книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

в общественных помещениях, подвешивая их на подволоке. Широко распространены настольные вентиляторы осевого типа с мягкими ло­ пастями.

Наибольшее количество различных вентиляторов имеют пассажир­ ские суда, на которых хорошо оборудованная система вентиляции не­ обходима для обеспечения комфортабельности путешествия. Венти­ ляторы на этих судах обслуживают также системы калориферного отопления, климатические установки и пр., подавая в жилые поме­ щения, в случае необходимости, подогретый и увлажненный воздух.

Рис. 225. Центробежный нереверсивный вентилятор моноблочного типа:

/ — корпус вентилятора; 2 — радиальные лопасти; 3 — рабочее колесо; •/ — элек­ тродвигатель

Компрессоры на судах применяют для получения сжатого воздуха, необходимого для пуска двигателей внутреннего сгорания, а также для сжатия и нагнетания хладагента в холодильных установках. В большинстве случаев — это поршневые механизмы, сходные по ре­ жиму работы и характеру нагрузки с поршневыми насосами.

§ 76. Электроприводы насосов, вентиляторов и компрессоров

А. Условия пуска электроприводов

Потребная мощность электродвигателя насоса или вентилятора определяется по формуле

390

Теоретическая мощность компрессора Р определяется уравнением

Для центробежных насосов при определенных условиях справедлив так называемый закон пропорциональности, согласно которому напор, развиваемый насосом, пропорционален квадрату частоты вращения:

а производительность насоса прямо пропорциональна частоте враще­

Отсюда, согласно формуле (277), потребляемая насосом мощность

Приведенные выражения были бы вполне точными, если бы входя­ щие в них коэффициенты пропорциональности kL и /г.,, а также к. п. д.

насоса были постоянными величинами. В действительности при изме­ нении скорости и напора они тоже несколько изменяются, поэтому зависимости Н, Q и Р от п, полученные экспериментально, несколько

отличаются от теоретических, причем различие тем больше, чем больше отличается скорость от начальной. Однако для практических расчетов, связанных с применением электропривода, указанные различия су­ щественной роли не играют и ими обычно пренебрегают.

Закон пропорциональности верен, кроме того, лишь в случае, если при изменении частоты вращения насоса и его производитель­ ности напор изменяется пропорционально квадрату производительно­ сти. Это возможно, если статический напор равен нулю— в этом случае в системе действует только динамический напор, пропорцио­ нальный квадрату производительности. Следовательно, закон пропор­ циональности применим только для насосов, работающих при # ст = 0 или # ст « 0. Как указывалось, большинство судовых насосов работа­ ют, именно в таких условиях.

Определим, пользуясь законом пропорциональности, механическую характеристику центробежного насоса. Для этого сопоставим мощ­

ность электропривода Р = = кАМп с потребляемой мощностью

насоса по формуле (281). Приравняв правые части указанных равенств, найдем зависимость М от п:

Итак, при отсутствии статического напора момент на валу электро­ привода насоса пропорционален квадрату частоты вращения — по­ лучено уравнение вентиляторной характеристики, о которой упоми­

391

налось раньше. Эта характеристика, однако, не проходит через начало координат, как следует из уравнения (282), — на валу электроприво­ да действует начальный статический момент, вызванный силами тре­

валу электропривода изменяется не по параболе, а по кривым более высокого порядка. Эти кривые, полученные опытным путем, показаны

ках при начальном сдвиге с места, в-третьих, наличием большого динамического момента, вызываемого маховиком. По пусковым качествам вентиляторы подобны центро­ бежным насосам, а компрессоры — поршневым.

Б. Регулирование частоты вращения

Регулирование производительности насосов и вентиляторов изменением частоты вращения — самый удобный и наиболее экономичный способ. Потери энергии при регулировании обусловлены в этом случае только потерями в электродвигателе и в ре­ гулировочном реостате. На рис. 227 даны для сравнения зависимости мощности от производительности при разных способах регулирования. Кривая 1 показывает мощность, потребляемую насосом, а осталь­ ные — мощность, потребляемую из сети (2 — при регулировании изменением магнитного потока шунтового электродвигателя, 3 —•

при регулировании фазного электродвигателя изменением сопротив­ ления в цепи ротора и 4 — при дросселировании нагнетательного тру­

бопровода и неизменной скорости электродвигателя). Сравнивая, можно увидеть, что разница в потребляемой из сети мощности весьма велика. Однако рассматриваемый способ требует применения регули­ руемого электропривода.

