4 Курс / СЭП / 2 семестр / Экзамен СЭП / 11-20

11. Система управления электроприводов компрессоров рефрижераторной установки.

Производственные холодильные установки работают обычно в длительном режиме без значительных перегрузок. Необходимая температура, уровень хладагента и давление компрессора поддерживается автоматически с помощью термостата, поплавкого регулятора уровня и реле давления. Запуск производится через магнитную станцию. В качестве привода используется либо компаундные, либо двухскоростные АД. Основная задача автоматизации состоит в поддержании температуры рабочей среды в требуемых пределах. К вспомогательным задачам относятся: - питание испарителей и сосудов - поддержание давления конденсации - защита от опасных режимов и др

Основная задача. На объект охлаждения Об воздействует тепловой поток Qпр, приходящий извне, либо выделяющийся из объекта. Холодильная машина ХМ должна отвести от объекта за единицу времени Qот, причем так, чтобы температура рабочей среды поддерживалась в заданных пределах. ХМ выполняет работу потребляя энергию Е от внешнего источника для вывода тепла Qв в окружающую среду. Т.е. надо обеспечить Qпр = Qот.

Qот = кF(tоб – tр.т).

Количество тепла, отводимое рабочим телом в единицу времени:

Qр.т = ( iвых – iвх)Gр.т, где К – коэффициент теплоотдачи. F – поверхность теплопередающего устройства; tоб – средняя температура охлаждаемого объекта; tр.т - средняя температура охлаждающего рабочего тела; iвх; iвых – энтальпия рабочего тела на входе и выходе из теплопередающего устройства; Gр.т – расход рабочего тела.

В установившемся состоянии Qоб = Qо.т Tоб = tр.т + [Gр.т / kF]∙(iвых – iвх ). Т.е. управление температурой можно осуществлять, изменяя tр.т, либо Gр.т , либо k, либо F. Применение того или иного метода зависит от назначения и размеров установки. Для примера рассмотрим упрощенную схему судовой рефустановки. Для запуска подаем питание на цепи управления выключателями ПВ. В нулевом положении переключателей ПП загораются лампы 1ЛО – 4ЛО, получает питание 6Р, которое, открыв свой контакт в цепи пуска второго компрессора, блокирует его запуск. Если температура паров нагнетания превышает допустимую, то через закрывшийся контакт 1ТР получает питание реле 5р, которое своими контактами шунтирует контакты температурного реле и открывает свои контакты в цепи пуска компрессора. Запустить компрессор нельзя. Необходимо пустить ход отдельную систему охлаждения. Если в промсосуде не достигнут верхний рабочий уровень, то 2ПРУ держит свой контакт в цепи СВ закрытым, вентиль 1СВ открывает систему заполнения, горит лампа 1ЛЗ. (Необходимо запустить систему заполнения промсосуда). Кроме того, под напряжением в системе управления 2-м компрессором находится реле РВ, которое закроет свой замыкающий с задержкой при возврате контакт реле скорости РС.

Поставив 1ПП в 1-е положение, в системе управления замыкается цепь 1Р, которое при нормальном давлении срабатывает и замыкает 1Р1 и 1Р2 в цепи пуска, размыкает 1Р1 в цепи 1ЛО. Получает питание 2Р, которое производит операции аналогично 1Р. Обрывается цепь 5Р, котрое закроет свой контакт в цепи пуска и откроет в цепи 3ЛО и в своей цепи.

Замыкаются также цепи катушек 3р и 4р. 3Р оборвет цепь 3ЛО и зашунтирует ПП в цепи своей катушки. 4Р оборвет цепь 4ЛО, зашунтирует контакт ПП, закроет контакт 4Р2 в пусковой цепи компрессора, подготовив его к пуску. Для обеспечения автоматического контроля и защиты 1ПП возвращают в нулевое положение. Если ни одна из ламп не горит, значит, температура паров нагнетания в норме, верхний уровень промсосуда достигнут,

верхний уровень аммиака в испарителе нормальный. Можно отключать систему охлаждения и заполнения промсосуда и осуществлять пуск.

Двигатель защищен от перегрузки тепловыми реле РТ, которые обрывают цепь 2Р. При превышении температуры паров нагнетания сработает 1ТР и даст питание 5Р, которое остановит компрессор. При снижении верхнего уровня в промсосуде до аварийного значения 1ПРУ откроет свой контакт в цепи 4Р и остановит компрессор. При аварийных значениях давления всасывания или нагнетания сработает 1ДР и тоже остановит компрессор. Тоже произойдет при падении давления смазки и снижения температуры или отсутствия расхода рассола (реле не показаны).

