Электропривод насосных установок реферат

Обновлено: 05.07.2024

Насосные установки предназначены для нагнетания в нефтяные и газовые скважины различных жидкостей при цементировании, гадравлическом разрыве пластов, гидропескоструйной перфорации, кислотной обработке призабойной зоны, промывке песчаных пробок, а также при проведении других промывочно-продавочных работ. Насосные установки укомплектованы насосами высокого давления; смонтированы на шасси автомобилей, на тракторах и на специальных рамах.

Можно указать, что насосная установка имеет следующие элементы: гидробаки (гидроемкости); гидролинии (магистрали, трубопроводы); контрольно-измерительное оборудование (манометры, расходомеры, электроизмерительные приборы); пускорегулирующее оборудование (вентили, задвижки, устройства электрооборудования); противопожарное оборудование; вспомогательное оборудование (тали, кран-балки). Состав сооружений, тип и количество основного и вспомогательного оборудования насосной установки определяется исходя из назначения насосной установки.

В насос помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку , центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разрежение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается лопатками колеса на периферию корпуса и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение жидкости и центробежный насос имеет равномерный ход. Перед пуском центробежный насос нужно заполнить жидкостью.

Если насос расположен ниже уровня жидкости, то для его заливки достаточно открыть вентиль. Если же насос находится выше уровня перекачиваемой жидкости, то для заливки требуется создать разрежение внутри корпуса насоса при помощи специального вакуум-насоса, в качестве которых обычно применяют поршневого насоса. В последнее время для заливки таких насосов стали применять аккумуляторные баки. Такой бак устанавливается выше уровня насоса, через него проходит всасывающий трубопровод, и после остановки насос оказывается залитым жидкостью, как если бы он находился ниже заборного резервуара. После заливки корпуса насоса может быть включен приводной двигатель.

Энергоснабжение

Для работы насосных станций необходимы источники питания электроэнергией.

Основными потребителями электроэнергии являются насосные агрегаты с электродвигателями, вентиляционная система, электрические нагреватели, оборудование автоматизированной системы управления технологическими процессами и охранной пожарной сигнализации, а также электрическое освещение.

исполнительные механизмы системы противоаварийной защиты;
потребители КИП, обеспечивающие безаварийную остановку;
аварийное освещение;
система автоматического управления изделия;
система пожарообнаружения и контроля загазованности.

сеть электроснабжения — трехфазная пятипроводная;
род тока — переменный;
частота тока — 50 Гц;
напряжение — 400 В (напряжение питания потребителей — 230 В);
система заземления — TN—S (с глухозаземленной нейтралью);
отклонение напряжения и частоты — по ГОСТ 32144-2013;
подстанция — 6 кВ (0,4 кВ).

кабели силовые и контрольные к электрооборудованию комплектной поставки;
осветительная арматура;
системы контроля и управления;
материалы заземления и защиты от статического электричества оборудования;
другое необходимое электрооборудование и материалы.

Снаружи над входом станции установлены светильники во взрывозащищенном исполнении. Управление наружным освещением выполнено с помощью взрывозащищенных постов управления, установленных около входных дверей. Светильники и посты управления выполнены в климатическом исполнении, выбираются в зависимости от места установки станции.

Для возможности подключения к внешним сетям электроснабжения на стойке предусмотрена установка взрывозащищенной клеммной коробки с клеммными вводами и установка местного поста управления

Для подключения внешних питающих кабелей и кабелей управления в изделии предусмотрены взрывозащищенные клеммные коробки. Обеспечен подвод кабелей от клеммных коробок ко всем электроприемникам изделия.

В станциях применены бронированные силовые и контрольные кабели с медными жилами и изоляцией оболочки из материалов, не распространяющих горение при групповой прокладке.

Для защиты кабелей от механических повреждений использованы лотки, монтажные полосы и трубы.

В станции выполнено присоединение открытых проводящих частей светильников рабочего (аварийного) освещения и стационарных электроприемников к нулевому защитному проводнику. Также к нему защитным проводником подсоединены металлические каркасы дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.

Система заземления в сети 0,4 кВ принята TN-S (проводники РЕ и N разделены).

Предусмотрена возможность присоединения каркаса насосной установки в двух точках к внешнему заземляющему устройству (от внутреннего контура заземления имеются два вывода на внешнюю сторону изделия стальными полосами 5×40 мм, выступающими за габарит изделия на 60 мм).

Границей поставки электрооборудования со стороны завода-изготовителя является взрывозащищенные вводные клеммные коробки, размещенные на наружной стене насосной станции.

Общеизвестно, что центробежные насосы (ЦН) являются одной из самых больших групп потребителей электрической энергии. Они получили широкое распространение во всех отраслях промышленности. В частности, ЦН частые применения получили в перекачках воды горячего и холодного водоснабжения в городах, в перекачках нефти на нефтеперекачивающих станциях, где мощности приводных двигателей достигают до 1,5-2,5 МВт. Центробежные насосы обладают широкими пределами производительности мощности и приводных двигателей.

