Технические требования к двигателям для перистальтических насосов

Допустим, что система:

1. Давление на выходе, pв – 2 бар (0,02 кгс/мм²)

2. Расход насоса, Q (min, max) – 300-3000 мл/мин

3. Внутренний диаметр трубки, d – 9,6 мм

4. Диаметр головки, D – 100 мм

5. Напряжение питания, Uп – 60 В постоянного тока

6. Количество роликов – 3

7. КПД насоса, ηн – 10 %

Располагая этими данными можно рассчитать некоторые параметры, которые потребуются для дальнейшего расчета основных параметров двигателя.

Зная внутренний диаметр трубки d и диаметр головки D, можно рассчитать производительность насоса V (объем выталкиваемой жидкости за один оборот):

V=S*l,

где S – площадь сечения трубки, равная S=π*d²/4,

l – длина дуги, равная 2/3 L,

где L – длина трубки, равная L=π*D.

Итак, получаем:

S=π*d²/4=3,14*9,6²/4=72 (мм²)

L=π*D=3,14*100=314 (мм)

Отсюда, V=2/3 S*L=2/3*72*314=15072 мм³ (15 мл)

Таким образом, за один оборот насос перекачивает приблизительно 15 мл жидкости. Теперь можно рассчитать минимальную и максимальную скорость вращения коромысла головки насоса.

Если за один оборот насос прогоняет 15 мл, то чтобы обеспечить расход в 300 (min) и 3000 (max) мл/мин, коромысло головки должно вращаться со скоростью в 20 и 200 оборотов в минуту соответственно.

Мощность насоса (Pн) можно получить как произведение давления на выходе и максимального расхода.

Т.е. Рн=pв*Qmax=0,02 кгс/мм² * 3000000 мм³/мин = 60000 кгс*мм/мин = 1 кгс*м/с.

Это составляет примерно 10 Ватт.

Двигатель совершает работу перекачки жидкости. Однако значительная часть мощности расходуется на механическую деформацию трубки. Обычно КПД таких насосов приблизительно равен 0,1.

Итак, если мощность насоса составляет 10 Вт, а КПД насоса не превышает 10 %, получаем, что наш двигатель должен быть рассчитан на мощность равную 100 Вт.

Далее возникает два варианта: с одной стороны можно посчитать машину с прямым приводом без редуктора, и тогда скорость вращения двигателя будет равна 200 оборотов в минуту с диапазоном регулирования частоты вращения 1:10 (при неизменном моменте), с другой стороны – с редуктором. В этом случае при передаточном отношении редуктора 10, скорость вращения двигателя – 2000 оборотов в минуту, при том же диапазоне регулирования. Питание насоса осуществляется от бытовой однофазной сети 220В, 50Гц. Однако для питания двигателя необходимо преобразовать напряжение сети в 60В постоянного тока, т.е. применяется дополнительный внешний источник питания.

Итак, решение задачи возможно путем использования двух вариантов двигателя.

Запишем исходные данные для их расчета.

Первый вариант (без редуктора):

- мощность – 100 Вт;

- скорость вращения – 200 об/мин;

- диапазон регулирования частоты вращения – 1:10 (при неизменном моменте);

- напряжение питания – 60 В постоянного тока.