25. Электрооборудование и автоматизация насосов

Насосные установки применяются на производстве для обеспечения технологического процесса предприятия и жизнедеятельности работающего коллектива.

Насосы работают в системе водоснабжения и канализации, перекачива­ют агрессивные и технологические жидкости и т.п.

По принципу действия насосные установки можно разделить на три группы: поршневые, центробежные и оседиагональные.

Поршневые (ПН) предназначены для перекачивания жидкости при больших высотах всасывания (до 6 м) с небольшой производительностью. Как и для всех поршневых систем, характерны неравномерность хода и пульсация нагрузки (при всасывании жидкости — холостой ход, а при сжа­тии — рабочий), поэтому жидкость в напорном трубопроводе течет нерав­номерно.

Для сглаживания пульсаций нагрузки и повышения равномерности хода в одном насосе применяют несколько рабочих цилиндров, а на валу уста­навливают маховик.

Поршневые насосы во избежание гидроудара и поломки пускаются только при открытых задвижках на напоре.

Поршневой насос пускается в ход под нагрузкой, что требует ЭП с повышенным пусковым моментом.

Для нормальной эксплуатации поршневых насосных установок необхо­димы вспомогательные системы (водяного охлаждения и смазки).

Центробежные (ЦН) предназначены для перекачивания жидкости при малых высотах всасывания с большой производительностью.

В отличие от поршневых насосов, ход равномерный, а истечение жид­кости без пульсаций.

Особенностью насосов является необходимость заполнения полости жидкостью перед пуском, в противном случае, насос не будет перекачивать жидкость из-за «разрыва струи».

Производительность центробежных насосов можно регулировать сле­дующими способами:

• дросселированием трубопровода (например, закрывать задвижки на напорной магистрали);

• изменением угловой скорости ,приводного ЭД (например, изменением напряжения в цепи статора АД);

• изменением числа работающих на магистраль агрегатов;

• изменением положения рабочего органа механизма (например, пово­ротом лопаток рабочего колеса).

На насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощностью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и синхронные двигатели на 6 и 10 кВ с прямым пуском, т. е. с включением на полное напряжение сети.

Двигатели поршневых насосов соединяются с валом насоса через замедляющую передачу (клиноременную или зубчатую), поскольку поршневые насосы являются тихоходными механизмами. Центробежные насосы в большинстве случаев выполняются быстроходными, поэтому их приводные двигатели имеют высокую угловую скорость и соединяются с валом насоса непосредственно.

Электропривод. Режим работы — продолжительный, реверса не требу­ется.

• АД с короткозамкнутым ротором, мощностью до 100 кВт при напря­жении 380 В, с прямым пуском от мощной сети или через автотранс­форматор (реактор), ограничивающий пусковой ток.

• Синхронные двигатели (СД), мощностью более 100 кВт при напряже­нии 10 (6) кВ, с прямым пуском от мощной сети.

Наиболее применимы: серии 4А (основного исполнения), 4АР (с повы­шенным пусковым моментом), АИ (новая серия) на напряжение 380 В и СДН (насосы, вентиляторы, дымососы), СДК (компрессоры) на напряжение 10(6)кВ.

Примечания:

1. АД с фазным ротором применяются, если необходимо регулирование скорости механизмов с вентиляторной нагрузкой на валу (например, вентиляторы и дымососы котельных).

2. Для компрессорных установок двигатели обычно тихоходные, а для насосных и вентиляторных — быстроходные.

3. Технически и экономически обоснованный нижний предел номи­нальных мощностей синхронных двигателей (СД) составляет от 500 до 600 кВт.

СД с частотой вращения до 1000 об/мин выпускаются с явнополюс-ными роторами с демпферной (пусковой) обмоткой, а с частотой враще­ния 1500 об/мин, как правило, мощностью свыше 12 500 кВт с массивны­ми полюсами без демпферной обмотки.

СД с частотой вращения до 3000 об/мин имеют неявно выраженные по­люса.

СД выпускаются на напряжение 6 и 10 кВ, а низковольтные (0,38 кВ) до 320 кВт заменяются на более экономичные АД.

В настоящее время для возбуждения СД применяют только полупро­водниковые статические или бесщеточные системы возбуждения.

