Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Metoduchka.doc
Скачиваний:
17
Добавлен:
06.11.2018
Размер:
3.07 Mб
Скачать

4 Порядок виконання роботи

4.1 Зібрати схему керування.

4.2 Перевірити схему керівником роботи.

4.3 Ввімкнути автоматичний вимикач QF.

4.4 Здійснити пуск двигуна універсальним перемикачем SА.

4.5 Дослідити дію IMQ, KL4 (схема рис. 3.1).

4.6 Дослідити дію контактів НТ, ВТ (схема рис. 3.1).

4.7 Дослідити роботу схеми рис. 3.2.

4.8 Відключити двигун.

4.9 Здійснити пуск двигуна з допомогою KQQ.

4.10 Визначити потужність двигуна згідно завдання (табл. 3.3).

5 ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИБОРУ ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА

Для приводу верстатів-гойдалок останнім часом найчастіше використовують асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором в закритому виконані з обдувом.

Коефіцієнт  залежить від довжини підвісу штанг H, що більше НД . Для забезпечення безперебійної роботи насосу вважається за необхідне занурювати його під динамічний рівень рідини в свердловині на глибину не менше 20 м, тобто при розрахунках НД=Н-20 м.

Значення коефіцієнта  вибирається з таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Значення коефіцієнта 

Н, км

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

0,2

0,29

0,38

0,46

0,54

0,6

0,66

0,72

0,76

0,80

0,83

0,86

В даній роботі студент повинен визначити потужність двигуна верстата-гойдалки за даними, які наведені в таблиці 3.3. Номер варіанта вибирається за останньою цифрою шифру залікової книжки.

Таблиця 3.3 – Дані для вибору потужності двигуна

Номер

варіанту

Діаметр

насоса d, мм

Глибина опуска-

ння Н, м

Довжина ходу

S, м

Число коливань за 1 хв, n

Добовий дебет рідини, Q,

т / доб

Коефіцієнт подачі насоса,

1

44

500

0,6

7

7,6

0,65

2

70

435

1,8

12

45,2

0,34

3

32

1042

2,4

8

7,3

0,44

4

28

1087

1,8

12

9,35

0,50

5

95

341

1,5

12

93

0,56

6

56

694

2,1

15

65

0,63

7

38

874

2,1

15

21

0,45

8

32

1725

2,1

10

8,9

0,38

9

43

1415

2,7

12

43,5

0,65

0

70

320

2,4

12

91,2

0,52

6 ЗМІСТ ЗВІТУ

6.1 Накреслити схему автоматичного керування і дати коротке пояснення робчого і аварійних режимів.

6.2 Навести технічні дані електрообладнання.

6.3 Згідно завдання вибрати потужність для електро-двигуна верстата-гойдалки.

7 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

7.1 Пояснити принцип дії схеми автоматичного керування двигуном верстата-гойдалки.

7.2 Як проводять вибір двигуна верстата-гойдалки?

7.3 Призначення верстатів-гойдалок.

7.4 Які двигуни використовуються для верстатів-гойдалок?

7.5 Як здійснюють самозапуск двигуна верстата-гойдалки?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ТРИФАЗНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ НА ЗНИЖУВАЛЬНІЙ ПІДСТАНЦІЇ

Мета роботи: дослідження режимів роботи трифазних трансформаторів і визначення середньозваженого коефіцієнта потужності.

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Електропостачання промислових підприємств здійснюється в основному від електричних підстанцій напругою 6, 10, 35, 110 кВ і частотою 50 Гц.

Для живлення електроприймачів, встановлених безпосередньо у виробничих цехах, на території підприємств споруджуються знижувальні трансформаторні підстанції. На трансформаторних підстанціях підведена напруга зменшу-ється до номінального значення напруги електроприймачів, яка для різних споживачів становить 660, 380, 220 В.

На трансформаторній підстанції встановлюється не більше двох-трьох трансформаторів однакових або різних потужностей, які працюють на загальні шини.

З аналізу графіка навантаження підприємства можна визначити періоди, при яких все навантаження може забезпечити навіть один трансформатор.

В таких випадках доцільно для зменшення втрат електроенергії один з паралельно працюючих трансформа-торів вимкнути. Трансформатори, які залишилися в роботі, будуть працювати з більш високими енергетичними показниками, тобто з підвищеними значеннями коефіцієнтів корисної дії (ККД) і потужності соs.

При подальшому зростанні навантаження будь-який з паралельно працюючих трансформаторів буде пере-вантажуватися, тому спочатку необхідно визначити величину перевантаження і оцінити тепловий стан перевантажуваного трансформатора.

Якщо попередньо трансформатор працював з недовантаженнями, то деякий час його можна експлуатувати з таким перевантаженням, щоб не викликати додаткового зносу ізоляції його обмоток в результаті перегріву.

Величина і тривалість нормального перевантаження залежить від графіку навантаження трансформатора, температури навколишнього середовища та стану ізоляції його обмоток. В кожному окремому випадку вони визна-чаються за діаграмою навантажувальної здатності трансформатора (рис. 4.1) та коефіцієнту заповнення α його добового графіка, який визначається за формулою

, (4.1)

де - площа добового графіка ;

- максимальний струм навантаження 30-хвилинної тривалості за добу.

Допустима кратність К нормального перевантаження трансформатора, вставленого на відкритому повітрі в місцевості із середньою річною температурою , протягом

t год на добу, визначається за формулою

, (4.2)

де - визначається як функція коефіцієнту заповнення α добового графіка трансформатора (рис. 4.1).