В процессе подачи и распределения воды в сети городского водо- и теплоснабжения затрачиваются значительное количество электрической энергии в зависимости от режима функционирования насосных установок. Насосные установки, осуществляющие подачу воды в городскую сеть, работают в условиях широкого изменения диапазона нагрузок. Для этих условий выбор их эффективного, энергосберегающего способа управления, целесообразных параметров затруднен. Потребляемая центробежными насосами электроэнергия расходуется в большей степени на преодоление сил гидравлического трения в задвижках, сил трения в сальниках, подшипниках, на высоту подъема жидкости, в трубопроводах и т.п.

Обеспечение различных режимов функционирования центробежных насосов для перекачивания воды осуществляется задвижками (так называемыми клапанами регулирования), демпферами и заслонами (дросселированием) при неизменной скорости приводного механизма. При этом существенные потери мощности имеют место в регулирующих элементах и напрямую связаны с преодолением дополнительных сил, возникающих при гидравлическом трении, а также потери электрической энергии по длине трубопроводов, до следующей станции насосных агрегатов. Их объём обусловлен диапазоном регулирования таких параметров на выходе, как напор и подача жидкости, и может достигать величины порядка 50% от потребляемой электроэнергии приводным механизмом. Высокий уровень автоматизации управляемого электрического привод может позволить исключить эти потери.

Использование электрического привода с механизмами регулирования и его работа с применением управления мощностью будет не только способствовать уменьшению потребления энергии насосными установками, но также позволит сохранять оптимальную частоту ротации при заданных параметрах (напор и подача). Электрический привод с механизмами регулирования, а также работа при пониженной частоте вращения на протяжении значительного периода времени работы, будут способствовать значительному снижению износа как напорно-регулирующих механизмов, так и кинематических механизмов самого электропривода и насосной установки, снижению риска утечки переносимой жидкости. Плавное регулирование напора (давления) при переходном режиме с необходимой частотой воздействия (интенсивностью) позволяет снизить риски возникновения аварий, и, соответственно, опасных их последствий в трубопроводах сетей водо и теплоснабжения за счёт снижения гидравлических ударов [2].

Управляя такими параметрами режимов работы насосных установок, как изменение частоты вращения механизмов, мы имеем возможность постоянно использовать их с повышенным значением КПД, т.е. с более высокой эффективностью.

Для осуществления таких задач находят применение промышленные преобразователи частоты, выпускаемые фирмами производителями, такие как АВВ, Сименс, Шнайдер-электрик и другие [4], [5], [6].

С помощью насоса с регулируемой частотой вращения можно сохранять на определённо заданном уровне давление в трубопроводах. При падении/возрастания давления до величины, отличной от заданной, частотному преобразователю поступает сигнал на повышение или снижение частоты вращения. Если частота вращения насосной установки достигает своего максимума или минимума, то либо останавливается, либо приходит в работу один из насосов постоянной частоты вращения соответственно.

Из вышеизложенного следует что, применение насосных установок с регулируемой частотой вращения может способствовать [2], [3]:

– недопущению существенного варьирования давления в сети;

– устранению потерь, связанных с начальным регулированием потока;

– уменьшению уровня шума и вибрации, а также резонансных явлений в трубопроводах сетей водо и теплоснабжения;

– снизить риск водяного удара и кавитации благодаря плавному ускорению и запаздыванию работы устройства;

– заменить вышедшие из употребления приборы контроля скорости, обладающие низкой эффективностью;

– продлить период эксплуатации элементов конструкции насосной установки (рабочего колеса, опорных подшипников и уплотнений насоса);

– эффективно управлять скоростью насоса.

Все промышленные преобразователи частоты выше указанных и других фирм-производителей имеют идентичные схемы электрической силовой части, состоящий из:

– выпрямителя (управляемые, полу управляемые и неуправляемые),

– цепей постоянного тока,

– инвертора (напряжения или тока).

Большинство (до 90%) преобразователей частоты выпускается с неуправляемым выпрямителем, автономным инвертором напряжения на IJBT транзисторах (см. рис. 1).

Преобразователи классифицируются в зависимости от количества фаз на однофазные и трехфазные. Система управления и программное обеспечение у каждого производителя свои [4], [5].

Рис. 1 – Схема преобразователя частоты

На рисунке 2 можно видеть зависимость характеристик изменения напора жидкости, мощности и коэффициента полезного действия от подачи жидкости для типовых центробежных насосов.

Мы знаем, что характеристики центробежного насоса имеют прямую связь с частотой вращения. Рассматривания собственно насос (без учета давления на выходе) при частоте вращения N, отличающейся от номинальной частоты вращения Nn, получим что:

– подача Q пропорциональна отношению (N/N),

– полный динамический напор пропорционален (N/N) 2 ,

– мощность P пропорциональна (N/N) 3

Рис. 2 – Стандартные характеристики центробежного насоса

Исследование энергопотребления центробежной насосной установки лучше проводить с помощью энергетической диаграммы (см. рисунок 3) [7]. Согласно кривой данной диаграммы в процессе перехода электрической энергии, потребляемой установкой, в потенциальную и кинетическую энергии перемещаемой насосом жидкости, обнаруживаются потери в четырёх основных элементах центробежной насосной установки: частотном преобразователе ∆Рпч, электрическом двигателе ∆Рдв, турбомеханизме ∆Ртм, магистрали ∆Рм. По величине коэффициента полезного действия (КПД), зависящей от многих параметров, можно судить об энергетической эффективности данной системы.

Например, эффективность ПЧ имеет зависимость от расчетных величин kn; частоты тока на выходе, нагрузки, генерируемой двигателем, а эффективность двигателя имеет связь с параметрами используемой электрической машины (обмотки статора и ротора, обладающие электрическим сопротивлением, схемы соединения обмоток статора, магнитные характеристики стали и др.) Rm, нагрузка, порождаемая насосной установкой I, частота тока, потребляемого обмоткой статора f (ed) = f (Rm, f, I). Если говорить о турбомеханизме, то на его эффективность будет влиять скорость вращения вала n, угол поворота лопастей, производительность Q и напор H (тm) = f (n; Q; H; ), от кривых магистрали – производительность Qm, статический напор Hст и скоростной напор H- будет зависеть ее КПД (М =f(Qм;Hст;H) [7]

Расчет и изучение взаимосвязи коэффициента полезного действия как отдельных элементов, так и всей системы, могут способствовать поиску целесообразных параметры системы, а также определению энергосберегающих режимов работы:

(1)

Таким образом, через общий КПД установки, можем выразить функцию оптимизации [2], [3], [8]:

(2)

Для получения максимальной эффективности работы установки, нужно провести исследование энергетических индексов отдельных компонентов рассматриваемой системы, показанные энергетической диаграммой.

Цель данного реферата – ознакомиться с электродвигателями насосов различных типов, рассмотреть особенности конструкции. Изучить: принцип действия, основные характеристики, область применения. Узнать основные фирмы производители.

Содержание

Введение 3
1. Приводные двигатели насосов различных типов 4
1.1 Асинхронные электродвигатели насосов …4
1.2 Асинхронные электродвигатели с фазным ротором 5
1.3 Синхронные электродвигатели переменного тока 7
2. Серии электродвигателей . 9
2.1 Единая серия электродвигателей 4А. 10
2.2 Особенности конструкции двигателей серии 4А . 12
2.3 Двигатели серии 4А для моноблочных насосов. 16
2.4 Габаритные установочные и присоединительные размеры двигателей серии 4А. 18
3. Основные фирмы производители насосной техники. Стоимость ЭД . 19
Заключение…………………………………………………………………………25
Список литературы…………………………………………………………26

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат по машинам.docx

любого насоса. Электродвигатель преобразует электрическую энергию (энергию магнитного поля) в механическую энергию на валу насоса, которая затем преобразуется в гидравлическую энергию жидкости.

Приводные двигатели насосов различных типов

Компактность конструкций, простота соединений с насосом, легкая автоматизация управления и относительно низкие эксплуатационные затраты предопределили массовое применение электродвигателей переменного тока в качестве привода для насосов систем водоснабжения и канализации.

К приводным электродвигателям насосных агрегатов помимо их большой мощности предъявляется ряд специфических требований. Одним из определяющих является необходимость пуска двигателей под нагрузкой. Конструкция электродвигателя должна также допускать довольно продолжительное вращение ротора в обратную сторону (с угонной скоростью, определяемой характеристикой насоса), вызываемое сливом воды из напорных трубопроводов после отключения электродвигателя от сети при плановой или аварийной остановке агрегата.

Весьма желательной для улучшения условий работы энергетических систем, где применяются мощные насосные станции, является возможность частых повторных пусков, что, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к конструкциям обмотки статора и пусковой обмотки электродвигателя, нагревание которых определяет продолжительность требуемой паузы между пусками и допустимое число пусков за рассматриваемый период.

При работе асинхронных электродвигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (стандартная частота 50 Гц) и от числа пар полюсов, а частота вращения ротора отличается на величину скольжения, составляющую 0,012—0,06 скорости магнитного поля статора. Причиной исключительно широкого применения асинхронных электродвигателей является их простота и небольшая стоимость.

