Отчет по практике

 

3. Описание технологической установки

Агрегаты электронасосные типа «X-Д» предназначены для перекачивания химически активных жидкостей с объемной концентрацией твердых включений не более 0,1%, с размером частиц не более 0,2 мм, , при температуре перекачиваемой жидкости от 233 до 378К (от минус 40 до плюс 105ºC), вязкостью до 30 сСт, плотностью не более 1850 кг/м³. Пределы температуры перекачиваемой жидкости в зависимости от исполнения насоса по материалу проточной части.

Агрегаты изготовлены  по II группе изделия, вид изделия 1 (восстанавливаемые) РД50-650—87, в климатическом исполнении У и Т, категории размещения 2,3 ГОСТ 15150—69. Применяется в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, отвечает требованиям международного стандарта ИСО 2858.

Насос должен эксплуатироваться в  интервале подач рабочей части характеристики насоса, приведенной на рис.    . Эксплуатация насоса при подачах больших, чем в рабочей части характеристики, не рекомендуется из-за возможной перегрузки электродвигателя и возникновения кавитации.

Технологическая установка (рисунок 1.1), представляет собой насосную установку с центробежным насосом Х80-50-160Д для перекачивания химически активных и нефтехимических жидкостей.

Насосная установка состоит  из насосного агрегата и системы  трубопроводов, предназначенных для  подвода воды из приемного резервуара – 1 через систему всасывающих трубопроводов – 3 в напорный резервуар – 5 через систему напорных трубопроводов – 4. Насосный агрегат включает в себя центробежный насос 8 и асинхронный двигатель.

Система всасывающих и напорных трубопроводов оборудуется арматурой для регулирования, устройствами защиты и контрольно-измерительной аппа-ратурой: 2 – приемный клапан; 6 – обратный клапан; 7 – задвижка.

При перекачке нефтепродуктов режим  работы насосного агрегата может  быть переменным, вследствие перекачки разных сортов нефтепродуктов с различной плотностью, вязкостью, регулировании скорости подачи в соответствии с технологическим режимом перекачки одним насосом  разных видов жидкостей. Переменная подача насоса может быть достигнута изменением угловой скорости вращения приводного двигателя. В связи с этим при проектировании должно быть предусмотрено регулирование скорости вращения электродвигателя.

 

Рисунок 3.1 – Схема технологической установки

 

 

Рисунок 3.2 – Поперечный осевой разрез насоса

 

4.  Выбор типа электропривода и электродвигателя

 

При выборе электродвигателя, необходимо учесть такие факторы как род  тока, номинальное напряжение, частота вращения, конструктивное исполнение и номинальную мощность. В производственных условиях не всегда приходится решать весь комплекс этих вопросов. Часто бывают заданы род тока, напряжение, частота вращения. Основным условием, которое необходимо учесть, является правильное определение мощности и конструктивного типа электродвигателя [1].

Электрооборудование, используемое в химическом производстве, должно удовлетворять требованиям взрывобезопасности. Применение двигателя постоянного тока для привода насоса нецелесообразно по особенности конструкции(искрения на коллекторе, необходимость источника постоянного тока, большая стоимость и невысокая надежность.)

Применение синхронного двигателя  также нецелесообразно, так как  приводимый механизм обладает небольшой мощностью. Поэтому для электропривода насоса выбирается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, выполненный во взрывобезопасном исполнении.

Электропривод насосной установки выбираем частотно–регулируемый  с промежуточным звеном постоянного тока.

 

5. Выбор мощности и типа электродвигателя

 

 При мощности до 200 кВт применяют короткозамкнутые асинхронные двигатели во взрывобезопасном исполнении на напряжение до 600 В.

Кроме того, асинхронные двигатели  имеют ряд преимуществ: "Прямой пуск", при котором обмотка  статора двигателя подключается на номинальное напряжение сети, широко применяется в нефтяной промышленности. Современные короткозамкнутые асинхронные двигатели по возникающим при пуске электродинамическим усилиям и условиям нагрева допускают прямой пуск

Согласно [4] мощность насоса равна:

 

  (5.1)

 

где   Q – подача насоса, м³/c;

;

Н – напор, м;

ρ – плотность перекачиваемой жидкости (спирты и кислоты), кг/м³;

h_Н – КПД насоса.

Мощность приводного электродвигателя выбирают на основе приведенной выше формулы, но с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых режимах, его мощность выбирают с запасом [3].

 

 (5.2)

где k – коэффициент запаса, k = 1,2;

      h_П – кпд передачи, при соединении валов двигателя и насоса муфтой h_П=0,98.

Выбираем асинхронный  двигатель типа ВАО– 42–2 [3]. ВАО –  взрывобезо-пасный асинхронный обдуваемый.

 

 

Таблица 2 - Технические  данные двигателя ВАО– 42–2.

 

РНОМ, кВт	nном, об/мин	h, %	CosjНОМ				J, кг/м2
7,5	2900	86,5	0,88	2,1	2,6	6,5	0,03

 

6. Механические характеристики двигателя и производственного механизма

Номинальная частота  вращения

                    w_ном = 2 · p · n_ном / 60 = 2 · p · 2900 / 60 = 303,69 рад/с.         (6.1)

Синхронная частота вращения

                     w₀ = 2 · p · n₀ / 60 = 2 · p · 3000/ 60 = 314,16 рад/с.               (6.2)

Номинальный момент

                     М_ном. = Р_ном. /w_ном. = 7500 / 303,69 = 24,7 Н · м.                (6.3)

Критическое скольжение  (6.4)

Критический момент асинхронного двигателя

                      М_К = l · М_ном. = 2,6 · 24,7 = 64,22 Н·м.                         (6.5)

Зависимость скольжения от частоты вращения

                                      , (6.6)

Уравнение механической характеристики АД

                                                                             (6.7)

Уравнение механической характеристики насоса

                       ,    (6.8)

где   М_{со нас} =0,1·М_{ном дв};   М_{со нас} =0,1· 24,7 = 2,47 Нм;

М_{с ном нас}=0,8·М_{ном дв};            М_{с ном нас}=0,8·24,7 = 19,76 Нм.

w	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	315
M	-20,63	-22,67	-25,14	-28,19	-32,00	-36,87	-43,18	-51,23	-60,31	-63,40	-32,64	2,0808
Mc	-2,47	-2,638	-3,143	-3,985	-5,163	-6,678	-8,530	-10,718	-13,243	-16,105	-19,303	-21,0288
Mд	-18,16	-20,03	-22,00	-24,20	-26,84	-30,20	-34,65	-40,51	-47,06	-47,29	-13,34	23,10

Механические характеристики:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1- Механическая характеристика двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.2- Механическая характеристика насоса

 

 

7. Совместная механическая характеристика с учетом влияния передачи

 

Уравнение совместной механической характеристики:

                                           М_д  (w) = М (w) - М_с (w).                                         (7.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7.1- Совместная механическая характеристика

 

8. Определение времени пуска двигателя и кривая разгона

 

Расчет времени запуска  асинхронного двигателя производим по методу площадей с помощью программы Microsoft Exel на ЭВМ.

Разбиваем ось координат  на ряд участков Dw_I, при этом Dw₁ =Dw₂ = … =Dw_I.

Совместная механическая характеристика механизма заменяется аппроксимирующей ломаной кривой и считается, что на каждом участке разбиения:

                                                      (8.1)    

Общая длительность пуска:

                                                       ,                                                (8.2)

        где  – определяется для каждого участка разбиения по формуле:

                                                               .                                             (8.3)

Суммарное время разгона  электропривода до номинальной скорости:

;  t = 0,4056 c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.1 – Кривая разгона электропривода  
9. Определение времени торможения и построение кривой торможения

 

Расчет времени торможения производим по методу площадей, аналогично предыдущему пункту.

       Суммарное время  торможения

 

; t_c = 1,7069 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9.1 – Кривая торможения электропривода  
10. Расчет и построение нагрузочной диаграммы электропривода. Проверка правильности выбора двигателя

 

После того как определены время  пуска и  торможения строится нагрузочная  диаграмма электропривода.

Нагрузочный режим продолжительной  постоянной нагрузки. Каждый цикл нагрузки задан тремя значениями моментов нагрузки М₁, М₂, М₃, временем их действия t₁, t₂, t₃ и временем паузы to, где t₁ и М₁ - время пуска и среднее значение момента на валу ЭД при пуске; t₂ и М₂ - время и среднее значение момента при работе электродвигателя с постоянной скоростью; t₃ и М₃ - время торможения и среднее значение момента при остановке ЭД.

Эквивалентный момент нагрузки:

; (10.1)

 

       где   b₁ = b₃ = 0,75, b₂ = 1, b_о = 0,5 -  коэффициенты, учитывающие ухудшение           теплоотдачи вследствие снижения скорости при пуске, торможении и остановки по сравнению с периодом постоянной нагрузки;

 

         t_п = 0,418 с; t_р = 10800 с; t_т = 1,929 с; t_o = 10800 с.

Проверка выбора двигателя по возможности  запуска:

 

;

 

;

М_пуск. > М_1.    51,866 Н×м >20,63 Н×м.

Электродвигатель проходит по условию  запуска.

      

Проверка по перегрузочной  способности:

 

 

М_К > М_К.МАХ       64,21 Н×м > 60,45 Н×м

 

Выбранный двигатель удовлетворяет  условиям пуска и перегрузочным  способностям.

Рисунок 10 – Нагрузочная диаграмма электропривода

 

11. Построение кривой нагрева и охлаждения двигателя

 

При составлении выражения  для построения кривой нагрева принимаем  класс изоляции обмотки статора H, которая рассчитана на длительно допустимую температуру 180^о С [5].

Допустимое превышение температуры изоляции над температурой окружающей среды

. (11.1)

Постоянная времени  нагрева асинхронного двигателя:

Постоянная времени  охлаждения:

Выражение для построения кривой нагрева:

Выражение для построения кривой охлаждения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11.1 - Кривая нагрева асинхронного двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11.2 - Кривая охлаждения асинхронного двигателя

 

12. Управление электроприводом

Способ регулирования  скорости вращения двигателя выбираем частотный, так как этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в необходимом диапазоне, а получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ обладает к тому же и еще весьма одним важным свойством: регулирование скорости АД не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости небольшие.