1   2   3   4   5   6   7
Ім'я файлу: Khodko_magistr.docx
Розширення: docx
Розмір: 1922кб.
Дата: 22.05.2020
скачати

1.6 Методи регулювання продуктивності
Одним з найпоширеніших методів регулювання продуктивності є спосіб дроселювання засувкою, установленої на напірній лінії насоса. Установки додаткового встаткування в цьому випадку не потрібно, що є основним достоїнством даного способу.

Дросельне регулювання полягає у введенні додаткового опору в напірний трубопровід системи, завдяки чому характеристика Q-H мережі піднімається більш круто (рис. 1.7) і перетинає характеристику насоса в режимній точціі 2, що відповідає необхідній подачі Q3. При цьому необхідний напір у системі дорівнює Н3, а насос розвиває напір Н2. ККД насосної установки зменшується зі збільшення різниці між напором, що розвиває насосом, і напором, необхідним у мережі.


Рисунок 1.7 - Характеристика системи "насос-мережа" при регулюванні роботи дроселюванням



Основні недоліки: наявність непродуктивної втрати потужності на подолання опору засувки. При зміні характеристики мережі із Точки 1 на Точку 2 знижується ККД насоса з 1 до 2, у засувці губиться кількість напору, рівне hзадв, що є неекономічним і неефективним.
Інший спосіб регулювання продуктивності - зміна кута повороту лопаток робочого колеса насоса. Характеристика при такому способі регулювання представлена на рис. 1.8.

Частота обертання робочого колеса насоса залишається незмінної, характеристики виходять із однієї Точки й далі розходяться. Точки 1, 2 й 3 перетинання характеристики мережі з характеристиками насоса утворять лінію, що показує діапазон регулювання.

Конструкція робочого колеса насоса з обертовими лопатками складна, менш надійна, більше дорога у виготовленні, що є недоліками даного способу регулювання.


Регулювання продуктивності зміною частоти обертання робочого колеса насоса
Одним з найбільш раціональних способів регулювання продуктивності механізмів з вентиляторним моментом на валу є регулювання зміни частоти обертання робочого колеса насоса, що простіше всього здійснюється за рахунок впровадження регульованого приводу [3]. На рис. 1.9 видно, що при зниженні швидкості обертання насоса продуктивність останнього при роботі на дану магістраль знижується.

Розглянемо перехід роботи насоса з паспортної частоти обертання n на іншу частоту обертання робочого колеса n1. Тому що діаметр робочого колеса по зовнішньому обіді залишається постійним, відношення D2/D2'=1. Тоді із закону подоби відцентрових насосів маємо:


;
(1.29)




;
(1.30)




.
(1.31)


Отримані вираження називаються законом пропорційності.

Установлений закон пропорційності дозволяє по одній досвідченій характеристиці Q-H побудувати ряд характеристик насоса в широкому діапазоні зміни частоти обертання.

Із рівнянь (1.29) і (1.30) частоту обертання, одержимо:


,
(1.32)


тобто рівняння параболи з вершиною на початку координат, що проходить через Точку а з координатами Qa та Ha. Парабола 0а2а1а (рис. 1.9) являє собою геометричне місце крапок, що визначають режими роботи насоса, подібних до режиму в крапці а, і називається параболою подібних режимів.

Очевидно, що перерахування координат Точки а за законом пропорційності для будь-якої іншої частоти обертання приведе до крапок на параболах подібних режимів. Отже, перерахування всякої іншої Точки b, c, ... характеристики Q-H при частоті обертання n на частоту обертання n1, n2, ... ni дасть точки b1, b2, ..., bi; c1, c2, ..., ci і т.д., які розташовані відповідно на параболах 0bi ... b; 0ci ... c. З'єднуючи Точки a1, b1, c1, ... плавній кривій, одержуємо характеристику Q1-H1 насоса для частоти обертання n1. Повторюючи подібні операції для крапок a2, b2, c2, ... ai, bi, ci, одержимо відповідно характеристики Q2-H2, ..., Qi-Hi (рис. 2.5).




Необхідно відзначити, що режим роботи насоса зі зниженою частотою обертання допускається, але підвищення частоти обертання більше чим на 10-15% повинне бути погоджене із заводом-виготовлювачем.

Визначення діапазону регулювання швидкості насоса
Розглянемо роботу насоса з регулюванням частоти обертання робочого колеса (рис. 1.10).




