Модернизация электропривода насосного агрегата водооборотной станции масло-эмульсионного участка

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

 «Вологодский государственный университет»



Факультет  электроэнергетический

наименование факультета

Кафедра «Управляющие и вычислительные системы»

 наименование кафедры

Шлемин Александр Дмитриевич

(Ф.И.О. обучающегося полностью  в именительном падеже)



ВЫПУСКНАЯ   КВАЛИФИКАЦИОННАЯ   РАБОТА 



	13.03.02



06



026



2

код направления/

специальности



код выпускающей 

кафедры 



порядковый номер 
темы ВКР по приказу



код формы 
обучения





«Электроэнергетика и электротехника» 

направление подготовки/ специальность



«Электропривод и автоматика» 

направленность (профиль/специализация)



Модернизация электропривода насосного агрегата водооборотной станции масло-эмульсионного участка

наименование темы



Допустить к защите:











Декан факультета

	

(

В.А. Бабарушкин 

)





Заведующий кафедрой

подпись, дата

(

А.М. Водовозов

)





Руководитель ВКР

подпись, дата

(

В.Н.Бакаев

)



Консультант  по моделированию

подпись, дата

(

В.Н.Бакаев

)



Консультант  по

экономической части

подпись, дата

(

Н.Н. Черняева

)





Нормоконтролёр

подпись, дата

(

Н.Н. Черняева

)





Обучающийся

подпись, дата

(

А.Д.Шлемин

)

подпись, дата		                расшифровка



Вологда

2018г.



		

		

		

		СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ	6

	1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ	8

	2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	11

	2.1 Технологический процесс	11

	2.2 Требования к электроприводу	15

	2.3 Предложения по модернизации	16

	3  ВЫБОР И ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ	19

	3.1 Определение мощности и выбор электродвигателя	19

	3.2 Выбор управляемого преобразователя	26

	3.3 Выбор дополнительного оборудования	28

	4 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ	30

	4.1 Схема подключений устройства плавного пуска	30

	4.2 Описание схемы каскадного пуска нескольких электродвигателей	59

	5  НАСТРОЙКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ	61

	5.1 Динамическая модель асинхронного электродвигателя	61

	5.2 Расчёт параметров структурной схемы асинхронного двигателя	66

	5.3 Расчёт задатчика интенсивности	67

	6 МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ  СИСТЕМЫ	69

	6.1 Структурная схема математической модели	69

	6.2 Анализ результатов моделирования	64

	6.3  Расчёт потерь энергии при прямом и управляемом пуске	61

	7 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	66

	7.1 Технико-экономическое обоснование выбора электрооборудования	66

	7.2 Расчет капитальных вложений до и после модернизации	68

	7.3 Расчет эксплуатационных затрат	70

	7.4 Экономическая эффективность модернизации оборудования	73

	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	76

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………...…..77

ВВЕДЕНИЕ

Череповецкий металлургический комбинат ОАО «Северсталь» - одно из крупнейших современных предприятий чёрной металлургии России. Комбинат построен на основе последних достижений науки и технологии: современные агрегаты большой единичной мощности, высокая степень механизации, широкое внедрение автоматических систем управления технологическим процессом. Основная продукция комбината – кокс, чугун, химические продукты, а также широкий ассортимент горячекатаных, холоднокатаных листов и рулонов, сортового проката, гнутых профилей – по качеству находится на уровне мировых стандартов. 

Производство проката определяет развитие многих отраслей промышленности - машиностроения, строительства, авиастроения и многих других. 

Существует множество прокатных изделий из чёрных металлов и сплавов: холоднокатаная листовая сталь, листы с защитным покрытием, электротехническая листовая сталь, гнутые и фасонные профили, сварные и катаные трубы, проволока и многое другое.

	Электрическое хозяйство современного металлургического комбината по своим техническим параметрам, характеристикам и качественным показателям является наиболее современным и передовым.

	В цехах холодного проката металлургического комбината применяется современная электрическая аппаратура управления, контроля и регулирования работы электроприводов, которая в сочетании с автоматизацией основных технологических процессов обеспечивает высокие темпы производства.