392

При постоянном токе это не представляет никаких трудностей — применяют шунтовые электродвигатели. Поскольку регулирование производительности в большинстве случаев бывает нужно в небольших пределах, для указанной цели вполне пригодны обычные электродви­ гатели. Их подбирают так, чтобы они при полном потоке обеспечивали минимальную производительность, а при ослаблении— максималь­ ную. Часто, даже если насос не требует регулирования производи­ тельности, предусматривают возможность небольшого повышения ско­ рости электродвигателя в случае засорения трубопроводов или прием­ ных фильтров системы. При проектировании электропривода насосов также желательно предусматривать возмож­ ность некоторого увеличения скорости по сравнению с расчетной. Это может понадо­ биться, если после монтажа трубопроводов си­ стемы окажется, что ее гидравлическое сопро­ тивление больше расчетного и что центробеж­ ный насос не может вследствие этого обеспе­ чить требуемую производительность. Во всех указанных случаях мощность электропривода дожна быть достаточной для длительной рабо­ ты при наибольшей предполагаемой скорости, иначе при регулировании производительности насоса в сторону увеличения электропривод окажется перегруженным. Это учитывают при определении номинальной мощности электро­ двигателя насоса: берут электродвигатель та­ кой мощности, какая нужна при наибольшей

скорости насоса, но с номинальной скоростью, равной наименьшей скорости насоса. В результате электродвигатель оказывается больше по габаритам, чем в случае, когда увеличение скорости насоса не пре­ дусмотрено.

При судовой сети переменного тока обеспечить плавное регулиро­ вание практически невозможно. Поэтому обычно регулирование про­ изводительности насосов с приводом переменного тока осуществляется механическим путем — задвижкой или перепуском, несмотря на не­ экономичность этих методов. Иногда для уменьшения потерь применя­ ют двухскоростные короткозамкнутые электродвигатели, осуществляя плавное регулирование в пределах каждой ступени скорости механи­ ческим путем. Реже применяют фазные электродвигатели и еще реже — систему Г—Д. К изменению частоты вращения электродвигателя

компрессора для изменения его производительности прибегают редко. Чтобы поддержать в системе давление воздуха в заданных пределах, достаточно периодически включать и выключать компрессоры.

В. Режим работы электроприводов

Электроприводы насосов и вентиляторов в ос­ новном работают в длительном режиме с неизменной нагрузкой, но бывают и исключения, вызванные особенностями обслуживаемой

393

системы. Электроприводы питательных, конденсатных, циркуля­ ционных, охлаждающих насосов, т. е. насосов первой группы, рабо­ тают непрерывно на протяжении хода судна, а также прн стоянке, если котлы не потушены, а вспомогательные двигатели не остановлены. При изменении режима обслуживаемой установки, вызванного, например, изменением скорости судна, нагрузка на электропривод может в некоторой степени измениться, так как перечисленные системы обычно снабжены автоматическими регуляторами подачи — клапа­ нами, дроссельными задвижками, срабатывающими в функции нагруз­ ки обслуживаемого двигателя или котельной установки. Привод насосов выполняется обычными короткозамкнутыми электродвигате­ лями. При использовании электродвигателей постоянного тока их часто делают регулируемыми. Скорость в этом случае изменяют редко, после чего электропривод работает длительно при другой скорости. К этой группе механизмов относятся также котельные воздуходувки. Для них достаточно грубое регулирование производительности в две ступени, поэтому прн переменном токе для них применяют двухско­ ростные короткозамкнутые электродвигатели.