Рисунок 1.10 - Визначення діапазону регулювання швидкості насоса

Характеристика регульованого насоса описується рівнянням:


,
(1.33)


де - нижня межа відносної швидкості обертання робочого колеса регульованого насоса
= 0,707
Характеристика мережі описується рівнянням:


.
(1.34)


У такому випадку дотримується рівність:


.
(1.35)


Звідки визначимо крайнє нижнє значення швидкості обертання робочого колеса регульованого насоса:


;
(1.36)


= 0,707301,59 = 213,22 с-1
Тоді діапазон регулювання становить:



1.7 Вимоги до електроприводів. Обґрунтування застосування регульованого електропривода
Відцентрові насоси є досить енергоємними механізмами, на привід яких витрачається близько 20 % електроенергії країни. Насоси водопостачання характеризуються більшою продуктивністю, тривалим режимом роботи з рідкими пусками, що, як правило, відбувається в режимі холостого ходу. Насоси працюють на мережу із протитиском, причому статичний напір у мережі становить звичайно не менш 20 % повного напору.

Для приводу насосів застосовують двигуни потужністю від десятків Ватів до декількох тисяч кіловатів. Електропривод з короткозамкненим АД є найпоширенішим завдяки простоті й малій вартості. Такий електропривод найбільш простий в експлуатації, не вимагає постійного спостереження й забезпечує тривалу надійну роботу.

У системі водопостачання має місце необхідність регулювання продуктивності насосних агрегатів через змінний характер водоспоживання. Найчастіше насоси оснащуються нерегульованим приводом, регулювання продуктивності при цьому здійснюється дроселюванням - неповним відкриттям засувки на напірному трубопроводі насоса, що відповідає збільшенню опору мережі. Цей спосіб регулювання досить простий, однак украй невигідний з енергетичної точки зору, оскільки веде до істотного зниження ККД агрегату й марній витраті електроенергії.

Втрати через неекономічне регулювання становлять для міських водопровідних станцій 10-15% сумарного споживання електроенергії.

Насосні агрегати звичайно поєднуються в насосні станції, при цьому кілька насосів працюють паралельно на одну мережу. Регулювання витрати може бути досягнуто дроселюванням одного або обох насосів. При аналізі спільної роботи насосів спадання напору в засувці зручніше розглядати як внутрішні втрати напору в насосі. Тоді при дроселюванні насоса нахил його характеристики буде зростати.

Найбільш ефективним способом регулювання режимів роботи НУ водопроводу є плавна й автоматична зміна швидкості обертання двигуна насоса з потрібними показниками пускових і пускорегулювальних характеристик. У зв'язку із цим має місце тенденція до більше широкого використання регульованих і керованих електроприводів.

Якщо при регулюванні продуктивності насосної станції зміною швидкості обертання насосів два насоси із сумарною характеристикою працюють на мережу з деякою продуктивністю й необхідно зменшити їхню продуктивність, то це можна зробити двома способами: або зменшити швидкість обертання обох насосів або знизити, але більш значно, швидкість одного з насосів. Регулювання продуктивності зміною швидкості обертання одночасно двох насосів за своїми показниками рівноцінно регулюванню швидкості насоса при його одиночній роботі.

З погляду економічності регулювання трохи більше вигідним є одночасна зміна швидкості всіх паралельно працюючих насосів. Однак це пов'язане зі збільшенням капітальних витрат на встаткування всіх агрегатів регульованим електроприводом. Тому для більшості насосних станцій досить мати тільки один регульований агрегат, здійснюючи більше глибоке регулювання відключенням окремих насосів.

Узагальнюючи розглянуті вище особливості роботи відцентрових насосів і вимоги до їхнього електропривода, можна сказати:

  • насоси є механізмами із тривалими режимами роботи, тому електроприводи насосів повинні бути розраховані на тривалу роботу з більшим числом годин роботи в році; навантаження на валу приводного двигуна спокійна, перевантажень не виникає;

  • відцентрові насоси є швидкохідними механізмами, номінальна швидкість приводного двигуна звичайно не менш 600 об/хв; верхня межа швидкості для насосів обмежений величиною 3000 об/хв; у рідких випадках потрібно більше висока номінальна швидкість обертання;

  • найбільш зробленим способом регулювання продуктивності насосів є зміна швидкості їхнього обертання; діапазон регулювання швидкості невеликий, звичайно не більше 10-15%; більше глибоке регулювання потрібно лише в окремих випадках;

  • для насосів характерна істотна залежність моменту опору на валу від швидкості; оскільки насоси звичайно працюють на протитиск, те ця залежність більше різка, чим квадратична (вентиляторна);

  • пуск насосів звичайно виробляється на закриту засувку, залежність моменту на валу від швидкості при пуску носить вентиляторний характер (квадратична залежність) з максимальним моментом, для більшості насосів лежачої в межах 0.4-0.8 номінального.