Устройства автоматизации насосных установок.

Автоматизация насосных установок позволяет повышать надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшать затраты труда и эксплуатационные расходы, размеры регулирующих резервуаров. Для автоматизации насосных установок кроме аппаратуры общего применения (контакторов, магнитных пускателей, переключателей, промежуточных реле) применяются специальные аппараты управления и контроля, например, реле контроля уровня, реле контроля заливки центробежных насосов, струйные реле, поплавковое реле, электродные реле уровня, различные манометры, датчики емкостного типа и др.

Датчики уровня служат для контроля уровня жидкости в резервуарах и подачи сигналов о регулировании этого уровня.

Датчики уровня бывают:

1. электродные

2. поплавковые

3. мембранные

Наряду с аппаратурой общего назначения для пуска, переключения и управления, в системах автоматизации применяется специальная аппаратура.

Электродный датчик уровня

Электродный датчик уровня используется для контроля уровня электропроводных жидкостей. Он имеет короткий 1 электрод и два длинных 2, 3, которые укреплены в коробке зажимов. Короткий электрод является контактом верхнего уровня жидкости, а длинный — нижнего уровня. Датчик соединяется проводами со станцией управления двигателем насоса. Когда вода касается короткого электрода, это приводит к отключению пускателя насоса. Снижение уровня воды, когда он становится ниже длинного электрода, дает команду на включение насоса.

Рисунок Электродный датчик уровня

Электроды датчика включены в цепь катушки промежуточного реле К, которое включается во вторичную обмотку понижающего трансформатора напряжением 12 В. При повышении уровня жидкости в резервуаре до уровня короткого электрода 1, образуется электрическая цепь: вторичная обмотка трансформатора — катушка реле К - электрод 1 - жидкость - электрод 2. Реле срабатывает и становится на самопитание через свой контакт К и электрод 3, при этом контакты 6 реле дают команду на отключение электродвигателя насоса. При снижении уровня жидкости, когда он становится ниже уровня электрода 3, реле отключается и включает электродвигатель насоса.

Поплавковый датчик уровня

Рис. Поплавковый датчик (реле) уровня

Поплавковый датчик (реле) уровня применяется в отапливаемых помещениях для контроля уровня неагрессивных жидкостей. На рисунке показано схематическое устройство реле. В резервуар 10 погружается поплавок 1, подвешенный на гибком контакте через блок 3 и уравновешенный грузом 6. На контакте закреплены упоры 2 и 5, которые при предельных уровнях жидкости в резервуаре поворачивают коромысло 4 контактного устройства 8. При поворотах коромысло замыкает соответственно контакты 7 или 9, включающие или отключающие электродвигатель насоса.

Мембранные датчики уровня

Для определения уровня сыпучих материалов в бункерах используются мембранные датчики уровня, которые крепятся в отверстии стенки бункера. В них мембрана воздействует на контакты, замыкая или размыкая цепь управления загрузочными или разгрузочными устройствами.

Насосный агрегат включается на откачивание жидкости из резервуара. Отключение агрегата произойдет при снижении уровня ниже длинного электрода.

Струйное реле предназначено для контроля наличия потока (струи) жидкости в трубопроводе.

Реле контроля заливки предназначено для контроля заливки гидравли­ческой полости центробежных насосов.

Они могут работать на принципе поплавка, но в настоящее время наи­большее распространение получили реле мембранного типа.

Такие реле устанавливаются выше уровня насоса от 0,3 до 0,5 м. При заливке полости насоса жидкостью мембрана прогибается, перемещая при­крепленный к ней шток, что переключает контактную систему реле, разре­шая пуск насоса.

После снижения давления в полости мембрана пружиной возвращается в исходное положение.

Достоинством мембранных реле является большая чувствительность и способность выдерживать высокие давления. Такие реле применяют при заливке насосных агрегатов с помощью вакуум-насоса.

На рис., а показана схема автоматизации простейшей насосной установки — дренажного насоса 1, а на рис., б приведена электрическая схема этой установки. Автоматизация насосной установки осуществляется с помощью поплавкового реле уровня. Ключ управления КУ имеет два положения: для ручного и автоматического управления.

Рис.. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электрическая схема автоматизации (б)