Особенности работы центробежных насосов и требования к их электроприводу

Содержание страницы:

Разработка автоматизированного электропривода центробежного насоса. Вариант 1

Страницы работы

Содержание работы

министерство образованиЯ республики беларусь

белорусский государственный технологиЧеский

кафедра АПП и Э

поЯснительнаЯ записка

к курсовому проекту

по курсу «Автоматизированный электропривод»

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА»

Выполнил: студент 4 курса,

4 группы сп-сти АТПиП,

Проверил: Сурмак А.С.

Отчет 49стр., 17 рисунков, 2 таблицы, 3 приложения.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬЛЬ, центробежный насос, РЕГУЛЯТОР, РОТОР, СТАТОР, НАПРЯЖЕНИЕ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА,ФУНКЦИОНАЛЬНАЯСХЕМА, СИЛОВАЯ СХЕМА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, НАПОР, КПД, НОМИНАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ, СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА, МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Цель работы – разработать автоматизированный электропривод центробежного насоса. В курсовом проекте рассчитан и проверен двигатель, спроектирована функциональная, силовая и структурная схемы электропривода. Рассчитаны переходные процессы и построена нагрузочная диаграмма.

1.АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭП. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР

ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭП…………………………………………….5

2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК. ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ

И СКОРОСТНОЙ ДИАГРАММ МЕХАНИЗМА. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ

3. Расчет динамических нагрузок ЭП.Построение

приближенных нагрузочной и скоростной диаграммЭП за цикл работы. Проверка двигателя по нагреву, посковой и перегрузочной способности…………………….18

4. Расчет недостающих параметров двигателя.

Построение механических характеристик машины в предполагаемых режимах работы……………………………. 24

5. АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ТРЕБОВАНИЙ К ЭП.

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭП. ПОСТРОЕНИЕ

6. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

ЭП ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ

7. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭП……………………..40

По статистическим данным, приблизительно 1/5 часть электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, потребляют приводы центробежных насосов, используемых в различных отраслях народного хозяйства нашей страны. Поэтому механизмам такого типа уделяется большое внимание.

Основная часть насосных установок действует в водонасосных станциях промышленных предприятий и городских системах водоснабжения. Регулирование напора и подачи воды в водонасосных станциях с насосными установками мощностью до 100кВт осуществляется дросселированием заслонки нагнетающего трубопровода, что приводит к значительным потерям электроэнергии и вызывает трудности автоматизации водонасосной станции.

Более рациональное использование водных ресурсов, а также экономия энергетических затрат на переработку воды обеспечивается путем регулировании электроприводов насосных установок. Следовательно, повышение качества газо- и водоснабжения промышленных предприятий и жилых массивов с целью обеспечения технологического процесса, а также для удовлетворения санитарно-гигиенических норм и повышения комфорта населения в большой мере способствует осуществлению планов развития народного хозяйства.

Цель качественного водоснабжения – поддержание заданно уровня давления воды в диктующих точках трубопровода. Регулирование давления воды в таких точках из-за инерционности гидравлической системы предъявляет особые требования к схемам управления привода и водонассной станции. Надежность установки регулируемого привода насоса является главным требованием технологического процесса переработки воды, особенно на водонасосных станциях, работающих с бесперебойной подачей воды потребителю.

1.АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭП. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР

ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭП.

В системах водонабжения промышленных предприятий и городов потребление воды имеет стахостический характер. Исследование показали преимущества систем регулирования давления воды с целью более качественного водоснабжения потребителей. Изменять по заданному закону величину давлении воды можно или на выходе повышающей насосной станции, или в отдаленной диктующей точке водопроводной сети. В первом случае непрерывная замкнутая система регулирования давления воды будет удовлетворять требованиям заданного закона изменения давления, тогда как второй случай будет иметь свои особенности и регулирование осуществляется через заданные интервалы времени исходя из значений измеренных давлений в диктующих точках сети.

Центробежные насосы

Согласно государственному стандарту, в обозначение насосов входит их тип, подача Q, м3/ч, и напор Н, м столба перекачиваемой жидкости. Для высоконапорных насосов вместо напора указывается развиваемое давление p, кгс/см2. Заводы-изготовители часто применяют альтернативное обозначение, в котором указаны диаметры входных и выходных патрубков, диаметр рабочего колеса или другие размеры насоса.

Так, центробежный консольный насос с подачей 25 м3/с и напором 35 м по стандарту обозначается как К 25-35. В заводском каталоге он может быть обозначен как К 65-50-160, где 65 и 50 — диаметры входного и выходного патрубков, 160 — диаметр рабочего колеса, мм. Центробежные насосы можно квалифицировать по конструктивному исполнению и по назначению.

Классификация центробежных насосов по конструктивному исполнению

По назначению насосы классифицируются следующим образом.
I. Универсальные — для перекачки чистой воды. Применяются все конструкции насосов.
II. Сетевые — осуществляют подачу горячей воды в системах теплоснабжения и отопления, должны работать при широком изменении подачи и температуры.

