2. Построение характеристик насосной установки при частотном регулировании.
Характеристики насосной установки строятся для того, что бы определить точки установившегося режима работы в заданном диапазоне регулирования скорости.
Установившийся режим работы насоса при постоянной скорости чаще всего определяется графическим способом. При этом необходимо три точки пересечения соответствующей Q Н характеристики насоса и характеристики магистрали, подходящей насосу.
Исходные данные:
Химический продукт – изопентан.
Статистический напор Нст=1
Тип насоса:
Подача Q=100 м3/ч;
Напор Н=80м;
КПД насоса ŋ=67%;
Частота вращения n=2900 об/мин.
Характеристики магистрали строят по уравнению:
Нм=Нст+R*Q2 (2.1)
Где Нм – напор в магистрали;
Нст – статистический напор;
R – гидравлическое сопротивление;
Q – подача насоса;
Гидравлическое сопротивление линии определяется:
R=Нм – Нст/Qн2 (2.2)
R=80-1/1002=0,0079
Нм=1+0,0079*Q2 (2.3)
Зададим ряд значений Q, вычисляем напор в магистрали Нм по формуле (2.3)
Нм1=1+0,0079*02=1
Нм2=1+0,0079*252=5,9
Нм3=1+0,0079*752=45
Нм4=1+0,0079*1002=80
Нм5=1+0,0079*1252=124
Q –H-характеристики для скорости, отличной от номинальной, получают с помощью уравнений пропорциональности:
(2.4)
Зададим ряд значений Q, которым
соответствует значение Нi номинальной
характеристики насоса с
№ |
Q |
Н |
1 |
0 |
82,5 |
2 |
25 |
85 |
3 |
75 |
82,5 |
4 |
100 |
80 |
5 |
125 |
75 |
Для скорости механизма построим QН характеристику, используя построение:
№ |
Q/=Q/2 |
Н/=Н/4 |
1 |
0 |
20,6 |
2 |
12.5 |
21,2 |
3 |
37,5 |
20,6 |
4 |
50 |
20 |
5 |
62,5 |
18,75 |
Соединяя полученные точки получим QН характеристику.
Установившийся режим в нижнем диапазоне Т (Н=20; Q=48)
Расшифровка типоразмера насоса:
Х(0)100 – 65 – 250 – М.
Х – Тип насоса химический;
100 – номинальный диаметр входного патрубка, мм;
65 – номинальный диаметр выходного патрубка, мм;
250 – номинальный диаметр проточного колеса, мм;
М – материал деталей проточной части.
Вывод: По точкам установившихся режимов можно определить диапазон изменения расхода и напора при частотном способе регулирования произвести анализ при изменении скорости вращения в диапазоне D=2:1.
3. Выбор электропривода насоса
3.1 Асинхронный вентильный каскад на базе асинхронного двигателя с фазным ротором и тиристорного преобразователя – авк
Каскадные электроприводы в зависимости от того, как реализуется энергия скольжения, разделяются на электрические и электромеханические. В электрических каскадах энергия скольжения за вычетом потерь возвращается в питающую сеть.
В настоящее время электромеханический агрегат постоянной скорости в электрическом каскаде заменяется инвертором. Принципиальная схема такого каскада, называемого асинхронно-вентильным (АВК) приведена на рис. 1. Здесь асинхронный двигатель «М» подключен со стороны статора к сети переменного тока, его роторная цепь через выпрямитель «В», инвертор «И» и согласующий трансформатор «Т» присоединяется к той же питающей сети. Для сглаживания выпрямленного тока и нормальной работы инвертора включен реактор «L». Принцип действия этого каскада аналогичен действию вентильно-машинного каскада и состоит в том, что в цепь выпрямленного тока ротора вводится добавочная ЭДС, получаемая регулированием угла β опережения включения тиристоров инвертора. Наиболее перспективным решением на сегодня является установка Асинхронно-Вентильного Каскада (АВК). Такие преобразователи работают в рекуперативном режиме, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия.
Область применения преобразователей с асинхронно-вентельным каскадом:
- шахтные вентиляторы, конвейеры;
- дробилки, мельницы;
- вращающиеся печи, воздуходувки, тягодутьевые установки цементных заводов;
- электроприводы механизмов собственных нужд электростанций;
- насосы водоснабжения коммунальных систем;
- лебедки, роторы, насосы буровых установок;
- конвейеры большой производительности и большой длины;
- механизмы приводов ковочно-штамповочных прессов, ножниц, листогибочных машин, волочильных станов, канатных машин и пр.
Для сети 0,4 кВ в качестве согласующего с сетью элемента вместо трансформатора может использоваться сетевой реактор.
Подбор дополнительного оборудования (выключатели, коммутирующие элементы), осуществляется индивидуально для каждого проекта.
Асинхронно-вентельный каскад (как и роторные станции) позволяет осуществлять одноквадрантное регулирование. Управление в 3-м квадранте (-ω, -М можно осуществить только путем изменения направления вращения поля статора. Для этой цели используются контакторные или тиристорные реверсоры. Снижение скорости, при этом, обычно осуществляется при помощи устройства динамического торможения. Недостатком такого способа
торможения является нелинейность динамической характеристики асинхронного двигателя в этом режиме (зависимость скорости вращения от тока торможения).
Решить данную проблему позволяет использование АВК с тиристорным выпрямителем в роторной цепи. В этом случае для торможения используется энергия сети.
Рисунок 3.1.1. Схема асинхронного вентильного каскада
Достоинством электропривода с рекуперацией энергии скольжения (АВК) является то, что мощность преобразователя, включенного в цепь ротора, пропорциональна мощности асинхронного двигателя и диапазону регулирования его скорости. Это свойство электропривода определяет целесообразность его использования для насосов большой мощности при неглубоком регулировании скорости. К недостаткам этих систем следует отнести необходимость применения дополнительных пусковых устройств и низкий вентильных каскадов.