Характерной особенностью современного электрического хозяйства является его высокая степень организации на базе последних достижений науки, что позволяет экономично и с большой надёжностью использовать механизмы и оборудование агрегатов.

Отличительной чертой эксплуатации металлургических электроприводов является напряжённый темп работы, частые перегрузки и тяжёлые условия окружающей среды. Прокатные цеха работают непрерывно, в три смены, что осложняет организацию ремонтов и профилактических осмотров электрооборудования, поэтому к электродвигателям и электротехнической аппаратуре для этих цехов предъявляются повышенные требования. Надёжность и безаварийность в работе электрооборудования обеспечивается неуклонным выполнением правил технической эксплуатации и правил устройства электротехнических установок.

	Одним из решающих факторов надёжной работы электрооборудования является квалификация обслуживающего персонала, а так же его теоретическая и практическая подготовка.

	

	

	



























	



1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Техническое задание к дипломному проекту по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Модернизация  электропривода насосного агрегата водооборотной станции масло-эмульсионного участка производства холоднокатаного листа ЧерМК ОАО Северсталь Система автоматического управления насосными агрегатами водооборотной станции предназначена для улучшения технологического режима работы насосной установки, снижения расхода энергии на подачу воды, снижения расхода воды за счет уменьшения утечек и непроизводственных расходов воды.

Достижение поставленной цели осуществляется плавным изменением частоты вращения насосного агрегата при его пуске. При построении САУ следует использовать новейшую информационную, вычислительную и регулирующую технику, а также пакет специализированных прикладных программ расчетов оптимального алгоритма управления, учитывающего характеристики насосного оборудования, трубопроводной сети, фактический режим работы насосной установки, число работающих регулируемых агрегатов и другие параметры. Информационная и вычислительная техника обеспечивают сбор и первичную обработку информации, необходимые расчеты и выполняет функции «советчика» оператора, а регулирующее микропроцессорное устройство принимает на себя непосредственное управление частотой вращения регулируемых насосов, а также включением-отключением дополнительных насосов.

Для повышения надежности и эффективности работы насосного агрегата, необходимо применить современный привод фирмы Schneider  Electric серии ATS48 (мощностью 160 кВт), с двигателем серии 4АМН. САУ строится с максимально возможным сохранением существующей технологической схемы и состава оборудования. Система работает в помещении при температуре окружающей среды (воздуха) + (5-40) оС с относительной влажностью до 80% (при температуре +20 оС) и запыленностью до 0,2 мг/м3. отдельные аппараты работают на открытых площадках или в неотапливаемых закрытых камерах.  

Окружающая среда не содержит взрывоопасных и агрессивных паров и газов в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Температура перекачиваемой жидкости +(5-30) оС. Изменение водопотребления или притока сточных вод в резервуар носит случайный, заранее неизвестный характер.

Водопроводная насосная установка должна подавать в каждый момент времени в сеть столько воды, сколько забирает из сети потребитель. В качестве регулируемого параметра принимается давление в диктующей точке сети или в напорном коллекторе. Регулирование режима работы осуществить изменением количества работающих агрегатов в сочетании с дросселированием напорных линий установки. Регулируемым электроприводом оснастить насосные агрегаты первой группы водооборотной станции МЭУ ПХЛ. Привод должен обеспечить плавное изменение частоты вращения насосного агрегата при пуске. Информационная часть САУ должна обеспечить непрерывный контроль аналоговых технологических параметров: давление на напорном коллекторе; уровня воды в приемном резервуаре; тока нагрузки регулируемого насосного агрегата. Непрерывный контроль дискретных сигналов: сигналы готовности к работе, неисправности и аварии насосных агрегатов. Увеличение числа работающих агрегатов должно иметь место в том случае, когда: давление в контрольной точке падает. Уменьшение числа работающих агрегатов должно осуществляться, когда давление в контрольной точке продолжает расти, а подача регулируемого агрегата приблизилась к нулю. Выбор насосного агрегата, подключаемого и отключаемого в переходных режимах, и выбор момента отключения работающего агрегата производится в соответствии с алгоритмом оптимальной работы насосной установки. При резких изменениях давления и подачи, вызванных разрывом напорных трубопроводов, регулируемые агрегаты должны быть отключены.

