Насосная установка

Изм.



Лист



№ докум.



Подпись



Дата



Лист







БР-УлГТУ-13.03.02-17-2017



133

Изм.



Лист



№ докум.



Подпись



Дата



Лист







БР-УлГТУ-13.03.02-17-2017



133

ВВЕДЕНИЕ



	Рациональное использование водных и топливно-энергетических ресурсов, а также охрана окружающей среды определили направление развития систем водо - и теплоснабжения. При проектировании новых и реконструкции существующих систем водоснабжения все чаще предусматривается создание систем бессточного водопользования на базе замкнутых циклов. Основными энергетическими звеньями систем водоснабжения, обеспечивающими перемещение различных жидких сред по водопроводам, являются насосные станции.

	В настоящее время очень много производственных объектов, которые нельзя представить без автоматического управления различных систем. Одним из наиболее распространенных систем автоматического управления являются насосные станции или установки.

	Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной насосной установки холодоснабжения производственного объекта.

	Автоматизированные насосные установки позволяют дистанционно регулировать подачу воды или других жидкостей под нужным давление и в нужном количестве. Для поддержания необходимого давления в системах холодоснабжения целесообразно была установка насосной станции, для автоматизации которой была разработана система управления преобразователем частоты, датчиком давления и необходимой электронной аппаратурой.

	Частотно-регулируемый электропривод используется в системах автоматизированного управления (САУ) насосных установок, чтобы с его помощью привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы обслуживаемой системы подачи жидкости, например, водопроводной или канализационной сети города или промышленного предприятия. Водопотребление и, соответственно, сток загрязненных вод непрерывно изменяются во времени и в достаточно широком диапазоне (1/2 — 1/4). Характер изменения водопотребления определяется случайно-вероятностными законами. Чтобы отслеживать эти изменения, необхо-

	димо непрерывно регулировать режим работы насосной установки. Процесс ре-

	гулирования осложняется несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Чтобы подать увеличенный расход воды по трубопроводу, напор на насосной станции надо увеличивать, а характеристики центробежных насосов таковы, что при увеличении подачи воды напор, развиваемый насосом, падает. В то же время при уменьшении подачи воды напор насоса следовало бы тоже уменьшить, а он увеличивается. Поэтому в периоды уменьшенного водопотребления системы водоснабжения работают с избыточным напором, который гасится в дросселирующих устройствах или в водоразборной арматуре у потребителя. При этом энергия, потребляемая насосами, нерационально расходуется на создание избыточных напоров, под воздействием которых увеличиваются утечки и непроизводительные расходы воды, возникают повышенные механические напряжения в стенках труб.

	Использование преобразователя частоты для сокращения расходов электроэнергии определяет актуальность выбранного объекта проектирования, так как наблюдается постоянный рост стоимости электроэнергии.

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

1.  ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР

1.1. Общие сведения



Установки АНУ предназначены для повышения давления воды и используются в системах водоснабжения объектов ЖКХ, промышленности, сельского хозяйства. Перекачиваемая жидкость – вода, не содержащая абразивных и длинноволокнистых включений, а также близкие к воде по вязкости, плотности, концентрации взвешенных частиц и химической активности жидкости. Температура перекачиваемой жидкости – от -200 С до +750 С. Характеристики воды должны соответствовать ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. [11]

По условиям применения в существующих системах водоснабжения установки АНУ подразделяются: ВС – предназначены для повышения давления в открытых системах водоснабжения; НО – предназначены для поддержания заданного перепада давления в замкнутых системах отопления/охлаждения.

? каждый насос в установке оборудован на входе задвижкой (затвором), на выходе – обратным клапаном и задвижкой (затвором);

? установки АНУ виброизолированы от фундамента и подводящих трубопроводов;

? на подводящих и отводящих коллекторах установлены необходимые измерительные приборы (КИП) и датчики;

? подводящие и отводящие коллектора защищены коррозионностойким цинковым покрытием;

? установки АНУ комплектуются станциями управления под различные системы регулирования;

? электронасосы установок защищены от перегрузок по току потребления электродвигателя, недостатков напряжения питания и от работы «в сухую»;

? каждая установка поставляется в смонтированном состоянии, готовой к подключению и эксплуатации, за исключением установок с опциями,

предусматривающими дополнительную работу по монтажу на объекте заказчика. [1]



1.2.  Насосная установка



	№ 98 493, Автор(ы): Груздилович Леонид Михайлович, Линевич Александр Владимирович, Куканков Геннадий Петрович, Хлуд Николай Григорьевич.

	Полезная модель относится к насосным установкам, предназначенным для нагнетания различных типов жидкостей в скважину при проведении гидравлических и кислотных разрывов нефтяных и газовых пластов, а так же в составе комплекса с применением колтюбинговой установки для проведения работ по промывке скважин, гидропескоструйной обработке призабойной зоны и других работ при ремонте скважин. Насосная установка расположена на шасси автомобиля с колесной формулой 8х8, на платформе которого установлен силовой агрегат, насос высокого давления, соединенный трансмиссией с приводным двигателем силового агрегата, манифольды низкого и высокого давления, система подогрева и охлаждения, а также система управления насосной установкой. Насосная установка дополнительно содержит опрессовочный насос и электросистему, установленные на платформе шасси автомобиля. Для повышения эффективности работы насосной установки в качестве насоса высокого давления в установке используется трехплунжерный насос производительностью 4500 л/мин с приводным двигателем от силовой установки с электронной системой управления и автоматическим отслеживанием аварийных режимов работ. Для обеспечения надежной работы насосной установки в трансмиссии перед трехплунжерным насосом 

	установлен дисковый тормоз, а в манифольде низкого давления - гаситель пульсаций рабочей жидкости, на входном фланце трехплунжерного насоса установлен демпфер. Трансмиссия содержит гидромеханическую семискоростную коробку передач и карданный вал. Система охлаждения выполнена в виде блока радиаторов с программно управляемым вентилятором. Управление насосной установкой осуществляется с выносного пульта управления, так же система управления может быть установлена в отдельном комплексе в составе оборудования по гидроразрыву пластов.