Граничне підвищення потужності для трансформаторів при нормальному перевантаженні допускається до 30 % їх номінальної потужності, що відповідає значенню .

В окремих випадках мають місце значно більші навантаження, які спричиняють додатковий знос ізоляції і можуть розглядатися як аварійні. Такі перевантаження дозволяються тільки в окремих випадках.

Величини аварійних перевантажень визначаються правилами технічної експлуатації і безпеки обслуговування електроустановок промислових підприємств.

Рисунок 4.1 – Діаграма навантажувальної здатності трансформатора

В звичайних умовах, якщо величина навантаження за показами електровимірювальних приладів перевищує допустиме нормальне перевантаження трансформатора, необхідно увімкнути другий трансформатор на паралельну роботу.

Для того, щоб навантаження між паралельно увімкненими трансформаторами розподілялося пропорційно їх номінальним потужностям, необхідно виконувати умови паралельної роботи трансформаторів: рівність їх коефіцієнтів трансформації і напруг короткого замикання, а також приналежність до однієї групи з`єднань їх обмоток.

Контроль за розподілом навантаження між паралельно працюючими трансформаторами здійснюється за допомогою амперметрів. Їх показами необхідно керуватися і при виконанні перемикань, які потрібні для раціональної експлуатації трансформаторів.

Вимірювання використаної електричної енергії за визначений проміжок часу проводиться на трансформаторних підстанціях зі сторони первинної або вторинної напруги за допомогою лічильників активної та реактивної енергії, які вмикаються через відповідні вимірювальні трансформатори напруги і струму.

При обліку електричної енергії з сторони вторинної напруги вимірювальні трансформатори напруги можуть бути відсутніми.

Величини використаної активної і енергії знаходяться як різниці кінцевих і початкових відліків за відповідними лічильниками, помножені на коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів:

(4.3)

де - початковий і кінцевий покази лічильника активної енергії;

- початковий і кінцевий покази лічильника реактивної енергії;

- коефіцієнти трансформації відповідно вимірювальних трансформаторів напруги і струму.

Середньозважений коефіцієнт потужності на підстанції за час, для якого визначається споживання енергії, визначається за формулою

, (4.5)

Наявність на трансформаторній підстанції лічильників активної і реактивної енергії дозволяє визначити при необхідності споживану підприємством активну Р і реактивну Q потужності, а також коефіцієнт потужності соsφ в момент вимірювання.

Для цього протягом 30 – 60 секунд слідкуючи за двома лічильниками, визначають тривалість кількості повних обертів дисків, а потім підраховують вказані вище величини наступним чином:

, (4.6)

, (4.7)

, (4.8)

де Nа і Nр – кількість повних обертів відповідно лічильників активної і реактивної енергії;

nа і nр − кількість обертів дисків лічильників на 1 кВт∙год і 1 кВАр∙год;

tа і tр − час, що відповідає кількості повних обертів Nа і Nр;

Кн і Кс − коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів напруги і струму відповідно.

Вартість спожитої електроенергії для промислових підприємств з приєднаною потужністю 50 кВА і вище визначається за тарифами на активну і реактивну енергії

Ц=•Wа+•Wр, (4.9)

де ,  - тарифи за активну і реактивну енергії, грн/кВт•год, грн/кВАр•год, відповідно.

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Вивчити схему і апаратуру знижувальної трансфор-маторної підстанції.

2.2 Визначити активну та реактивну потужності, коефіцієнт потужності за лічильниками електричної енергії, які встановлені на підстанції для різних видів навантаження.

2.3 Підрахувати вартість спожитої електроенергії підприємством за діючими тарифами.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Установка, на якій проводиться дослідження, є фізичною моделлю невеликої знижувальної трансформаторної підстанції з двома трифазними трансформаторами Т1 і Т2 і схема її подана на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 - Принципова схема установки для дослідження роботи трансформаторної підстанції

Напруга 220 В від силового кабелю через автомат QF1 і магнітний пускач KM подається на шини А, В, С. Наявність напруги або її відсутність сигналізують відповідно лампочки зелена HLG і біла HLW (рис. 4.3).

З боку напруги 220 В встановлені: вольтметр PV1 з перемикачем SA1 для вимірювання лінійних напруг U1АВ, U1ВС, U1СА; амперметри PАА, PАВ, PАС для вимірювання струмів ІА, ІВ, ІС; трифазний фазометр cosφ, що вимірює коефіцієнт потужності соsφ ; лічильники активної кWh та реактивної кVARh енергії, які вимірюють електричну енергію трансформаторної підстанції; ватметри, що вимірюють активну kW і реактивну kWar потужності.

Увімкнення силових трансформаторів з боку первинної напруги здійснюється за допомогою магнітних пускачів KМ1 і KМ2. Про увімкнення стан трансформаторів Т1 і Т2 на напругу 220 В сигналізують лампочки HLG1 і HLG2 (рис. 4.3).

Вторинна обмотка трансформаторів Т1 і Т2 за допомогою автоматів QF2 і QF3 приєднується до шин 110 В вторинної напруги. Вимірювання навантаження трансформаторів зі сторони вторинної напруги здійснюється за допомогою амперметрів PАА1, PАВ1, PАС1 та PАА2, PАВ2, PАС2 Величини вторинної напруги U2АВ, U2ВС, U2СА вимірюються вольтметром PV2 з перемикачем SA2.

Ввімкнення активного RR, активно-індуктивного (фазорегулятор FR ) навантажень здійснюється за допомогою автоматів відповідно QF4, QF5 з максимальним струмовим захистом. Вимірювання струму відповідних навантажень здійснюється за допомогою амперметрів PАА3, PАВ3, PАС3 .

Керування магнітними пускачами KМ, KМ1, KМ2 здійснюється за допомогою кнопок SBT і SBC, SBT1 і SBC1, SBT2 і SBC2 відповідно (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Схема керування магнітними пускачами і сигналізації

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Ознайомитися з приладами, апаратами та іншим обладнанням експериментальної установки та записати їх технічні характеристики.

4.2 Перевірити стан автоматів QF1, QF2, QF3 QF4, QF5. Вони повинні бути вимкнені.

4.3 Увімкнути автомат QF1 і подати напругу на шини 220 В.

4.4 За допомогою кнопки SBC увімкнути магнітний пускач KМ і таким чином підготовити до увімкнення первинну обмотку трансформатора. Спостерігати за сигнальними лампочками. Лампа HLW повинна погаснути, лампа HLG загорітись.

4.5 За допомогою вольтметра PV1 виміряти лінійні напруги U1АВ, U1ВС, U1СА та початкові покази лічильників і записати їх в табл. 4.2.

4.6 Натиснути кнопку SBC1. Магнітний пускач KМ1 отримує живлення і замикає силові контакти KМ1, приєднуючи первинну обмотку трансформатора Т1 до шин 220 В. Сигнальна лампа HLW 1 повинна загаснути, а HLG 1 – загорітися.

4.7 Записати покази всіх приладів з первинної сторони підстанції і за допомогою секундоміру визначити час довільних декількох обертів дисків двох лічильників. Результати занести в табл. 4.3

4.8 Увімкнути автомат QF2 і приєднати вторинну обмотку трансформатора до шин 110 В. За допомогою вольтметра PV2 виміряти лінійні вторинні напруги підстанції.

4.9 Увімкнути автоматичний вимикач QF4. Записати покази всіх приладів і визначити час, який відповідає довільный кількості обертів дисків лічильників активної та реактивної енергії при середньому положенні перемикача SA3. Результати досліджень занести в табл. 4.4 та табл. 4.5. Перемикач SA3 перевести в положення R і при різних значеннях активного навантаження 0,25R, 0,5R, R записати покази всіх приладів. Визначити час, який відповідає довільный кількості обертів дисків лічильників активної та реактивної енергії. Результати досліджень занести в табл. 4.4 та табл. 4.5.

4.10 Вимкнути: автомат QF4 при мінімальному активному навантаженні RR (положення рукоятки резистора в лівому положенні) і автомат QF2.

4.11 Натиснути кнопку SBC2, силові контакти KM2 замикаються і підєднують первинну обмотку трансформатора Т2 до шин 220В. Трансформатори Т1 і Т2 будуть увімкнені на паралельну роботу.

4.12 Увімкнути автомат QF3. Провести спостереження за всіма приладами на первинній і вторинній напругах підстанції при різних навантаженнях, згідно з п. 4.9. Результати дослідів занести в табл. 4.6 та табл. 4.7.

4.13 Вимкнути QF4 при мінімальному активному навантаженні RR і QF5.

4.14 Провести послідовне вимкнення автоматів QF2 і QF3 Натиснути на кнопки SBT1 і SBT2, і вимкнути трансформатори Т1 і Т2. Натиснути на кнопку SBT, вимкнути магнітний пускач KМ. Записати в табл. 4.2 кінцеві покази лічильників.

4.15 Вимкнути автомат QF1.

Таблиця 4.2 – Результати досліджень

досліду

Лінійні напруги, В

Покази лічильників

Початковий

Кінцевий

U1АВ

U1ВС

U1СА

,

,

,

,

1

2

Таблиця 4.3 - Результати досліджень з первинної сторони підстанції

досліду

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

об.

с

об.

с

U1AB

U1BC

U1CA

IA

IB

IC

1

2

Таблиця 4.4 – Результати досліджень на первинній стороні при роботі Т1

Навант.

трансф. Т1, %

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

об.

с

об.

с

U1AB

U1BC

U1CA

IA

IB

IC

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

Таблиця 4.5 – Результати досліджень на вторинній стороні при роботі Т1

Навант.

трансф. Т1, %

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

Струми навантаження, А

U1AB

U1BC

U1CA

IA1

IB1

IC1

IA3

IB3

IC3

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

Таблиця 4.6 – Результати досліджень на первинній стороні при роботі T1 і Т2

Навант.

трансф. Т1 і Т2, %

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

об.

с

об.

с

U1AB

U1BC

U1CA

IA

IB

IC

0R

0,25R

0,5R

1R

Таблиця 4.7 – Результати досліджень на вторинній стороні при роботі Т1 і Т2

Навант.

трансф. Т1 і Т2, %

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

Струми навантаження, А

U1AB

U1BC

U1CA

IA1

IB1

IC1

IA3

IB3

IC3

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

5 ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ

5.1 Описати роботу схеми підстанції.

5.2 Розрахувати для всіх режимів роботи трансфор-маторів активну та реактивну потужності, які споживаються підстанцією, а також її коефіцієнт потужності. Результати розрахунків звести у табл. 4.8, табл. 4.9, табл. 4.10.

5.3 Побудувати графіки залежності вторинної напруги U2 , вторинних струмів І А1 і І А2 трансформаторів, коефіцієнта потужності соsφ підстанції від струму навантаження І А3 для наступних випадків:

- увімкнений тільки трансформатор Т1 з первинного та вторинного боку: U2= f( I A3 ), I A1 = f (I A3 ), cos φ = f (I A3 );

- увімкнений тільки трансформатор Т2 з первинної та вторинного боку: U2= f( I A3 ), I A2 = f (I A3 ), cos φ = f (I A3 );

- обидва трансформатори Т1 і Т2 увімкнені на паралельну роботу U2= f( I A3 ), I A1 = f (I A3 ), I A2 = f (I A3 ), cos φ = f (I A3 ).