По показателям надежности преобразователи частоты должны отвечать требованиям международных стандартов, включая DIN, UL, CSA и FM, должны иметь сертификат Госстандарта России № РОСС DЕ МЕ 20.800819 на соответствие требованиям ГОСТ Р. 50377-92, ГОСТ 28244-89 и ГОСТ 29216-91.

Средняя наработка на отказ не менее 30000 часов, полный срок службы не менее 12 лет. Конструкция комплектного устройства плавного пуска  выполненного на базе серийного цифрового управляемого выпрямителя серии ATS48 производства фирмы «Schneider Electric» должна отличаться высокой гибкостью и удобством обслуживания, все модули должны легко устанавливаться и фиксироваться на установленных местах винтами.

Подключение внешних соединений с помощью винтов или пружинных контактов. Подключение модулей к внутренней шине должно производиться с помощью шинных соединителей. Единая для всех модулей глубина установки.

Степень защиты электрооборудования должна быть не ниже IP54. Климатическое   исполнение  аппаратов   У – умеренный  климат,  категории 3 – в закрытых помещениях с естественной вентиляцией. Обслуживание – одностороннее (или двухстороннее). Система вентиляции преобразователей и шкафов контроллеров должна иметь легкодоступные для очистки съемные или выдвижные фильтры воздуха. Трассы жгутов цепей управления и сигнализации выполнить в защитных лотках и коробах со съемными крышками.  Расходные материалы должны быть экологически чистыми, не содержать вредных для здоровья человека примесей. Иметь сертификат соответствия. При нагревании не выделять взрывопожароопасных газов. Обеспечивать нормативный срок эксплуатации оборудования. Конструкция оборудования должна обеспечить защиту обслуживающего персонала от поражения электрическим током в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.03, ГОСТ 12.2.007.0. Предупреждающие надписи и знаки на изделиях должны быть четкими, нестираемыми и соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.026, ГОСТ 12.4.040, ГОСТ 12.2.007.0.







2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологический процесс

Оборотный цикл насосной станции состоит из: башенной градирни площадью орошения 576 м2 с уравнительным баком; насосной станции с насосами I, II и III групп, приёмными камерами; для подпитки системы водоснабжения и поддержания нормального уровня смонтирован трубопровод  D426X4 мм от насосной I подъёма и производственного водовода ЦВС. На водоводе установлен затвор D400X20 c электроприводом, который открывается  при понижении уровня воды до -2,5 м  и закрывается при повышении уровня воды до 0,5 м. 

Первой группой насосов  типа Д1600-90 УХП – 4  (ст.№№1,2,3,4) вода по двум трубопроводам D820X20 мм подается к потребителям 5-ти клетьевого стана, отделения динамной стали. Второй группой насосов типа Д1600-90 УХП 4 вода подается  в маслоэмульсионного отделение. Третьей группой насосов типа ПРВП 63/22,5 (№91,92),которые работают в автоматическом режиме, откачивается вода из приямка аварийных и случайных вод. Также предусмотрена откачка из приямка аварийных вод, при срабатывании сигнализации затопления насосной, рабочим агрегатом №1 первой группы. При нормальной работе насосной станции три насоса работают в ручном или автоматическом режиме, пять насосов резервных.

Техническая вода в ЦПиО предназначена для охлаждения оборудования и создания температурного режима на 4-х и 5-ти клетьевых станах. Вода в ЦПиО подается по водоводам для охлаждения теплообменников, воздухоохладителей и конденсаторов холодильных машин, после чего возвращается для охлаждения на шестую насосную цеха водоснабжения (ЦВС) от агрегатов 4-х клетьевого стана и на насосную оборотного цикла маслоэмульсионного участка (МЭУ) от агрегатов 5-ти клетьевого стана.