В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым или с фазным ротором Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели являются наиболее подходящим электроприводом для небольших насосов Они значительно дешевле электродвигателей всех других типов и, что очень существенно, обслуживание их гораздо проще Пуск этих электродвигателей — прямой асинхронный, при этом не требуется каких-либо дополнительных устройств, что дает возможность значительно упростить схему автоматического управления агрегатами

Однако при прямом включении короткозамкнутых асинхронных электродвигателей очень высока кратность пускового тока, который для двигателей мощностью 0,6— 100 кВт при п = 750Н-3000 мин"' в 5—7 раз выше номинального тока Такой кратковременный толчок пускового тока относительно безопасен для двигателя, но вызывает резкое снижение напряжения в сети, что может неблагоприятно сказаться на других потребителях энергии, присоединенных к той же распределительной сети. По этим причинам допустимая номинальная мощность асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, пускаемым прямым включением, зависит от мощности сети и в большинстве случаев ограничивается 100 кВт.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют более сложную и дорогую конструкцию, так как обмотки ротора у них соединяются с наружным пусковым реостатом через три контактных кольца со скользящими по ним щетками

Перед пуском такого электродвигателя в цепь ротора с помощью реостата вводят дополнительное сопротивление, благодаря чему при включении электродвигателя уменьшается сила пускового тока По мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление постепенно уменьшается, а после того как электродвигатель достигнет частоты вращения, "близкой к нормальной, сопротивление пускового реостата целиком выводят, обмотки закорачивают и двигатель продолжает работать как короткозамкнутый

Для насосов с горизонтальным валом отечественной промышленностью в настоящее вермя выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором единой серии 4А мощностью 0,06— 400 кВт при д>3000 мин-1 и высоте оси вращения 50—355 мм. Электродвигатели мощностью 0,06— 0,37 кВт изготовляются на напряжение 220 и 380 В; 0,55—11 кВт — на 220, 380 и 660 В; 15—110 кВт— на 220/380 и 380/660 В; 132— 400 кВт — на 380/660 В.

Для привода вертикальных насосов выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии ВАН мощностью 315— 2500 кВт, напряжением 6 кВ и номинальной частотой вращения 375—1000 мин"1.

Изготовляются электродвигатели серии ВАН в вертикальном подвесном исполнении с подпятником и двумя направляющими подшипниками (один из которых расположен в верхней крестовине, другой — в нижней), с фланцевым концом вала для присоединения к насосу Вентиляция электродвигателя осуществляется по разомкнутому циклу напором воздуха, создаваемым вращающимся ротором и вентиляторами Холодный воздух поступает в машину снизу из фундаментной ямы через нижнюю крестовину и сверху через окна в верхней крестовине Нагретый воздух выбрасывается через отверстия в корпусе статора

Асинхронные электродвигатели основного исполнения имеют различные модификации, в частности: с повышенным пусковым моментом; с повышенными энергетическими показателями для насосных агрегатов с круглосуточной работой, при которой особое значение имеет повышение КПД; с фазным ротором, облегчающим условия пуска и т. п.

Отечественной промышленность также выпускаются многоскоростные асинхронные электродвигатели, позволяющие изменением частоты вращения регулировать подачу и напор насоса, улучшая, тем самым, технико-экономические показатели насосной станции в целом. Так, например, двухскоростные электродвигатели серии ДВДА имеют интервал значений мощности от 500/315 до 1600/1000 кВт. Эти электродвигатели переводятся с одной частоты вращения на другую отключением одной обмотки статора с последующим включением другой.

Синхронные электродвигатели переменного тока

Синхронные электродвигатели переменного тока применяются для привода мощных насосов, характеризуемых большой продолжительностью работы. Частота вращения синхронных электродвигателей связана постоянным отношением с частой сети переменного тока, в которую эта машина включена: ря=:3000 (где р — число пар полюсов; п — частота вращения)

Ротор синхронной машины отличается от ротора асинхронной наличием рабочей обмотки для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем статора Рабочая обмотка ротора запитывается постоянным током от возбудителя, которым может служить либо генератор постоянного тока, либо тиристорный пускатель. Генератор постоянного тока может располагаться отдельно от электродвигателя или крепиться на валу ротора

Во втором случае генератор выполняется с самовозбуждением. Тиристорный пускатель всегда располагается отдельно от электродвигателя

Основные преимущества синхронного электродвигателя перед асинхронным следующие: синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности (cosф), равным единице и даже опережающим, что улучшает коэффициент мощности сети и, следовательно, экономит электроэнергию,

при колебаниях напряжения в сети синхронный электродвигатель работает более устойчиво, допуская кратковременное снижение напряжения до 0,6 номинального

Основным недостатком синхронных электродвигателей является то, что момент на их валу при пуске равен нулю, поэтому их необходимо раскручивать тем или иным способом до скорости, близкой к синхронной Для этой цели большинство современных синхронных электродвигателей имеет в роторе дополнительную пусковую короткозамкнутую обмотку, аналогичную обмотке ротора асинхронного двигателя.

