Меню Рубрики

Двигатели для насосных установок

Выбор мощности электродвигателя насосной установки

Для того чтобы выбрать тип и мощность электронасосной установки, необходимо исходя из местных условий решить вопрос о схеме водоснабжения. Подачу воды осуществляют в основном через водонапорный котел или водонапорный бак с приводом центробежных насосов от асинхронных двигателей.

Непосредственная подача воды от насоса в распределительную сеть осуществляется в открытых оросительных системах с приводом от асинхронных двигателей.

Для принятой схемы водоснабжения выбирают насос (в большинстве случаев надежный и простой в эксплуатации насос центробежного типа).

Для выбора насоса и определения его мощности по водопотреблению определяют требуемые подачу и напор.

Подачу Q н (л/ч) насоса находят из следующего соотношения:

где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, k ч — коэффициент неравномерности часового расхода, k сут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 — 1,3), η — КПД установки, учитывающий потери воды), Q ср.сут — среднесуточный расход воды, л/сут.

Напор насоса выбирают таким, чтобы он мог подавать воду при необходимом давлении в заданную точку. Требуемый напор насоса Ннтр определяется высотой всасывания Нвс и высотой нагнетания Ннг, сумма которых определяет статический напор Нс, потерями в трубопроводах H п и разностью давлений на верхнем Рву и нижнем Рну уровнях.

Учитывая, что напор H = P/ ρg , где Р — давление, Па, ρ — плотность жидкости, кг/м3, g — 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости, к/м3, получаем:

Ннтр = Hc + H п + (1/ ρ ) х (Рву — Рну)

Зная требуемые расход и напор, по каталогу выбирают насос подходящих параметров с учетом возможной частоты вращения приводного двигателя. Далее определяют мощность электродвигателя насоса.

По универсальной характеристике выбранного насоса уточняют его подачу Qн напор Нн и определяют коэффициент полезного действия η н и мощность насоса Рн.

Мощность (кВт) двигателя привода насоса P дв = (k з х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп),

где — k з коэффициент запаса, зависящий от мощности электродвигателя насоса: Р, кВт — (1,05 — 1,7), т.к. в реальных условиях работы насосов могут происходить утечки воды из напорного трубопровода (вследствие неплотностей соединений, разрывов трубопровода и пр, поэтому электродвигатели для насосов выбирают с некоторым запасом мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять. Так для мощности электродвигателя насоса 2 кВт — k з = 1,5, 3 кВт — k з = 1,33, 5 кВт — k з =1,2, при мощности больше 10 кВт — k з = 1,05 — 1,1. ηп — КПД передачи (для прямой передачи 1, клиноременной 0,98, зубчатой 0,97, плоскоременной 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 — 0,9, центробежных 0,4 — 0,8, вихревых 0,25 — 0,5.

Для центробежных насосов особенно важен правильный выбор угловой скорости насоса, так как его производительность пропорциональна угловой скорости, напор и момент — квадрату угловой скорости, мощность — ее кубу: Q ≡ ω , H ≡ ω 2 , М ≡ ω 2 , P ≡ ω 3

Из этих соотношений следует, что при увеличении угловой скорости насоса мощность его возрастает, что может привести к перегреву электродвигателя. При занижении угловой скорости двигателя напор насоса может оказаться недостаточным для расчетной подачи.

Выбирая электронасосный агрегат по каталогу, необходимо учитывать его рабочие характеристики (рис. 1) и характеристику магистрали, на которую работает насос, то есть зависимость между подачей и суммарным значением напора, требуемого для подъема воды на заданную высоту, преодоления гидравлических сопротивлений и создания избыточного давления на выходе из нагнетательного трубопровода. Нужно стремиться к тому, чтобы рабочая точка А находилась в зоне максимальных значений КПД агрегата.

Рис. 1. Характеристики насоса при различных частотах вращения (1, 2, 3, 4), магистрали при различных степенях дросселирования (5, 6) и КПД (7) насоса при номинальной частоте вращения.

Тип электродвигателя выбирают, исходя из условии окружающей среды и особенностей монтажа. Например, для привода погружных насосов типа ЭЦВ применяют электродвигатели мощностью 0,7 — 65 кВт специального исполнения типа ПЭДВ, рассчитанные для работы в буровых скважинах диаметром от 100 до 250 мм с подачей на высоту до 350 м. Обмотка статора двигателя выполнена проводом с полихлорвиниловой влагостойкой изоляцией.

Электродвигатель вместе с насосом устанавливается в скважине погруженным в откачиваемую воду (рис. 3). Пример условного обозначения агрегата: ЭЦВ-6-10-80-М, где ЭЦВ-6 — электронасосный скважинный агрегат для воды с характеристикой «6» по диаметру скважины, а именно — для скважины с внутренним диаметром 149,5 мм, 10 — номинальная подача насоса, м3/ч, 80 — номинальный напор, м, М — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69.

Условное обозначение электродвигателя, применяемого в агрегате: ПЭДВ4-144 (ПЭДВ — погружной электродвигатель водозаполненный, 4 — номинальная мощность, кВт, 144 — максимальный размер в поперечном сечении, мм).

