимация, которая иллюстрирует эту последовательность.

В линейной системе мы увидели, что работа = Fd. В крутящий момент системы (т) - который состоит из силы и радиус - заменяет сила (F), и расстояние (г) становится угол, на который действует крутящий момент. Это означает, что работа = tθ, где θ угол.

В случае электродвигателя, θ составляет 360 град или один полный оборот. Он должен следить, что власть или лошадиных сил производства вращательное система просто работа разделена по времени. К сожалению, это не так просто, потому что время и расстояние вращательное связаны угловой скорости. Это добавляет немного грязи уравнения и власть становится продукт крутящего момента и угловой скорости и угловой скорости в радианах в единицу времени!

К счастью, мы можем преобразовать угловую скорость в более привычные единицы: мин. Теперь наше уравнение становится P = TX 2π х оборотов в минуту и ​​власть в фут-фунт в минуту. Почему 2π? Потому что есть 2π радиан в один полный оборот. Если вы разделите результат на работу на лошади Вт в одну минуту, вы в конечном итоге с лошадиной силы. Но есть еще более простой способ вычисления лошадиных сил. Проще говоря, л.с. = (TX об / мин) 5250.

Так где же это удобно коэффициент 5250 взялись? Ну, мы просто разделили работу на лошади Уатта (33000) на 2π и избавиться от них обоих! Если мы знаем лошадиных сил, мы можем изменить, что уравнение для т = (л.с. х 5250) при об / мин и крутящий момент расчета.

Как вы можете видеть из уравнения в предыдущем пункте, если мы сохраним лошадиных сил постоянной, крутящий момент изменяется обратно пропорционально скорости вращения. Например, 100-сильный электродвигатель мощностью 3500 оборотов в минуту производит приблизительно 150 фунт-фут крутящего момента. Если это были оценены в 1750 оборотов в минуту, крутящий момент увеличится до 300 Нм. Это именно то, что можно было бы ожидать, так как лошадиная сила или власть является скорость, с которой работа. Если 1750 оборотов в минуту двигатель, чтобы достичь того же объема работы, в то же время, как его 3500 оборотов в минуту двоюродный брат, он должен делать вдвое больше работы за один оборот.

Эта цифра показывает текущий момент и кривые типичного класса В переменного тока. Y-ось показывает процентов максимального крутящего момента и ток нагрузки, а X-ось показывает скольжение процентов и синхронной скорости (Ns).

Синхронная скорость это скорость, с которой магнитное поле вращается вокруг статора, и она равна (120 х Гц) / число полюсов. На 60 Гц, двухполюсный двигатель имеет синхронную скорость 3600 оборотов в минуту. Для четырех-полюсный двигатель, что скорость снижается до 1800 оборотов в минуту. Скольжения или скольжения Скорость фактической скорости вращения ротора и, как правило, от 3 до 5 процентов ниже.


Причина того, что асинхронный двигатель работает ниже синхронной скорости довольно прост. Если ротор должны были двигаться с той же скоростью, как вращающееся магнитное поле статора, не было бы никакого относительного движения между ними. Таким образом, силовые линии не будет пересекают стержни ротора и отсутствие магнитного поля может быть вызвано.

Крутящий момент производства асинхронных двигателей пропорциональна силе взаимодействующих магнитных полей в статор и ротор, и значительно варьируется от нуля до номинальной скорости скольжения. Блокировка ротора крутящий момент (или пусковой момент) является минимальный крутящий момент, который развивается, когда ротор находится в состоянии покоя (мин = 0). Ток, необходимый для производства этой отправной диапазон крутящего момента от пяти до семи раз фактический ток полной нагрузки.

Поднимите момент минимальный момент, развиваемый двигателем, как он разгоняется от остальных, чтобы скорость, с которой максимальный крутящий момент происходит. Как вы Видно, ток падает очень мало в этот период ускорения. Как только ротор подходы около 75 процентов его номинальной скорости скольжения, крутящий момент достигает своего максимума (разбивка крутящего момента) и ток начинает падать. Как только ротор продолжает ускоряться, крутящего момента и текущее падение быстро и полностью раскрыть свой значений нагрузки при номинальной скорости скольжения двигателя.

На рисунке также показывает нам, что происходит, когда двигатель перегружен. Возьмем, к примеру, что 100 л.с. / 1750 оборотов в минуту мотор о которой мы говорили ранее. Поскольку нагрузка увеличивается, крутящий момент увеличивается и достигает максимума, когда скорость вращения снижается до 25 процентов скольжения.

Если вы заменяете новыми значениями крутящего момента и скорости в уравнение лошадиных сил, вы увидите, что мощность возрастает с 100 до 230! Если нагрузка продолжает увеличиваться, крутящий момент начнет сокращаться и вращение придет к остановке. Скорее всего, вы не увидите это произошло из-за большого количества дыма на выходе из корпуса двигателя!

Надеемся, что это сделало работу, крутящий момент и мощность в ротационной среду немного более понятным. Кроме того, я был немного развлечься уничтожением в метрической системе, хотя я считаю, что мы должны принять его давно. Однако те, кто ожидал, что это будет легкий переход должны были носить шоры. Можете ли вы представить собирается Макдональдс для 0,11339 kilogramer (возможно, даже с сыром)? Или, как о первой и до 9,144 на 45,72 (это было бы полузащитника!).

Если мы хотим, чтобы эта система стандарта, придется начинать в начальной школе.