Электропривод центробежного насоса

Курсовая работа

При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:

  • Насос — гидравлическая машина, создающая напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии.
  • Насосный агрегат (НА) — совокупность насоса, электропривода и передаточного механизма (муфта, редуктор, шкив).

— Насосная установка (НУ) — комплекс оборудования обеспечивающий требуемый режим работы насосов одного или нескольких насосных агрегатов. НУ состоит из одного или нескольких насосных агрегатов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры, а также аппаратуры управления и защиты.

  • Насосная станция (НС) — сооружение, включающее в себя одну или несколько насосных установок, а также вспомогательные системы и оборудование.

Насосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные, мелиоративные, теплофикационные и др.

Насосные установки ежегодно расходуют около 20% электроэнергии, вырабатываемой энергосистемами республики. В настоящее время большая часть насосных установок работают неэкономично. Потери электроэнергии составляют 10.15%, а иногда достигают 20.25% потребляемой электроэнергии.

Центробежные насосы

Центробежные насосы составляют основной класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится вращением одного или нескольких рабочих колёс. В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением, и большей скоростью, чем при входе. При этом происходит поворот потока жидкости на 90º от осевого направления к радиальному. Выходная скорость преобразуется в корпусе центробежного насоса в давление перед выходом жидкости из насоса.

Классификация центробежных насосов

а) по числу колес:

  • одноступенчатые;
  • многоступенчатые.

Электропривод центробежного насоса 1

Рис. 1 Центробежный насос

На рис.1 показана схема типичного центробежного насоса. Жидкость поступает к центральной части рабочего колеса (крыльчатке).

Крыльчатка установлена на валу в корпусе и приводится во вращение электрическим или другим двигателем. Энергия вращения передается крыльчаткой жидкости; жидкость перемещается на периферию крыльчатки, собирается в кольцевом коллекторе (улитке) и удаляется через выходной патрубок. Патрубок имеет расширяющуюся форму; скорость потока в нем падает, и часть кинетической энергии жидкости, приобретенной в рабочем колесе насоса, преобразуется в потенциальную энергию давления. Увеличение давления на выходе из насоса может быть достигнуто увеличением либо частоты вращения, либо диаметра крыльчатки.

19 стр., 9086 слов

Дожимная насосная станция

... нефти центробежными насосами, а газа - под давлением сепарации. В зависимости от пропускной способности по жидкости существует несколько типов ДНС. Дожимная насосная станция состоит из ... насосной станции (ДНС) Дожимные насосные станции (ДНС) применяются в тех случаях, если на месторождениях (группе месторождений) пластовой энергии недостаточно для транспортировки нефтегазовой смеси до установок ...

Вход жидкости в колесо организован в центре. Далее жидкость захватывается лопатками (для уменьшения утечек и повышения прочности лопатки с боков закрыты дисками), отбрасывается к периферии и далее попадает в улитку (корпус насоса).

В данной конструкции насоса хорошо видно увеличивающееся сечение для прохода жидкости между рабочим колесом и корпусом. Далее проходное сечение резко уменьшается (отсечка потока) и в корпусе организуется канал или отверстие для отвода жидкости.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые центробежные насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа.

Электропривод центробежного насоса 2

Рис. 2 Схема центробежного самовсасывающего насоса НЦС-1:

  • донный клапан;
  • 2-всасывающий патрубок;
  • 3-центробежный насос;
  • 4-подающий патрубок;
  • 5-электродвигатель;
  • 6-рама.

Исходные данные

№задания

Q

H

L

d

R

D

n c

8

500

150

2000

270

750

1,25

1500

Выбор системы привода

Выбор мощности и типа электродвигателя

Мощность насоса равна:

Электропривод центробежного насоса 3 (3.1)

где Q — подача насоса, м 3 /c; Электропривод центробежного насоса 4;

  • Н — напор, м;

ρ — максимальная плотность перекачиваемой нефти, кг/м 3 ;

h н — КПД насоса.

Мощность приводного электродвигателя выбирают на основе приведенной выше формулы, но с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых режимах, его мощность выбирают с запасом [3].

Электропривод центробежного насоса 5 (3.2)

где k — коэффициент запаса, выбираем k = 1,1, так как ЭД является приводом насоса, работающего при постоянной нагрузке в продолжительном режиме, и имеет редкие пуски при закрытой задвижке.

h п — кпд передачи, при соединении валов двигателя и насоса муфтойhп =0,98.

Выбираем асинхронный двигатель типа 4АНК280М6У3

Таблица 2 — Технические данные двигателя 4АНК280М6У3

Р НОМ , кВт n0 , об/мин sном , % h, % CosjНОМЭлектропривод центробежного насоса 6Ток ротораМасса,

кгНапряжение

ротора

110

1000

91,5

0,87

1,9

297

3850

230

Скорость вращения двигателя совпадает с необходимой скоростью вращения насоса, следовательно, нет необходимости применения передачи.центробежный насос электропривод электродвигатель

Механические характеристики двигателя и производственного механизма. Совместная механическая характеристика электропривода

Номинальная скорость вращения:

ном =n0 (1-sном )=1000 (1-0,036)=964 об/мин.

номинальная частота вращения двигателя:

Электропривод центробежного насоса 7

синхронная частота вращения двигателя:

Электропривод центробежного насоса 8

критическое скольжение:

Электропривод центробежного насоса 9

номинальный момент двигателя:

Электропривод центробежного насоса 10

критический момент двигателя:

Электропривод центробежного насоса 11

Зависимость частоты вращения от скольжения:

Электропривод центробежного насоса 12

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя:

Электропривод центробежного насоса 13

Механическая характеристика центробежного насоса:

Электропривод центробежного насоса 14

Электропривод центробежного насоса 15

Уравнение совместной механической характеристики:

Электропривод центробежного насоса 16 (4.14)

Рассчитать и выбрать элементы вентильной каскадной группы для случая использования привода по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК).

Выбрать преобразователь стандартной серии

Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь КВИП предназначен работы в составе электропривода переменного тока, выполненного по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК).

Преобразователь используется для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором (АД) с отдачей энергии скольжения ротора в сеть.

Функции, выполняемые преобразователем:

  • «Плавный» пуск двигателя от нуля до требуемой скорости вращения;
  • длительная работа с установившейся частотой вращения в пределах указанного диапазона регулирования;
  • стабилизация установленной частоты вращения;
  • торможение механизма с заданны темпом;
  • при использовании реверсоров в цепи статора — реверс направления вращения;
  • торможение без реверса;
  • дотяжка без переключения статора.

Область применения:

  • шахтные вентиляторы, конвейеры, подъемные машины;
  • вращающиеся печи, воздуходувки, тягодутьевые установки цементных заводов;
  • электроприводы механизмов собственных нужд электростанций (питательные, конденсатные, дымососы, циркуляционные насосы);
  • насосы водоснабжения коммунальных систем.

Принцип действия

электропривод центробежный насос

Преобразователь обеспечивает выпрямление напряжения ротора электродвигетеля выпрямителем В, сглаживание выпрямленного напряжения дросселем Др и последующее преобразование в переменного напряжение частотой 50 Гц тиристорным инвертором И. С выхода инвертора преобразования мощность скольжения электродвигателя возвращается через разделительный высоковольтный трансформатор Тр в сеть 6(10) кВ.

Электропривод центробежного насоса 17

Благодаря этому схема электропривода имеет высокий коэффициент полезного действия. Регулирование величины скольжения ротора электродвигателя осуществляется путем введения регулируемой противо-ЭДС в цепь ротора.

Основные достоинства электропривода по схеме АВК:

  • относительная простота схемотехнической реализации, достигаемая за счет работы с пониженным по сравнению со статорным напряжением роторных цепей АД и связанная с этим высокая степень надежности;
  • высокий К.П.Д.

установки, достигаемый за счет рекуперации энергии скольжения АД в питающую сеть. Достаточно короткий срок окупаемости при модернизации существующих установок, использующих для пуска АД роторные станции;

  • возможность снижения необходимой мощности преобразователя и высоковольтного трансформатора при ограничении диапазона регулирования скорости. Например, при пуске АД с помощью роторной станции (или иным способом) установленная мощность АВК снижается пропорционально диапазону регулирования скорости;
  • возможность использования существующих систем регулирования, использующих роторные станции, в качестве резервного оборудования.

Технические характеристики

Параметр

размерность

значение

Напряжение питающей сети

кВ

0,22,0,38;0,4;0,6;0,66;0,69; 6;6,3;6,6; 10; 11

Номинальный ток статора АД

А

50, 100, 160, 200, 315, 400, 630, 1000

Частота питающей сети

Гц

50±1, 60±1

Линейное напряжение ротора АД

В

230, 315, 380, 400, 600, 750, 825, 910, 1140, 1260

А

50,100,160,200,315,500,800,1000,1600,2000,2500

Диапазон регулирования скорости, не менее

1:10

К.П.Д, не менее

%

95

Степень защиты по ГОСТ 14254

IP21

Климатическое исполнение по ГОСТ 15543.1

УХЛ, У

Категория размещения по ГОСТ 15543.1.

4,3

Исходя из мощности двигателя выберем АВК.

Тип АВК КВИП-315-230-2-0,22-50-П-1-УХЛ-4

Номинальный ток ротора, I nom , А. 315

Номинальной напряжение, U nom , В. 230

Структура условного обозначения

Электропривод центробежного насоса 18

Определить номинальный КПД привода. Рассчитать и построить зависимость КПД привода от производительности насоса

КПД электропривода как электромеханической системы определяется произведением КПД силового канала, а именно: произведением КПД преобразователя Электропривод центробежного насоса 19 , двигателя Электропривод центробежного насоса 20 и механической передачи Электропривод центробежного насоса 21

ɳ=Электропривод центробежного насоса 22

или можно определить по формуле

ɳ= Р пол /(Рпол + Р)

Привести полную схему управления насосам на базе электропривода с АВК.

Напряжение, генерируемое ротором асинхронного двигателя, выпрямляется выпрямителем (В), после чего инвертируется обратно в сеть инвертором (И).

Роторная станция, изображенная на рисунках 1 и 2, может служить в качестве резерва. Также она может быть использована для начального запуска асинхронного двигателя в случаях, когда диапазон регулирования скорости ограничен 30…60 % от номинального значения. Такая схема позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора (Тр) на 30…40 %.

Электропривод центробежного насоса 23

АДФР — асинхронный двигатель

В1, В2 — выключатели

В — выпрямитель

И — инвертор

КР — коммутатор в цепи ротора

Тр — трансформатор инвертора

КИ — коммутатор в цепи инвертора

Р — сетевой реактор

Заключение

Насосами называют машины для перемещения жидкостей. Насосы потребляют энергию от привода (например, от электродвигателя) и сообщают её рабочему телу — жидкости. Эта энергия вызывает движение жидкости в трубопроводах, причем характерно, что полный запас энергии жидкости после насоса больше чем до него. Последнее обычно означает, что давление жидкости за насосом больше чем перед ним. Другими словами насосы предназначены для перемещения жидкостей и сообщения им энергии

В соответствии с современными требованиями была выбрана система управления, которая построена на базе частотного преобразователя и асинхронного двигателя. Рассчитана мощность требуемого электродвигателя, выбран асинхронный двигатель и расчеты механические характеристики.

Применение регулируемого привода увеличивает срок службы двигателя привода насоса и обеспечивает требуемую подачу воды и соответствующий ей расход электроэнергии. Используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и с комплектным преобразователем частоты.

При данных характеристиках насоса и сети существует только одна точка, отвечающая условиям устойчивого равновесия. Величина водопотребления, как правило, изменяется со времени, в соответствии с чем должна перемещаться рабочая точка системы. С этой целью необходимо регулировать подачу насоса. В связи с тем, что рабочая точка системы определяется характеристиками, как насоса так и сети, то регулировать подачу можно за счет изменения характеристики сети (количественный метод) или за счет изменения характеристики насоса (качественный метод).