Рис. 2. Электронасосный центробежный скважинный агрегат для воды: 1 — насос, 2 — обойма, 3 — головка, 4 — обратный клапан, 5 — рабочее колесо, 6 — лопаточный отвод, 7 — муфта, 8 — двигатель, 9 — верхний подшипниковый щит, 10 — статор, 11 — ротор, 12 — нижний подшипниковый щит, 13 — днище, 14 — пробка, 15 — пробка-фильтр, 16 — шпилька, 17 — сетка, 18 — кожух

Читайте также:  Установка меток на двигатели д 144

Рис. 3. Схема расположения агрегата в скважине: 1 — агрегат, 2 — водоподъемная колона, 3 — датчик «сухого хода», 4 — кабель, 5 — муфта, 6 — опорная плита или оголовок, 7 — колено, 8 — кран трехходовой, 9 — манометр, 10 — задвижка, 11 — станция управления и защиты, 12 — хомут, 13 — фильтр

В приводе непогружных центробежных и вихревых насосов используют асинхронные короткозамкнутые двигатели я и двигатели с фазным ротором с влагостойкой изоляцией мощностью 1,5 — 55 кВт.

Погружные электронасосы в зависимости от уровня залегания водоносного слоя эксплуатируют на глубинах 40 — 230 м.

Механическая характеристика центробежного насоса имеет вентиляторный вид. Момент сопротивления трения в подшипниках насоса Мс — 0,05 Мн.

Средний момент поршневого насоса при работе на магистраль, где поддерживается постоянный напор, не зависит от угловой скорости вращения. Пуск поршневого насоса осуществляется при открытой задвижке на напорном трубопроводе. Иначе может произойти авария.

Центробежный насос можно пускать как при открытой, так и при закрытой задвижке на напорном трубопроводе.

С учетом условий окружающей среды, особенностей монтажа, необходимой мощности и частоты вращения насоса по справочным таблицам выбирают электродвигатель соответствующего типа.

источник

Электродвигатели для насосов и насосного оборудования

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.

Энергоснабжение и электропривод рассматриваются в специальных курсах, поэтому в настоящем учебнике лишь кратко освещаются особенности приводных электродвигателей различных типов, в значительной мере определяющие конструкцию и размеры машинного здания насосной станции

Асинхронные электродвигатели. При работе этих двигателей 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.

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 время 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

Читайте также:  Установка катушки зажигания 406 двигатель

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 J 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 другое отключение одной обмотки статора с последующим включением другой.

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 возбудитель Генератор постоянного тока может располагаться отдельно от электродвигателя или крепиться на валу ротора

Во втором случае генератор выполняется с самовозбуждением тиристорный возбудитель всегда располагается отдельно от электродвигателя

Основные преимущества синхронного электродвигателя перед асинхронным следующие:

синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности (coscp), равным единице и даже опережающим, что улучшает коэффициент мощности сети и, следовательно,

  • 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 (8.3) 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.

    Обозначение электродвигателей этого типа включает данные об их габаритах. Так, например, марка двигателя, изображенного на 8.3, означает: вертикальный (В) двигатель (Д) синхронного типа (С) с диаметром расточки статора 325 см, длиной сердечника статора 44 см и числом полюсов 2р=16.

    Напряжение приводного двигателя принимают в зависимости от его мощности и напряжения сети энергосистемы, к которой подключена насосная станция.

    Если питание насосной станции осуществляется от энергосети напряжением 3,6 или 10 кВ и мощность электродвигателей превышает 250 кВт, то следует устанавливать двигатели на том же напряжении. В этом случае отпадает необходимость сооружения понизительной трансформа-горной подстанции и, следовательно, уменьшаются затраты по сооружению насосной станции. Напряжение электродвигателей мощностью 200-250 кВт определяется схемой электропитания и условиями перспективного увеличения их мощности. Электродвигатели мощностью до 200 кВт следует принимать низковольтными, напряжением 220, 380 и реже 500 В.

    В зависимости от особенностей среды производственных помещений водопроводных и канализационных насосных станций в них устанавливают электродвигатели в том или ином конструктивном исполнении.

    Читайте также:  Установка для замены масла в двигателе альфа

    Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях с нормальной средой, обычно принимают в защищенном исполнении. Электродвигатели, устанавливаемые на открытом воздухе, следует принимать в закрытом исполнении, для низких температур — во влагоморозостойком. При установке приводных электродвигателей в особо сырых местах их принимают в капле- или брызгозащищенном исполнении с влагостойкой изоляцией. Исполнение электродвигателей, устанавливаемых во взрывоопасных помещениях, должно приниматься в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ).

    ООО «СЗЭМО «Электродвигатель» поставляет широкий спектр электродвигателей для насосного оборудования российского и зарубежного производства: герметичные, погружные, для водоснабжения, для жидкостей с посторонними включениями, для нефтепродуктов, для химической промышленности, насосы для поддержания пластового давления в скважине, нефтяные магистральные насосы, насосы для энергетической промышленности, насосы типа Д, КсВ, ПЭ, АВз, ЭЦВ.

