Лабораторное занятие №4 Тема: «Исследование работы схемы управления насосной установки»

Цель:

1. Получить навыки анализа работы электрических схем насосных установок.

2. Изучить применяемое в схемах управления насосами специфическое оборудование.

Обеспечение занятия:

• учебно-методические указания;

• тетрадь;

• письменные принадлежности;

• конспект.

Теоретическая часть

Основные сведения о насосных установках. Насосные установки предназначены для транспортировки жидкости, заполнения и осушения резервуаров, для обслуживания механизмов (например, система водяного охлаждения).

Наибольшее распространение получили центробежные насосы.

Для централизованного обеспечения водой промышленных и сельскохозяйственных объектов сооружаются насосные станции, состоящие из крупных насосных агрегатов, и с обслуживающим персоналом. Чаще всего в практике применяются центробежные насосы.

Эксплуатационные свойства центробежных насосов определяются зависимостью напора (давление жидкости) на выходе от производительности при различных скоростях

H=f(Q),

где Н - напор на выходе, м. ст. жидкости;

Q - производительность, м³/с.

Эти зависимости (рабочие характеристики), обычно, приводятся в виде графиков в каталогах для каждого конкретного агрегата. Не углубляясь в исследование рабочих характеристик, лишь только отметим, что регулирование производительности центробежных насосов возможно следующими основными способами:

1. дросселированием трубопровода;

2. изменением угловой скорости приводного электродвигателя;

3. изменением положения рабочего органа насоса;

4. изменением числа работающих на магистраль насосных агрегатов.

1. Дросселирование осуществляется прикрытием задвижки на напоре, при этом производительность насоса Q уменьшится, а напор Н увеличится (теоретически). Реально же часть напора ΔН теряется на регулирующем устройстве, а следовательно, фактический напор Н тоже уменьшится. Расчеты показывают, что уменьшение производительности в два раза приводит к снижению КПД насоса в 4 раза и увеличивает потери мощности до 38% от номинальной мощности электродвигателя.

Следовательно, данный способ целесообразно применять в установках небольшой мощности (несколько кВт) при преобладании статического напора в магистрали.

2. Изменение угловой скорости может осуществляться несколькими способами: включая тиристорный преобразователь частоты в цепь статора асинхронного двигателя, применением тиристорного регулятора напряжения (ТРН), включением в цепь ротора добавочного сопротивления.

Расчеты показывают, что электрический способ регулирования более экономичен, чем дросселирование, так потери мощности меньше (снижаются до 16%). Следовательно, данный способ целесообразно применять в установках средней мощности (десятки кВт).

Для установок большой мощности (сотни и тысячи кВт) этот способ неэкономичен, так как при включении сопротивлений и при применении ТРН; в сопротивлениях и на тиристорах выделяется большое количество энергии в виде тепла - «потери скольжения». В этом случае применяются каскадные схемы электроприводов, в которых «потери скольжения» возвращаются в сеть или преобразуются в механическую мощность и поступают на вал механизма. Преобразование «энергии скольжения» возможно с помощью вентильных схем (схемы асинхронно-вентильного каскада) или вспомогательных машин на одном валу с главным двигателем (схемы машинно-вентильного каскада).

3. Изменение положения рабочего органа насоса - один из трудоемких способов изменения производительности, так как связан с усложнением конструкции насоса или с его разборкой. Этот способ не обеспечивает быстрого регулирования производительности насоса. Чаще всего регулирование производится поворотом лопаток рабочего колеса.

4. Изменение числа работающих агрегатов, подключенных на магистраль параллельно, целесообразно применять при статическом напоре, так как общая производительность совместно работающих агрегатов — это сумма производительностей всех работающих агрегатов, что обеспечивает их экономичную работу.

Элементы автоматизации насосных установок. Наряду с аппаратурой общего применения (контакторов, магнитных пускателей, промежуточных реле, переключателей) применяются специальные аппараты управления и контроля, например реле контроля уровня, реле заливки насосов и другие.

Поплавковые реле уровня применяются обычно для контроля уровня неагрессивных жидкостей. Устройство поплавкового реле уровня показано на рис.1. В открытый резервуар, в котором контролируется уровень жидкости (см. рис. 1, а), погружен поплавок 1, подвешенный на гибком канате через блок 3 и уравновешенный грузом 6. На канате укреплены две шайбы 2 и 5, которые при предельных уровнях жидкости в резервуаре поворачивают коромысло 4 контактного устройства 8. Положение шайб можно изменить в соответствии с условиями регулирования. Оно замыкает соответственно контакты 7 и 9, от которых идут провода в цепи управления и сигнализации насосной установки. В закрытом резервуаре (показаны две проекции — см. рис. 1, б) поплавок 1 рычагом связан с осью рычага 10, которая с соответствующим уплотнением пропускается через стенку корпуса в пространство, где располагается контактная часть 11 реле. Провода от контактов выводятся через стенку резервуара.

Электродное реле уровня предназначено для контроля уровня электропроводных жидкостей и выдачи сигнала в схему управления. Представление о конструкции и принципе действия электродного реле дает рис. 2.

Основным контролирующим элементом являются два электрода 2, помещенные в резервуар 1 с электроприводной жидкостью 4. Электроды заключены в кожух 3, открытый снизу и включены в цепь катушки реле промежуточного РП малогабаритного исполнения. Реле РП получает питание от понижающего трансформатора (по условиям электробезопасности).

При подъеме уровня жидкости в резервуаре до короткого электрода собирается цепь реле РП, которое срабатывает, и замыкает контакт РП1 и становится на самопитание контактом РП2 через длинный электрод. Насосный агрегат включается на откачивание жидкости из резервуара. Отключение агрегата произойдет при снижении уровня ниже длинного электрода, так как цеп самопитания реле РП разорвется.

Струйное реле предназначено для контроля наличия потока (струи) жидкости в трубопроводе. Представление о конструкции и принципе действия струйного реле дает рис. 3.

Чувствительным элементом является диафрагма 1 с дроссельным устройством (отверстие в центре), установленная в трубопроводе 4 и воспринимающая перепад давления жидкости при протоке. Обе полости диафрагмы трубками 3 соединены с сильфонами 2, у которых имеются цилиндрические мембраны 5, механически связанные тягами с электроконтактной частью реле 6.

При наличии протока жидкости давление в левой полости диафрагмы 1 будет больше, чем в правой, поэтому контактная группа 1 и 3 замкнута и в цепь управления 1 дается сигнал о наличии протока жидкости. Очень часто струйное реле применяется в системах охлаждения, поэтому этот сигнал является разрешающим пуск механизма.

При уменьшении количества протекающей жидкости (например, остановка насоса) перепад давления изменяется на диафрагме, контактная группа левая 1 и 3 размыкается, а правая 2 и 4 замыкается. При этом выдается сигнал на остановку двигателя, который обслуживается этой системой охлаждения через цепь управления 2 и он останавливается.

Рис. 1. Поплавковое реле уровня.	Рис. 2. Электродное реле уровня.

Рис. 3. Струйное реле	Рис. 4. Реле контроля заливки

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.

Реле контроля заливки центробежных насосов мембранного типа показано на рис. 4. Реле используется при заливке с помощью вакуум-насоса. Устанавливается реле на 0,3-0,5 м выше насоса. При заполнении его водой мембрана 3 прогибается, поднимает шток 2 и замыкает контакты 1. После снижения давления мембрана пружиной (на рисунке не показана) возвращается в исходное положение. Достоинства реле мембранного типа — их большая чувствительность и способность выдерживать высокие давления.

На рис. 5, а показана схема простейшей насосной установки — дренажного насоса 1, а на рис. 5, б приведена электрическая схема этой установки. Ключ управления КУ имеет два положения: ручное и автоматическое управление. Если ключ КУ поставлен в положение «Ручное», то управление электродвигателем М насоса осуществляется по обычной схеме с помощью кнопок КнП и КнС, магнитного пускателя К При установке ключа КУ в положение «Автоматическое» управление двигателем насоса производится от датчика уровня (поплавкового реле) РУ. При малом уровне воды в дренажном приемнике контакт РУ разомкнут и насос не включен. При достижении водой верхнего уровня 2 контакт РУ замыкается и включает пускатель К. Насос начинает работать и откачивать воду. Контакт РУ поплавкового реле остается замкнутым до тех пор, пока уровень воды не снизится до нижней отметки 3. Тогда контакт РУ разомкнётся, что вызовет отключе­ние пускателя К и остановку двигателя насоса.

Защита электродвигателей от коротких замыканий и перегрузки осуществляется автоматом В с комбинированным расцепителем (максимальным и тепловым). Нулевая защита обеспечивается самим магнитным пускателем. Поплавковое реле уровня РУ работает здесь без понижающего трансформатора и импульс управления с РУ передается в схему непосредственно — без промежуточного реле. Такие простейшие схемы применяются при небольшом расстоянии между насосом и местом забора воды, когда падение напряжения в проводах, соединяющих катушку контактора с поплавковым реле, незначительно.

Рис. 5. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электрическая схема (б)

Рассмотрим схему управления двумя насосами (рис. 6), эксплуатация которых осуществляется без дежурного персонала. Схема обеспечивает автоматический пуск и остановку насосов в зависимости от уровня жидкости в контролируемой емкости (баке, резервуаре), из которой производится откачка жидкости. Для контроля уровня применен электродный датчик (жидкость электропроводна).

Схема разработана применительно к условиям пуска и остановки насосов при постоянно открытых задвижках, что имеет место в низконапорных насосных установках.

Из двух насосов один является рабочим, а второй – резервным. Это задается с помощью переключателя ПО. В положении I переключателя первый насос (с двигателем М1) будет рабочим, а второй (с двигателем М2) – резервным. В положении II переключателя, наоборот, второй насос будет рабочим, а первый - резервным.

Рассмотрим работу схемы, когда переключатель ПО поставлен в положение I, а переключатели управления ПУ1 и ПУ2 поставлены в положение А, то есть на автоматическое управление насосами. Контакты переключателя ПО в цепях катушек реле управления РУ1 рабочего и РУ2 резервного насосов будут замкнуты, но ток по этим цепям не идет, так как отсутствует контакт с жидкостью электродов 2 и 3 датчика уровня ДУ. При повышении уровня жидкости в контролируемой емкости до электрода 2 цепь катушки реле РУ1 замыкается по цепи: