Серия
|
|
Высота
оси вала,мм
|
Мощность,
кВт
|
Частота,
об./мин
|
Напряжение,
В
|
КПД,
%
|
cos
|
ПЭДВ
20-180
|
|
180
|
20
|
3000
|
380
|
84
|
0,775
|
Исходные данные: ном. =40 м3 /час;
Нном.т.м.=121м;
Нст.=113м.
Характеристики насоса показаны на Рисунках 8, 9,
10.
Рисунок 8 - Характеристика H=f(Q)
Рисунок 9 - Характеристика P=f(Q)
Рисунок 10 - Характеристика =f(Q)
Согласно показанным характеристикам насос имеет
следующие номинальные параметры:
- номинальный
напор насоса, ;
- номинальная
подача насоса, ;
- номинальный
напор магистрали, ,
- статический
напор в сети (номинальная высота подъема), .
Так как магистраль в нашем случае со статическим
напором, то ее характеристика имеет следующий вид:
.
Характеристика магистрали с естественной
напорной характеристикой изображена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Совместная работа турбомеханизма и
магистрали
3.2 Расчет основных параметров
насоса и двигателя
Определим мощность турбомеханизма в номинальном
режиме
,
где .
Номинальный момент турбомеханизма
.
Определим угловую скорость двигателя, с которой
начинается перекачка
.
Найдем момент инерции электропривода:
где .
С помощью характеристики P=f(Q) определяем
отношение
.
Определим мощность, с которой начинается режим
перекачивания
.
Определим момент с которого начинается режим
перекачивания
.
Определим площади фигур для нахождения среднего
момента:
.
Найдем средний статический момент:
;
Найдем средний пусковой момент:
.
Найдем средний динамический момент:
3.3 Проверка двигателя по прямому
пуску
В нашем случае используется регулируемый
электропривод с системой ПЧИН - АДКЗР. Но преобразователь частоты
характеризуется значительно меньшей надежностью, чем двигатель. По этому
требуется предусмотреть случай, когда преобразователь частоты выйдет из строя,
и двигатель автоматически подключается на прямую к трехфазной сети, а параметры
насоса регулируются установленной на выходе насоса задвижкой. Для этого
двигатель должен подходить по условиям прямого пуска. Для двигателя,
используемого в нашей системе ПЭДВ 20-180, не известен такой параметр, как
скорость нарастания температуры. По этому предлагается выбрать двигатель такой
же мощности серии 4А и проверить его по условиям прямого пуска. Зная, что наш
двигатель погружной и всегда находиться под водой, можно сделать вывод, что
охлаждение у него будет более лучшее. Таким образом выбираем двигатель
4А180М2У3, мощностью 22 кВт и синхронной угловой скоростью 3000 об/мин.
Номинальное скольжение 2%, КПД номинальное 88,5%.
Принимаем температуру окружающей среды
.
Начальная температура
где номинальные потери в двигателе
,
номинальные потери в турбомеханизме
,
.
Найдем время пуска двигателя
.
Из справочника [1] берем скорость нарастания
температуры .
Температура двигателя при прямом пуске
.
Температура двигателя при прямом пуске
не превышает допустимую температуру для данного класса изоляции двигателя F .
Следовательно выбранный двигатель удовлетворяет условию .
.4 Расчет и построение технологических
характеристик механизма
В нашем случае сеть со статическим напором.
Следовательно имеет место 2 подрежима:
. ;
Возьмем несколько промежуточных точек скорости:
Найдем потребляемую мощность турбомеханизма в
1-й точке без учета механических потерь
.
Найдем суммарную мощность, потребляемую
турбомеханизмом
.
Момент турбомеханизма без учета механических
потерь
.
Суммарный момент турбомеханизма в первой точке
.
. ;
.
В этом режиме имеет место перекачивание воды.
Разобьем этот промежуток на несколько точек
Найдем номинальный расход в 1-й точке этого
подрежима
.
Номинальный напор
.
Найдем фиктивную подачу в этой точке
.
Для этой подачи по диаграмме =f(Q)
(Рисунок 3.2) определяем фиктивный КПД агрегата .
Найдем фиктивный КПД насоса
Находим потребляемую мощность турбомеханизма в
этой точке без учета механических потерь
.
Находим суммарную мощность, потребляемую
турбомеханизмом в данной точке
.
Найдем момент турбомеханизма без учета
механических потерь
.
Находим суммарный момент турбомеханизма в данной
точке
.
Расчеты для остальных точек приведены в таблице
1.
Таблица 1
№
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
50
|
|
|
|
|
1.619
|
6.98
|
80.973
|
349.023
|
2
|
100
|
|
|
|
|
6.478
|
11.839
|
647.783
|
1184
|
3
|
150
|
|
|
|
|
14.575
|
19.936
|
2186
|
2990
|
4
|
200
|
|
|
|
|
25.911
|
31.272
|
5182
|
6254
|
5
|
267,2
|
|
|
|
|
46.242
|
51.603
|
12350
|
13790
|
6
|
280
|
25.19
|
116.173
|
26.85
|
0.556
|
51.228
|
56.589
|
14340
|
15840
|
7
|
285
|
29.834
|
117.45
|
31.242
|
0.607
|
55.183
|
60.544
|
15730
|
17250
|
8
|
290
|
33.914
|
118.751
|
34.902
|
0.643
|
58.866
|
64.227
|
17070
|
18630
|
9
|
295
|
37.613
|
120.074
|
38.053
|
0.667
|
62.578
|
67.939
|
18460
|
20040
|
10
|
298,5
|
40
|
121
|
40
|
0.679
|
65.124
|
70.485
|
19440
|
21040
|
Построим рассчитанные характеристики ,
,
,
Рисунок 12 - Характеристики
Рисунок 13 - Характеристики
Рисунок 14 - Характеристики
Рисунок 15 - Характеристики
3.4 Расчет и построение
искусственных характеристик турбомеханизма при регулировании скорости
Требуется найти скорости при регулировании
расхода от до .
Найдем скорость для всех точек регулирования:
.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
3.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
.
Скорость в относительных еденицах
Тогда напорная искусственная характеристика для
первой точки будет вычисляться по формуле
.
Требуемые точки для построения характеристик
приведены в таблице 2.
Таблица 2
№
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
20
|
108.28
|
109.12
|
112.48
|
118.08
|
125.92
|
136
|
2
|
22.5
|
106.952
|
107.792
|
111.152
|
116.752
|
124.592
|
134.672
|
3
|
25
|
105.468
|
106.308
|
109.668
|
115.268
|
123.108
|
133.188
|
4
|
27.5
|
103.827
|
104.667
|
108.027
|
113.627
|
121.467
|
131.547
|
5
|
30
|
102.03
|
102.87
|
106.23
|
111.83
|
119.67
|
129.75
|
6
|
32.5
|
100.077
|
100.917
|
104.277
|
109.877
|
117.717
|
127.797
|
7
|
35
|
97.968
|
98.808
|
102.168
|
107.768
|
115.608
|
125.688
|
8
|
37.5
|
95.702
|
96.542
|
99.902
|
105.502
|
113.342
|
123.422
|
9
|
40
|
93.28
|
94.12
|
97.48
|
103.08
|
110.92
|
121
|
10
|
42.5
|
90.702
|
91.542
|
94.902
|
100.502
|
108.342
|
118.422
|
11
|
45
|
87.968
|
88.808
|
92.168
|
97.768
|
105.608
|
115.688
|
12
|
47.5
|
85.077
|
85.917
|
89.277
|
94.877
|
102.717
|
112.797
|
13
|
50
|
82.03
|
82.87
|
86.23
|
91.83
|
99.67
|
109.75
|
14
|
52.5
|
78.827
|
79.667
|
83.027
|
88.627
|
96.467
|
106.547
|
15
|
55
|
75.468
|
76.308
|
79.668
|
85.268
|
93.108
|
103.188
|
16
|
57.5
|
71.952
|
72.792
|
76.152
|
81.752
|
89.592
|
99.672
|
17
|
60
|
68.28
|
69.12
|
72.48
|
78.08
|
85.92
|
96
|
18
|
62.5
|
64.452
|
65.292
|
68.652
|
74.252
|
82.092
|
92.172
|
19
|
65
|
60.468
|
61.308
|
64.668
|
70.268
|
78.108
|
88.188
|
20
|
67.5
|
56.327
|
57.167
|
60.527
|
66.127
|
73.967
|
84.047
|
Искусственные характеристики турбомеханизма при
регулировании скорости изображены на рисунке 16.
Рисунок 16 - Искусственные напорные
характеристики турбомеханизма
.5 Расчет и построение механических
и электромеханических характеристик двигателя в режимах технологического
регулирования
Для построения характеристик двигателя,
требуются параметры схемы замещения асинхронного двигателя. Рассчитаем их по
методике Б.И. Фираго.
Номинальный ток двигателя
.
Номинальное скольжение
.
Номинальная угловая скорость
.
Синхронная угловая скорость
.
Номинальный момент на валу двигателя
.
Номинальные потери в двигателе
.
Принимаем
,
.
Момент холостого хода
.
Электромагнитный номинальный момент
.
Переменные номинальные потери
.
Задаемся коэффициентом загрузки kз,m ,
соответствующим максимальному к.п.д. АД:
.
Переменные номинальные потери мощности
.