    Для правильного подбора электродвигателя для насосного оборудования просим сообщить нам полные характеристики насоса, включая: перекачиваемую среду, ее температуру, расход, напор, место установки, специфические особенности установки, варианты исполнения двигателя. В разделе «Контакты» нашего интернет ресурса Вы сможете оставить заявку на поставку электродвигателя для насосного оборудования и насосных станций. Мы постараемся в кратчайшее время подобрать необходимое Вам оборудование и подготовить технико-коммерческого предложения на поставку.

    источник

    Асинхронные электродвигатели для насосных станций

    При разработке оборудования насосных станций силовыми электроприводами применяются машины синхронного и асинхронного типа. Большая часть электрооборудования является асинхронным.

    Электродвигатели, предназначенные для насосного оборудования

    Приводами для насосов систем подачи водоснабжения служат электродвигатели асинхронного типа. Это обусловлено:

    невысокой стоимостью и компактностью;

    простотой подключения и возможностью автоматизации систем управления;

    низкими затратами при эксплуатации.

    К асинхронным электродвигателям, применяемым для насосных станций, предъявляются специфические требования, которым должно отвечать применяемое оборудование.

    Мощность, соответствующая решаемой задаче, с небольшим запасом.

    Возможность запуска двигателя под нагрузкой.

    Вращение в обратную сторону потоком воды при отключенном питании.

    Возможность увеличить количество пусков за определенное время.

    Эти требования к электродвигателям усложняют конструкцию обмоток статора и ротора. Именно от их нагрева зависит частота повторных пусков оборудования. Применение частотных регуляторов для управления системой электрических приводов насосных станций позволяет осуществлять плавные пуски и управлять потоком воды частотой вращения двигателя, а не механическими заслонками.

    Такой подход приводит к 40% экономии электроэнергии и продлению безаварийной работы оборудования.

    Типы асинхронных двигателей на насосных станциях

    В зависимости от необходимой мощности и условий эксплуатации на современных насосных станциях применяют асинхронные электродвигатели двух типов: короткозамкнутые и с фазным ротором.

    В агрегатах такого типа магнитное поле вращается с постоянной частотой, которая связана с этим показателем для входного тока силовой сети (стандартом является 50 Гц). При применении частотного регулятора входной показатель можно менять в широких пределах, плавно управляя оборотами двигателя. Такая система является прогрессивной и экономически оправданной. Частота вращения ротора отстает от статора на величину скольжения, которая составляет 0,012-0,06.

    Асинхронные агрегаты с короткозамкнутым ротором значительно дешевле электрических приводов других типов, но их применение возможно только для насосов небольшой мощности. Конструкция подразумевает прямой пуск без применения дополнительного оборудования, что значительно упрощает схему подключения и возможность автоматизации управления.

    При пуске таких электродвигателей наблюдается очень высокое значение токов. Так, при мощности 0,6 — 100 кВт и оборотах 750 – 3000 об/мин этот показатель может в 6 -7 раз превышать номинальный. Такие критические значения наблюдаются кратковременно и не очень опасны для обмоток агрегата, но резко понижают напряжение в сети. Падение напряжения может отключить другие важные потребители в аварийном порядке, если система не оснащена дополнительными элементами управления агрегатами. Такое падение напряжения в силовых сетях ограничивает применение электрооборудования такого типа до 100 кВт.

    Асинхронные электродвигатели с фазным ротором несколько дороже короткозамкнутых аналогов и их конструкция сложнее.

    Обмотка ротора выведена на наружный пусковой реостат через тройное кольцо, а контакт осуществляется при помощи скользящих щеток. При механическом регулировании перед пуском такого агрегата на реостате добавляют сопротивление, которое уменьшает силу пускового тока. По мере разгона сопротивление постепенно уменьшается. При достижении двигателем оборотов, близких к номинальным, сопротивление выводится, и агрегат начинает работать по схеме короткозамкнутого устройства.

    При пуске и разгоне электродвигателя с применением частотного регулятора плавность обеспечивает изменение частоты входного тока. Этот показатель контролируется процессором. Использование подобного устройства разгружает сети от ударных нагрузок и продлевает срок службы электрооборудования.

    Асинхронные двигатели изготавливаются в вертикальном и горизонтальном исполнении и применяются в зависимости от установки насосного оборудования. К корпусу насосов они крепятся болтами по фланцевым соединениям, а передача крутящего момента происходит через муфту. Охлаждение обмотки проводится вентилятором, закрепленным на валу ротора в кормовой части агрегата. Холодный воздух поступает как с кормовой, так и с носовой стороны.

    Для определенных условий эксплуатации разработаны различные модификации техники:

    с высоким пусковым моментом;

    с высокими энергетическими данными, комплектуют насосы для круглосуточной работы;

    схема облегченного пуска и др.

    Выбор определенного агрегата полностью зависит от особенностей эксплуатации системы.

    Остались вопросы?
    Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
    8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

    источник