Побудову графіків U2= f( I A3), cos φ = f (I A3 ) для всіх видів навантаження слід здійснювати в одній системі координат, для решта графіків – можлива інша.

Таблиця 4.8 – Результати розрахунків на ВН при роботі Т1

Навант.

трансф. Т1 і Т2, %

Лінійні напруги, В

Лінійні струми, А

об.

с

об.

с

U1AB

U1BC

U1CA

IA

IB

IC

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

Таблиця 4.9 – Результати розрахунків при роботі Т1

Навант.

трансф. Т1, %

Результати вимірювань

Результати розрахунку

на первинній

напрузі

на вторинній напрузі

U1AB,

В

IA, A

cos φ

за фазо- метр.

U2 AB, В

IA1, А

P,

кBт

Q,

квар

cos φ

за лічиль-ником

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

Таблиця 4.10 – Результати розрахунків при паралельній роботі Т1 і Т2

Навант.

трансф.

Т1 і Т2, %

Результати вимірювань

Результати розрахунку

на первинній

напрузі

на вторинній напрузі

U1AB,

В

IA, A

cos φ

за фазо- метр.

U2 AB, В

IA1, А

P,

кBт

Q,

квар

cos φ

за лічиль-ником

0 R

0,25 R

0,5 R

1 R

Проаналізувати побудовані графіки, дати висновки про вплив неробочого ходу трансформатора Т2 на коефіцієнт потужності, при якому трансформаторна підстанція працює з одинаковим коефіцієнтом потужності при одному та двох паралельно увімкнених трансформаторах.

5.4 Знайти середньозважений коефіцієнт потужності.

5.5 Враховуючи, що трансформаторна підстанція працює безперервно протягом місяця при середньому навантаженні, рівному 75 % номінального, визначити фактичну вартість спожитої активної і реактивної електроенергії за діючими тарифами.

6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

6.1 Від чого залежить кількість трансформаторів на підстанції?

6.2 Умови увімкнення трансформаторів на паралельну роботу.

6.3 Які перевантаження допускаються для трансформаторів?

6.4 Як визначити за лічильниками, встановленими на підстанції, величину активної та реактивної потужності, споживану підприємством?

6.5 Як за показами лічильників знайти середньозважений коефіцієнт потужності?

6.6 Від чого залежить фактична вартість 1 кВт∙год електроенергії, спожитої підприємством ?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ І НАЛАДКА АВТОМАТИЗОВАНОЇ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

Мета роботи: дослідження режимів роботи автоматизованої насосної станції та її наладка

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Насоси отримали широке застосування як в нафтопереробній, так і нафто-видобувній промисловості (насоси для перекачування води, нафтопродуктів, для нагнітання води в пласти та ін.). Найбільше розповсюдження отримали насосні установки з відцентровими насосами.

Основними технічними даними, що характеризують роботу відцентрових насосів, є напір Н, який розвиває насос, подача Q (продуктивність), потужність на валу насосу Рн, ККД, число обертів і допустима висота всмоктування.

Щоб розрахувати потужність двигуна для приводу відцентрового насосу, необхідно знати робочу характеристику насосу, тобто залежність напору, що створює насос, від продуктивності, а також гідравлічну характеристику трубопроводу. Робота насосу визначається точкою перетину характеристик насосу і трубопроводу (рис. 5.1 і 5.2).

Якщо відомі густина рідини, що перекачується, дані трубопроводу, характеристика насосу, то можна розрахувати гідравлічну характеристику трубопроводу і знайти повний напір і продуктивність, при яких буде працювати насос, а також потужність насосу.

Потужність, яка необхідна для приводу насосу, визначається за формулою

Р = к , кВт (5.1)

де  - питома вага рідини, Н/м3, (для холодної води  = 9810 Н/м3) ;

Q - продуктивність насосу, м3/с;

H - напір, м;

- ККД передачі;

- ККД насосу;

к - коефіцієнт запасу ( 1.1 - 1.4 ).

При виборі електродвигуна до відцентрового насосу необхідно звернути увагу на швидкість двигуна, оскільки у відцентрового насосу потужність, напір, продуктивність і швидкість обертання зв’язані наступними співвідношеннями

= ; = ; = ; = , (5.2)

де P1 , Q1 , H1 , M1 - потужність, продуктивність, напір і момент при значенні швидкості 1;

P2 , Q2 , H2 , M2 - потужність, продуктивність, напір, момент при значенні швидкості 2.

Увімкнення та вимкнення насосу проводиться в залежності від рівня води в баці. Як давачів рівня використовується електронний сигналізатор рівня ЕСР – 2.

Перехід на автоматизоване керування не лише підвищує продуктивність праці, але істотно впливає на режим роботи електродвигуна.

При автоматизованому керуванні роботою насосної станції можливе більш частіше увімкнення насосу, завдяки можливе встановлення в баку меншого об’єму.

Режим роботи електроприводу насосної установки залежить від витрати рідини. При великих витратах двигун працює в тривалому режимі.

Існує багато схем автоматизованих насосних станцій, одна з яких розглядається в роботі.

а - системи з переважаючим статичним напором ; б - системи з переважаючим динамічним напором ; в - характеристика насосу.

