Электропривод насосов

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

                 

                      Введение

 

        Небольшой экскурс в историю: Архимед изобрёл способ подъёма и перемещения воды (сегодня мы говорим — «перекачивания») с помощью вращающегося винта. Перекачивание жидкости и сейчас осуществляется благодаря вращению вала насоса с помощью электродвигателя, который является неотъемлемой частью

любого насоса. Электродвигатель преобразует электрическую энергию (энергию магнитного поля) в механическую энергию на валу насоса, которая затем преобразуется в гидравлическую энергию жидкости.

        Цель  данного реферата – ознакомиться  с электродвигателями насосов  различных типов, рассмотреть особенности конструкции. Изучить: принцип действия, основные характеристики, область применения. Узнать  основные фирмы производители. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Приводные двигатели насосов различных типов

 

  

 

              Компактность конструкций, простота соединений с насосом, легкая автоматизация управления и относительно низкие эксплуатационные затраты предопределили массовое применение электродвигателей переменного тока в качестве привода для насосов систем водоснабжения и канализации.

             К приводным электродвигателям насосных агрегатов помимо их большой мощности предъявляется ряд специфических требований. Одним из определяющих является необходимость пуска двигателей под нагрузкой. Конструкция электродвигателя должна также допускать довольно продолжительное вращение ротора в обратную сторону (с угонной скоростью, определяемой характеристикой насоса), вызываемое сливом воды из напорных трубопроводов после отключения электродвигателя от сети при плановой или  аварийной  остановке  агрегата.

           Весьма желательной для улучшения условий работы энергетических систем, где применяются мощные насосные станции, является возможность частых повторных пусков, что, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к конструкциям обмотки статора и пусковой обмотки электродвигателя, нагревание которых определяет продолжительность требуемой паузы между пусками и допустимое число пусков    за    рассматриваемый    период.

 

1. Асинхронные электродвигатели

 

           При работе асинхронных электродвигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (стандартная частота 50 Гц) и от числа пар полюсов, а частота вращения ротора отличается на величину скольжения, составляющую 0,012—0,06 скорости магнитного поля статора. Причиной исключительно широкого применения асинхронных электродвигателей является их простота и небольшая стоимость.

         В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым   или   с   фазным   ротором Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели являются наиболее подходящим электроприводом для небольших насосов Они значительно дешевле электродвигателей всех других типов и, что очень существенно, обслуживание их гораздо проще Пуск этих электродвигателей — прямой асинхронный, при этом не требуется каких-либо дополнительных устройств, что дает возможность значительно упростить схему автоматического управления агрегатами

         Однако при прямом включении короткозамкнутых асинхронных электродвигателей очень высока кратность пускового тока, который для двигателей мощностью 0,6— 100 кВт при п = 750Н-3000 мин"' в 5—7 раз выше номинального тока Такой кратковременный толчок пускового тока относительно безопасен для двигателя, но вызывает резкое снижение напряжения в сети, что может неблагоприятно сказаться на других потребителях энергии, присоединенных к той же распределительной сети. По этим причинам допустимая номинальная мощность асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, пускаемым прямым включением, зависит от мощности сети и в большинстве случаев ограничивается 100 кВт.

 

2. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором 

 

             Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют более сложную и дорогую конструкцию, так как обмотки ротора у них соединяются с наружным пусковым реостатом через три контактных кольца со скользящими по ним щетками

Перед пуском такого электродвигателя в цепь ротора с помощью реостата вводят дополнительное сопротивление, благодаря чему при включении электродвигателя уменьшается сила пускового тока По мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление постепенно уменьшается, а после того как электродвигатель достигнет частоты вращения, "близкой к нормальной, сопротивление пускового реостата целиком выводят, обмотки закорачивают и двигатель продолжает работать как короткозамкнутый

        Для насосов с горизонтальным валом    отечественной    промышленностью в настоящее вермя выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором единой серии 4А мощностью 0,06— 400 кВт при д>3000 мин-1 и высоте оси вращения 50—355 мм. Электродвигатели мощностью 0,06— 0,37 кВт изготовляются на напряжение 220 и 380 В; 0,55—11 кВт — на 220, 380 и 660 В; 15—110 кВт— на 220/380 и 380/660 В; 132— 400 кВт — на 380/660 В.

Для привода вертикальных насосов выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии ВАН мощностью 315— 2500 кВт, напряжением 6 кВ и номинальной частотой вращения 375—1000 мин"1.

       Изготовляются электродвигатели серии ВАН в вертикальном подвесном исполнении с подпятником и двумя направляющими подшипниками (один из которых расположен в верхней крестовине, другой — в нижней), с фланцевым концом вала для присоединения к насосу Вентиляция электродвигателя осуществляется по разомкнутому циклу напором воздуха, создаваемым вращающимся ротором и вентиляторами Холодный воздух поступает в машину снизу из фундаментной ямы через нижнюю крестовину и сверху через окна в верхней крестовине Нагретый воздух выбрасывается через отверстия в корпусе статора

           Асинхронные электродвигатели основного исполнения имеют различные модификации, в частности: с повышенным пусковым моментом; с повышенными энергетическими показателями для насосных агрегатов с круглосуточной работой, при которой особое значение имеет повышение КПД; с фазным ротором, облегчающим условия пуска и т. п.

         Отечественной  промышленность  также выпускаются многоскоростные асинхронные электродвигатели, позволяющие изменением частоты вращения регулировать подачу и напор насоса, улучшая, тем самым, технико-экономические показатели насосной станции в целом. Так, например, двухскоростные электродвигатели серии ДВДА имеют интервал значений мощности от 500/315 до 1600/1000 кВт. Эти электродвигатели переводятся с одной частоты вращения  на другую отключением  одной обмотки    статора    с    последующим включением другой.

 

 

 

3. Синхронные электродвигатели переменного тока

 

          Синхронные электродвигатели переменного тока применяются для привода мощных насосов, характеризуемых большой продолжительностью работы. Частота вращения синхронных электродвигателей связана постоянным отношением с частой сети переменного тока, в которую эта машина включена: ря=:3000 (где р — число пар полюсов; п — частота вращения)

         Ротор синхронной машины отличается от ротора асинхронной наличием рабочей обмотки для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем статора Рабочая обмотка ротора запитывается постоянным током от возбудителя, которым может служить либо генератор постоянного тока, либо тиристорный пускатель. Генератор постоянного тока может располагаться отдельно от электродвигателя  или  крепиться  на  валу ротора

     Во втором случае генератор выполняется с самовозбуждением. Тиристорный пускатель всегда располагается отдельно от электродвигателя

      Основные преимущества синхронного электродвигателя перед асинхронным следующие: синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности (cosф), равным единице и даже опережающим, что улучшает коэффициент мощности сети и, следовательно, экономит электроэнергию,

при колебаниях напряжения в сети синхронный электродвигатель работает более устойчиво, допуская кратковременное снижение напряжения до 0,6 номинального

Основным недостатком синхронных электродвигателей является то, что момент на их валу при пуске равен нулю, поэтому их необходимо раскручивать тем или иным способом до скорости, близкой к синхронной Для этой цели большинство современных синхронных электродвигателей имеет в роторе дополнительную пусковую короткозамкнутую обмотку, аналогичную обмотке ротора асинхронного двигателя.

       Для насосов с горизонтальным валом используют синхронные двигатели общего применения серий СД2, СДН-2, СДНЗ-2 и СДЗ различных типоразмеров, имеющие большой диапазон мощности (132—4000 кВт) и частоты вращения (100— 1500 мин-1) при напряжении 380—6000 В.

      Для привода вертикальных насосов изготовляются две серии синхронных двигателей трехфазного тока частотой 50 Гц, мощностью 630—12 500 кВт, напряжением 6 и 10 кВ, с опережающим cos ф = 0,9, позволяющим получить от двигателя при работе его в номинальном режиме реактивную мощность в пределах до 40% номинальной. Первая серия двигателей ВСДН 15—17-го габаритов включает машины с параметрами: N=6304-3200 кВт, п = 375-=-750 мин-1. Вторая серия электродвигателей ВДС 18—20-го габаритов включает машины больших мощностей (N=4000-=-12 500 кВт) и меньших частот вращения (п = = 2504-375 мин"1).

      Серийно выпускаемый вертикальный синхронный электродвигатель серии ВДС имеет статор цилиндрической формы, активная сталь которого набрана пакетами из листовой стали и закреплена в станине стяжными шпильками. Ротор двигателя выполнен из литой стали. Полюсы прикреплены к ободу болтами. В верхней крестовине размещены подпятник, верхний направляющий подшипник и маслоохладитель. Эта крестовина является грузонесущей и воспринимает вес всех вращающихся частей агрегата и давление воды на рабочее колесо насоса. В нижней крестовине двигателя установлен нижний направляющий подшипник. Возбудитель двигателя (в данном случае генератор постоянного тока с самовозбуждением) вместе с контактными кольцами насажен на отдельный вал, который имеет фланцевое соединение с валом двигателя. В случае отдельно стоящих возбудителей на валу электродвигателя устанавливаются кольца, с помощью которых возбудитель соединяется с обмотками ротора. Двигатель имеет проточную   вентиляцию.   Двигатели   этого типа мощностью свыше 4000 кВт выполняются с замкнутой системой вентиляции и охлаждением воздуха с помощью охладителей.

 

 

2. Серии электродвигателей

          Электрические машины, используемые в промышленности, выпускаются сериями. Серия электрических машин представляет собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований. 
         Электрические машины, предназначенные для массового применения, выпускаются едиными сериями. Для электрических машин единых серий характерны высокий уровень унификации деталей и узлов и их максимальная взаимозаменяемость. С этой целью одни и те же штампованные пластины статоров и роторов используют в машинах разной мощности, применяя разную длину пакетов. По мере развития науки и техники, совершенствования, технологии, создания новых электротехнических материалов разрабатываются новые, более совершенные серии электрических машин.

 

1. Единая серия электродвигателей 4А

 

          Единая серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 360 кВт. В основу разделения двигателей на типоразмеры положен конструктивный параметр — высота от оси вращения h, определяемая расстоянием от оси вращения (для машин с горизонтальной осью вращения) до опорной плоскости. Двигатели единой серии 4А изготавливаются с высотами оси вращения 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 мм. Двигатели каждой высоты оси вращения выполняются двух типоразмеров с разной длиной пакетов сердечников, но одинаковым штампом пластин этих сердечников. Двигатели изготавливаются на синхронные частоты вращения 3000, 1500,1000, 750, 600 и 500 об/мин. 
        Двигатели единой серии 4А изготавливаются в двух исполнениях: закрытый обдуваемый и защищенный с внутренней самовентиляцией (рис 1). Двигатели закрытого исполнения всего диапазона осей вращения изготовляются с короткозамкнутым ротором, а осей вращения 200, 225 и 250 мм — еще и с фазным ротором (4АК). Двигатели защищенного исполнения изготовляются с короткозамкнутым ротором (4АН) при высоте оси вращения h > 160 мм, а при высоте оси вращения h > 200 мм — еще и с фазным ротором (4АНК). 
В двигателях единой серии с высотами оси вращения от 50 до 132 мм применяется изоляция класса нагревостойкости В, а в двигателях с высотами оси вращения от 160 до 355 мм — изоляция нагревостойкости F. 
          Асинхронные двигатели единой серии 4А предназначены для самого широкого применения во всех отраслях народного хозяйства и помимо основного имеют несколько электрических модификаций и специализированных исполнений (рис. 2). 

 

 

Рис. 1. Асинхронные двигатели серии 4А а — закрытого обдуваемого исполнения; б — защищенного исполнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель единой серии 4А 1, 13 — передний и задний щиты; 2 — вал; 3 — шпонка; 4 — установочная пружина; 5 — подшипник;  6  — крыльчатка; 7 — 11 — сердечники статора и ротора; 12 — кожух вентилятора; 14 — вентилятор; 15 — балансировочный грузик

 
2.2      Особенности конструкции двигателей серии 4А

 

          Конструктивными решениями, общими для всех высот оси вращения АД со степенью защиты IP44 (ГОСТ 17494-72) и способом охлаждения ICA0141 (ГОСТ 20459-75), являются станина с продольными радиальными ребрами и наружный обдув установленным на валу реверсивным центробежным вентилятором, защищенным кожухом, который служит одновременно для направления воздушного потока.   Двигатели с высотами оси вращения 280-355 мм имеют дополнительное охлаждение ротора наружным воздухом, проходящим через окна в подшипниковых щитах, по трубкам и вентиляционным каналам ротора. Требуемая степень защиты обеспечивается вращающимися уплотнениями.  Характерными конструктивными решениями для двигателей АД со степенью защиты IP23 и способом охлаждения ICA01 (рис. 9.12) являются: близкая к квадратной форма станины с отверстиями для выхода, и щиты с отверстиями для входа охлаждающего воздуха, двусторонняя симметричная радиальная система вентиляции с центробежными вентиляторами, роль которых выполняют лопатки ротора, отлитые заодно с короткозамыкающими кольцами. Нужное направление воздуху придают направляющие щитки.     Требуемую степень защиты IP23 двигателям 4АН обеспечивают торцевые и боковые жалюзи, прикрывающие окна в станине и щитах.