Розмаїтість умов застосування турбомеханізмів, їхніх конструкцій, режимів експлуатації визначає можливість і певну економічну доцільність використання різних систем регульованого електропривода.

Регульований електропривод повинен використатися в наступних випадках:

  1. коли за умовами роботи продуктивність турбомеханізму необхідно часто змінювати в широких межах (наприклад, насоси систем водопостачання, енергетичні й газові турбокомпресори);

  2. коли за умовами роботи механізм довгостроково працює із продуктивністю, істотно меншої номінальної (наприклад, шахтні вентилятори);

  3. для турбомеханізмів, що бідують в автоматичному регулюванні продуктивності з підвищеними вимогами до якості регулювання (наприклад, холодильні турбокомпресори, деякі циркуляційні й живильні насоси);

  4. для електропривода іспитових й експериментальних установок (наприклад, аеродинамічні труби).

Найпростіші системи регульованого електропривода забезпечують східчасте регулювання швидкості. Звичайно використаються схеми, що дають можливість одержувати дві швидкості обертання. Для турбомеханізму малої потужності застосовуються багатошвидкісні асинхронні двигуни; для двигунів великої потужності набутили застосування схеми з харчуванням асинхронного або синхронного двигунів від джерел різної частоти. Відомий інтерес для приводу великих вентиляторів представляє схема синхронно - асинхронного приводу, що забезпечує двоступінчасте регулювання швидкості.

Нижче наведена класифікація систем регульованого електропривода турбомеханізмів:

1) Електропривод зі східчастим регулюванням:

а) електропривод із багато швидкісним асинхронним двигуном;

б) синхронно - асинхронний привод;

в) двошвидкісний електропривод із частотним перетворювачем.

2) Електропривод із плавним регулюванням:

а) Електропривод із двигуном постійного струму:

- електропривод з колекторним двигуном постійного струму з харчуванням від електромашинних і статичних перетворювачів;

- електропривод з безколекторним (вентильним) двигуном

постійного струму.

б) Асинхронний частотно-частотно-керований електропривод:

- с харчуванням від машинного перетворювача частоти;

- с харчуванням від тиристорного перетворювача частоти з

безпосереднім зв'язком;

- с харчуванням від тиристорного перетворювача частоти інверторного типу.

в) Електропривод з індукторною муфтою ковзання.

г) Асинхронний електропривод з регулюванням напруги на статорі двигуна:

- дросельний електропривод;

- с тиристорним регулятором напруги;

д) Асинхронний каскадний електропривод:

- електромашинні каскади;

- вентильний каскад;

- вентильно-машинний каскад;

- вентильно-машинний електромеханічний каскад;

- машина подвійного харчування.

Основною перевагою приводу з асинхронними каскадами (електромашинні, вентильно-машинні, вентильні) є те, що вартість каскадів залежить від глибини регулювання, тому що перетворенню піддається не повна енергія, споживана приводом, а лише частина її, пропорційна діапазону регулювання. Разом з тим, згаданий вид приводу вимагає застосування більше складного по конструкції електродвигуна з фазним ротором і має вкрай низький коефіцієнт потужності.

Регульований ЕП з індукторною муфтою ковзання характеризується низькою вартістю, високою надійністю, технічною простотою, однак, ставиться до енергетично збиткового виду електропривода (відсутня рекуперація енергії ковзання).

У зв'язку з великою вартістю перетворювальних пристроїв для частотного керування й складністю в окремих випадках може використатися асинхронний привід з фазовим керуванням напругою на затисках статора.

Частотно-регульований двигун змінного струму є найбільше економічним способом регулювання швидкості асинхронних короткозамкнених двигунів, оскільки двигун у всьому діапазоні регулювання працює з малою величиною ковзання ротора. Такий регульований електропривод дозволяє зберегти високий ККД двигуна, забезпечує як рухові, так і гальмові режими роботи, гарну твердість характеристик. Основний недолік системи - складність створення й висока вартість перетворювача частоти.

Аналіз роботи насосної станції підкачування на мережу із протитиском, проведений у цій частині, показав доцільність використання в якості системи регулювання ЕП частотно-керований ЕП, що дозволяє проводити регулювання в заданих межах (діапазон регулювання 1:0,7), а також забезпечує плавний пуск насосного агрегату.
РОЗДІЛ 2 РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРОПРИВОДУ
2.1 Визначення параметрів електродвигунів насосів,

аналіз режимів їх роботи
2.1.1 Визначення параметрів двигунів за паспортними даними





Для визначення параметрів АД застосовуємо Т-подібну схему заміщення, наведену на рис. 3.1.
Розрахунок параметрів двигуна за каталожним даними проводимо за методикою, викладеної в [8].