Характеристики сетевых насосов

III. Питательные — применяются для подачи воды в паровые котлы. Их особенность — работа с высокими напорами и температурой перекачиваемой среды. Питательные насосы конструктивно выполнены по многоступенчатой схеме.

Характеристики питательных насосов

IV. Конденсатные — осуществляют возврат конденсата пара в систему регенеративного цикла. Требования к насосам — кавитационная устойчивость и широкое изменение напора. Конденсатные насосы конструктивно выполнены по многоступенчатой схеме, при этом первая ступень выполняется с увеличенным сечением входа и из кавитационно-устойчивых материалов.

Характеристики конденсатных насосов

V. Циркуляционные — применяются для подачи охлаждающей среды в системах охлаждения. Требования к ним — высокие подачи при низких напорах. Обычно применяются насосы типа «Д», «В» и осевые.

VI. Химические насосы типа «Х». Обладают устойчивостью к действию агрессивной химической среды. Выполнены из стойких материалов, пластмассы или их стальная поверхность покрыта слоем резины. По конструкции химические насосы обычно консольного типа.

VII. Насосы для подачи смеси жидкости и твердых частиц. Должны обладать устойчивостью к истиранию. Разделяются на песковые насосы «ПН» (для перекачки смесей с твердыми включениями размером 215 мм), шламовые насосы «ШН» (размер частиц до 2 мм) и землесосы (для перекачки пульпы — смеси воды с землей). Конструктивно выполнены как консольные насосы, проточная часть изготовляются из твердых чугунов.

Лекция № 9. Особенности работы центробежных насосов и требования к их электроприводу по энергосбережению

Содержание лекции:

— регулирование производительности центробежных механизмов;

многодвигательные электропривода нососных станций;

вопросы энергосберегающих режимов центробежных насосов.

Цель лекции:

ознакомить студентов с режимами работы центробежных насосов;

— научить производить расчеты нагрузок;

-рассмотреть вопросы использования частотнорегулируемых электроприводов.

Центробежные насосы являются наиболее распространенными и энергоемкими механизмами, используемыми в различных отраслях промышленности. На привод этих механизмов расходуется колоссальное количество энергии, составляющее около 20 % от вырабатываемой электроэнергии.

Мощность промышленных насосов лежит в пределах от 1 до нескольких десятков тыс. киловатт. Мощность питательных насосов тепловых электростанций и насосов гидротехнических сооружений достигает 25 000 кВт. Насосы, как правило, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор сети составляет обычно не менее 20 % полного напора. Исключением являются лишь циркуляционные насосы, которые могут работать на сеть, практически не имеющую статического напора. Почти все насосы оснащаются нерегулируемым электроприводом. Для регулирования производительности при этом используют практический единственный способ – дросселирование на стороне нагнетания, которое применяют в двух случаях:

а) при необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, в соответствии с технологическими требованиями или вследствие случайного изменения потребности жидкости (например, производительность циркуляционного насоса системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теплоты, подлежащей отводу, или производительность сетевых насосов должна изменяться соответственно режиму теплопотребления);

б) при необходимости первоначальной подрегулировки производительности насоса для обеспечения требуемого расхода (например, если требуется насос с параметрами Q1 и Н1 для подачи жидкости на определенную высоту при постоянстве расхода и сопротивления гидросети, то его выбирают по каталогу с ближайшим номинальным напором при данном расходе, т.е. НН>H1.

Ниже, на рисунке 5, приведены характеристики сети и насос а также изменение КПД насоса при дросселировании для центробежных насосов.

а) Характеристики сети и насоса б) Изменение КПД

при дросселировании при дросселировании

Допустим, для работы с заданными параметрами напор насоса должен быть снижен с НН до H1. Если насос работает при неизменной частоте вращения, то простейшим и обычно применяемым способом регулирования его производительности является дросселирование, т.е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса. Это соответствует увеличению вредного сопротивления сети.

Если задвижка открыта полностью (характеристика сети соответствует кривой 1- рисунок 5, а), то рабочей является т. А, которой соответствует максимальный расход Q1 и напор Н1. Кривая 1 – задвижка открыта полностью, Кривая КПД в функции Q., з – потери напора на задвижке. Если задвижку открыть неполностью, то появляется дополнительное паразитное сопротивление R3, вызывающее потерю напора . При этом снижается расход (т. В с параметрами Q2 и Н2).

Такой способ регулирования производительности весьма прост, однако он крайне невыгоден с энергетической точки зрения, поскольку ведет к существенному снижению КПД насосного агрегата и бесполезному расходованию электроэнергии. Это происходит по двум причинам.

Другие статьи:  Приказ о перевозке детей в школе

Во-первых, из-за дополнительных потерь мощности в задвижке, определяемых по формуле:

Во — вторых, вследствие снижения КПД самого насосного агрегата, объясняющегося переходом от работы в т. А , к работе в т. В (рисунок 5,б).

Рисунок 6 — Зависимость КПД при регулировании производительности

При регулировании дросселированием полный КПД насоса рассчитывают по формуле:

где КПД собственно насоса, определяемый при данном Q по характеристике — см. рисунок 5б;

НПОЛ. полезный напор, определяемый по характеристике сети (кривая 1) для данного значения Q , кГс/м 2 ;

Н — напор, развиваемый насосом и определяемый по характеристике Н = f(Q) насоса для данного значения Q , кГс/м 2 .

Зависимости КПД от расхода при регулировании производительности центробежного насоса задвижкой и изменением частоты вращения приведены на рисунке 6. Кривая 1 – при регулировании заслонкой, 2 – при регулировании частотой вращения двигателя.

Сравнение по КПД , рассмотренных способов регулирования, показывает чрезвычайную неэкономичность регулирования с помощью задвижек и определяет необходимость перехода на регулируемый привод.

Насосные агрегаты обычно объединяют в насосные станции, при этом несколько насосов работают параллельно на одну сеть. Рассмотрим совместную работу двух насосов на общую сеть. Если насосы работают с постоянной частотой вращения, то положение рабочей определяется пересечением их суммарной характеристики с характеристикой сети. Насосы имеют характеристики соответственно производительности Q1 и Q2. Расход можно регулировать дросселированием одного или обоих насосов.

При анализе совместной работы насосов падение напора в задвижке удобнее рассматривать как внутренние потери напора в насосе. В этом случае при дросселировании насоса угол наклона его характеристики возрастает.

С точки зрения экономичности регулирования несколько более выгодным является одновременное изменение частоты вращения всех параллельно работающих насосов.

Однако это связано с увеличением капитальных затрат на оборудование всех агрегатов регулируемым электроприводом. Поэтому, для большей части насосных станций достаточно иметь только один регулируемый агрегат; при необходимости более глубокого регулирования отключают отдельные насосы.

Необходимо учитывать, что внедрение регулируемого электропривода, кроме ликвидации указанных потерь, имеет и ресурсосберегающий эффект, з аключающийся в уменьшении износа основного оборудования за счет плавных пусков, устранения гидравлических ударов, снижения напора и потерь горячей воды, возможности комплексной автоматизации системы горячего водоснабжения. Эти факторы принято учитывать коэффициентом k = 1.35.

Энергосбережение дает одну из наиболее перспективных возможностей для промышленности — способствовать облегчению общей энергетической ситуации и соответствующий метод противодействия росту затрат на энергию. Руководи­тели промышленных фирм, как правило, знакомы ссуществующей энергети­ческой дилеммой, в связи с чем, они весьма охотно воспринимают методы, позволя­ющие обеспечить энергосбережение. Однако необходимо добиваться более точного учета специфических возможностей энергосбережения руководителями крупных фирм, специалистами предприятий, консультантами и торговыми агентствами, представляющими промышленные фирмы.

В краткосрочной перспективе путем применения уже существующих тех­нологических методов, которые экономически оправданы, может быть сэконом­лено до 30% энергии, расходуемой в промышленных процессах. Прогнозируемый рост цен на топливо, как ожидают, сделает меры по энергосбережению еще более привлекательными в будущем. В долгосрочной перспективе в результате изо­бретения более эффективных устройств и разработки более эффективных тех­нологических процессов, а также утилизации в более крупном масштабе отхо­дящего тепла промышленность имеет возможность сэкономить более чем 30% вырабатываемой электроэнергии.

Несмотря на то, что энергосбережение не является панацеей от всех бед при решении энергетической проблемы, оно дает нам возможность внедрить в прак­тику совершенные технологические процессы и новые типы регулируемых электроприводов, которые мы должны осваивать неза­висимо от того, решается или не решается энергетическая проблема.

Особенности работы центробежных насосов и требования к их электроприводу по энергосбережению

Центробежные механизмы (ЦМ) являются типичными представителями большого и важного класса промышленных установок, предназначенных для транспортировки жидкостей (насосы) и газов (вентиляторы). По назначению, особенностям режимов работы и требованиям к показателям регулирования, насосные агрегаты центробежного действия можно подразделить на четыре основные группы:

— насосные агрегаты систем водотеплоснабжения и канализации, используемые в системе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) и на промышленных предприятиях;

— насосные агрегаты, используемые в электроэнергетике;

— насосы, исполняющие функции транспорта жидких продуктов в различных технологических схемах металлургии, химической и других отраслей промышленности;

-насосные агрегаты магистральных трубопроводов– нефтеперекачивающих станций (НПС), водоводов и т.д. Такие трубопроводы отличаются от трубопроводов других назначений своей протяженностью (не менее 50 км) и пропускной способностью (диаметр трубы не менее 150 мм и до 1200 мм). Для Казахстана наиболее показательной является сеть нефтепроводов, на примере которой и рассмотрим особенности работы насосных агрегатов НПС.

На головной перекачивающей станции, находящейся в начальном пункте нефтепровода станции, осуществляется прием нефти от поставщиков, чаще всего с промыслов, и закачка ее в трубопро­вод. При движении нефти по трубопроводу она теряет сообщаемую ей насосами энергию на преодоление трения о стенки трубопровода. Восполнение потерь энергии в трубопроводе при движении нефти осуществляется по­следующими насосными. В зависимости от принятой технологической схемы, на некото­рых НПС может предусматриваться емкость для приема, хране­ния нефти (такие НПС называют станции с емкостью), на других НПС эти емкости отсутствуют, и они называются промежуточны­ми НПС. На НПС с емкостью технологическими объектами явля­ются: резервуарный парк, пункт учета нефти, подпорная насосная и магистральная насосная.

На магистральных нефтепроводах применяют следующие схемы перекачки:

— подстанционную (работа на «емкость»), когда головная или промежуточная насосная станция закачивает нефть в емкость последующей;

— через резервуар, устанавливаемый на каждой насосной станции; нефть в него заканчивается предыдущей насосной станцией, из него же и забирается на перекачку дальше;

— из насоса — в насос; перекачка нефти выполняется по всему трубопроводу транзитной;

— с подключенным резервуаром перекачка нефти при этом выполняется транзитная, резервуар выполняет роль буфера.

Первые две схемы достаточно просты в технологии перекачки нефти, в управлении режимами работы магистрального трубопровода.

При работе по этим схемам давление и пропускная способность каждого участка трубо­провода зависят только от характеристики насосов, трубопровода и перекачиваемой жидкости. Каждый участок по гидравлическим параметрам не связан друг с другом. Неравномерность пропуск­ной способности отдельных участков трубопровода компенсирует­ся за счет нефти, накапливаемой в резервуарах. Схема через ем­кость является очень простой при эксплуатации. Однако имеет целый ряд недостатков. Во-первых, на каждой насосной станции приходится строить резервуарный парк и подпорную насосную. Во-вторых, при выходе из строя одной станции практически пре­кращается перекачка по всему трубопроводу, так как запасы нефти в резервуарах незначительны по сравнению с пропускной способностью трубопровода. В-третьих, на каждой насосной стан­ции нефть попадает в резервуары и происходит их заполнение, а потом опорожнение при откачке нефти. В результате большого числа операций по приему и откачке нефти в резервуары значи­тельное количество нефти теряется при больших «дыханиях» резер­вуаров.

Повсеместное распространение получила третья схема перекачки «из насоса в насос». По этой схеме весь трубопровод разбивается на несколько эксплуатационных участков длиной по 400-600 км.

Четвертая схема является промежуточной между первой (второй) и третьей. Она, так же как и третья, является транзитной, но не позволяет обеспечить режима подпора давления на входе последующей станции за счет насосов предыдущей.

рисунок 1.1 — Схема участка нефтепровода Атырау – Индер

1 — резервуары; 2 — подпорный насос; 3 — головная станция Атырау; 4 — промежуточная станция Индер.

Необходимый для предотвращения кавитации магистральных насосов запас энергии создается на НПС с емкостью подпорными насосами. В отличие от магистральных насосов, подпорные насо­сы создают небольшой дифференциальный напор, они более тихо­ходные и имеют небольшой кавитационный запас. Для обеспечения необходимого кавитационного запаса, подпор­ные насосы необходимо устанавливать ниже минимального уровня нефти в резервуарах.

Разработка автоматизированного электропривода центробежного насоса подачи исходной смеси для процесса ректификации метилового спирта

Краткое описание технологического процесса ректификации и требования, предъявляемые к электроприводу. Регулирование подачи механизмов центробежного типа. Расчет нагрузки на валу, тиристорного преобразователя и регулятора тока, выбор электродвигателя.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

«РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ПОДАЧИ ИСХОДНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ МЕТИЛОВОГО СПИРТА»

1. Краткое описание технологического процесса и требования, предъявляемые к электроприводу

2. Расчет нагрузки на валу и выбор электродвигателя

3. Расчет тиристорного преобразователя

4. Составление структурной схемы электропривода и расчет ее параметров

5. Расчет регулятора тока

6. Расчет регулятора скорости

7. Моделирование переходных процессов

Уровень автоматизации производственных процессов, производительность труда и качество выпускаемой продукции определяется силовой электровооруженностью труда, основу которой составляют регулируемые электрические машины.

В силу своих конструктивных особенностей асинхронная машина лишена ряда недостатков, присущих машинам постоянного тока. В частности, отсутствие коллектора и щеток в короткозамкнутом асинхронном двигателе (АД) обуславливает большую предельную единичную мощность, лучшие весогабаритные показатели, более высокую перегрузочную способность и допустимую скорость изменения момента, более высокие скорости вращения, чем машины постоянного тока. Известно, что преимущества АД наиболее полно реализуются при частотном управлении, что обуславливает постоянное вытеснение регулируемого электропривода постоянного тока частотно-регулируемым асинхронным электроприводом во всех отраслях промышленности.

Другие статьи:  Полномочия власть и ответственность

В настоящее время около половины вырабатываемой электроэнергии потребляется нерегулируемыми двигателями переменного тока, среди которых значительную часть составляют мощные высоковольтные АД. Регулирование скорости мощных высоковольтных АД, исключение режимов прямых пусков — эффективные факторы повышения производительности рабочих механизмов, снижения эксплуатационных расходов, экономии электроэнергии. Рабочими механизмами мощных высоковольтных электроприводов являются: подъемники горной и металлургической промышленности, вентиляторы, насосы, газодувки, компрессоры горной, металлургической, химической промышленности, атомной энергетики.

Известно, что механические и динамические характеристики, энергетические показатели АД в частотно-регулируемом электроприводе определяются: принятым законом частотного управления, способом частотного управления, алгоритмической и аппаратной реализацией автоматической системы регулирования (АСР) электропривода. С разработкой и освоением серийного производства мощных силовых полупроводниковых приборов появилась возможность широкого применения мощных высоковольтных преобразователей частоты (ПЧ) для питания обмоток высоковольтных АД. Таким образом, появилась возможность создания регулируемых по скорости мощных высоковольтных асинхронных электроприводов. В данном курсовом проекте рассматривается возможность регулирования скорости вращения привода центробежного насоса с помощью тиристорного преобразователя. Исследуются возможности регулирования данного электропривода с помощью каскадной системы с контурами по току и по скорости вращения.

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

Процесс ректификации относится к основным процессам химической технологии. Показателем эффективности его является состав целевого продукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят, так и кубовый остаток. Поддержание постоянного состава целевого продукта и будет являться целью управления. Состав другого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исходной смеси. В дальнейшем будем считать целевым продуктом дистиллят.

Трудность регулирования процесса объясняется также частотой и амплитудой возмущений. Возмущениями являются изменения начальных параметров исходной смеси, тепло- и хладоносителей, изменения свойств теплопередающих поверхностей, отложение веществ на стенках и т. д. Кроме того, на технологический режим ректификационных колонн, устанавливаемых под открытым небом, влияют колебания температуры атмосферного воздуха.

Показатель эффективности процесса — концентрация Q д искомого компонента в дистилляте самым непосредственным образом зависит от начальных параметров исходной смеси. С их изменением в процесс могут поступать наиболее сильные возмущения, в частности по каналу состава исходной смеси, так как состав определяется предыдущим технологическим процессом. Режим работы механизмов центробежного типа определяется тремя величинами: подачей Q ; напором Н и угловой скоростью . Эти величины определяют также момент сопротивления и мощность на валу механизма. Основы теории механизмов центробежного типа были разработаны Л. Эйлером.

Рис. 1.1. Q-H характеристики механизмов центробежного типа.

Регулирование подачи механизмов центробежного типа

Для многих механизмов центробежного типа возникает необходимость регулирования их подачи. Примерами таких установок являются газодувки газовых магистралей с изменяющимся потреблением газа в течение суток; дымососы, производительность которых зависит от режима топки котла; насосы в химической промышленности, участвующие в технологическом процессе производства жидких химических веществ, и т. д.

Наиболее простым в реализации является способ регулирования подачи при помощи дросселирования, путем введения в нагнетающую магистраль различных заслонок. Этот механический способ основан на изменении результирующего сопротивления магистрали. При неизменной скорости рабочая точка механизма перемещается по Q характеристике в сторону снижения подачи до точки пересечения с новой характеристикой магистрали (рис.1.2). При этом часть напора теряется на регулирующем устройстве. Для оценки КПД механического способа регулирования примем, что КПД механизма и двигателя остаются неизменными при изменении подачи. Тогда

где — напор в магистрали после регулирующего органа;

— напор, создаваемый механизмом перед регулирующим органом;

— потери напора в магистрали;

— подача механизма совместно с регулирующим органом.

Рис. 1.2. Q-Н-характеристики при регулировании производительности задвижкой.

Из рис. 1.2 следует, что КПД данного способа регулирования тем ниже, чем меньше статический напор . При

где и — номинальные значения напора и подачи механизма. Из последней формулы вытекает, что КПД снижается примерно квадратично от диапазона регулирования подачи . Следовательно, при малом статическом напоре и больших требуемых диапазонах изменения подачи данный способ регулирования оказывается весьма неэкономичным. Это ограничивает область ею практического применения главным образом маломощными установками с относительно небольшим требуемым диапазоном регулирования.

Наиболее универсальным является электрический способ регулирования подачи, при котором с помощью регулируемого электропривода изменяется угловая скорость механизма. При этом одновременно с уменьшением подачи снижается и напор (см. рис. 1.1) и согласно (1.1) КПД регулирования (без учета увеличения потерь при снижении угловой скорости в самом электроприводе). Следовательно, электрический способ окажется более экономичным по сравнению с регулированием с помощью задвижки, если относительные дополнительные потери в электроприводе, вызванные снижением скорости, меньше относительного перепада напора в дросселирующем устройстве. Электрический способ создает широкие возможности автоматизации процесса регулирования подачи механизмов центробежного типа и позволяет исключить механические регулирующие устройства и тем самым повысить надежность работы установок, упростить их конструкцию.