12. Система бесконтактного управления винтовым компрессором.

Схемы 1, 2, 3, 4, 5, 12, 13 типа 1ЛБ337 "4И – НЕ" управляют выключением сигнальных ламп СЛ1, СЛ3, СЛ4, СЛ5, СЛ6, СЛ7. Схемы 8, 10, 17, 21 типа 1ЛБ338 "2И – НЕ" управляют работой реле Р1, Р2, Р3 и Р4. Схемы 7, 15, 16, 19, 20 типа 1ЛБ333 "2И – НЕ" служа для инвертирования поступающих на них сигналов. Схемы 6,11 типа 1ЛР333 выполняют функцию «4 ИЛИ-НЕ». Схема 9 типа ЛБ334 выполняют функцию "3И – НЕ". Схемы 14 и 18 типа ЛР331 выполняют функцию "2ИЛИ – НЕ". Включив ―В‖ на схему 9 поступает сигнал – логическая 1. При наличии на входах 1 и 3 логической 1 на ее выходе - 0, который идет на схему 7, инвертируется в "1" и поступает на схему 8 – срабатывает реле Р1 – включает масляный и гидравлический насосы. Одновременно со схемы 9 сигнал "0" поступает на схему 11. При наличии на входах 2 и 3 - 0 на выходе схемы 11 - 1, которая поступает на входы схем 10 и 12. Срабатывает Р2 и включается компрессор, а схема 12 зажигает СЛ6. Регулирование производительности компрессора либо кнопками КН1 или КН2, либо автоматическим регулятором. При сигнале на уменьшение производительности идет 1, которая поступает на схему 14. На выходе схемы 14 – 0, который инвертируется сх.15 и поступает на схему 17, где при наличии 1 на входе 1 – на выходе – 0 и срабатывает реле Р3, перемещая установочное звено компрессора на уменьшение производительности. Для увеличения производительности срабатывание аналогичное через схемы 18, 19,21 и Р4. При срабатывании концевого выключателя «min»: сигнал «1» поступает на схему 11, где на выходе «0», который запирает схему 10, 12, 8. Реле Р1 и Р2 отключаются, выключаются насосы и СЛ6. Одновременно «1» с КВ поступает на схему 16, инвертируется и поступает на схему 17, которая запирается и выключается Р3 – прекращается уменьшение производительности. При размыкании КВ «max» «1» поступает на схему 13 и 20. Схема 20 инвертирует в «0», который поступает на схему 21 и запирает ее. Р4 размыкается и прекращается увеличение производительности, при этом зажигается СЛ7. КВ «min» срабатывает при достижении заданной температуры в трюме, а «max» при большой разности между заданной и имеемой температурой. Защиты: 1) Тепловая защита обмотки 2) Температура подачи превышена 3) Давление подачи превышено 4) Давление при всасывании занижено 5) Давление масла занижено 6) Отсутствие охлаждающей воды При срабатывании одной из блокировок по п.п.1, 2, 3, 4 на выходе датчиков идет сигнал

«1», который поступает на схему 1, 2, 3, 4 и зажигаются СЛ1, СЛ2, СЛ3, СЛ4 соответственно. Одновременно «1» поступает на схему 6, где преобразуется в «0», который поступает на схему 9 и запирает ее. На выходе схемы 9 появляется «1», который инвертируется схемой 7 в «0», который поступает на схему 8 и закрывает ее. В результате обесточивается Р1 и включается масляный и гидравлический насосы. Одновременно «1» со схемы 9 поступает на схему 11, на выходе которой появляется «0», запирающий схемы 10 и 12. При этом обесточивается Р2, выключается компрессор и гаснет СЛ6. При срабатывании защиты по охлаждающей воде на схему 9 поступает «0», который запирает ее, что приводит к выключению, аналогично описанному.

При снижении давления масла на датчике формируется «1», поступающий на схему 11, у которой на выходе появляется «0», который поступает на схемы 8, 10, 12 и запирает их. Прекращается работа масляного и гидравлического насосов, выключается компрессор и гаснет СЛ6.

13. Электропривод и принцип работы объемных насосов.

Поршневые насосы работают на принципе изменения объема. Они бывают двух- и трехцилиндровыми. Если насос вытесняет жидкость при ходе поршня только в одном направлении, то он называется насосом прямого действия. Если жидкость вытесняется при каждом ходе поршня в обоих направлениях, то он называется насосом двойного действия. При движении поршня вверх рабочая полость цилиндра увеличивается, что вызывает падение давления, и атмосферное давление снизу соединится с цилиндром. В результате этого жидкость станет подниматься по всасывающей трубе до тех пор, пока давление атмосферного воздуха Р не будет уравновешено весом столба жидкости, поднявшейся во всасывающем трубопроводе. Когда поршень 1 достигнет своего крайнего положения и начнет двигателя вниз, всасывающий клапан закроется под действием давления воды и пружины. При дальнейшем движении поршня жидкость откроет клапан 3, и будет выталкивать воду в приемный трубопровод. Теоретическая производительность

насоса: где Vнас – суммарный рабочий объем цилиндров, см3 ; n – скорость вращения, об/мин.

Vнасмакс = zSlн, где S = πr 2 – площадь поршня, см2 ; Z – число поршней; lн – наибольший ход поршня, см; r – радиус поршня, см.

Т.к. часть жидкости просачивается, то фактическая производительность будет равна:

,где ηоб - объемный коэффициент. Объемный

коэффициент ηоб изменяется от 0,97 до 0,89, достигая 0,6 при двойном давлении. Полная

механического КПД: Для малых насосов ηмех равно 0,5 ÷0,6. Для средних ηмех равно 0,65 ÷ 0,75. Для больших ηмех равно 0,75 ÷ 0,85. Момент на валу электродвигателя из формулы:

Как видно из кривых (рис. 8.4) при постоянной скорости производительность насоса почти не меняется с изменением сопротивления нагнетания. Наклон характеристики Q=f(p) вызван увеличением утечки жидкости через неплотности при повышении напора. Изменение производительности пропорционально изменению скорости. Т.к. производительность насоса при возрастании сопротивления не меняется, повышение напора приводит к перегрузке не только трубопровода, но и двигателя. Поэтому, если нагнетательный трубопровод случайно резко закрывается. Возникает опасность повреждения насоса и двигателя.

14. Электропривод и принцип работы поршневых насосов переменной производительности.

Их конструкция позволяет изменить ход поршня от нулевого (нейтрального) положения до максимума, причем соответственно меняется производительность насоса. С изменением направления хода поршня меняется направление потока жидкости, в результате чего всасывающая сторона насоса превращается в подающую. Изготавливаемые в настоящее время насосы переменной производительности бывают в зависимости от расположения поршней двух типов: а) с горизонтальным расположением, при котором управление осуществляется изменением угла между осью и направляющей чашей, определяющей ход поршня; б) с радиальным расположением, при котором управление осуществляется изменение эксцентриситета. Отличительной особенностью поршневых насосов является независимость создаваемого ими напора от угловой скорости. В тоже время изменением угловой скорости можно производить регулирование подачи Q. Изменение сопротивления магистрали

приводит к изменению напора насоса, в то время как подача почти не изменяется.

При регулировании оборотов поршневого насоса, работающего на магистраль с квадратичным сопротивлением будут:

Если насос работает на магистрали с большим противодавлением, то можно пренебречь потерями напора в магистрали и приближенно считать Н1 равным Н2 и в этом случае:

Основными особенностями поршневого насоса являются: - мощность изменяется прямо пропорционально изменению угловой скорости при данном напоре, а момент на валу остается неизменным; - относительная простота конструкции; - возможность применения при высоких напорах; - высокий КПД; - возможность запуска без заливки. К недостаткам относятся: - большое количество трущихся частей; - необходимость работы с жидкостью без механических примесей; - опасность механических повреждений при перекрывании вентилей, что вызывает необходимость в предохранительных клапанах; - необходимость в ряде случаев в специальном редукторе для соединения с электродвигателем. Поршневые насосы применяются для подачи жидкости с большой высоты всасывания, а также для обеспечения высокого напора. Они применяются в качестве трюмных, пожарных, питательных и для рулевого устройства.

15. Электропривод и принцип работы роторных насосов.

Действие роторных (зубчатых и винтовых) насосов основано на изменении объема рабочих камер, через которые проходит подаваемая жидкость. Рабочие камеры образуются внутренними стенками корпуса насоса и поверхностями движущихся деталей. Зубчатый насос состоит из ведущей и ведомой шестерен, заключенных в корпус. При вращении шестерни переносят перекачиваемую жидкость во впадинах зубьев из полости всасывания вдоль стенок корпуса насоса в полость нагнетания.

Теоретическая производительность насоса за один оборот равна объему впадин между зубьями обоих шестерен. Рабочие параметры: подача от 0,3 до 200м3/час; Н до 20 кГ/см2; КПД 55 – 65%. Их преимущество: простота изготовления, недостатки: неуравновешенность внутренних усилий, пульсация подачи, шум, вибрация, ограниченное давление нагнетания.

16. Электропривод и принцип работы винтовых насосов.

Параметры винтового насоса: - Q равно 2 ÷ 500 м3/час; - Н равно до 175 кГ/см2 ; - КПД равно 60 ÷ 85%.

Винтовые насосы долговечны, бесшумны, компактны, высокий КПД, малый вес, отсутствует пульсация подачи. Их производитель ность мало меняется с увеличением давления, т.к. его действие аналогично многоцилиндровому поршневому насосу. Производительность регулируется либо скоростью, либо перепуском части подаваемой

нормальной эксплуатации судна (за исключением энергетической установки, трубопроводы которой в число судовых систем не входят).

Работа судовых систем обеспечивает живучесть судна, т. е. безопасность плавания, необходимые условия обитаемости, сохранность груза, а также выполнение специальных функций, связанных с назначением судна, например на танкерах, спасателях, промысловых судах и т. п.

Ксудовым системам относятся:

трюмные системы — осушительная, водоотливная, перепускная, нефтесодержащих трюмных вод;

балластные системы — балластная, дифферентная, креновая, замещения, нефтесодержащих балластных вод;

системы пожаротушения — водяного пожаротушения, водяного орошения, спринклерная, водораспыления, водяных завес, паротушения, пенотушения, углекислотного тушения, объемного химического тушения, инертных газов, порошкового пожаротушения;

системы бытового водоснабжения — бытовой пресной воды, питьевой воды, мытьевой воды, бытовой забортной воды, бытовой горячей воды;

сточные системы — сточных вод, хозяйственно-бытовых вод, шпигатов открытых палуб;

системы микроклимата — вентиляции, кондиционирования воздуха, отопления (парового, водяного, воздушного);

системы холодильных установок — холодильная, холодильного агента, холодоносителя;

системы хозяйственного пароснабжения - подогрева жидкостей, пропаривания;

системы сжатого воздуха — высокого давления, среднего давления, низкого давления, пневмоуправления;

система охлаждения судового оборудования;

система гидравлики.

Судовые системы обеспечивают:

борьбу за непотопляемость - удаление воды из затопленных отсеков, прием или перекачивание водного балласта с целью спрямления поврежденного судна;

борьбу с пожарами;

поддержание необходимой температуры и влажности воздуха в жилых и служебных помещениях судна - условий обитаемости;

подачу пресной и забортной воды для бытовых нужд экипажа;

удаление грязной воды с судна;

подачу сжатого воздуха;

погрузочно-разгрузочные операции на наливных судах.

19.Регулирование производительности насосов и вентиляторов.

Регулировать производительность насоса или вентилятора – это значит приспособить его к режиму работы системы. У насосов это может быть достигнуто дросселированием со стороны нагнетания и всасывания, обратным перепуском жидкости, изменение скорости вращения двигателя, изменением хода поршня, параллельным или последовательным соединением насосов. У вентиляторов – заслонкой, реверсированием скорости двигателя, последовательным или параллельным соединением. На судах в основном применяют дросселирование нагнетания как наиболее простой метод, хотя и не самый экономичный.

Регулирование осуществляется прикрытием задвижки в напорном трубопроводе или воздухопроводе. Сопротивление задвижки Нм = ΣξСQ2. Таким образом, когда искусственно увеличивается сопротивление трубопровода, напор, воспринимаемый насосом, возрастает и производительность его уменьшается. Если напор системы имеет большую статическую составляющую, то потери, связанные с дросселированием нагнетания, относительно невелики. У центробежного насоса с жесткой характеристикой регулирование производительности задвижкой будет более экономичным, чем в случае круто падающей характеристики. Если насос работает с прикрытой задвижкой, потеря мощности при регулировании может достигать 70%. Регулирование производительности изменением скорости вращения – более экономичный способ, чем применение заслонки. Рэл.дв.≡ n3, но надо смотреть характеристики. Располагая характеристиками насоса Н = f(Q) и Р = f(Q) при номинальной скорости, а также nн характеристикой трубопровода Нт = f(Q) можно построить характеристику Р = f(Q) для переменного числа оборотов. По этим кривым увидим, что потребляемая мощность значительно меньше мощности, чем при регулировании задвижкой и примерно равна:

, при этом надо учитывать, что КПД электродвигателя на частичных нагрузках становится хуже.

20. Регулирование оборотов в электроприводах постоянного тока.

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1)регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2)регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3)регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2, а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 - З). Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно. Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность. Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.