Одними з найважливіших параметрів, що характеризують режим роботи асинхронного двигуна, є відповідні номінальні значення приведеного струму ротора та струму намагнічування . Оскільки при переході від ідеального холостого ходу (ковзання s=0) до номінального режиму (s=sном) магнітний потік практично не змінюється, то можна прийняти рівним току холостого ходу , обмірюваному при роботі двигуна без навантаження на валу. Визначимо значення і за паспортними даними номінального струму
статора , кратності максимального моменту і номінального коефіцієнта потужності двигуна .
(2.1)

А

На підставі наведених в [8] основних співвідношень і векторної діаграми асинхронного двигуна струм статора може бути представлений геометричною сумою струму, що намагнічує, і наведеного струму ротора, а відповідно, при номінальному режимі
(2.2)

або без обліку активних втрат у сталі ( )

;
(2.3)

а реактивна складова струму статора
(2.4)

і активна складова

.
(2.5)

Для вираження і через кратність максимального моменту скористаємося рівністю з врахуванням [8], зневажаючи активним опором статора у порівнянні з в [8] і у порівнянні з в [8]:

,
(2.6)

а також вирішимо рівняння [8] при номінальному режимі ( ) відносно :

,
(2.7)



що при підстановці в (3.5) дає шукані вираження:

;
(2.8)

;
(2.9)

.
(2.10)

Підставляючи (3.10) в (3.6), знаходимо номінальний наведений струм ротора
(2.11)

А

і, заміняючи згідно (2.9), знаходимо з (2.5) після підстановки (2.11) номінальне значення струму намагнічування

.
(2.12)

А

При можна прийняти

,
(2.13)

оскільки погрішність у порівнянні , знайденої згідно (2.11), буде менш 5%.

У каталогах також звичайно приводяться кратності початкового моменту (при s=1,0) і пускового струму при номінальній напрузі. По зазначеним вище даним можна визначити активний й індуктивний опори обмоток статора й ротора.

По кратності початкового пускового струму знаходимо повний опір двигуна при нерухомому роторі (s=1,0):

,
(2.14)

де - номінальна лінійна напруга статора.

Ом

По кратності початкового моменту визначаємо по [8, (2.26в)] наведений активний опір ротора при s=1, механічні втрати приймаємо рівними 1%, тобто. :

.
(2.15)

Ом

По кратності максимального моменту визначаємо по [8, (2.14б)] індуктивний опір наведеному струму ротора при s=0, знехтувавши у порівнянні з :

.
(2.16)

Заміняючи критичне ковзання відповідно до рівності (2.6), визначаємо по [8, (2.3б)] наведений активний опір ротора при s=0:

,
(2.17)

де заміняються по рівності (2.16).

Якщо невідомо активний опір статора, то з достатнім ступенем точності можна прийняти, що . У цьому випадку, вирішуючи (3.15) і (3.16) відносно , одержуємо
(2.18)

Ом

При номінальній напрузі статора 220-380 У отримане значення опору варто збільшити в 1.3-1.9.

Ом
Індуктивний опір статора й ротора при s=1 без обліку струму намагнічування не завжди дає позитивний результат, тому краще скористатись виразом для критичного ковзання й з нього одержати значення Xk

.
(2.19)

Ом

Індуктивний опір контуру намагнічування



Ом

Спільне рішення рівнянь (3.15) і (3.18) дозволяє визначити значення , і , з огляду на відношення , наприклад згідно [8, (2.42)].

За табличним даними можна визначити окремі втрати двигуна, знаючи ККД при номінальному навантаженні й опір обмотки статора .

Приймаємо додаткові втрати в статорі рівними .

Втрати в обмотці статора й додаткові втрати

.
(2.20)

кВт

Механічні втрати

.
(2.21)

кВт

Втрати в роторі

.
(2.22)

кВт

Сумарні втрати двигуна

.
(2.23)

кВт

Втрати в сталі ротора

.
(2.24)

кВт

При визначенні втрат у роторі варто мати через, що номінальне ковзання, певне за табличним даними, може значно відрізнятися від дійсного значення. Тому бажано визначити номінальне значення ковзання з досвіду. Для цієї мети при навантаженні, можливо більше близької до номінального, визначають споживану двигуном потужність і ковзання .

Ковзання при номінальному навантаженні досить точно може бути визначено по формулі

.
(3.25)


1   2   3   4   5   6   7

скачати

© Усі права захищені
написати до нас