Как следует из рассмотренного выше, механизмы центробежного и поршневого типов в силу особенностей их конструкции и условий технологического процесса не требуют реверсирования. Их скорость согласуется со скоростью двигателя, поэтому электропривод этих установок выполняется безредукторным и поставляется обычно комплектно с механизмом. Отличительной особенностью рассматриваемой группы механизмов являются облегченные условия их пуска. Эти механизмы, как в нормальных условиях, так и после аварийного отключения пускаются, как правило, вхолостую. При этом момент трогания не превышает 30—35% номинального момента. Для установок вентиляторного типа, которые пускаются под нагрузкой, момент сопротивления плавно возрастает с увеличением скорости, что благоприятно согласуется с формой механической характеристики асинхронного двигателя. Характеристики механизмов центробежного тина создают благоприятные условия работы регулируемого электропривода, как в отношении статических нагрузок, так и требуемого диапазона регулирования скорости. Действительно, как это следует из полученных механических характеристик, при уменьшении скорости, по крайней мере квадратично снижается и момент сопротивления на валу двигателя. Это облегчает тепловой режим двигателя при работе на пониженной скорости. Из законов пропорциональности

вытекает, что требуемый диапазон регулирования скорости при условии отсутствия статического напора не превышает заданный диапазон изменения подачи

Если , то для изменения подачи от нуля до номинального значения необходим диапазон регулирования скорости

где — напор, развиваемый механизмом при и .

При высоком уровне статического напора, например составляющем , снижение скорости лишь на 10% уже обеспечит уменьшение подачи практически до нуля. В среднем для регулируемых механизмов центробежного типа требуемый диапазон регулирования скорости обычно не превосходит 2:1. Отмеченные особенности данных механизмов и невысокие требования в отношении жесткости механических характеристик позволяют успешно применять для них простые в реализации варианты регулируемого асинхронного электропривода. Для данного привода центробежного насоса необходимо обеспечить плавный пуск во избежание гидравлического удара в трубопроводе. В процессе работы расход исходной смеси должен поддерживаться на заданном уровне, статическая ошибка не должна превышать 1%. Не допускается перерегулирование выше 10%, поскольку возможно «захлебывание» колонны, что отрицательно скажется на качестве выходного продукта. Время переходного процесса должно быть минимально возможным при условиях, приведенных выше.

2. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА ВАЛУ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Насос для перекачивания метилового спирта при температуре 25°С из открытой емкости в ректификационную колонну, работающую под избыточным давлением 0,2 МПа. Расход жидкости . Геометрическая высота подъема воды 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания 10 м, на линий нагнетания 40 м. На линии нагнетания имеются два отвода под углом 120°, десять отводов под углом 90° с радиусом поворота, равным 6 диаметрам трубы, и два нормальных вентиля. На всасывающем участке трубопровода установлено два прямоточных вентиля, имеется четыре отвода под углом 90° с радиусом поворота, равным шести диаметрам трубы.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2 м/с. Тогда диаметр равен

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 57 мм, толщиной стенки 2.5 мм. Внутренний диаметр трубы м. Фактическая скорость воды в трубе

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

Определение потерь на трение и местные сопротивления

т. е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной м. Тогда

1/е=435; 560/е=244000; 10/е=4350: 4350 2 ;

— маховой момент нагрузки, отнесенный к валу двигателя, в кгм 2 ;

коэффициент, характеризующий охлаждение двигателя, равный 0,3-0,4;

— номинальное скольжение двигателя;

— синхронное число об/мин двигателя.

Выражаем из этой формулы :

Принимая, что максимальное число включений двигателя в час , после подстановки значений получаем, что момент инерции насоса равен: кгм 2 . Тогда кгм 2 .

Откуда электромеханическая постоянная системы равна:

Тогда передаточная функция

5. РАСЧЕТ РЕГУЛЯТОРА ТОКА

Структурная схема контура тока приведена на рис. 5.1.

Рис.5.1. Структурная схема контура тока

Регулятор тока организован по пропорционально-интегральному (ПИ) закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромагнитную постоянную времени системы .

Тогда передаточная функция регулятора тока будет иметь вид:

— пропорциональная часть регулятора тока, определяется по формуле:

где — малая постоянная времени токового контура;

— коэффициент обратной связи по току, определяется по формуле:

Подставив значения в (5.2), получим:

Другие статьи:  С 01012019 судебные приставы

Примем, что , тогда (5.1) запишется в виде:

Промоделируем контур тока, подав на его вход напряжение задания равное 5В.

Центробежные насосы

Компания ENCE GmbH / Швейцария, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию центробежные насосы.

Описание, характеристики и назначение центробежных насосов

Центробежные насосы, представляют собой вид оборудования, отвечающий за перекачивание воды и создание напора посредством вращения рабочего колеса, в результате чего действуют центробежные силы.

Центробежный агрегат имеет ключевые элементы: спиральный корпус и рабочее колесо, которое насажено на вал. Вал, в свою очередь, вращается в подшипниках. Помимо этого, конструкция насоса включает: приемный обратный клапан снабженный сеткой (при заливке перед пуском сдерживает жидкость внутри корпуса и всасывающего патрубка), задвижка на всасывающем патрубке, вакууметр (для измерения разрежения на стороне всасывания).

Характеристики центробежных насосов привязаны к его конструкции, материалам деталей, принципам функционирования основных рабочих узлов. Наиболее точно характеристики насоса возможно определить опытным путем на практике. В процессе того, как центробежные насосы функционируют, учитывается огромное число внешних факторов и воздействий, которые, как правило, невозможно в полной мере предусмотреть в теории.

Имея один общий принцип работы, центробежные насосы отличаются по конструкции, размерам и показателям производительности. В основном, данные различия относятся к рабочим колесам и расположением вала в корпусе. Самый несложный вид центробежных насосов – одноступенчатый, который является наиболее распространенным. Диапазон работы таких насосов при расходе и давлении воды широк, но они создают сравнительно невысокий напор воды.

Многоступенчатые секционные центробежные насосы являются более совершенными. Конструкция таких насосов предусматривает несколько рабочих колес и ступеней, которые располагаются последовательно друг за другом. В данном случае поток воды перемещается от заборного отверстия ступени к входному отверстию следующей ступени, при этом окончательный показатель напора равен сумме напоров, которые создает каждая ступень комплекса. При этом общий вал может быть ориентирован как вертикально, так и горизонтально. При выборе центробежного насоса стоит обращать внимание на тот факт, что насосы имеющие торцевое уплотнение вала, являются более современными, чем устаревшие аналоги с сальниковой набивкой. Основное преимущество первой конфигурации заключается в сохранении герметичности и отсутствии утечек, а также хорошем уровне герметичности при вибрациях и небольшом смещении вала.

Классификация центробежных насосов

Классификация центробежных насосов

Центробежные насосы производятся в следующих вариантах конструктивного исполнения:

Одноступенчатые центробежные насосы в вертикальном или горизонтальном исполнении – горизонтальное расположение вала (классический вариант исполнения), вертикальное расположение вала (характеризуется минимальным размером монтажной площадки)

Многоступенчатые центробежные насосы – в корпусе насоса не одно, а несколько рабочих колес, такая конструкция позволяет получить значительно более высокие значения напора, перекачиваемой жидкости на выходе из насоса, производятся в вертикальном и горизонтальном исполнении.

Полупогружные центробежные насосы – вертикальное исполнение насоса, при котором улитка и часть корпуса погружается в перекачиваемую среду, используется для установки в приямках.

Погружные центробежные насосы – исполнение, при котором насос и двигатель соединены в едином герметичном корпусе, насос на цепи погружается в перекачиваемую среду полностью, используется для откачки жидкостей из приямков и дренажных колодцев

Центробежные насосы двустороннего входа с корпусом типа «in-line» — насосы, у которых всасывающий и нагнетательный патрубки находятся на одной оси, производятся в горизонтальном и вертикальном исполнении.

Герметичные центробежные насосы – производятся с герметичной конструкцией корпуса, бывают двух вариантов исполнения, в первом, рабочее колесо насоса крепится на валу двигателя, во втором – насос соединен с двигателем посредством магнитной муфты, в обоих случаях корпус насоса абсолютно герметичен и возможные утечки перекачиваемой среды исключены, насосы данного типа в основном применяются на химических предприятиях для перекачки химически ядовитых, опасных, токсичных и легколетучих жидкостей.

Классификации центробежных насосов можно так же разбить на три основных типа: по принципу конструктивных особенностей, уровню напора и показателю быстроходности рабочего колеса, а также типу перекачиваемой жидкости:

  1. По принципу конструктивных особенностей распространены следующие виды центробежных насосов:
    Так, по числу колес центробежные насосы разделяются на два типа: с одним колесом (одноколесные) и несколькими колесами (многоколесные). Одноколесные (они же одноступенчатые) насосы имеют консольное расположение вала и по этой причине могут называться консольными. Многоколесные (они же многоступенчатые) насосы имеют несколько смонтированных последовательно рабочих колес, которые повышают показатель производительности оборудования. Конструктивно, центробежные насосы могут быть оснащены односторонним или двусторонним входом воды, иметь горизонтальное или вертикальное устройство вала, а также горизонтальный или вертикальный разъем корпуса. В соответствии с тем, каким образом рабочее вещество подается в спиральный канал, данные насосы называют спиральными (жидкость подается в спиральный канал) или турбинными (жидкость предварительно проходит через статичное колесо оснащенное лопастями).
  2. В соответствии с принципом классификации по уровню создаваемого напора и показателем быстроходности рабочего колеса, центробежные насосы подразделяются на насосы с низким уровнем напора, средним, а также высоким напором, а также тихоходные, быстроходные и нормальные.
  3. Согласно виду перекачиваемой жидкости, насосы можно подразделить на водопроводные агрегаты, агрегаты, используемые в канализационной системе , агрегаты для работы с кислотными жидкостями т.д.