Требования, предъявляемые к условно чистой технической воде:



- давление на вводе в ЦПиО ПХЛ, кгс/см2 (МПа)                          2,5 (0,25)

- температура, 0С, не более                                                                           27

- объемный расход потребляемой воды,м3/ч                                          5500

Водоохлаждаемое оборудование 4-х клетьевого стана включает в себя воздухоохладители, теплообменники, далее в обратный трубопровод. Водоохлаждаемое оборудование 5-ти клетьевого стана  включает в себя воздухоохладители, теплообменники и конденсаторы холодильных машин, далее в обратный трубопровод.

Для нормальной эксплуатации водоохлаждаемого оборудования недопустимо падение давления менее 1,5 кгс/см2,для предотвращения аварийной ситуации на 4-х и 5-ти клетьевых станах предусмотрены системы аварийной звуковой и световой сигнализации, которые установлены, для 4-х клетьевого стана на посту управления насосной №6 ЦВС и для 5-ти клетьевого стана в районе мастерской технологического персонала МЭУ.

Охлажденная вода, поступающая в ЦПиО с насосной МЭУ и 6-й насосной ЦВС обеспечивает стабильную работу оборудования 4-х и 5-ти клетьевых станов. К водоохлаждаемому оборудованию ЦПиО относятся:

- воздухоохладители систем вентиляции и обдува электрических машин главных приводов;

- теплообменники маслоподвалов и насосно-аккумуляторных станций;

- конденсаторы холодильных машин 5-ти клетьевого стана.

При повышении температуры вентиляционных камерах в машинных залах до аварийного уровня срабатывает световая и звуковая сигнализация в машинных залах дежурных электриков. Температура воды на вводе в ЦПиО контролируется ртутным термометром типа ТП-2. Давление контролируется манометром, установленным на трубопроводе, типа МП4-УУ2

Техническая вода в ЦДС предназначена для охлаждения оборудования и создания температурного режима в протяжных печах. Вода в ЦДС подается  по водоводу для охлаждения теплообменников в камерах быстрого охлаждения на «А» и «Б», после чего сбрасывается в приемный резервуар насосной станции условно чистой воды ЦДС, откуда перекачивается в приемную камеру насосной станции маслоэмульсионного участка (МЭУ).

Требования, предъявляемые к условно чистой технической воде:

- давление на вводе в ЦДС ПХЛ, кгс/см2 (МПа)                            2,5 (0,25)

- температура,0С,не более                                                                            27

- объемный расход потребляемой воды, м3/ч                                           700

Водоохлаждаемое оборудование печей обезуглероживания включает в себя фланцы охлаждения турбин (6шт.), холодильники турбин (12шт), камеры со змеевиками (2шт.),сброс воды осуществляется в сливные воронки, далее  в обратный трубопровод.

Водоохлаждаемое оборудование печей рекристаллизации включает в себя фланцы охлаждения турбин (7шт), холодильники турбин (14шт.),сброс воды осуществляется в сливные воронки, далее в обратный трубопровод.

Для нормальной эксплуатации водоохлаждаемого оборудования недопустимо падение давления менее 1,5 кгс/см2 (0,15 МПа), для предотвращения аварийной ситуации на линиях предусмотрена система звуковой и световой сигнализации, которая установлена в центральном пролете в районе ПУ-2.3

Насосная станция условно чистой воды ЦДС ПХЛ предназначена для откачки условно чистой отработанной воды в приемный резервуар насосной МЭУ. Насосная станция работает как в ручном, так и в автоматическом режиме. В насосной станции установлено 4 насоса. Рабочее давление  в напорном трубопроводе после насосной условно чистой воды 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа). Максимальная производительность насосной станции 700 м3/ч. При отключении насосов и переполнении резервуара на щите  управления расположенного на нулевой отметке срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Нагретая вода от потребителей 5-ти клетьевого стана, отделения динамной стали, маслоэмульсионного отделения поступает в уравнительный бак напоров воды, с бака на градирню. Охлажденная вода с градирни по трубопроводу D1220 мм подается в аванкамеру насосной.