Для насосов с горизонтальным валом используют синхронные двигатели общего применения серий СД2, СДН-2, СДНЗ-2 и СДЗ различных типоразмеров, имеющие большой диапазон мощности (132—4000 кВт) и частоты вращения (100— 1500 мин-1) при напряжении 380—6000 В.

Для привода вертикальных насосов изготовляются две серии синхронных двигателей трехфазного тока частотой 50 Гц, мощностью 630—12 500 кВт, напряжением 6 и 10 кВ, с опережающим cos ф = 0,9, позволяющим получить от двигателя при работе его в номинальном режиме реактивную мощность в пределах до 40% номинальной. Первая серия двигателей ВСДН 15—17-го габаритов включает машины с параметрами: N=6304-3200 кВт, п = 375-=-750 мин-1. Вторая серия электродвигателей ВДС 18—20-го габаритов включает машины больших мощностей (N=4000-=-12 500 кВт) и меньших частот вращения (п = = 2504-375 мин"1).

Серийно выпускаемый вертикальный синхронный электродвигатель серии ВДС имеет статор цилиндрической формы, активная сталь которого набрана пакетами из листовой стали и закреплена в станине стяжными шпильками. Ротор двигателя выполнен из литой стали. Полюсы прикреплены к ободу болтами. В верхней крестовине размещены подпятник, верхний направляющий подшипник и маслоохладитель. Эта крестовина является грузонесущей и воспринимает вес всех вращающихся частей агрегата и давление воды на рабочее колесо насоса. В нижней крестовине двигателя установлен нижний направляющий подшипник. Возбудитель двигателя (в данном случае генератор постоянного тока с самовозбуждением) вместе с контактными кольцами насажен на отдельный вал, который имеет фланцевое соединение с валом двигателя. В случае отдельно стоящих возбудителей на валу электродвигателя устанавливаются кольца, с помощью которых возбудитель соединяется с обмотками ротора. Двигатель имеет проточную вентиляцию. Двигатели этого типа мощностью свыше 4000 кВт выполняются с замкнутой системой вентиляции и охлаждением воздуха с помощью охладителей.

Электрические машины, используемые в промышленности, выпускаются сериями. Серия электрических машин представляет собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований.
Электрические машины, предназначенные для массового применения, выпускаются едиными сериями. Для электрических машин единых серий характерны высокий уровень унификации деталей и узлов и их максимальная взаимозаменяемость. С этой целью одни и те же штампованные пластины статоров и роторов используют в машинах разной мощности, применяя разную длину пакетов. По мере развития науки и техники, совершенствования, технологии, создания новых электротехнических материалов разрабатываются новые, более совершенные серии электрических машин.

Единая серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 360 кВт. В основу разделения двигателей на типоразмеры положен конструктивный параметр — высота от оси вращения h, определяемая расстоянием от оси вращения (для машин с горизонтальной осью вращения) до опорной плоскости. Двигатели единой серии 4А изготавливаются с высотами оси вращения 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 мм. Двигатели каждой высоты оси вращения выполняются двух типоразмеров с разной длиной пакетов сердечников, но одинаковым штампом пластин этих сердечников. Двигатели изготавливаются на синхронные частоты вращения 3000, 1500,1000, 750, 600 и 500 об/мин.
Двигатели единой серии 4А изготавливаются в двух исполнениях: закрытый обдуваемый и защищенный с внутренней самовентиляцией (рис 1). Двигатели закрытого исполнения всего диапазона осей вращения изготовляются с короткозамкнутым ротором, а осей вращения 200, 225 и 250 мм — еще и с фазным ротором (4АК). Двигатели защищенного исполнения изготовляются с короткозамкнутым ротором (4АН) при высоте оси вращения h > 160 мм, а при высоте оси вращения h > 200 мм — еще и с фазным ротором (4АНК).
В двигателях единой серии с высотами оси вращения от 50 до 132 мм применяется изоляция класса нагревостойкости В, а в двигателях с высотами оси вращения от 160 до 355 мм — изоляция нагревостойкости F.
Асинхронные двигатели единой серии 4А предназначены для самого широкого применения во всех отраслях народного хозяйства и помимо основного имеют несколько электрических модификаций и специализированных исполнений (рис. 2).

Рис. 1. Асинхронные двигатели серии 4А а — закрытого обдуваемого исполнения; б — защищенного исполнения

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель единой серии 4А 1, 13 — передний и задний щиты; 2 — вал; 3 — шпонка; 4 — установочная пружина; 5 — подшипник; 6 — крыльчатка; 7 — 11 — сердечники статора и ротора; 12 — кожух вентилятора; 14 — вентилятор; 15 — балансировочный грузик

2.2 Особенности конструкции двигателей серии 4А

Конструктивными решениями, общими для всех высот оси вращения АД со степенью защиты IP44 (ГОСТ 17494-72) и способом охлаждения ICA0141 (ГОСТ 20459-75), являются станина с продольными радиальными ребрами и наружный обдув установленным на валу реверсивным центробежным вентилятором, защищенным кожухом, который служит одновременно для направления воздушного потока. Двигатели с высотами оси вращения 280-355 мм имеют дополнительное охлаждение ротора наружным воздухом, проходящим через окна в подшипниковых щитах, по трубкам и вентиляционным каналам ротора. Требуемая степень защиты обеспечивается вращающимися уплотнениями. Характерными конструктивными решениями для двигателей АД со степенью защиты IP23 и способом охлаждения ICA01 (рис. 9.12) являются: близкая к квадратной форма станины с отверстиями для выхода, и щиты с отверстиями для входа охлаждающего воздуха, двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции с центробежными вентиляторами, роль которых выполняют лопатки ротора, отлитые заодно с короткозамыкающими кольцами. Нужное направление воздуху придают направляющие щитки. Требуемую степень защиты IP23 двигателям 4АН обеспечивают торцевые и боковые жалюзи, прикрывающие окна в станине и щитах.

Электрический привод— это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.

И настоящее время электропривод является основным видом привода стационарных машин и механизмов, а во многих случаях и гидромелиоративных, транспортных, сельскохозяйственных и других подвижных машин.

Современный электропривод, как правило, автоматизирован. Автоматическая система управления электроприводом позволяет наиболее рационально построить технологический процесс, повысить производительность труда, улучшить качество продукции и снизить ее себестоимость. В настоящее время промышленность изготавливает экскаваторы, механизмы непрерывного транспорта, подъемники и другие строительные машины и оборудование, оснащенные электродвигателями, электроаппаратурой, электрическим освещением и в значительной степени автоматизированные. Техникам-механикам необходимо хорошо знать электротехнику, свойства электродвигателей, аппаратов и приборов, основы электропривода, схемы управления электроприводом и его автоматизации, а также электрооборудование гидромелиоративных машин. Насосными станциями называют комплексы гидротехнических сооружений и

оборудования, обеспечивающие забор воды из источника, транспортировку и подъем ее к месту потребления. Состав сооружений насосных станций, их взаимное расположение и конструктивное исполнение зависят от множества факторов: назначения, подачи и напоров, природных условий (рельеф местности, колебание уровней воды в верхнем и в нижнем бьефах, объем твердого стока, инженерно-геологические и гидрогеологические условия), наличия местных строительных материалов, технического оснащения строительной организации и др. В животноводческих хозяйствах ежедневно расходуется большое количество воды на поение скота, кормоприготовление, мойку доильной аппаратуры, посуды, помещений жывотных. Механизированная подача воды на животноведческие фермы освобождает персонал от трудоёмких работ и отвечает требованиям современного крупного высокопродуктивного общественного животноводства. Автоматизация водокачек осуществляет надежное водоснабжение без дежурного персонала. Животноводческие фермы находятся на большом расстоянии друг от друга, и это затрудняет водоснабжение от одной насосной установки, требуется большое количество водопроводных труб. Здесь на помощь приходят электроавтоматизированные установки. Современное водоснабжение механизированных животноводческих ферм включает автоматизацию управления электродвигателями насосов водокачек и систему автоматических поилок для животных. Подача и потребление воды в такой системе регулируются без участия человека. При автоматизации улучшается использование малодебитных источников, так как вода забирается из них более равномерно .[ 1] [pic 4]

Основными потребителями электроэнергии в нашей стране являются производственные предприятия и объекты ЖКХ. Подавляющее количество электроэнергии потребляется электроприводами насосов и вентиляторов. Особенно ярко эта тенденция выражена в секторе ЖКХ. В условиях реформирования ЖКХ, перевода этой отрасли на режим самоокупаемости, возникает острая проблема повышения энергоэффективности этой отрасли, снижения аварийности, повышения качества услуг при одновременном снижении затрат на их предоставление. Без решения этой проблемы невозможна не только эффективная, устойчивая работа городской инфраструктуры систем жизнеобеспечения населения, но и её надёжное, безопасное функционирование. Без энергоэффективной работы предприятий ЖКХ невозможно привлечение инвестиций в эту отрасль, недостижимо улучшение качества жилищно-коммунальных услуг, адресная социальная защита населения при оплате жилищно-коммунальных услуг. Необходим переход на качественно новый уровень предоставления жилищно-коммунальных услуг при снижении нерациональных затрат. Одним из наиболее эффективных методов решения этой комплексной проблемы является внедрение современных систем частотного регулирования электроприводов и систем автоматизации. Именно эти методы позволяют в условиях высокой степени износа материально-технической базы ЖКХ резко повысить энергоэффективность работы, повысить качество предоставляемых услуг и существенно снизить аварийность, высвобождая средства для рефинансирования и планомерного обновления оборудования и капитального ремонта коммуникаций.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Насос — гидравлическая машина, в которой энергия привода преобразуется в энергию жидкости. Гидравлическими машинами называются технические устройства, преобразующие механическую энергию привода в механическую энергию жидкости, или, наоборот, механическую энергию жидкости в механическую энергию привода.