Рисунок 5.1 - Характеристика насосу і системи.

Рисунок 5.2 - Характеристики при регулюванні продуктивності зміною швидкості.

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Записати технічні дані електродвигунів, насосу, апаратури керування і вимірювальних приладів.

2.2 Зібрати електричну схему установки.

2.3 Дослідити всі режими роботи насосної станції.

2.4 Визначити потужність двигуна при зміні його швидкості обертання.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОКИ

Досліджувана схема подана на рисунку 5.3. Пуск установки здійснюється при закритій напірній засувці. Один насос є робочим, другий - резервним, який вмикається лише при різкому збільшенні рідини, що перекачується. При піднятті води до нижнього рівня вмикається робочий насос. Якщо він не забезпечує відкачку води, то вода піднімається до верхнього рівня. Тоді повинен увімкнутись другий (резервний) насос. Одночасно подається звуковий сигнал про можливість аварії (рис. 5.4).

В схемі автоматизованої насосної станції передбачена можливість робочого насосу працювати як резервний та резервного – як робочий. Це зійснюється за допомогою перемикача SA, який має такі положення:

0 - ручний режим,

-450 - автоматизована робота ( перший насос робочий, другий резервний ),

+450 - автоматизована робота ( другий насос робочий, перший резервний ).

Нехай ключ SA в положенні -450 . При піднятті води вище нижнього рівня замикається контакт SQ1 і вмикається реле KL1. Контакт KL1 замикається і отримує живлення котушка контактора KM1 першого робочого насосу, який замикає силові контакти KM1 і вмикається електродвигун М1.

Якщо насос відкачає воду і вона знизиться до нижнього рівня, контакт SQ1 розмикається, котушка реле KL1 і котушка KM1 знеструмлюються, силові контакти KM1 розмикаються і насос зупиняється. Якщо вода буде прибувати, то після досягнення верхнього рівня замикається контакт SQ2.1. Це призведе до увімкнення котушки реле KL2 і котушки контактора KM2, який силовими контактами KM2 вмикає двигун М2 резервного насосу.

Роботу насосів сигналізують лампи HL1 і HL2 (рис 5.4). Одночасно з силовими контактами замикається блок-контакт КМ1.2 (або КМ2.2), отримує живлення котушка реле KL3 (або KL4), яка розмикає свої контакти в колі реле часу KT.

Рисунок 5.4 – Схема сигналізації насосної станції

При увімкненні аварійного насосу контакт SQ2.2 замикається і вмикається звінок і KL5 включається дзвінок НА. Черговий повинен натиснути кнопку знімання сигналу SBC4. При цьому отримує живлення котушка KL7. Контакт KL7 замикається, отримує живлення котушка реле KL5, контакт KL5.1 замикається і загоряється сигнальна лампа HL3, яка вказує на причину аварійної ситуації – великий дебет води. Одночасно розмикається контакт КL5.2, дзвінок перестає дзвонити.

В системі передбачено контроль пуску двигуна. При неспрацюванні магнітного пускача робочого насосу вмикається реле часу КТ. Якщо після певної витримки часу пуск не відбувся, то через контакт КТ1 отримує живлення котушка реле КL3. Внаслідок чого замикається контакт КLТ2 і отримує живлення котушка реле КL2 (КL1 – в положенні + 450 перемикача SA). Котушка контактора КМ2 отримує живлення (КМ1 – при + 450) і вмикається електродвигун резервного насосу М2 (М1 – при + 450). Реле КТ одночасно своїм замикаючим контактом КТ2 вмикає коло дзвінка НА.

При зніманні сигналу черговим дзвінок вимикається, але вмикається котушка реле КL6 і загорається лампа HL4, яка вказує на причину аварії – неспрацювання робочого двигуна.

Вимкнення аварійних реле KL5 і KL6 відбудеться лише після зняття аварійного режиму - розмикання контакту SQ2.2 або контакту KT2.

Пуск двигунів в ручному режимі (положення “0” перемикача SA) здійснюється кнопками SBC1 і SBC2, а зупинка – кнопками SBT1 i SBT2.

4 ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИБОРУ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОДВИГУНА НАСОСУ

В роботі кожен студент повинен визначити потужність двигуна на основі значень Q, Н, н, дв при зміні його швидкості обертання.

Варіанти завдання подані в таблиці 5.1

Таблиця 5.1 - Вихідні дані для розрахунку

Варіанту

Q

м3/год.

H1

м

н

дв

об/хв

2

об/хв

1

10

8

0,6

585

300

2

20

12

0,62

585

350

3

30

16

0,64

735

500

4

40

30

0,6

735

500

5

50

30

0,68

980

700

6

60

36

0,69

980

740

7

70

40

0,7

1460

1100

8

80

50

0,71

1460

1200

9

90

60

0,72

2940

2400

0

100

100

0,75

2940

2400

Примітка. Номер варіанту повинен відповідати останній цифрі номеру залікової книжки.

5 ЗМІСТ ЗВІТУ

5.1 Накреслити схему автоматичного керування.

5.2 Привести технічні дані обладнання.

5.3 Згідно завдання (дивись розділ 4) вибрати потужність двигуна насосу.

6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

6.1 Поясніть принцип дії автоматизованої насосної установки?

6.2 Як вибрати двигун до насосної станції?

6.3 Як захищають електродвигун від анормальних режимів роботи?

6.4 За яким графіком навантаження працює електродвигун?

Лабораторна робота № 6

ДОСЛІДЖЕННЯ РЕГУЛЬОВАНОГО ПРИВОДУ БУРОВОГО НАСОСУ

Мета роботи: дослідження режимів роботи регульованого приводу поршневого бурового насосу

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Насоси отримали широке застосування як в нафтопереробній, так і нафтовидобувній промисловості (насоси для перекачування води, нафтопродуктів, для нагнітання води в пласти, тощо).

Буровий насос застосовується для створення циркуляції промивної рідини, що очищає вибій і передає енергію турбіні при турбінному способі буріння. В бурінні застосовують поршневі бурові насоси із змінними циліндричними вставками. Це дозволяє змінювати подачу насоса при постійній кількості ходів поршня в хвилину. При незмінних глибині буріння, конструкції свердловини та якості бурового розчину момент на привідному валу бурового насоса характеризується параболічною залежністю від швидкості обертання валу. Постійна параболи залежить від конструктивних даних насоса, діаметра втулки, параметрів бурового інструменту, конструкції свердловини і якості промивної рідини.

На початку буріння тиск, який створює насос, невеликий. По мірі заглиблення свердловини внаслідок збільшення гідравлічного опору труб збільшується тиск на виході насоса, який обмежений міцністю його деталей. Тому, починаючи з певної глибини свердловини, подачу насоса доводиться обмежувати. Оптимальний режим роботи насосної установки характеризується постійною потужністю, що дорівнює номінальній:

Р∙Q = const. (6.1)

Наблизитись до режиму постійної потужності можна двома способами.

При нерегульованому приводі - шляхом застосування циліндричних втулок різного діаметру. Цей режим роботи характеризується залежністю подачі Q насоса від тиску P на виході і діаметра втулки D (див. рис. 6.1).

Точки 2, 4, 6, 8, 10 на графіку визначають гранично допустимий тиск з умови міцності деталей насоса при різних діаметрах втулок, і відповідають найповнішому використанню потужності приводу.

Допустимо, що буріння починають в точці 1 при тиску на нагнітальному патрубку р < р5 втулкою з діаметром D5. Продовжувати роботу з втулкою діаметром D5 вище точки 2 не можна, бо тиск підніметься вище р5 (що недопустимо) і, крім того, буде перевантажено привід. Тому в точці 2 необхідно замінити втулку діаметром D5. на втулку діаметром D4 . Тоді зменшиться подача насоса і пропорційно квадрату подачі знизиться тиск насоса. При заміні втулки в точці 2 тиск знизиться стрибком до значення, що відповідає точці 3.

Рисунок 6.1 - Графік роботи бурового насоса

Якщо продовжити буріння з втулкою діаметром D4, то по мірі заглиблення свердловини тиск в точці 4 досягне р4, тобто граничного значення, при якому необхідно замінити втулку з діаметром D4 на втулку з діаметром D3, тощо. Отже, у випадку нерегульованого приводу насосів і періодичної заміни втулок процес буде протікати по відрізках вертикальних прямих 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 і 9-10. Збільшуючи кількість типорозмірів втулок, можна лише наблизитись до кривої , але потужність приводу буде використана частково.

Наблизитись до режиму постійної потужності при регульованому приводі можна шляхом використання на початку буріння втулки малого діаметру при швидкості обертів привідного валу що більша від номінальної, а потім по мірі підвищення тиску шляхом зниження частоти обертання приводу зберегти рівність Р∙Q=сonst. Однак збільшення швидкості обертання привідного вала насоса не завжди веде до збільшення його подачі, бо при цьому зменшується коефіцієнт подачі насоса. Практично неможливо забезпечити роботу насосної установки в режимі постійної потужності, змінюючи кутову швидкість приводу в широкому діапазоні без вживання спеціальних заходів. Для отримання найбільшої гідравлічної потужності потоку слід завжди намагатися прокачувати через труби максимальну кількість рідини, яку дає змогу номінальна потужність приводних двигунів і механічна міцність насоса.

Зусилля, що діє на шток бурового насоса, прямо пропорційне добутку тиску на площу поперечного перерізу втулки. Тиск на виході насосів підвищується по мірі заглиблення свердловини і збільшення кількості рідини, що прокачується. Тому, щоб не перевищити при заданому діаметрі втулки допустимого зусилля на штоці, слід працювати з постійним тиском, що дорівнює гранично допустимому. Оскільки зусилля на шток визначає значення необхідного обертового моменту для приводу насоса, регулювати подачу насосної установки слід при постійному моменті.

Режим роботи регульованого приводу бурових насосів з постійним моментом на валу можна прослідкувати за графіком.

Як і в першому випадку, допустимо, що буріння почалось в точці 1 і при тиску на виході насоса р, діаметрі D5 і номінальній швидкості приводу. По мірі заглиблення свердловини тиск підвищується і досягає в точці 2 значення р5. Продовжити роботу з втулкою діаметром D5 і номінальною швидкістю приводу не можна, бо при цьому тиск піднімається вище р5.

Як було вказано раніше, при нерегульованому приводі після досягнення тиску р5 (точка 2) проводиться заміна втулок. При регульованому приводі міняти втулку в точці 2 немає необхідності, бо з цього моменту привід по мірі заглиблення свердловини починає працювати з поступово зменшуваною швидкості обертання при номінальному моменті на валу. Внаслідок подача насоса буде зменшуватись, а тиск залишиться незмінним, рівним допустимому для втулки. Такий режим продовжується до точки 3. Подальше зниження швидкості обертання двигуна, тобто подачі насосів, нераціональне і в точці 3 слід встановити втулку з діаметром D4. Після такої операції можна збільшити кутову швидкість приводу до номінальної. По мірі заглиблення свердловини тиск буде підвищуватися і в точці 4 досягне значення р4, що для втулки з діаметром D4 є граничним. В точці 4 привід працює з номінальною швидкістю, яку по мірі заглиблення свердловини кутову швидкість приводу зменшують до досягнення точки 5, після чого втулку замінюють. В подальшому процес повторюється. Відповідно, подача насоса і тиск при регульованому приводі змінюються за графіком 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10. Таким чином, потужність установки використовується повніше, ніж при нерегульованому приводі.

Більш повне використання потужності насосів при регульованому приводі пояснюється тим, що при збереженні максимально допустимого тиску в нагнітальній системі подача насосів в більшості рейсів може бути вища, ніж при нерегульованому приводі.

Завдяки цьому при всіх видах буріння покращується очистка вибою, що призводить до збільшення механічної швидкості буріння. Також створюється можливість подальшого підвищення швидкості буріння внаслідок застосування більших навантажень на долото. Одночасно збільшується проходка на долото, оскільки зменшується ступінь повторного руйнування породи.

В результаті збільшення проходки на долото зменшується тривалість спуско - підйомних допоміжних операцій.

Крім того, при турбінному бурінні, механічна швидкість зростає внаслідок збільшення швидкості обертів долота і середньої потужності, що підведена до долота.

Регулювання подачі насоса необхідне в складних умовах буріння, а також при встановленні циркуляції.

Таким чином, для бурового насоса було б краще застосувати регульований електропривід, причому регулювання необхідно проводити при постійному моменті з незначним допустимим зусиллям на шток насоса або допустимим тиском в гідравлічній системі бурової установки.

Оскільки достатньо простий, надійний і економічний, потужний регульований електропривід змінного струму відсутній, то для бурових насосів в більшості випадків застосовують нерегульований електропривід змінного струму. В якості приводних двигунів використовують синхронні двигуни, які є одночасно джерелами реактивної енергії. Подачу насосів регулюють зміною циліндрових втулок, а зменшують її на час встановлення циркуляції відкриванням засувки на зливі з насоса.

У випадку застосування для приводу насоса асинхронного двигуна з фазним ротором можливе регулювання його швидкості обертання вниз від номінальної. Оскільки відношення діаметрів сусідніх типорозмірів втулок складає 0,85-0,9, між двома замінами втулок логічно регулювати швидкість обертання приводного двигуна насоса на 20-30 % вниз від номінальної. Таке регулювання швидкості обертання може бути отримано за допомогою резистора в колі ротора асинхронного двигуна, але в цьому випадку дадуть суттєві втрати енергії.

Щоб уникнути цих втрат, в нових бурових установках застосовується регулювання подачі насосів шляхом регулювання швидкості обертання АД за схемою вентильно-машинного каскаду ("Уралмаш-5000Е").

В бурових установках глибокого буріння подача насосу регулюється в широких межах за допомогою приводу постійного струму за схемою ТП-Д.

Потужність приводного двигуна БН визначається за формулою:

, (6.2)

де Qт - максимальна теоретична подача, розрахована за діаметрами циліндру і штоку, ходом поршня і кількістю ходів поршня за секунду, м3 /с;

р - тиск нагнітання при максимальній подачі, Па;

φ - коефіцієнт подачі;

н - ККД насосу;

п - ККД передачі до насосу;

 - коефіцієнт тривалого перевантаження.

Тиск нагнітання визначається у відповідності з формулами із курсу буріння. Значення коефіцієнтів: φп = 0,9; н = 0,8; п =0,96; а = 1,05... 1,1.

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Записати технічні дані електродвигунів, апаратури керування і вимірювальних приладів.

2.2 Зібрати електричну схему установки.

2.3 Дослідити всі режими роботи регульованого приводу насосу.

2.4 Визначити потужність електродвигуна бурового насосу.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Фізична модель регульованого приводу бурового насосу наведена на рисунку 6.2.

≈220 В

АВ 4

RH

Рисунок 6.2 - Фізична модель регульованого приводу бурового насосу

Досліджуваний асинхронний двигун з короткозамкнутим ротором М1 і генератор навантаження М2 розміщені на станині, вали яких через шківи сполучені пасовою передачею. Для визначення швидкості обертання вала досліджуваного двигуна використовуються тахогенератор М3 з тахометром Рω.

Струм в обмотці збудження LM2 генератора навантаження регулюється реостатом RR1 та контролюється амперметром PA1.

В якірному колі генератора навантаження включено опір навантаження RRн і універсальний перемикач SA, який має чотири робочі положення 0, 1, 2 та 3. Кожному положенню перемикача SA відповідає певне значення опору RRн.

Струм в якорі двигуна вимірюється амперметром РА2, а напруга - вольтметром PV2.

Вимірювальний комплект К-505 призначений для вимірювання електричних параметрів (~U - напруга, ~I - струм, ~P – потужність) в колі статора двигуна М1.

Регулювання швидкості обертання ротора двигуна М1 здійснюється електроприводом ЕКТ2Д (електропривод комплектний тиристорний частотний). Принцип роботи електроприводу базується на перетворенні змінної напруги промислової частоти в змінну напругу регульованої частоти.

Не передню панель електроприводу винесені кнопки керування вимикачами, перемикач вибору напрямку обертання, чотири резистори для задання вихідної частоти (рис. 6.2).

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Зібрати схему, наведену на рис. 6.2.

4.2 Перевірити її разом з керівником робіт.

4.3 Ввімкнути автоматичний вимикач SF1 і перевірити наявність струму в обмотці збудження за амперметром РА2.

Ручку універсального перемикача SA встановити в положення 0.

4.5 Ввімкнути автоматичний вимикач QF1.

4.6 Підготувати електропривод ЕКТ до роботи, для чого:

- перемакач "задання швидкості" встановити в середнє положення; регулятори "швидкість обертання" виставити в крайнє ліве положення (проти годинникової стрілки);

- вимкнути автомати QF2, QF3, "електродвигун вентилятора", "власні потреби";

- дати попрацювати електроприводу в холостому режимі 5 хв.

4.7 Встановити перемикач "швидкість обертання" в положення "Вперед" (рис. 6.3).

4.8 Натиснути кнопку "Вкл" (рис. 6.3).

4.9 За допомогою регуляторів "швидкість обертання" (поз. 6 рис. 6.2) встановити задані викладачем частоти напруги для електродвигуна М1( покази напруги на вольтметрі V) згідно з порівняльною таблицею 6.1.

1 – Сигнальні лампи; 2 – перемикач "Задання швидкості Вперед-Назад";

3, 4 – резистори "Швидкість обертання"; 5 – Кнопки "Вкл" і "Викл";

6–Автомат "Власні потреби", QF2; 7–Автомат "Електродвигун вентилятора", QF3

Рисунок 6.3 - Органи керування ЕКТ2Д

Таблиця 6.1 – Порівняльна таблиця „напруга –частота”

Покази вольтмера, В

6

7

8

Частота, Гц

37,5

43,75

50

За допомогою комплекту К-505 виміряти електричні параметри двигуна М1.

Дослідження моделі проводимо згідно з графіком роботи, приведеним на рисунку 6.4.

Рисунок 6.4 - Графік роботи моделі насосу

Допустимо, що буріння починаємо в точці 1 при значеннях U1 і I1 якірного кола і встановленій частоті f1 обертання двигуна М1. Перехід в точку 2 здійснюємо шляхом збільшення U (Перемикач SA переводимо в положення 1), при незмінному I1 шляхом зміни струму збудження (опором RR1). Перехід в точку 3 здійснюємо при підтримці постійної потужності в якірному колі двигуна М2 шляхом: збільшення напруги до U2 (Перемикач SA переводимо в положення 2), зменшення струму до величини I2 (встановлення частоти f2), зміною струму збудження (опором RR1). Аналогічно проводимо перехід в точку 4.

При підтримці постійної потужності в якірному колі двигуна М2 шляхом: збільшення напруги до U3 (Перемикач SA переводимо в положення 3), зменшення струму до величини I3 (встановлення частоти f3), зміною струму збудження (опором RR1)).

4.11 Після зняття характеристик регуляторами "швидкість обертання" зупинити електродвигун M1, перемикач "задання швидкості" вивести в середнє положення, натиснути кнопку "Викл", вимкнути автомати QF2, QF3, "електродвигун вентилятора", "власні потреби".

4.12 Вимкнути автоматичні вимикачі послідовно QF1, SF1,

4.13 Результати експерименту занести в таблицю 6.2:

Таблиця 6.2 - Результати вимірів та дані обчислень

робочих

точок

Результати вимірів

Дані обчислень

f

UЯ

ІЯ

PЯ

Гц

В

А

об/хв

Вт

1

2

3

4

5

Оптимальний режим роботи насосної установки характеризується постійною потужністю, що дорівнює номінальній:

Р∙Q=сonst. (6.1)

В даній лабораторній роботі моделювання процесу роботи бурового насосу здійснюється за допомогою генератора навантаження М2. Оптимальний режим роботи в нашому випадку(точки 2,4) буде при:

Ря = UЯ IЯ = сonst. (6.2)

5 ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИБОРУ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОДВИГУНА НАСОСУ

В роботі кожен студент повинен визначити потужність двигуна на основі значень Q, p, кількості і типу насосів. Варіанти завдання подані в таблиці 6.3

Таблиця 6.3 - Вихідні дані для розрахунку

Варіанту

Спосіб буріння

Інтервали буріння,

м

Кількість і тип бурових насосів

Q,

м3

рх104,

Па

1

Роторне

0-1200

2 х У8-4

0,072

392

2

1200-1800

2 х У8-4

0,062

441

3

1800-2200

2 х У8-4

0,054

490

4

2200-2550

2 х У8-4

0,051

539

5

Турбінне

0-500

3 х У8-3

0,055

735

6

500-1500

3 х У8-3

0,05

833

7

1500-2500

3 х У8-3

0,05

882

8

2500-3500

3 х У8-3

0,045

980

9

Електробур типу 32У5-6

0-180

2 х У8-3

0,05

392

0

180-1450

2 х У8-3

0,04

441

Примітка. Номер варіанту повинен відповідати останній цифрі номеру залікової книжки.

6 ЗМІСТ ЗВІТУ

6.1 Накреслити схему фізичної моделі регульованого приводу бурового насосу.

6.2 Навести технічні дані обладнання.

6.3 Навести таблиці з даними дослідів і розрахунків.

6.4 Навести механічні характеристики досліджуваного двигуна для різних режимів роботи.

6.3 Згідно з завдання (див. розділ 5) вибрати потужність двигуна насосу.

7 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

7.1 Поясніть принцип дії бурової насосної установки.

7.2 Як вибрати двигун приводу бурового насосу?

7.3 Як захищають електродвигун від аварійних режимів роботи?

7.4 Які переваги дає використання регульованого приводу бурового насосу?

7.5 Що таке оптимальний режим роботи бурового насосу?

Лабораторна робота № 7

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]