Таблица 2.1 - Техническая характеристика оборудования насосной МЭУ

Группа оборудования

Наименование оборудования

№ агрегата

Техническая характеристика







Q м3/час

Н

м.в.ст

n

об/мин

I группа

насос Д1600-90УХП.4

1,2,3,4

1000

40

980



II группа

насос Д1600-

90УХП.4



5,6,7,8



1000



40



980



III группа



Насос ПРВП







63



22,5



1450

III группа

кран-балка





г/п - 3,2 т.с.



Давление, создаваемое насосами водооборотной станции МЭУ, в трубопроводах после перекачки воды на 5-ти клетьевой стан, МЭУ, ЦДС должно быть близко к 4,0 кгс/см2. Оно контролируется манометром типа МП4-УУ2, установленным на нагнетательном трубопроводе. Предельное отклонение давления от номинальной величины должно составлять не более 0,5кгс/см2 	При понижении давления в водопроводной сети должен включиться резервный насос. При отключении одного насоса оставшийся в работе насос перегружается, что может привести  к срабатыванию защиты.		

2.2 Требования к электроприводу

Насосы, работающие на водооборотной станции МЭУ, должны поддерживать заданное давление в напорном коллекторе сети. Для таких насосов необходимо выбрать электропривод, который обеспечит наименьшее потребление энергии, наиболее полное устранение избыточных напоров, предотвращение неэкономичных и опасных режимов работы агрегатов (кавитации, помпажа, гидравлических ударов). Электропривод должен обеспечить плавный пуск насоса, что позволит снизить гидравлический удар и ударные нагрузки на подшипники агрегата. Процесс регулирования осложнен несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Для увеличения подачи воды по трубопроводу напор на насосной станции надо увеличивать, а характеристики центробежных насосов таковы, что при увеличении подачи воды напор, развиваемый насосом, падает. В тоже время при уменьшении подачи воды напор насоса следовало бы  тоже уменьшить, а он увеличивается, поэтому в периоды уменьшенного водопотребления система водоснабжения работает с избыточным напором, который гасится в водоразборной арматуре у потребителя. При этом нерационально расходуется энергия на создание избыточных напоров. Под воздействием избыточных напоров увеличиваются утечки и непроизводственные расходы воды, возникают повышенные механические напряжения в стенках труб.  Несоответствие в режимах работы насосов и трубопроводов может быть устранено изменением частоты вращения рабочих колес насосов. Частота вращения должна регулироваться в соответствии с изменением водопотребления. При уменьшении частоты вращения насоса уменьшается его подача воды и развиваемый им напор. При увеличении частоты вращения напор увеличивается одновременно с увеличением подачи воды. Регулированием частоты вращения насоса его рабочие параметры приводятся в соответствии с режимом работы водопроводной сети. Чтобы изменить частоту вращения насоса, его оснащают регулируемым приводом. К числу факторов, влияющих на частоту вращения насоса, относятся: расход воды в системе, уровень в резервуарах, значение статического  и динамического противодавления, количество параллельно работающих насосов и прочие. 

2.3 Предложения по модернизации 

На сегодняшний день энергетическую основу производства составляет электрический привод, технический уровень которого определяет эффективность функционирования  технологического оборудования. Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности и надежности за счет дальнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Прогрессивным явлением в этом процессе является применение микропроцессора и микроЭВМ, позволяющих существенно расширить функциональные возможности автоматизированного электропривода и улучшить его технические и экономические характеристики. 

Успехи в развитии полупроводниковой техники позволили широко использовать в металлургии регулируемые источники питания на базе тиристоров с бесконтактными системами автоматического управления. Мощность отдельных тиристорных преобразователей достигает десятков тысяч киловатт. Большая гибкость управления и широкие возможности в отношении полноты автоматизации обеспечиваются благодаря широкому применению интегральных аналоговых и дискретных устройств, вычислительной техники, унифицированных блочных систем регуляторов.

В системах автоматического управления насосными станциями широко применяется регулируемый привод на базе преобразователей частоты в сетях переменного тока, и на базе тиристорных преобразователей для привода постоянного тока. Применение регулируемого электропривода  дает возможность не только сэкономить энергию, но и снизить утечки и непроизводственные расходы воды за счет стабилизации давления в сети. Система  с таким приводом изменяет подачу воды в соответствии с изменением водопотребления в системе, обеспечивает работу насосных агрегатов в рабочей зоне, препятствуя возникновению перегрузки, помпажа, кавитации, а также работе насосных агрегатов в зоне низких КПД. Система снижает энергопотребление до минимально возможного значения. При существенном изменении водопотребления система сигнализирует дежурному персоналу о необходимости изменения количества работающих агрегатов. 

Наряду с регулируемым электроприводом в энергосберегающих системах автоматизированного управления  режимами работы насосных установок находят применение устройства плавного пуска. В технической литературе эти устройства носят также названия: устройства мягкого пуска, софт-стартеры. Устройства плавного пуска в отличие от регулируемого электропривода не рассчитаны на длительную работу. После завершения пуска они отключаются от механизма, пущенного в работу, после чего используются для включения в работу других механизмов. Плавный пуск и остановка электродвигателей насосных агрегатов обеспечивается плавным изменением напряжения на выходе устройства плавного пуска. Частота  на выходе преобразователя остается постоянной и соответствует частоте питающей сети. Предусматривается четыре режима работы устройства плавного пуска: ручной, суточный, недельный и режим «сухой контакт». В ручном режиме пуск и остановка электродвигателя производятся нажатием кнопок «плавный пуск» и «плавный останов». Устройство обеспечивает также самозапуск электродвигателей после пропадания напряжения на одной или на нескольких фазах со стороны питающей сети. При установлении недельного или суточного режима УПП обеспечивает автоматическое включение и отключение агрегата в заданное время в зависимости от дня недели или времени суток. В режиме «сухой контакт» обеспечивается автоматическое включение и отключение насосного агрегата по состоянию датчика «сухой ход», т.е. насос включается в работу при достижении определенного уровня воды в резервуаре и отключается, когда уровень снижается ниже допустимого. Устройство снабжено защитой от исчезновения напряжения или снижения напряжения более чем на 10% номинального значения, а также от превышения напряжения более чем на 10% номинального значения. В устройстве, кроме того, предусмотрена защита от несимметричности токов в фазах электродвигателя, от перегрева и недопустимых перегрузок электродвигателя при пуске, остановке и в номинальном режиме работы. 

УПП обеспечивает плавное повышение напряжения, подаваемого на электродвигатель от 0 до номинального значения в заданное время. Благодаря этому пусковой ток уменьшается в 4-5 раз, исключаются ударные нагрузки на подшипники агрегатов и лобовые части обмоток статоров электродвигателей. Кроме того, улучшаются условия эксплуатации токоподводящего электрооборудования: автоматических выключателей, ошиновки, кабелей и пр.

На данный момент насосные агрегаты водооборотной станции МЭУ имеют электропривод. Электродвигатели запускаются по схеме «прямой пуск». Ввод в работу какого-либо насоса постоянно сопровождается большими пусковыми токами. Учитывая, что насосы находятся в работе длительное время, нагнетая нужное давление, а водопотребление изменяется незначительно, то применение регулируемого электропривода нецелесообразно. Наиболее эффективно было бы использовать устройство плавного пуска, с помощью которого можно будет вводить в работу любой из восьми существующих насосных агрегатов водооборотной станции. Наличие такого устройства позволит экономично и рационально эксплуатировать насосы в соответствии с технологическими условиями их эксплуатации.



























3  ВЫБОР И ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ

3.1 Определение мощности и выбор электродвигателя

Насосы относятся к механизмам центробежного типа, в силу особенностей их конструкции и условий технологического процесса не требуют реверсирования. Отличительной особенностью данных механизмов являются облегчённые условия пуска. Эти механизмы, как в нормальных режимах, так и после аварийного отключения запускаются, как правило, вхолостую, при этом момент трогания не превышает 30-35% номинального момента. Для механизмов с вентиляторной нагрузкой, которые пускаются под нагрузкой, момент сопротивления плавно возрастает с увеличением скорости, что благоприятно согласуется с формой механической характеристики асинхронного электродвигателя.

