Насостардың техникалық сипаттамасы мен қызметі

Прототип ретінде мұнай өндірісінде кенінең қолданылатын 14Н-12×2 насосын алайық. Оның техникалық сипаттамалары 2 кестеде берілген

Бұл насостың қуаты жұмыстық доңғалақтардың айналу жиілігі 3000 айн/мин болғанда 1600 кВт болады.

Жоғарыда айтылғандай, бұл жұмыста центрден тепкіш насосының электр жетегі екі жақтан қоректенетін машина негізінде жасалынады. Екі жақтан қоректенетін машина ретінде фазалы роторы бар асинхронды қозғалтқыш қолданылады. Сериялы өндірілетін фазалы роторы бар қозғалтқыштардың максимал айналу жиілігі 1500 айн/мин болады.

 

 

 

 

Кесте 2. 8МБ-9×2 насосының техникалық сипаттамалары

 

Көрсеткіштері	14Н-12×2
Жіберуі, м3/с (м3/сағ)	0,304 (1100)
Қысымы, м	370
Айналу жиілігі, айн/мин	3000
ПӘК, %	75
Массасы, кг	4900
Сатыларының саны	2
Қуаты, кВт	1600

 

Сондықтан, насостың реттелетін электр жетегінде мұндай айналу жиілігі бар қозғалтқыш қолданылған кезде, оның қуаты, жіберуі, қысымы және моменті (1.7-1.10) формулаларына сәйкес өзгереді. Жіберудің мәні келесідей болады:

Жіберу 0,152 м3/с немесе 550 м3/сағ болады. Қысым мен қуаттың мәндері келесі теңдіктерден анықталады:

Бұл қуатқа және 1500 айн/мин айналу жиілігіне типтік өлшемі 4АНК315S4УЗ қозғалтқышы сәйкес келеді. Оның техникалық параметрлері 3.2-кестеде көрсетілген.

Бір жаққа қарай реттеу кезінде қозғалтқыштың номиналды қуаты Рн = Мнωmax болады. Екі жақтан қоректенетін машинаның құрамындағы қозғалтқыштың қуаты келесідей болады:

 (3.2)

мұндағы, ωmax – қозғалтқыштың максимал бұрыштық жылдамдығы, рад/сек; D – реттеу диапазоны.

Жетектің қозғалтқыштық режимде синхронды жылдамдықтан төмен және жоғары жылдамдықпен жұмыс істеу мүмкіндігі қозғалтқыштың паспорт қуатын және вентильді түрлендіргіштің белгіленген қуатын ұтымдырық пайдалануын анықтайды.

Екі жақтан қоректенетін машинада асинхронды қозғалтқыштың роторлық тізбегіне ротор мен қоректендіруші желі арасында екі жақты қуат алмасуына жол беретін тікелей байланысы бар жиілік түрлендіргіші (ТБЖТ) қосылады. ТЖБТ схемасының негізі болып реверстік вентильдік тұрақты ток түрлендіргіші табылады. Оның басқарылуы вентильдер топтарының әрқайсысында қуатты вентильдердің ашылу бұрыштарын циклдік өзгерту арқылы синусоидалы кернеудің құрылуын қамтамасыз ететін заң бойынша жүзеге асырылады.

 

Кесте – 4АНК315S4УЗ қозғалтқышының техникалық параметрлері

 

Типтік өлшемі		4АНК315S4УЗ
Синхронды айналу жиілігі, айн/мин		1500
Номиналды қуаты Р2 ном, кВт		200
Электромагниттік жүктемелері	Bd, Тл	0,92
	А, А/см	533
	J, А /мм2	4,8
Энергетикалық көрсеткіштері	ПӘК, %	93
	cos j	0,89
I2 ном, A		396
U2, В		312
Механикалық сипаттамасы	mk	2
	s2 ном, %	2,5
	sk, %	9,3
Орын басу схемасының параметрлері, сал. бірл.	Xm	3,4
	R’1	0,022
	X’1	0,14
	R’’2	0,026
	X’’2	0,14

 

Жиілік түрлендіргіші үш тұрақты ток реверсті схемаларынан тұрады, олардың әрқайсысы асинхронды қозғалтқыштың бір фазасын қоректендіреді (6-сурет).

Реверсті тұрақты ток түрлендіргішінің схемасын (нөлдік немесе көпірлік) таңдау түрлендіргіштің жиілікті реттеу диапазонымен анықталады. Энергетикалық көзқарастан (шығысындағы кернеу қисығының гармоникалық құрамына, қуатты вентильдердің және желінің жүктелуінің бір қалыптығына) қарағанда жиілік түрлендіру диапазоны келесідей шектерде ақталған болып табылады:

 (3.3)

мұндағы: p – қуатты схеманың пульсацияларының саны;

                 f1 – қоректендіруші желінің жиілігі.

 

 

Сурет 6 – Екі жақтан қоректенетін қозғалтқыштың схемасы

 

Көпірлік схема үшін түрлендіргіштің максимал жиілігі (f1 = 50 Гц болғанда) 25 Гц, ал нөлдік схема үшін 12,5 Гц тең болады. Сондықтан реттеу диапазоны аз (0,9-1,1) болатын екі жақтан қоректенетін қозғалтқыштар үшін жеңілдетілген нөлдік схемаларды қолданған орынды болады.

Үлкенірек диапазондар үшін көпірлік реверсті схеманы қолдану қажет. ТЖТ-нің вентильді бөлігінде 2m2 вентильді топтары болады, мұнда m2 – түрлендіргіштің шығысындағы фазалар саны. m2 фазалы шығысы бар жиілік түрлендіргіші шығыстық жиілікті 2π/m2 шамасына ығыстыратын m2 бір фазалы шығысы бар түрлендіргіштерден тұрады.

Нақтылы жағдайда тікелей жиілік түрлендіргішінің құрылымдық схемасы жоғарыда айтылғаннан ерекшеленуі мүмкін, сондай-ақ түрлендіргіштің желіге трансформаторсыз қосылуы, ал uf және uu сигналдарының орнына фаза ығыстырушы құрылғының кірісіне токтің берілген мәні бойынша сигнал және түрлендіргіштің шығыс параметрлері бойынша кері байланыс сигналдары берілуі мүмкін. Бұл айырмашылықтар түрлендіргіштегі электромагниттік процестердің сипатына үлкен ықпал етпейді.

Тікелей байланысқан жиілік түрлендіргіштері кәдімгі және мәжбүрлің коммутация бойынша орындалуы мүмкін.

Сурет 7 – Тікелей байланысқан үш фазалы-бір фазалы жиілік түрлендіргіші

 

7-суретте тікелей байланысқан үш фазалы-бір фазалы жиілік түрлендіргішінің схемасы берілген. Түрлендіргіш екі дана үш фазалы түзету схемаларынан тұрады, олардың біріншісі трансформаторлар фазаларына VS1 – VS3 (топ I) тиристорлерінің анодтары арқылы, ал екіншісі VS4 – VS6 (топ II) тиристорлерінің катодтары арқылы қосылады.

Шығыстық кернеудің оң жарты периоды топ І тиристорлеріне, ал теріс жарты периоды ІІ тобының тиристорлеріне ашушы импульстерін кезекпен жіберген кезде қалыптасады.

І және ІІ топтарының вентильдерін кезекпен ашып тұрып, шығыста f2 жиілігі бар айнымалы кернеу алуға болады. Жүктеме белсенді болған кезде, оның шығысындағы кернеу келесідей болады:

 (3.4)

           мұндағы: m1 – бірінші желінің фазалар саны;

                           α – түрлендіргіштің реттеу бұрышы.

Шығыс кернеуінің жиілігі қоректендіруші желінің f1 жиілігінен төмен болады, және де жарты периодтар арасында кідірістер болмаған жағдайда келесідей мәнге ие болады:

 (3.5)

мұндағы n=0, 1, 2, 3… болады.

f2 жиілігі дискретті түрде реттелінеді. Түрлендіргіш жиілігін бір қалыпты реттеу үшін тиристорлер І және ІІ топтарын қосу және ажырату арқылы tп. паузасын енгізу керек. Паузаның ұзақтығы вентильдердің бекітуші қасиеттерінің уақытынан аз болмауы тиіс (tп tо). Активті-индуктивті жүктеме кезінде кідіріс ұзақтығы басқарушы топқа импульстерді жіберуді тоқтатқан кезде ток өткізіп тұрған вентиль тогінің нольге дейін түсу уақытымен анықталады.

Ондай болса шығыстық жиілік келесідей болады:

 (3.6)

  мұндағы φп – фазалық ығысу.

ТЖТ активті-индуктивті жүктемеге жұмыс істегенде магнитті өрісте жиналған энергия алғашқы желіге қайта оралуы қажет. Алғашқы желіге энергияны қайтару үшін екі топтың тиристорлерін инверторлі режимге ауыстырады: біріншілерін – теріс, екіншілерін – оң кернеу кезінде. Топтарды түзетуші режимнен инверторлі режимге ауысуы реттеу бұрышы α 90˚ асып кеткен кезде басқару жүйесі арқылы жүзеге асырылады.

Түрлендіргіштің қуатты вентильдерін таңдау келесі түрде орындалады.

Түрлендіргіштің фазалы кернеудің әрекеттік максимал мәні келесідей болады:

 (3.7)

мұндағы: Ер – s=1 болғандағы ротор сызықты кернеуінің әрекеттегі мәні;

smax – берілген реттеу диапазонында сырғанаудың максимал мәні. Сонда түрлендіргіш фазалы кернеуі келесідей болады:

Түзетуші көпір иінінің тогінің артық жүктеме кезінде (kп=1,5) максимал мәні келесі түрде есептеледі:

 (3.8)

Оның мәні

болады.

Жиілік түрлендіргішінің қуаты келесідей болады:

Вентиль тогінің рұқсат етілген мәні (эксплуатация жағдайларының нашарлауын ескере отырып) келесідей болады:

 (3.9)

мұндағы Iв – вентильдің номинал тогі.

Иіндегі параллель вентильдердің саны келесіге тең болады:

 (3.10)

Вентильдегі кері кернеудің амплитудасы келесідей болады:

 (3.11)

мұндағы: Uл – түрлендіргіш трансформаторының екінші орамының сызықты кернеуі;

b=1,4 – желіде кернеудің жоғарлауын  және вентильдерде пайда болуы  мүмкін коммутациялық ток кернеуінің  күшеюін ескеретін коэффициент.

Түрлендіргіш трансформаторлары желідегі кернеудің және ротордағы кернеулерді келістіру үшін арналған. Трансформаторлардың саны түрлендіргіш схемасына (нөлдік немесе көпірлік) және жүктеме схемасына (үш, төрт немесе алты сақинасы бар қозғалтқыш) байланысты болады. Үш фазалы нөлдік схемада ротор орамының шығарылған нөлдік нүктесі болған кезде бір трансформатормен жұмыс істеуі мүмкін, ал ротордың және желінің кернеулері келісілген болған жағдайда трансформаторсыз вариант та мүмкін болады. Үш фазалы көпірлік схемада және электрлі байланыспайтын ротор орамдарында (алты сақина) да бір трансформатормен жұмыс істеуі мүмкін. Үш немесе төрт сақина болған жағдайда трансформаторлы комплект үш трансформаторлардан тұрады.

Қуатты трансформаторларды таңдау келесідей жүргізіледі.

Түрлендіргіштің көпірлік схемасында трансформатор тогінің әрекеттегі мәні I2тр келесідей болады:

 (3.12)

(3.12) бойынша трансформатор тогі

болады.

Көпірлік схемалы трансформатор үшін фазалы кернеу U2ф келесідей анықталады:

 (3.13)

мұндағы, k=1,15 – трансформаторда және түрлендіргіште шығындарды ескеретін коэффициент; cos βmin = 0,866. Ондай болса, трансформатордың фазалы кернеуінің мәні келесідей болады:

Трансформатордың қуаты келесідей болады:

Жиілік түрлендіргішінің және келістіруші трансформатордың қуатын 40 кВт деп алуға болады.

 

 

2.2 ЕЖҚ-машинаның негізіндегі насостардың статикалық сипаттамалары

 

Екі жақтан қоректенетін қозғалтқыштың жұмыс режимі ротор орамдарына берілетін U2 кернеуін қалыптастыру әдісімен анықталады. Асинхронды режимде жұмыс істейтін екі жақтан қоректенетін қозғалтқышта U2 кернеуінің жиілігін басқаратын күй датчигінен айналу жиілігінің сигналы алынады, сондықтан U2 кернеуінің жиілігі әрқашан да сырғанау жиілігіне сәйкес келеді.

Синхронды режимде жұмыс істейтін екі жақтан қоректенетін қозғалтқышта U2 кернеуінің жиілігі тәуелсіз көзден беріледі де, өтпелі процесс кезінде s сырғанауының нақты жиілігінен басқадай болады. Осыған байланысты, δ бұрышы еркін берілмейді.

Екі жақтан қоректенетін машинаның механикалық сипаттамаларын анықтайық.

Қозғалтқыштың максимал моменті келесідей болады:

 (3.14)

мұндағы: p – қозғалтқыштың полюстер жұптарының саны;

           f – желі кернеуінің жиілігі;

           m1 = 3 – статор орамының фазалар саны;

           U1 = 220 В – фазалы кернеу мәні;

           с – қозғалтқыш коэффициенті, есептеулерде оны c = 1 деп алады;

          r1, r2, x1, x2 – қозғалтқыш орын басу схемасының параметрлері.

3.3-кестеде орын басу схемасының параметрлері салыстырмалы бірлікте берілген, ал есептеулерді жүргізу үшін оларды өлшем бірлікті мәндерге ауыстыру қажет. Ол үшін оларды Z1 ауыстыру коэффициентіне көбейту қажет, онда:

 (3.15)

Z1 ауыстыру коэффициенті келесідей анықталады:

 (3.16)

Статордың номиналды фазалы тогі келесідей есептеледі:

 (3.17)

мұндағы P2 – қозғалтқыш білігіне берілетін пайдалы қуат, Вт. Онда (3.17) формуласына сәйкес номиналды фазалы ток мәні келесідей болады: