Глава XI

СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ КОМПРЕССОРНЫХ И НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

Назначение и типы приводов. Силовым приводом насосной или компрессорной установки служат двигатель и промежуточные звенья, которые передают движение от двигателя на вал компрес­сора или насоса.

В качестве приводов насосов и компрессоров используют элек­тродвигатели, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, гидравлические машины. Выбор типа привода определяется его мощностью, частотой вращения, усло­виями работы, наличием источников дешевой энергии, способом передачи движения от привода к установке, а также общей схемой энергоснабжения предприятия.

Наиболее распространенный привод насосов и компрессоров — электродвигатель переменного тока.

Привод от паровой машины используют главным образом в прямодействующих поршневых насосах. В компрессорах неболь­шой и средней производительности иногда применяют двигатели внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания, работаю­щие на жидком топливе, широко используют для передвижных компрессорных и насосных станций. При наличии дешевого при­родного газа могут применяться двигатели внутреннего сгорания, работающие на этом газе.

Паротурбинный привод для центробежных компрессоров и на­сосов широко используют в энергетических комбинированных тех­нологических установках.

Газотурбинный и паротурбинный приводы также применяют в комбинированных компрессорных установках, в которых первая ступень сжатия осуществляется в центробежном компрессоре.

Паровая машина, турбина и двигатель внутреннего сгорания по­зволяют изменить частоту вращения вала, а следовательно, плавно и экономично регулировать подачу насоса и производительность ком­прессора.

§ 80. Электродвигатели

В компрессорных и насосных установках наиболее широко при­меняют асинхронные с короткозамкнутыми роторами и синхрон­ные электродвигатели.

Асинхронный электродвигатель с коротко-замкнутым ротором состоит из двух основных сборочных единиц: статора 7 и ротора 2 (рис. 97).

Сердечник статора 7 для уменьшения вихревых токов выполнен из отдельных штампованных листов электротехнической стали тол­щиной до 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга тонкой бума­гой или лаком и стянуты болтами. Сердечник укреплен в чугунном корпусе двигателя 4. В пазы сердечника уложена трехфазная об мотка 5 статора. На общий зажим, укрепленный снаружи на кор­пусе, выведены начала и концы трех фаз обмотки статора.

Сердечник ротора 2 собран также из отдельных листов электро­технической стали. В пазы сердечника заложены медные стержни или же пазы залиты под давлением алюминием. Стержни с двух сторон припаяны к медным кольцам 3 и образуют вместе с ними короткозамкнутую обмотку ротора. Сердечник ротора укреплен на валу 8, который вращается в подшипниках, расположенных в кры-

шках / и 6 или в выносных стойках. Крышки прикреплены к корпу­су двигателя.

Обмотка статора подключается к трехфазному переменному то­ку, и токи, обтекая обмотку статора, возбуждают вращающееся магнитное поле. Это поле, пересекая обмотку ротора, индуцирует в ее проводниках ток ротора. Согласно правилу Ленца о направ­лении индукционного тока, ток ротора создает свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем стато­ра, заставляет ротор вращаться вслед за полем статора. Частота вращения ротора будет меньше частоты вращения магнитного поля статора в полном соответствии с правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что своим магнитным полем препятствует той причине, по которой сам возник. Так как частота вращения магнитного поля статора и ротора не синхронны, то этот двигатель получил название асинхронного электродвигателя.

КПД асинхронного двигателя 64—95%.

В большинстве случаев применяют прямое включение асинхрон­ных двигателей с короткозамкнутым ротором в сеть, используя ру­бильник, переключатель или магнитный пускатель и т. п. Чтобы уменьшить пусковые токи, применяют специальные пусковые схемы для переключения обмоток статора на пусковой режим (переход со «звезды» на «треугольник»), при пуске можно пользоваться и авто­трансформаторами.

Асинхронные двигатели используют для приводов, не требующих регулирования частоты вращения. При необходимости регулирова­ния частоты вращения применяют более сложные асинхронные дви­гатели с фазным ротором, обмотка которого подключается к специ­альному реостату или другому устройству, изменяющему ток ро­тора.

Асинхронные двигатели просты в устройстве, надежны в экс­плуатации, имеют достаточно простой и легкий пуск.

Синхронным называется электрический двигатель, у которого частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ро­тора-индуктора одинаковы.

Синхронный двигатель состоит из статора и ротора-ин­дуктора с явно выраженными полюсами. Устройство статора син­хронного двигателя такое же, как и асинхронного. Ротор-индуктор включает вал, на котором закреплено стальное основание для сер­дечников полюсов. На сердечниках расположены катушки обмотки полюсов, соединенных между собой последовательно. Концы обмот­ки выведены наружу с помощью контактных колец и щеток и под­ключаются к источнику постоянного тока. У синхронных двигателей с неявно выраженным полюсным ротором-индуктором в пазах сер­дечника, не разделенного на отдельные полюсы, уложена обмотка для образования одной пары полюсов.

При подключениях трехфазной обмотки статора к сети перемен­ного тока образуется вращающееся магнитное поле статора, к сети постоянного тока — магнитное поле ротора-индуктора. Так как при пуске вращающий момент синхронного двигателя равен нулю, то ротор-индуктор необходимо раскрутить до синхронной частоты вра­щения, тогда магнитное поле статора и ротора-индуктора замыка­ются своими магнитными линиями, и ротор-индуктор, вращаясь с синхронной частотой, может нести нагрузку.

Синхронные двигатели применяют для привода крупных венти­ляторов, центробежных и поршневых компрессоров, центробежных насосов во всех тех случаях, когда необходимо выдерживать посто­янной заданную частоту вращения.

Для раскручивания ротора-индуктора до синхронной частоты вращения используют посторонний двигатель или укладывают на роторе-индукторе специальную дополнительную пусковую обмотку по типу короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя. С по­мощью этой обмотки раскручивают ротор-индуктор, а затем ее от­ключают. Этот способ пуска называют асинхронный пуск синхрон­но двигателя.

Достоинство синхронного двигателя заключается в строгом вы­держивании частоты вращения. Сложность устройства и пуска, не­обходимость иметь два вида тока—трехфазный переменный и по­стоянный можно отнести к недостаткам этого двигателя.

Если синхронный двигатель используют для привода поршневых компрессоров с малой частотой вращения, то диаметр такого двига­теля будет большим, так как ротор-индуктор будет иметь много

полюсов, и в этом случае он будет также и маховым колесом. Рото­ры-индукторы больших диаметров выполняют из двух частей.

В ряде производств центробежные компрессоры приводятся в действие с помощью синхронных двигателей и газовых турбин. В турбину подают отбросные (хвостовые) газы, что обеспечивает частичный возврат энергии, затраченной на начальное сжатие. Разгон ротора-индуктора до синхронной частоты вращения произ­водится постепенным увеличением подачи газа на лопатки тур­бины.

Для воздушного охлаждения электрических двигателей на ва­лу ротора или под двигателем устанавливают вентиляторы. Элек­тродвигатели большой мощности имеют циркуляционную систему вентиляции, в которой постоянный объем воздуха или водорода циркулирует между двигателем и холодильником.

Во взрывоопасных производствах применяют электрические двигатели взрывобезопасного типа.