Режим работы механизмов центробежного типа определяется тремя величинами: подачей (Q), напором (Н) и угловой скоростью (?). Эти величины также определяют момент сопротивления и мощность на валу механизма. Эксплуатационные свойства механизмов центробежного типа определяются Q-H - характеристикой и зависимостью КПД от подачи при постоянной скорости ? =  const.

Теоретический расчёт указанных характеристик представляет большие трудности, поэтому на практике пользуются экспериментальными зависимостями H=f(Q) и n=?(Q) которые приводятся в каталогах механизмов для неизменной номинальной скорости ?ном. 

Установившийся режим работы центробежного насоса при скорости ?=const определяется графическим способом - точкой пересечения соответствующей Q-H характеристики и характеристики магистрали подключённой к механизму насоса. Для механизмов центробежного типа напор (Н) измеряется в единицах давления и его можно трактовать как энергию, сообщаемую единице объёма жидкости



Рисунок 3.1 -  Характеристика насосного агрегата 1Д1600-90

На насосной станции установлены восемь насосов типа 1Д1600-90. Одновременно в работе находятся три насоса. Технические характеристики насоса приведены в таблице 3.1.

                                                                                                              











Таблица 3.1 - Показатели технической и энергетической эффективности насоса

Типоразмер насоса

Частота вращения, об./мин.

К.П.Д.

%

Подача,

м3/ч, (м3/с)

Напор,

м

Потребляемая мощность,

кВт

1Д1600-90

980

85

1000(0,28)

40

155

Теоретическая (полезная) мощность насоса , кВт определяется по формуле 



                                    ,  кВт                                            (3.1)

                                          

где   Q – производительность насоса, м?/час;

H – напор насоса, м;

? – плотность перекачиваемой жидкости, кг/см?.

Для технической воды при ? = 1 кг/см? формула (1.1) приобретает вид 



                                                                                                       (3.2)      

          

 кВт



При определении теоретической (полезной) мощности не учитывались:

а) гидравлические потери, возникающие при движении воды от входа до выхода насоса и учитываемые гидравлическим КПД;

б) объемные потери, обусловленные утечкой воды через зазоры уплотнительных колец и учитываемые объемным КПД;

в) механические потери, возникающие от трения вала в подшипниках, потерь в сальниках, а также вследствие трения воды о диски колеса и учитываемые механическим КПД.

Мощность электродвигателя с учетом потерь, , кВт определяется по формуле 



                                      ,                                                      (3.3)



где  ?н. –  полный КПД насоса;

?п. – К.П.Д. передачи;

kз. – коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки при пусках и торможениях.   

      

кВт. 



Для приводов, работающих в продолжительном номинальном режиме с нерегулируемой скоростью, значение мощности выбирается ближайшей большей к расчетной мощности нагрузки по условию 



                                                                                                   (3.4)      

                                

и проверка на механическую перегрузку и надёжность разгона  не требуется.

	Из условия (3.4), а также учитывая частоту вращения насоса,  выбираем электродвигатель 4АМН315М6У3 с номинальной мощностью Рном.дв.=160 кВт

	Данные электродвигателя  представлены в таблице 3.2.

	

	                                                                                                           

	  Таблица 3.2 - Технические данные двигателя основного исполнения; степень защиты IP 44, напряжением 380/660

	Параметр

	Значение

	Номинальная мощность Р2ном, кВт

	160

	Электромагнитные нагрузки

Максимальная индукция в воздушном зазоре B? , Тл

	0,85

	

Линейная токовая нагрузка статора Аа, А/см

	455

	

Плотность тока в обмотке статора J, А/мм?

	4,7

	Энергетические показатели

Коэффициент полезного действия ?, %

	94

	

Коэффициент мощности сos

	0,87

	Параметры схемы замещения, отн. ед.

Индуктивное сопротивление, Х`

	3,7

	

Активное сопротивление обмотки статора R'1

	0,023

	

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, X`1

	0,11

	

Приведенное активное сопротивление ротора, R''2

	0,016

	

Приведённое индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, X''2

	0,14

	Синхронная частота вращения n0 ,об/мин

	1000

                                                                                                        

Таблица 3.3 - Пусковые свойства электродвигателя

	Механическая

	характеристика

Кратность пускового момента mn

	1,2

	

Кратность минимального момента mн

	0,9

	

Кратность максимального момента mк

	1,9

	

Номинальное скольжение Sном, %

	1,8

	

Критическое скольжение Sкр, %

	6,5

Отношение пускового тока к номинальному iп

	6,0

Начальная скорость нарастания температуры обмотки статора при заторможенном роторе и пуске двигателя из практически холодного состояния ?t , °С/с

	4,0

Динамический момент инерции ротора Jд,р, кгм2

	6,1

Длительность пуска двигателя вхолостую tno, c

	0,3

Предельно допускаемое число пусков в час ho

	450



Номинальный ток двигателя I1ном. ф., А определяется по формуле: 



                                                                    (3.5)



где  Р2н – номинальная мощность электродвигателя, Вт;

Uн – линейное напряжение электродвигателя, В;

cos? – номинальный коэффициент мощности;

 ? – номинальный К.П.Д.



А.



Номинальный момент электродвигателя, Мн, Нм, определяется по формуле



                                                     ,                                                       (3.6)



где ?н – номинальная скорость электродвигателя, с-1.



                                                   .                                               (3.7)



 с-1



 Н·м.



Критический момент двигателя Мк, Н·м, при заданной перегрузочной способности находится по формуле

                                              ,                                                   (3.8)



где kм – коэффициент перегрузочной способности электродвигателя.



 Нм

3.2 Выбор управляемого преобразователя

В соответствии с требованиями к электроприводу  насосной установки регулирование скорости не требуется. Поэтому, чтобы не увеличивать капитальные затраты на приобретение преобразователя частоты предлагается использовать устройство плавного пуска (УПП)  асинхронным электродвигателем. Системы с УПП находят широкое промышленное применение для осуществления управляемых пуско-тормозных режимов с ограничением уровня пусковых токов и моментов, что обусловлено технологическими требованиями. При внедрении системы плавного пуска оказывается возможным несколько снизить пускотормозные  потери, т. е. наряду с обеспечением требований технологии решать задачи энергосбережения. 

Ещё одна возможность использования систем плавного пуска для энергосберегающего управления связана с работой недогруженного асинхронного двигателя в зоне номинальной скорости.

Из всех существующих фирм, выпускающих устройства плавного пуска была выбрана фирма Schneider  Electric и устройство плавного пуска и торможения Altistart 48. 

Функциональные возможности электропривода состоят в следующем:

	специальный алгоритм управления моментом, реализованный в устройствах плавного пуска Altistart 48; 

	поддержание момента, развиваемого двигателем во время ускорения и

	замедления (значительное уменьшение ударных нагрузок); 

	простота настройки ускорения при разгоне и пускового момента; 

	 возможность закоротки устройства с помощью обходного контактора       по окончании пуска с поддержанием электронных защит; 

	Функции защиты двигателя и механизма:

	встроенная косвенная тепловая защита двигателя;

	обработка информации с терморезисторов (позисторов);

	контроль времени пуска;

	предварительный обогрев двигателя;

	зашита от недогрузки и перегрузки в установившемся режиме.

	Функции, облегчающие интегрирование в системы автоматизации:

	4 дискретных входа, 2 дискретных выхода, 3 релейных выхода и 1 аналоговый выход; 

	съемные клеммники входных и выходных цепей управления; 

	 функция конфигурирования второго двигателя, простота адаптирования настроек;

	отображение электрических параметров, состояния нагрузки и времени

	работы.......................