Функцией повысительных насосных станций является поддержание заданного графика давления в напорном трубопроводе. Насосные станции обычно работают в режимах, которые отличаются от режимов, первоначально заложенных в проект. Насосные агрегаты установлены с учётом максимального расхода, который возникает как при пиковых значениях потребления воды в утренние и вечерние часы, так и в экстремальной ситуации (например, пожар). Если регулирование производительности насосных агрегатов не производится, при минимальном расходе в напорном трубопроводе возникает избыточное давление.

непроизводительные потери электроэнергии на создание избыточного давления;

потери воды за счет избыточного расхода, утечек на негерметичных стыках;

большие затраты на ремонт и замену электродвигателей, насосов и контактной аппаратуры в связи с необходимостью прямых пусков;

затраты на устранение аварий трубопроводов в связи с избыточными напорами и гидроударами;

низкое качество водоснабжения, которое выражается в неравномерном давлении и высокой вероятности отсутствия воды;

избыточный расход воды населением за счет создания запаса на случай отключения подачи воды.

Согласно теме курсового проекта, рассматриваем автоматизированный электропривод насоса первого подъема ЭЦВ8−40−125 с системой электропривода — преобразователь частоты на базе инвертора напряжения — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Агрегат электронасосный ЭЦВ предназначен для подъема питьевой воды из артезианских скважин с целью осуществления городского, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, орошения и других подобных работ.

где ЭЦВ — тип электроагрегата;

8 — внутренний диаметр обсадной трубы в дюймах;

40 — номинальная подача, ;

125 — номинальный напор, .

Технические характеристики агрегата:

2. АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДАННОГО ТИПА ТПМ

Для установок сравнительно небольшой мощности (7−10 кВт) задача регулирования успешно решается с помощью системы регулятор напряжения — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В качестве регулятора напряжения часто применяют тиристорный коммутатор (Рисунок 1, а). Вентиляторная механическая характеристика нагрузки позволяет обеспечить устойчивую работу электропривода по системе ТК — АД в достаточно большом диапазоне скорости без обратных связей (Рисунок 1, б).

Обычно изменение технологического режима, в котором участвует регулируемый электропривод, протекает достаточно медленно и не требует от привода высокого быстродействия. Поэтому в качестве регулятора напряжения может быть использован и трехфазный магнитный усилитель МУ, включенный в цепь статора (Рисунок 2−7).

Рисунок 1 — Схема (а) и механические характеристики (б) системы ТК — АД с вентиляторной нагрузкой на валу Рисунок 2 — Схема системы МУ — АД Этот аппарат хотя и обладает магнитной инерционностью, однако отличается простотой исполнения и надежностью в работе. Магнитный усилитель с внутренней положительной обратной связью по току (с самоподмагничиванием) работает в режиме, близком к режиму регулятора напряжения. Поэтому механические характеристики такой системы привода аналогичны характеристикам системы ТК — АД.

Развитие полупроводниковой техники позволяет в настоящее время реализовать импульсный способ регулирования скорости асинхронного двигателя. На Рисунке 2, а приведена принципиальная схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с импульсным изменением активного сопротивления его статорной цепи. Тиристорный ключ ТК, замыкаясь на время и размыкаясь на время, изменяет среднее за цикл коммутации значение дополнительного сопротивления. Сопротивление пропорционально скважности широтно-импульсной модуляции

Введение

отрицательной обратной связи по скорости обеспечивает жесткие характеристики и устойчивую работу замкнутой системы электропривода в требуемом для механизма диапазоне скоростей. Механические характеристики электропривода с обратной связью по скорости показаны на Рисунке 2−3,б сплошными линиями для трех значений задающего напряжения. Регулируемые привода многих механизмов центробежного типа работают в тяжелых условиях окружающей среды, что затрудняет использование коллекторных машин. Поэтому часто в качестве датчика обратной связи по скорости применяются тахогенераторы переменного тока.

При выполнении системы управления тиристорным ключом на постоянном токе управляющая обмотка ОУ однофазного тахогенератора ТГ соединяется с системой управления тиристорным ключом СУ через согласующий элемент СЭ, который в простейшем случае для нереверсивного привода представляет собой выпрямительный мост.

Общим недостатком рассмотренных вариантов регулируемого электропривода является выделение потерь скольжения при снижении скорости в самом двигателе. Эти потери вызывают дополнительный нагрев двигателя и требуют соответствующего завышения установленной мощности двигателя. Вопрос об определении необходимого завышения номинальной мощности будет рассмотрен ниже.

