Материал: Проектирование электропривода промышленных механизмов. Фролов Ю.М

4.6. Регулирование подачи насосов

Одним из наиболее рациональных способов регулирования подачи механизмов с вентиляторным моментом на валу является регулирование изменением скорости, которое проще всего осуществляется с помощью электрического привода /29/.

Регулируемый электропривод с плавным изменением частоты вращения в широком диапазоне наилучшим образом удовлетворяет условиям автоматического и экономического регулирования производительности турбомеханизмов.

Следует отметить, что системы приводов с двигателем постоянного тока несмотря на отличные регулировочные качества, в большинстве случаев не рациональны для турбомеханизмов. Приводы постоянного тока содержат дорогой преобразователь на полную мощность, что определяет в целом высокую стоимость электропривода. Кроме того, двигатель постоянного тока нуждается в квалифицированной эксплуатации, а его применение в тяжелых условиях окружающей среды связано с серьезными конструктивными затруднениями.

Наиболее часто для механизмов с вентиляторным моментом на валу используются электрические приводы с асинхронными двигателями. Их удобно делить на две группы: в первой энергия скольжения рассеивается в виде тепла в двигателе и дополнительных регулировочных резисторах, а во второй энергия скольжения главного приводного двигателя направляется в сеть или на главный ведущий вал посредством преобразующих машин. К первой группе относят в основном регулирование скорости асинхронного двигателя по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель, ко второй - каскадные схемы включения.

Для первой группы электроприводов характерным является то, что максимум потерь энергии в роторной цепи при регулировании составляет примерно 15-17% номинальной мощности на валу и имеет место при скорости, равной 67% синхронной (рис. 4.6).

Рациональные области использования частотно-управ-ляемых приводов /30/: для приводов турбомеханизмов, расположенных во взрывоопасных цехах; в тех случаях, когда по конструктивным особенностям турбомеханизма или по условиям окружающей среды приводной двигатель должен быть принят асинхронным короткозамкнутым и в то же время

Рис. 4.65. Зависимости Р12, P2, Р от угловой скорости асинхронного двигателя с вентиляторным моментом на валу

требуется регулирование его частоты вращения (например, для погружных электронасосов); для безредукторного электропривода быстроходных турбомеханизмов с частотой вращения свыше 3000 об/мин; для электроприводов мощностью свыше 20 МВт, для которых машины постоянного тока или асинхронные электродвигатели с фазным ротором построены быть не могут.

Во второй группе систем приводов для турбомашин применяются асинхронные каскады. Достоинство этих приводов применительно к турбомашинам определяется тем, что стоимость и другие техникоэкономические показатели каскадов зависят от глубины регулирования, поскольку преобразованию в этих схемах подвергается не полная энергия, потребляемая приводом, а лишь часть ее, пропорциональная диапазону регулирования. При неглубоком регулировании скорости каскадные схемы асинхронного привода турбомеханизмов оказываются в большинстве случаев, в особенности для приводов средней и большой мощности, наиболее предпочтительными для регулирования частоты вращения турбомеханизмов.

Представляет интерес сравнение экономичности регулирования подачи рассматриваемых механизмов посредством изменения скорости электропривода с другими способами регулирования. Оценим, например, экономичность регулирования подачи с помощью дроссельных задвижек на нагнетающей магистрали. Введение задвижек приводит к увеличению гидродинамического сопротивления магистрали. Соответствующие графики характеристик насоса и магистрали показаны на рис. 4.7.

Рис. 4.7. К определению потерь при регулировании подачи с помощью дроссельных задвижек

При вращении рабочего колеса механизма с неизменной номинальной скоростью случаю отсутствия на магистрали дополнительного сопротивления соответствует характеристика 1. При этом в системе имеет место номинальный напор Hн при номинальной подаче Qн. Если же возникает задача регулирования подачи путем введения в магистраль дроссельной задвижки, то в результате увеличения сопротивления магистрали (характеристика 2) подача снижается до Q1. При

Сопоставление полученного результата показывает, что регулирование подачи задвижками приводит более чем к двукратному увеличению максимума потерь мощности по сравнению со случаем, когда регулирование осуществляется изменением скорости при наличии потерь

скольжения. Таким образом, регулирование задвижками, как видно из приведенных выражений, весьма неэкономично.

4.7. Расчет мощности электродвигателя насоса

Все типы насосов, устанавливаемые на насосных станциях, характеризуются часовой производительностью и напором, то есть высотой подачи воды, которая складывается из нивелирной высоты от низшего уровня воды в источнике до высшей точки подъема воды, потерь напора в трубах на прямых участках, в изгибах и кранах (в метрах) и свободного напора при вытекании из кранов (в метрах).

Полный напор Н (м) включает в себя напор подъема и потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах, состоящий из четырех составляющих:

h1 (hВ) — высота всасывания, то есть расстояние от уровня воды в источнике до оси насоса;

h2 (hН)— гидростатический напор, необходимый для поднятия воды от оси насоса до наиболее высокого пункта водопотребления;

h3 — напор, соответствующий потерям во всасывающей, нагнетающей и нагнетательной трубах, на поворотах, в вентилях, задвижках;

h4 — свободный напор, обеспечивающий определенную скорость вытекания воды из трубы.

Вприближенных расчетах принимают все потери в трубах, изгибах

икранах равными 10% от нивелирной высоты. Свободный напор равен от 2 до 6 м.

Теоретически высота всасывания воды, обеспечиваемая насосом (рис.4.8), зависит от величины атмосферного давления и температуры воды.

Рис. 4.8. Расчетная схема насосной установки:

1 водозаборный колодец; 2 центробежный насос; 3 рабочее колесо; 4 задвижка; 5 – напорный резервуар; V1, V2 – соответственно окружные скорости на входе и выходе рабочего колеса; Р1, Р2

– соответственно давление жидкости на входе и выходе насоса.

Чем выше температура воды, тем меньше теоретически возможная высота всасывания вследствие увеличенного давления пара, наполняющего разреженное пространство всасывающей камеры насоса. Высота всасывания уменьшается также из-за потерь на трение и недостаточной плотности соединения во всасывающей трубе. Поэтому практически большие насосы не устанавливаются выше 6-7 м, а малые выше 4-5 м над самым низким уровнем воды в источнике водоснабжения. Всасывающую трубу устанавливают так, чтобы расстояние между ее нижним концом и дном источника должно быть не менее 0,5 м.