Лабораторна робота №3
Тема: Дослідження динамічних характеристик насосної установки у пускових режимах
Мета: аналіз перехідних процесів у насосному комплексі з нерегульованим та частотно-регульованим електроприводом насосу при різних схемах запуску насоса.
Короткі теоретичні відомості
Існує два види запуску насосного агрегата – запуск на закриту засувку та запуск на відкриту засувку. Найбільш поширеним способом запуску насосних агрегатів є прямий запуск, тобто без використання пристроїв плавного запуску.
Прямий пуск здійснюється подачею повної напруги на обмотки електродвигуна. При цьому способі пуску не вимагається установки додаткового устаткування, проте пускові струми істотно збільшуються порівняно з номінальними, що в деяких випадках приводить до перегріву і прогорання вертикальних стрижнів «білячого колеса» ротора. Агрегат піддається сильним поштовхам у процесі набору обертів, амплітуди пульсації тиску та вібрації корпусу насосу при запуску збільшуються приблизно пропорційно квадрату частоти обертання і досягають небезпечних меж. Указані явища можуть призвести до гідравлічного і механічного дебалансу насосного агрегату, вивести з ладу підшипникові вузли, призвести до руйнування робочого колеса насосу та зниження строку експлуатації електродвигуна.
На практиці пусковий струм електродвигунів насосів у 3–5 разів перевершує номінальний струм, що призводить до збільшеного теплового зносу ізоляції обмоток статора (через це значною мірою знижується довговічність роботи і надійність електродвигуна насоса).
З метою запобігання негативних явищ при прямому запуску насосного агрегата використовують плавний запуск. Пристрої плавного запуску призначені для безударного запуску насосів, вентиляторів та компресорів. Вони забезпечують плавне підвищення напруги, що подається на електродвигун від 0 до номінального значення в заданий час. Завдяки цьому пусковий струм зменшується у 4–5 разів, виключаються ударні навантаження на підшипники агрегатів і лобові частини обмоток статорів електродвигунів. Крім того, покращуються умови експлуатації струмопідвідного електроустаткування: трансформаторів, високовольтних вимикачів, ошиновки, кабелів та ін. Наявність такого пристрою дозволяє економічно і раціонально експлуатувати насосні агрегати відповідно до технологічних умов їх експлуатації. Як такі пристрої використовуються системи софт-старту, регулятори напруги та перетворювачі частоти. Пристрої плавного пуску також дозволяють створити енергозберігаючі системи автоматизованого керування технологічними режимами роботи насосних установок у тих випадках, коли використання регульованого електропривода є недоцільним.
Механічна характеристика турбомеханізму (рис. 3.11) з урахуванням параметрів середовища, що перекачується, має вигляд:
,
(3.1)
де
– момент неробочого ходу машини, Нм;
– номінальний момент двигуна, Нм;
– момент рушання при куті повороту вала
,
Нм;
–
коефіцієнт, який характеризує параметри
середовища;
– показник ступеня, що залежить від
типу механізму (
– для насосів);
та
– поточна та номінальная швидкість
обертання, рад-1;
Як видно з рис. 3.11 момент пуску насоса
,
що перекачує в`язку речовину може в
декілька разів перевищувати момент
неробочого ходу машини
і номінальний момент
.
Одним із вирішень проблеми пуску є реалізація плавного пуску насоса, для чого промисловістю випускається цілий ряд технічних засобів, у тому числі пуск за допомогою перетворювача частоти.
Рисунок 3.11 – Механічна характеристика турбомеханізму
Завдання пристроїв плавного пуску – забезпечити захист насосних агрегатів від високого пускового струму, механічних перевантажень, гідроударів, тобто забезпечити довговічність і надійну експлуатацію устаткування. Разом з розв’язаням задачі плавного пуску вживання перетворювачів частоти при роботі насосів дозволяє погоджувати продуктивність насоса з витратою перекачуваної рідини в кожен момент часу, що дозволяє значно знизити енергоспоживання системи.