В установках, где по условиям эксплуатации допустимо применение асинхронного двигателя с фазным ротором, возможности регулируемого электропривода расширяются.

Введение

дополнительного сопротивления в цепь ротора позволяет вывести часть потерь скольжения из обмоток двигателя. Благодаря этому снижается необходимое завышение габарита двигателя и появляется возможность расширить диапазон мощностей привода при рассмотренных выше способах регулирования скорости. Например, импульсный способ регулирования окажется более целесообразным применительно к коммутации дополнительного сопротивления в роторной цепи (Рисунок 4, а). При этом механические характеристики привода обеспечивают устойчивую работу в достаточно большом диапазоне скоростей при разомкнутой системе электропривода (Рисунок 4, б). По своим характеристикам данный способ аналогичен реостатному. Его достоинство по сравнению с реостатным способом — возможность плавного регулирования сопротивления.

электропривод управление насос двигатель Рисунок 4 — Схема (а) и механические характеристики (б) системы импульсного регулирования сопротивления в роторе Для мощных приводов находят применение асинхронные и синхронные двигателя в сочетании с регулируемыми муфтами скольжения. В варианте электропривода с гидромуфтой угловая скорость ведомой полумуфты изменяется за счет изменения подачи жидкости в полости муфты. По экономичности данный способ регулирования аналогичен реостатному. Потери мощности скольжения выносятся при этом из роторной цепи двигателя и выделяются в муфте. Механические характеристики электропривода с гидромуфтой показаны на Рисунке 2−5. Скорость ведомой полумуфты, соединенной с валом механизма, изменяется согласно с его характеристикой и характеристикой муфты.

Рисунок 5 — Механические характеристики электропривода с гидромуфтой Наиболее эффективный способ регулирования предусматривает изменение скорости вращения рабочего колеса насоса. Благодаря этому можно обеспечить требуемый напор во всей области регулирования, не ухудшая при этом КПД насоса в сравнении с дросселированием. На рисунке 2−6 показано, как изменяется механическая характеристика насоса в зависимости от частоты вращения электродвигателя.

Физический принцип действия циркуляционных насосов определяет законы подобия для основных характеристик насоса: производительность насоса Q линейно зависит от скорости вращения колеса, создаваемый при этом напор ДH зависит от квадрата скорости, и, соответственно, требуемая при этом механическая мощность P зависит от куба скорости. Таким образом, потребление электроэнергии при частотном регулировании пропорционально кубу производительности насоса. Регулирование скорости вращения рабочего колеса насоса возможно с помощью электронных преобразователей частоты, которые обеспечивают качественное управление асинхронными электродвигателями в широком диапазоне изменения частоты. При этом с помощью преобразователя частоты по сигналу от датчика давления, установленного в напорном трубопроводе, можно автоматически изменять частоту вращения рабочего колеса насоса, оперативно реагируя на изменение расхода жидкости и обеспечивая поддержание заданного давления с высокой точностью. Применение преобразователей частоты обеспечивает следующие преимущества по сравнению с другими методами:

эффективное использование асинхронных электродвигателей, дешевых в эксплуатации и ремонте;

КПД электродвигателя во всем диапазоне регулирования максимально соответствует КПД электродвигателя в номинальном режиме;

КПД преобразователя 95 — 98%, коэффициент мощности около 1,0;

плавный пуск электродвигателя, отсутствие гидравлических ударов;

снижения уровня шума при пуске и работе;

автономная безопасная работа, интеграция в АСУ ТП.

Рисунок 7 даёт сравнение различных методов регулирования производительности насосов с точки зрения потребления электроэнергии.

Наибольшая эффективность применения преобразователей частоты проявляется на объёктах с большой суточной, сезонной переменной нагрузкой, расходом, т. е. требует большой глубины регулирования. При малых расходах воды насосный агрегат вращается на малой скорости, обеспечивающей поддержание номинального давления, потребляя при этом только то количество электроэнергии, которое необходимо для выполнения технологической задачи. При работе в энергоэффективном режиме экономится не только электроэнергия и ресурс оборудования, но и в зависимости от функции автоматизируемого объекта — вода, тепло.

Увеличение ресурса электродвигателя при этом способе регулирования напрямую связано с ресурсом подшипников, который определяется радиальными и осевыми нагрузками и частотой вращения. В общем случае можно пренебречь тем фактом, что при снижении частоты энергетическая составляющая вибрации уменьшается пропорционально квадрату, и в расчете ресурса подшипников учитывать только уменьшение скорости вращения. Именно благодаря регулированию скорости, в среднем в 2,5 — 3 раза, удаётся увеличить межремонтные интервалы насоса и электродвигателя.

Читайте также: