Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Насосная установка

ПЛАН

Введение …………………………………………………………………..

1.ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ…………………….

1.1 Характеристика основного оборудования используемого в насосной установке……………………………………………………………………..

1.2 Анализ режимов работы……………………………………………….

1.3.Описание технологической схемы насосной станции теплоснабжения города Комсомольска…………………………………………………………

1.4 Расчет мощности и выбор двигателя…………………………………..

2 ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА ПЧ-АД……………………………………………………………

2.1 Анализ существующих методов регулирования……………………

2.2 Анализ системы регулированного привода………………………….

2.3 Обоснование выбора системы регулирования привода по схеме ПЧ-АД……………………………………………………………………………..

3 РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПЧ-АД……………………………………………

3.1 Расчет схемы замещения……………………………………………..

3.2 Расчет статических характеристик…………………………………..

3.3 Расчет механической и скоростной характеристик. Нагрузочные характеристики………………………………………………………………

3.4 Расчет энергетических характеристик……………………………..

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА В КООРДИНАТАХ U,V,0…………………………………………………………………………

Литеретура………………………………………………………………………..

РАЗЕЛ I. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Характеристика основного оборудования используемого в насосной установки.

Насосной установкой называют комплекс устройств, обеспечивающих подачу воды из источника в напорный трубопровод с помощью насосного агрегата. Кроме насосного агрегата в состав ее входят примыкающие к нему всасывающий и напорный трубопроводы с арматурой и измерительные средства.

Насосный агрегат – это собранные в единый узел насос, двигатель и устройство для передачи мощности от двигателя к насосу .

а) Насос;

В качестве насоса для насосных станций водо- тепло- снабжения применяют центробежные насосы общего назначения допускающие перекачивание воды с температурой 85 °С. Такие насосы (ЦБН) являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин в виду простоты конструкции и удобства эксплуатации.

Характеристики ЦНБ представляет собой графическую зависимость основных технических показателей насоса: напором H, КПД насоса η, мощность насоса N, допустимой вакууметрической высотой всасывания или допустимым кавитационным запасом от подачи Q. (Рис.1.1)

Зависимость КПД от напора, подачи и мощности можно представит в виде уравнения :

(1)

Подставляя в (1) значениям Q, H и N, получаемые во время испытания насоса для ряда точек, соответствующим переделенным положениям задвижки или частоты вращения , в следовательно определенным значениям подачи, то в результате получают величины η = f(Q) .

Обычно Q – H, N – Q, η – Q характеристики ЦНБ совмещаются на одном графике. Масштаб для каждой из характеристик произвольный, но выбирается так, чтобы все кривые расположились на всем поле координат.

По составленному графику устанавливается оптимальный режим работы насоса, соответствующий максимальному значению , а также определяются значения Q, H и N, соответствующие наиболее выгодным условиям работы насоса.

Рисунок 1.1. - η – Q, N – Q, Q – H характеристики ЦНБ

Насосные установки включают обычно несколько одновременно работающих турбомеханизмом, работающих на общий трубопровод. Для обеспечения повышенного напора используют последовательное включение насосов в сеть. При этом общий напор равен сумме напоров обоих насосов (рис. 1.1.2, а), взятых при одной и той же подаче. Следовательно, суммарная Н – Q характеристика строится сложением ординат кривых напоров обоих насосов. При последовательном соединении насосов жидкость, подводимая ко второму насосу, имеет значительное давление. При этом давление во втором насосе может превысить величину, допустимую по условиям прочности. В этом случае второй насос следует размещать отдельно от первого в такой точке напорного трубопровода, в которой давление жидкости снижается до безопасного для второго насоса значения. Эту точку можно определить, построив пьезометрическую линию напорного трубопровода.

а) б)

Параллельное соединение насосов (рис. 1.1.3, б) обычно применяют для увеличения подачи. Так как насосы находятся на небольшом расстоянии друг от друга, то подводящие и напорные трубопроводы имеют относительно небольшую длину, а значит их сопротивлением можно пренебречь. Если приемные уровни и напор обоих насосов одинаковы, то одинаково и давление в узловой точке А. Для получения суммарной характеристики насосов, следует сложить абсциссы точек кривых напора H=f(Q) обоих насосов, взятых при одной и той же ординате.

б) Привод;

В виду компактности конструкции, простоты соединений с турбомеханизмом, легкой автоматизации и относительно низких эксплуатационных затрат в качестве привода для центробежных насосов массовое применение нашли электродвигатели переменного тока.

Подбор электродвигателя осуществляется по частоте вращения, рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения. В сухих отапливаемых помещениях устанавливают электродвигатели в защищеном исполнении с нормальной изоляцией, в не отапливаемых помещениях – с противосыростной изоляцией. И в особо сырых (заглубелённых) – закрытые электродвигатели.

Используют синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели – просты, компактны, но загружают сеть намагничивающим током (). У синхронных двигателей равен или больше единицы, что улучшает коэффициент мощности сети и экономит электроэнергию. Недостатком синхронных двигателей является их большая масса и большие (вместе с возбудителем) габариты.

в) Трубопроводы и трубопроводная арматура;

Гидротрпнспортная сеть составляет систему сложной конфигурации, состоящую из параллельных и последовательных участков трубопровода, каждый из которых характеризуется своим диаметром, длиной, геодезическим положением, наличием запорно-регулирующей арматуры и т.д.

Напорно-расходная характеристика гидравлической сети имеет вид параболы (рис. 1.6) и описывается зависимостью , м:

(2)

где: Н_с – статический напор, обусловленный разностью геодезических отметок подачи и приема жидкости, м;

R_c – сопротивление гидравлической сети, с²/м⁵.

Рис. 1.3. Напорно-расходная характеристика сети

Статический напор обусловлен необходимостью перемещения жидкости на отметку, находящуюся выше оси напорного патрубка насоса и зависит от этажности зданий, геодезического расположения профиля трубопровода, работы НС на водонапорную башню. В рассматриваемых НК, систем водо- и теплоснабжения, статический напор практически равен 0, что обусловлено неизменным рельефом местности. Однако в большинстве случаев геодезическая разница между осью напорных патрубков насосов и трубопровода потребителя составляет десятки или сотни метров.

Вторая составляющая в выражении (1.7) характеризует потери напора в трубопроводе по длине и на местных сопротивлениях [гидравлика]. Зная динамические потери в трубопроводе, можно определить гидродинамическое сопротивление R_c, которое зависит от конфигурации, материала и геометрических размеров трубопровода, режима движения, температуры, плотности и фазности жидкости.

Потери напора по длине могут быть найдены по формуле А. Дарси – Ю. Весбаха, м:

(3)

где l – длина трубы, м;

d – диаметр трубы, м;

l - гидравлический коэффициент трения;

V – скорость движения жидкости в трубе , м/с.

В качестве трубопроводной арматуры в насосных установках используются задвижки, затворы, обратные затворы (клапаны).

В зависимости от конструкции задвижки подразделяют на параллельные и клиновые (Рисунок 1.2.3, а и б ). Задвижки также бывают с ручным приводом и автоматизированные. Автоматический гаситель гидравлических ударов устанавливают на водопроводах с давлением до 25 кг/см2. Этот прибор прост в изготовлении и надежен в эксплуатации. Гасители смягчают действие гидравлического удара, предохраняя трубы от разрыва. Обратные клапаны устанавливают в местах, где недопустимо движение воды в обратном направлении. Клапаны пропускают воду лишь в одном направлении и автоматически закрываются при обратном движении воды. Обратные клапаны обычно устанавливают после насосов на случай их остановки из-за неисправности или прекращения подачи электроэнергии. Воздушные клапаны — вантузы устанавливают для автоматического удаления воздуха, который сосредотачивается в самых высоких точках водопроводной сети, а также для впуска (спуска) воздуха при сливе воды из трубопровода или при его наполнении.

Рисунок 1.4. – Задвижки (а) параллельная; б) клиновая)

1-Запорный диск; 2 –Корпус; 3 – Крышка; 4 – Шпиндель; 5- Сальник

1.2 Анализ режимов работы

Работа гидротранспортного комплекса сопровождается различного рода переходными процессами, которые характеризуются изменениями технологических параметров: давления, расхода, мощности, скорости движения жидкости и т.д. Анализ [3,4] позволил выделить стационарные и нестационарные процессы работы гидрооборудования.

К первым, относятся процессы, где уменьшение (увеличение) параметров не превышает допустимых значений:

пуск и остановка насоса на закрытую или открытую задвижку;
пуск или остановка соседних агрегатов, работающих на общий водовод (групповой характер нагрузки);
регулирование производительности насоса одним из вышеперечисленных методов.

Нестационарные процессы характеризуются значительным превышением, в отдельные моменты времени, номинальных значений напора и подачи НК:

– резкое снижение производительности насоса (помпаж);

– резкое увеличение давления на выходе НА или в гидросети (гидравлический удар);

– явление кавитации.

К причинам, вызывающим переходные процессы в ГТК относятся: изменение режима работы источников питания (НА, водонапорных башен, резервуаров и т.д.) и водопотребителей, отключение и включение отдельных трубопроводов или их участков, срабатывание запорно-регулирующей арматуры, разность температуры рабочей и окружающей среды.

Кавитация (в дальнейшем К) представляет собой нарушение сплошности течения жидкости, которое происходит в тех участках потока, где давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами выделившимися из раствора. Находясь в области пониженного давления, пузырьки растут и превращаются в большие кавитационные пузыри-каверны. Затем пузыри уносятся движущейся жидкостью в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно в результате конденсации заполняющего их пара. Таким образом, в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками.

При расчетах связанных с рассмотрением кавитационных режимов работы гидравлических машин, в качестве критического давления, при котором начинается К. , обычно принимают давление насыщения паров жидкости при данной температуре. Образование кавитационной зоны хорошо демонстрируется на примере протекания жидкости через трубу с местным сужением (расходометр Вентури, сопло). Возрастание скорости течения в сжатом сечении обуславливает уменьшение статического давления на этом участке. Постепенное увеличение расхода жидкости приводит к тому, что при достаточно большой скорости течения давление в месте сужения падает до критического и возникает К. (рис.1.5 в )

Рисунок 1.5. – Области возникновения кавитации

Образование зон пониженного давления и возникновение К. и при резком повороте потока и отрыве его от обтекаемой поверхности схематически показано на рисунке 1.5 (б, г)

Рассмотренные случаи К. называют поверхностными, так как ее зона располагается непосредственно на поверхности обтекаемого потоком элемента. Существует еще отрывная К. , ее зоны образуются на значительном удалении от обтекаемой поверхности. Причиной являются свободные вихри или вихревые шнуры или слои, срывающиеся с обтекаемых потоком профилей или образующиеся на поверхностях взаимодействия при турбулентном перемещении потоков с различными скоростями.

Нестационарность кавитационной зоны и вызванные ее появлением вторичные течения жидкости приводят к значительным пульсациям давления в потоке, которое оказывает динамическое воздействие на поверхности, направляющие поток. Разрушение кавитационных пузырей происходит черезвычайно быстро и сопровождается характерным шипящим звуком, который всегда сопутствует кавитации. Таким образом, возникновение кавитации всегда сопровождается усилением шума.

Образование кавитационных зон в межлопасных каналах колес (рис. 1.5 а ) насосов и вызываемое ими изменение плотности рабочей среды приводят в ряде случаев к дебалансу, деформациям вала и неравномерному изнашиванию направляющих подшипников. В сложных гидравлических системах большой протяженности процесс образования и, в еще большей мере, разрушения кавитационных зон приводит к возникновению гидроудара. И, наконец, в подавляющем большинстве случаев К. сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. Это разрушение является одним из самых опасных последствий К. , называют кавитационной эрозией. Механические повреждения рабочих органов насосов в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих их нормальную эксплуатацию и даже делающих ее практически невозможной.

Условием, определяющим безкавитационную работу, является наличие достаточного кавитационного запаса, представляющего собой разность между удельной энергией на входе и энергией , соответствующей давлению парообразования, т.е. :

; (4)

Где - давление на входе в насос;

- скорость при входе в насос;

- давление парообразования;

Для любого насоса существует некоторый минимальный кавитационный запас . Если он будет меньше , то насос начнет кавитировать.В конкретной насосанной установке необходимо различать требуемый кавитационный запас и действительный кавитационный запас . Требуемы кавитационный запас зависит от конструкции насоса и определяется как минимально допустимая разность между удельной энергией потока на входе в рабочее колесо при данной подаче и энергией , соответствующей давлению парообразования жидкости. Вычисляют по формуле (4). Действительный кавитационный запас зависит от конкретной системы, на которую работает насос.

1.3.Описание технологической схемы повысиительной насосной станции теплоснабжения города Комсомольска

Тепловые сети, являются составной частью системы централизованного теплоснабжения современных городов, представляют собой сложные инженерные сооружения, предназначенные для транспортировки тепловой энергии от источников тепла к потребителям.

Повысительная насосная станция (ПНС) предназначена для снижения давления воды в обратном сетевом трубопроводе с целью увеличения перепада в системе отопления города.

Рассмотрим процесс циркуляции воды более подробно, используя принципиальную технологическую схему (рис 1.1).

ПНС оборудована четырьмя насосами (Н1 – Н4) Д1250-125 , работающими в зимний период (два из которых являются резервными) и одним насосом(Н - 5) Д630-90 для летнего периода, иллоулавливателями (магнитными), тремя котлами ПТВМ - 50, грязевиком и трубопроводом с запорно-регулируемой арматурой. Забор воды может осуществляться как через промежуточные резервуары, которые выполняют функции регулирующих емкостей, так и без них.

Распределение воды по трубам регулируется задвижками С, установленными на трубопроводе, причем для транспортирования воды на дальние расстояния начальной точке напорного водопровода приходиться создавать весьма большой напор, энергия которого используется для преодоления гидравлических сопротивлений.

Из технологической схемы (рис.1.7) видно, что вода поступает в грязевик с обратного трубопровода Æ 630 мм, к которому также присоединены всасывающие трубопроводы насосов, развивающих давление до двух атмосфер на всасывании и 12,13 атмосфер при нагнетании. После насосов вода попадает в напорный сетевой трубопровод Æ 630 мм. Далее поступает на магнитный иллоулавливатель, который очищает воду, посредством воздействия магнитного поля, от силикатов, магниевой и кальциевой солей.

Рисунок 1.7. - Технологическая схема повысительной тепловой насосной станции

После фильтров вода подается на входной коллектор котла ПТВМ-50, где происходит подогрев воды по отопительному графику до заданной температуры. Дальше вода поступает в выходной коллектор, откуда через сетевой трубопровод подается в систему городского отопления.

Таблица 2 – Паспортные характеристики насосов Д630-90, Д1250-125

Обозначение насоса	Подача,м³/ч	Напор,м	Частота вращения,об/мин	Допустимый кавитацион-ный запас,не более	КПД насоса, %, не менее	Мощность двигателя,кВт
Д630-90	630	90	1450	3,5	75	250
Д1250-125	1250	125	1450	5,0	76	630

1.4 Расчет мощнсти и выбор двигателя.

Мощность, необходимая для привода насоса, определяется по формуле:

(5)

где k – коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации, например при запуске; определяется в зависимости от P в диапазоне от 1.1 до 1.25. ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/; g – ускорение силы тяжести, м/; - подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции, например один насос на два водовода, ; - напор соответствующие максимально возможной подаче ; - КПД насоса, соответствующий ; - КПД передачи (при соединении насоса с двигателем через упругую муфту .

Проверим достоверность таблицы 2, приведенной в предыдущей главе. Для этого найдем напор насоса Д1250-125 в единицах измерения [м³/с].

Подставим получившееся значение в (5):

Ближайшая большая мощность стандартизированного значения это 630 кВт.

Из справочника[ ] выбераем двигаетль марки А4 с напряжением 6000 В данными приведёнными в таблице 3.

Таблица 3 - Номинальные данные двигателя А4 (U=6000B)

Мощность, кВт	630
Синхронная частота вращения, об/мин	1500
Скольжение, %	1,3
Ток статора	72,5
КПД, %	95,1
	0,88
	2,3
	1
	5,3
Момент инерции,	13

РАЗЕЛ III. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПЧ-АД

3.1 Расчет схемы замещения

Рисунок 2.1. – Схема замещения асинхронного двигателя при частотном регулировании

Анализ характеристик АД при частотном управлении можно произвести, использовав схему замещения, приведенную на рисунке 2.1.

Насосная установка 📙 Курсовая → 🆔 140467