Постоянные потери мощности
.
Переменные номинальные потери мощности в обмотке
статора
.
Активное сопротивление обмотки статора
.
Максимальное значение электромагнитного момента
.
Коэффициент
.
Сопротивление
.
Приведенное активное сопротивление фазы ротора
.
Индуктивное сопротивление короткого замыкания
.
Критическое скольжение
.
Коэффициент
.
Принимаем
, .
Потери в стали
.
Ток холостого хода
.
Эквивалентное сопротивление намагничивающего
контура
.
Синус холостого
хода
.
Индуктивное сопротивление намагничивающего
контура
.
Рассчитанные параметры указаны на эквивалентной
однофазной схеме асинхронного двигателя:
Рисунок 17 - Схема замещения асинхронного
двигателя
Построим естественную механическую
характеристику по формуле Клосса:
,
.
Значения для построения естественной
характеристики двигателя приведены в таблице 3.
Таблица 3
, ое
|
|
|
, ое
|
|
|
-1
|
-51,6
|
628.319
|
0.1
|
121.259
|
282.743
|
-0.9
|
-57,2
|
596.903
|
0.2
|
133.076
|
251.327
|
-0.8
|
-64,15
|
565.487
|
0.3
|
116.479
|
219.911
|
-0.7
|
-72,9
|
534.071
|
0.4
|
98.944
|
188.496
|
-0.6
|
-84,25
|
502.655
|
0.5
|
84.684
|
157.08
|
-0.5
|
-99,2
|
471.239
|
0.6
|
73.526
|
125.664
|
-0.4
|
-119,4
|
439.823
|
0.7
|
64.75
|
94.248
|
-0.3
|
-145,9
|
408.407
|
0.8
|
57.738
|
62.832
|
-0.2
|
-172,9
|
376.991
|
0.9
|
52.038
|
31.416
|
-0.1
|
-153,5
|
345.575
|
1
|
47.328
|
0
|
0
|
0
|
314.159
|
|
Рисунок 18 - Естественная механическая
характеристика двигателя
Искусственные механические характеристики
построим исходя из значений скорости, которые были применены в п. 3.5.
Механические характеристики строим по формуле
Клосса для закона частотного управления (так
как диапазон регулирования скорости ):
,
Угловая скорость вращения
Приведем таблицы с рассчитанными точками для
искусственных характеристик:
Таблица 4 - При Таблица
5 - При
, ое
|
|
|
|
, ое
|
|
|
1e-5
|
0.017
|
281.587
|
|
1e-5
|
0.017
|
282.629
|
0.023
|
36.351
|
274.364
|
|
0.023
|
36.477
|
275.406
|
0.046
|
67.566
|
267.142
|
|
0.046
|
67.774
|
268.184
|
0.069
|
259.919
|
|
0.069
|
92.544
|
260.961
|
0.092
|
110.462
|
252.697
|
|
0.092
|
110.684
|
253.739
|
0.115
|
122.743
|
245.474
|
|
0.115
|
122.922
|
246.516
|
0.138
|
130.231
|
238.252
|
|
0.138
|
130.351
|
239.294
|
0.161
|
134.045
|
231.029
|
|
0.161
|
134.104
|
232.071
|
0.184
|
135.173
|
223.806
|
|
0.184
|
135.174
|
224.849
|
0.207
|
134.412
|
216.584
|
|
0.207
|
134.362
|
217.626
|
0.23
|
132.37
|
209.361
|
|
0.23
|
132.276
|
210.404
|
0.253
|
129.493
|
202.139
|
|
0.253
|
129.363
|
203.181
|
0.276
|
126.104
|
194.916
|
|
0.276
|
125.945
|
195.959
|
0.299
|
122.427
|
187.694
|
|
0.299
|
122.246
|
188.736
|
Таблица 6 - При Таблица
7 - При
, ое
|
|
|
|
, ое
|
|
|
1e-5
|
0.017
|
286.759
|
|
1e-5
|
0.017
|
293.514
|
0.023
|
36.977
|
279.537
|
|
0.023
|
37.792
|
286.292
|
0.046
|
68.594
|
272.314
|
|
0.046
|
69.923
|
279.069
|
0.069
|
93.476
|
265.092
|
|
0.069
|
94.971
|
271.847
|
0.092
|
111.552
|
257.869
|
|
0.092
|
112.929
|
264.624
|
0.115
|
123.613
|
250.647
|
|
0.115
|
124.69
|
257.402
|
0.138
|
130.812
|
243.424
|
|
0.138
|
131.506
|
250.179
|
0.161
|
134.321
|
236.202
|
|
0.161
|
134.62
|
242.957
|
0.184
|
135.163
|
228.979
|
|
0.184
|
135.092
|
235.734
|
0.207
|
134.149
|
221.757
|
|
0.207
|
133.757
|
228.512
|
0.23
|
131.893
|
214.534
|
|
0.23
|
131.232
|
221.289
|
0.253
|
128.841
|
207.312
|
|
0.253
|
127.962
|
214.067
|
0.276
|
125.311
|
200.089
|
|
0.276
|
124.259
|
206.844
|
0.299
|
121.525
|
192.867
|
|
0.299
|
120.338
|
199.622
|
Таблица 8 - При Таблица
9 - При
, ое
|
|
|
|
, ое
|
|
|
1e-5
|
0.018
|
302.718
|
|
1e-5
|
0.018
|
314.156
|
0.023
|
38.897
|
295.496
|
|
0.023
|
40.263
|
306.934
|
0.046
|
71.709
|
288.273
|
|
0.046
|
73.888
|
299.711
|
0.069
|
96.954
|
281.051
|
|
0.069
|
99.33
|
292.489
|
0.092
|
114.72
|
273.828
|
|
0.092
|
116.813
|
285.266
|
0.115
|
126.053
|
266.606
|
|
0.115
|
127.584
|
278.044
|
0.138
|
132.339
|
259.383
|
|
0.138
|
133.205
|
270.821
|
0.161
|
134.917
|
252.161
|
|
0.161
|
135.125
|
263.598
|
0.184
|
134.9
|
244.938
|
|
0.184
|
134.519
|
256.376
|
0.207
|
133.143
|
237.716
|
|
0.207
|
132.265
|
249.153
|
0.23
|
130.27
|
230.493
|
|
0.23
|
128.989
|
241.931
|
0.253
|
126.721
|
223.271
|
|
0.253
|
125.123
|
234.708
|
0.276
|
122.8
|
216.048
|
|
0.276
|
120.958
|
227.486
|
0.299
|
118.713
|
208.826
|
|
0.299
|
116.687
|
220.263
|
Рисунок 19 - Искусственные характеристики
двигателя
3.6 Расчет потребления
электроэнергии насосным агрегатом с ПЧИН-АД и сравнение его с
энергопотреблением при регулировании задвижкой
Рисунок 20 - Суточный график работы насоса
При регулировании задвижкой турбомеханизм
работает только на естественной характеристике. Найдем потребляемую мощность
турбомеханизмом при регулировании расхода
,
где определяется
по естественной напорной характеристике по ,
КПД определяется
следующим образом: находим по характеристике КПД
агрегата и делим его на КПД двигателя, тем самым определяем КПД насоса.
Находим потери в двигателе
.
Найдем суммарную мощность
.
Таблица 10 - Расчет суммарного суточного
энергопотребления при регулировании задвижкой
|
20
|
24
|
28
|
32
|
40
|
|
|
17.21
|
17.8
|
18.15
|
18.66
|
19.44
|
|
|
3.279
|
3.39
|
3.456
|
3.555
|
3.702
|
|
|
2.049e4
|
2.119e4
|
2.16e4
|
2.222e4
|
2.314e4
|
|
Время
работы на характеристике, ч
|
7
|
2
|
5
|
7
|
3
|
|
Потребленная
мощность, кВтч
|
143.4
|
42.37
|
108
|
155.5
|
69.42
|
|
Суммарное
суточное энергопотребление, кВтч
|
51.88
|
Для оценки потребляемой мощности при
регулировании скорости произведем следующие расчеты. Найдем относительную
скорость для подачи по следующей
формуле
Найдем относительную скорость
.
Найдем КПД двигателя
.
Найдем номинальные потери в двигателе
,
где берется
из Рисунка 3.8 .
Таблица 11 - Расчет суммарного суточного
энергопотребления насосного агрегата при регулировании скорости
|
20
|
24
|
28
|
32
|
40
|
|
275.331
|
278.842
|
282.935
|
287.585
|
298.451
|
|
0.923
|
0.934
|
0.948
|
0.964
|
1
|
|
15129
|
15498
|
16790
|
18081
|
21218
|
|
2.589
|
2.625
|
2.809
|
2.984
|
3.395
|
|
7
|
2
|
5
|
7
|
3
|
|
18,12
|
5,249
|
14,05
|
20,89
|
10,18
|
Суммарное
суточное энергопотребление, кВт/ч
|
Таким образом, суточная экономия электроэнергии
при использовании ПЧИН-АД составляет по сравнению с регулированием задвижкой:
.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.
Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация промышленных
механизмов: учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980 . - 360 с.
.
Лобачев П.В. Насосы и насосные станции: Учебник для техникумов. - 2-ое изд.,
перераб. и доп. - М.: Стройиздат. 1983. - 191 с.