Насосы и вентиляторы систем общесудового назначения работают в основном тоже в длительном режиме, но с менее продолжительными периодами. Например, осушение трюмов трюмным насосом может продолжаться всего час-два в сутки, балластный насос может рабо­ тать несколько часов подряд, а потом долгое время не использоваться. Так же недолго работает пожарный насос, который в нормальной эксп­ луатации судна часто применяется для вспомогательных целей: смывки выбираемых якорных цепей, мойки палуб, трюмов и танков

ит. д. Электропривод этих насосов, а также большинства вентиляторов нерегулируемый, нагрузка его постоянная или изменяется в неболь­ ших пределах. Для привода применяют шунтовые электродвигатели или нормальные короткозамкнутые.

Небольшая часть насосов общесудового назначения работает эпи­ зодически, в кратковременном режиме. К ним относятся санитарные насосы и насосы пресной воды, обслуживающие гидрофоры, топливо-

имаслоперекачивающие насосы, пополняющие расходные цистерны

иДР-

Электропривод этих насосов обычно включается автоматически на непродолжительное время, необходимое для заполнения опустевших емкостей. Однако эти же насосы могут подключаться к другим систе­ мам и резервировать другие насосы, поэтому для них все равно приме­ няют электродвигатели длительного режима. Такие насосы обычно весьма маломощны, и недоиспользование их электропривода при рабо­ те в кратковременном режиме значения не имеет. Регулирование про­ изводительности для них не требуется. В качестве привода для этих насосов применяют шунтовые или короткозамкнутые электродви­ гатели.

Насосы третьей группы работают длительно в характерных для них режимах: грузовые и зачистные— при разгрузке танкера, креновые— при раскачивании ледокола во время хода во льдах, водоот­ ливные— при откачке воды из затопленных отсеков судов, терпящих

394

бедствие. Электроприводы перечисленных насосов обычно бывают весьма большой мощности — порядка 100 кВт и более. На небольших

шунтовых электродвигателей, что обеспечивало возможность плавного дистанционного регулирования их производительности в соответствии с изменяющимся противодавлением береговых нефтепроводов. Однако для крупных современных танкеров производительности, которые могут обеспечить поршневые насосы, недостаточны, поэтому на них устанав­ ливают высокопроизводительные центробежные насосы большой мощ­ ности. Электропривод для них оказывается мало пригодным, так как для его питания приходилось бы значительно увеличивать мощность судовой электростанции (на 1500—2000 кВт), что экономически не оп­ равдано, так как работала бы такая электростанция с полной мощ­ ностью очень мало (только при выгрузках). Поэтому на новых судах привод грузовых насосов осуществлен в основном с помощью паровых турбин, причем имеется в виду, что пар на танкерах необходим для обогрева груза в танках в зимнее время. На это решение повлияло также и соображение о регулировании насосов— при переменном токе осуществить его можно только изменением частоты одного или двух генераторов судовой электростанции. В некоторых случаях так и по­ ступают, но при средней и малой мощности насосов. Оправданно при­ менение более экономичных и удобных для управления электронасосов на танкерах-электроходах. Например, на дизель-электроходах «Ге­ нерал Ази-Асланов» и «Урал» мощные электронасосы постоянного тока получают на стоянке питание от одного из главных дизель-гене­ раторов системы электродвижения. Зачистные насосы на танкерах, как правило, поршневые, а род привода их такой же, как грузовых на­ сосов.

Креновые насосы ледоколов перекачивают воду из креновых цис­ терн одного борта в цистерны другого борта, а затем наоборот. Поэто­ му либо насос должен иметь поворотные лопасти, как на ледоколах типа «Москва», либо электропривод насоса должен быть реверсивным, как на ледоколах типа «Капитан Белоусов». Реверсивный электро­ привод применяют также для вентиляторов трюмов и вентиляторов машинных помещений (танкер «Лисичанск»).

Тип электродвигателей, применяемый для электропривода венти­ ляторов, аналогичен с электроприводом центробежных насосов. Для компрессоров на судах с сетями постоянного тока выбирают дви­ гатель со смешанным возбуждением, последовательная обмотка кото­ рого способствует увеличению пускового момента и сглаживанию пульсаций тока при нагнетании и всасывании воздуха. Если же су­ довая сеть работает на переменном токе, то для получения больших пусковых моментов применяют асинхронные двигатели с повышенным скольжением или двойной клеткой на роторе. В мощных установках на переменном токе можно увеличить пусковой момент и обеспечить плавность пуска, применив асинхронные двигатели с фазным ро­ тором.

395

Г. Управление электроприводами насосов, вентиляторов, компрессоров и др. вспомогательных механизмов

Особенности схем управления электроприводами вспомогательных механизмов определяются режимом их работы. Судовые насосы, вентиляторы и компрессоры включаются сравнитель­ но редко, не требуют специальных способов торможения и обычно работают без регулировки скорости. Важным отличием приводов этих механизмов является отсутствие реверса электродвигателей, что упрощает схемы управления, сводя их назначение лишь к пуску, остановке и только в редких случаях — к незначительному изменению скорости.

Для электроприводов большинства насосов и вентиляторов приме­ няется местное управление—■на постоянном токе при помощи пуско­ вого реостата, а на переменном токе — посредством магнитного пуска­ теля с кнопками. Для электроприводов средней и большой мощности вместо реостатов и пускателей служат магнитные станции. Во многих случаях, когда требуется дистанционное управление или нужно авто­ матизировать электропривод, магнитные станции применяют и при малой мощности электродвигателя. Одна из таких станций была пока­ зана на рис. 102. Дистанционное управление осуществляется из од­ ного или нескольких мест, удаленных от электропривода. В этих местах устанавливают кнопочные посты управления с кнопками «пуск» и «стоп» и с лампами, сигнализирующими о готовности электроприво­ да к пуску и о завершении пуска. Наряду с дистанционным управле­ нием обычно сохраняется и местное. Если его нет, то по крайней мере устанавливают возле каждого насоса кнопку «стоп» для аварийного отключения электропривода.

По Правилам Регистра СССР некоторые электроприводы обяза­ тельно должны иметь устройство для дистанционного отключения. К ним относятся электроприводы вентиляторов машинного отделения, топливо- и маслоперекачивающих насосов и котельных воздуходувок, т. е. механизмов, которые во время пожара могут раздувать пламя и подливать масло и топливо в огонь. Посты дистанционного отключе­ ния указанных электроприводов располагают вне машинно-котельного отделения и его шахты. Аналогичное требование распространяется и на электроприводы общесудовых вентиляторов. Их отключающее устройство, обычно централизованного типа, размещают в рулевой рубке. На пассажирских судах таких устройств должно быть два и они должны быть удалены как можно дальше друг от друга. Дистан­ ционное отключение необходимо и для электроприводов насосов, име­ ющих слив за борт выше ватерлинии или в районе спуска спасательных шлюпок. Выключатели устанавливают на шлюпочной палубе, чтобы в случае спуска шлюпок при аварии судна можно было остановить насосы, которые своей струей могут залить и затопить спущенные на воду шлюпки.

Дистанционное отключение чаще всего выполняют при помощи кнопок, включенных в цепь управления электроприводом последо-

. 396

вательно со стоповой кнопкой местного поста управления. В других случаях применяют выключатель, контакты которого включены в туже цепь. Аварийные кнопки и выключатели окрашивают в красный цвет, выделяющий их среди окружающих предметов. Ручки выключателей обычно пломбируют, чтобы не было ошибочных выключений во время нормальной эксплуатации.

Электроприводы аварийных трюмно-осушительных насосов долж­ ны, по Правилам Регистра СССР, иметь дистанционные посты управ­ ления не только для остановки, но и для пуска. Они должны быть установлены в помещениях, расположенных выше палубы переборок. Аналогичное дистанционное управление применяют для пожарных на­ сосов, насосов химического пенотушения и т. д. Для электроприводов грузовых и зачистных насосов применяют дистанционное управление, обеспечивающее возможность не только пуска и остановки электро­ привода, но и регулирование скорости регулятором возбуждения с сервомоторным приводом.

Дистанционное управление по схемам релейно-контакторного типа позволяет производить автоматический пуск, остановку и регулиро­ вание скорости в функции давления, уровня, температуры и других параметров.

Автоматическое управление широко распространено для электро­ приводов санитарных насосов и для насосов пресной воды, питающих гидрофоры, насосов, пополняющих различные расходные цистерны, компрессоров пускового воздуха, компрессоров и насосов холодиль­ ных установок и др. Наиболее просто осуществляется автоматизация центробежных механизмов, поскольку пуск их при закрытой задвиж­ ке неопасен. Сложнее обстоит дело при автоматизации поршневых насосов, так как пуск их при закрытой задвижке недопустим. При­ ходится применять усложняющие схему управления блокировки, ко­ торые не дают возможности пустить электропривод, если задвижка закрыта, делать задвижки с дистанционным приводом— электричес­ ким или пневматическим и т. д.

В простейших случаях поршневые механизмы снабжают предохра­ нительными клапанами. Эту же роль играет обязательная максималь­ ная защита электроприводов.

Рассмотрим несколько характерных схем управления электропри­ водами насосов, компрессоров и других комбинированных установок.

Схема управления электроприводами постоянного тока

Схема управления центробежного пожарного насоса мощностью 33 кВт при напряжении 220 В (рис. 228). Для управления служит не­ реверсивная магнитная станция типа СУ-6002-4231 со встроенным трехступенчатым пусковым сопротивлением. Пуск осуществляется здесь в функции времени при помощи трех таймтакторов 1ТУ, 2ТУ и ЗТУ. Линейных контакторов в схеме два — 1Л и 2Л. Управление

предусмотрено с двух постов — местного и дистанционного. На пер­ вом установлены кнопки «пуск» и «стоп» кнопочного поста 1КПУ

397

н сигнальные лампы 1ЛБ н 1ЛЖ, а на втором — кнопки 2КПУ и лам­ пы 2ЛБ и 2ЛЖ. Желтые лампы сигнализируют о готовности схемы

к пуску, а белые •— о том, что пуск закончен и последняя ступень пус­ кового сопротивления зашунтирована. Если после нажатия пусковой кнопки желтая лампа потухнет, а белая вскоре не загорится, то схему надо отключить, иначе из-за несрабатывания одного из таймтакторов

играет роли время пуска электропривода, а параллельное подключе­ ние обмотки возбуждения к якорю дает возможность отказаться от экономического и разрядного сопротивлений. Защита электропривода от перегрузки выполнена при помощи максимального реле РМ с

электромагнитным дистанционным возвратом. Для воздействия на катушку возврата этого реле ЭРМ используют кнопки «стоп».

Схема управления поршневого пожарно-балластного насоса мощ­ ностью 29,5 кВт (рис. 229). Управление осуществляется при помощи магнитной станции типа СУ-6011-5121. Так же, как в предыдущей схеме, она обеспечивает трехступенчатый пуск с независимой выдерж-'

398

кой времени, но вместо таймтакторов здесь применены контакторы 1У, 2У и ЗУ и реле времени 1РУ, 2РУ н ЗРУ. Особенностью схемы

является возможность регулирования частоты вращения ослаблением магнитного потока. Для этой цели служит ручной регулятор возбуж­ дения РВ. У него есть контакт РВ типа конечного выключателя, на

который воздействует в крайнем положении поворачивающийся рычаг аппарата. Контакт замкнут, когда сопротивление регулятора пол­ ностью зашунтировано, т. е. при полном потоке. Пустить электропри­ вод можно только при этом условии. Данная блокировка нужна из-за того, что в случае пуска с неполным потоком получились бы недопусти­ мо большие толчки тока— поршневой насос запускается при полной

Рис. 229. Схема управления электроприводом поршнево­ го пожарно-балластного насоса

нагрузке, а его электропривод рассчитан на пуск с такой нагрузкой только при полном потоке. После окончания пуска уменьшение потока становится возможным, так как контакт РВ шунтируется замкнув­ шимся при пуске блок-контактом 2Л.

Схемы управления электроприводами переменного тока

Схема центробежного пожарного насоса (рис. 230). Здесь пуск электродвигателя происходит с.помощью сопротивлений, включенных в цепь статора. При включении выключателя управления ВУ на схему подается напряжение и получает питание реле ускорения РУ. Нажа­

тие на одну из пусковых кнопок местного или дистанционного поста управления вызывает срабатывание реле-защелки УР, а затем контак­

тора У. С этого момента начинается пуск электродвигателя. Одновре­ менно контакт УР подает питание катушке блокировочного реле РБ,

399