Классификации центробежных насосов можно разбить на три основных типа: по принципу конструктивных особенностей, уровню напора и показателю быстроходности рабочего колеса, а также типу перекачиваемой жидкости:

1) По принципу конструктивных особенностей распространены следующие виды центробежных насосов:

Так, по числу колес центробежные насосы разделяются на два типа: с одним колесом (одноколесные) и несколькими колесами (многоколесные). Одноколесные (они же одноступенчатые) насосы имеют консольное расположение вала и по этой причине могут называться консольными. Многоколесные (они же многоступенчатые) насосы имеют несколько смонтированных последовательно рабочих колес, которые повышают показатель производительности оборудования. Конструктивно, центробежные насосы могут быть оснащены односторонним или двусторонним входом воды, иметь горизонтальное или вертикальное устройство вала, а также горизонтальный или вертикальный разъем корпуса. В соответствии с тем, каким образом рабочее вещество подается в спиральный канал, данные насосы называют спиральными (жидкость подается в спиральный канал) или турбинными (жидкость предварительно проходит через статичное колесо оснащенное лопастями).

2) В соответствии с принципом классификации по уровню создаваемого напора и показателем быстроходности рабочего колеса, центробежные насосы подразделяются на насосы с низким уровнем напора, средним, а также высоким напором, а также тихоходные, быстроходные и нормальные.

3) Согласно виду перекачиваемой жидкости, насосы можно подразделить на водопроводные агрегаты, агрегаты, используемые в канализационной системе , агрегаты для работы с кислотными жидкостями т.д.

Основные узлы (элементы) центробежных насосов

Центробежные насосы оснащены следующими ключевыми узлами: спиральным корпусом и рабочим колесом, находящиеся внутри корпуса с креплением на валу посредством шпонки. В подшипниках вал совершает вращательные движения. Для уплотнения проходного отверстия, где вал проходит через корпус, есть сальники. Жидкость, через всасывающий патрубок попадает в корпус насоса и подается в центр рабочего колеса, которое совершает вращательные движения. Вещество вращается под действием лопастей и от центра колеса отбрасывается на периферию, попадая затем в спиральную часть корпуса насоса (в спиральных насосах), после чего она перемещается по напорному трубопроводу сквозь нагнетающий патрубок. Так, лопасти действуют на молекулы воды в следствии чего и образование кинетической энергии двигателя в скоростной напор струи жидкости под давлением.

Напор струи жидкости, который создает насос, измеряют в таких единицах как метр столба перекачиваемого вещества. Жидкость всасывается по причине разрежения перед лопастям колеса. Выпуклая форма лопастей обеспечивает более сильный напор жидкости и более качественное отекание, при этом рабочее колесо совершает вращательные движения по направлению нагнетания выпуклой стороной лопастей.

Центробежные насосы, как правило, имеют следующие приборы и арматуру:

  • Приемный обратный клапан оснащенный сеткой, который служит для сдерживания воды во всасывающем патрубке корпуса насоса в процессе его залива перед активацией. Сетка предназначена для фильтрации взвесей содержащихся в воде;
  • Задвижку;
  • Вакуумметр, который отвечает за замер разрежения на стороне всасывания. Он установлен на трубопроводе между корпусом и задвижкой. Центробежный насос также имеет кран, предназначенный для выпуска воздуха в процессе залива (расположен вверху корпуса), обратный клапан, расположенный на напорном трубопроводе, который не дает воде перемещаться назад по центробежному насосу при необходимости;
  • Задвижку, расположенную на напортном трубопроводе, которая обеспечивает: запуск процесса, остановку, а также контроль производительности напора, создаваемого центробежным насосом;
  • Манометр для измерения напора жидкости, который создает центробежный насос. Манометр располагается на напорном патрубке насоса;
  • Предохранительный клапан, обеспечивающий защиту центробежного насоса от гидравлических ударов. Данный клапан помещен на напорный патрубок за задвижку для защиты насоса. Центробежный насос, также часто имеет устройство для залива насоса, а также различные приборы автоматики.

Чертеж (типовая схема) одноступенчатых центробежных насосов

1. Спиральный корпус (улитка), включая всасывающий и нагнетательный патрубок, в классическом исполнении (всасывающий патрубок – расположен горизонтально, нагнетательный – вертикально)
2. Рабочее колесо
3. Узел уплотнения вала
4. Вал
5. Лабиринтное уплотнение масляной камеры подшипников
6. Подшипниковая опора
7. Разгружающая вал несущая опора
8. Глазок-уровнемер для контроля уровня масла в камере подшипникового узла