	Работа насосной установки: Наличие двух силовых установок, а также выполнение трансмиссии из двух планетарных четырехскоростных коробок передач и суммирующего редуктора, передающего крутящий момент от приводных двигателей силовых установок на трехплунжерный насос, усложняет конструкцию и снижает надежность насосного агрегата.

Отсутствие в составе насосного агрегата опрессовочного насоса и электросистемы для освещения установки требует привлечения дополнительного оборудования, что снижает эффективность работы установки. Наличие двух силовых установок, а также выполнение трансмиссии из двух планетарных четырехскоростных коробок передач и суммирующего редуктора, передающего крутящий момент от приводных двигателей силовых установок на трехплунжерный насос, усложняет конструкцию и снижает надежность насосного агрегата. [37]



1.3.  Станция управления насосной установкой



№ 97 884, Автор(ы): Иванов Александр Александрович



Изм.



Лист



№ докум.



Подпись



Дата



Лист







БР-УлГТУ-13.03.02-13/486-2017



133

Изм.



Лист



№ докум.



Подпись



Дата



Лист







БР-УлГТУ-13.03.02-13/486-2017



133Станция управления насосной установкой , содержащая шкаф управления, защиты и сигнализации, блок преобразователя частоты, включающий блок силовой электроники и систему управления, расположенные на радиаторе, систему принудительного охлаждения и нагрева первого объема шкафа, систему принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами станции управления насосной установки и систему принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты, включающую первый короб, формирующий воздушный канал, укрепленный на внутренней стороне задней стенки шкафа, боковая стенка которого имеет отверстие для забора охлаждающего воздуха, по меньшей мере, один центробежный вентилятор, расположенный внутри второго короба, формирующего воздушный поток, расположенного напротив выходного отверстия для вывода горячего воздуха первого короба и имеющего собственное выходное отверстие, кроме того, первый короб имеет отверстие для установки радиатора, 

причем ребра радиатора расположены в воздушном канале вдоль потока, а основание радиатора установлено внутри шкафа с обеспечением изоляции вышеуказанного воздушного канала от основного объема шкафа, причем система принудительного охлаждения второго объема шкафа с реактивными элементами включает, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный внутри второго объема шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, которое вместе с выходными отверстиями вывода нагретого воздуха в окружающую среду расположено на задней стенке второго объема шкафа, каждая система принудительного охлаждения содержит собственный климат-контроллер с, по меньшей мере, одним датчиком температуры, датчик температуры системы принудительного охлаждения радиатора расположен на основании радиатора, датчики температуры других систем принудительного охлаждения расположены внутри соответствующих охлаждаемых объемов, а система принудительного охлаждения первого объема содержит, по меньшей мере, один тепловентилятор и, по меньшей мере, один приточный вентилятор, расположенный напротив выходного отверстия третьего короба, расположенного на внутренней стороне двери шкафа напротив входного отверстия для забора охлаждающего воздуха окружающей среды, отличающаяся тем, что содержит дополнительный объем шкафа, примыкающий к задней стенке первого объема шкафа, в котором размещены группы клемм электрического ввода и вывода и второй короб системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя  частоты, причем  каждая группа клемм расположена в отдельном от-

секе, снабженном собственной дверцей, а крыша шкафа накрывает одновременно первый и дополнительный объемы шкафа.

2. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что радиатор выполнен из двух секций, на первой из которой расположены силовые элементы управляемого выпрямителя и первой фазы трехфазного инвертора преобразователя частоты, а на второй секции расположены силовые элементы второй и третьей фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты.

3. Станция управления насосной установкой по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что на каждой секции радиатора расположены два датчика температуры, каждый из которых установлен непосредственно около силового элемента.

4. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что системы принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты имеют два независимых продольных канала первого и второго короба и два центробежных вентилятора, расположенных соответственно напротив каждого выходного отверстия соответствующего канала первого короба для вывода горячего воздуха, а второй короб имеет выходное отверстие в каждом канале.

5. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что каждая дверца отсеков группы клемм короче собственного отсека, а нижняя стенка каждого отсека выполнена с наклоном к внешней стороне дополнительного объема шкафа.

6. Станция управления насосной установкой по п.1, отличающаяся тем, что второй объем шкафа с реактивными элементами расположен одновременно под основным и дополнительными объемами шкафа.

Станция управления включается в трехфазную цепь питания и при этом режим работы станции управления задается контроллером со средствами ввода/вывода информации о режиме работы станции, в соответствии с заданной программой. При этом напряжение питания по трехфазной электросети через входной дроссель подается на блок преобразователя частоты, генерирующий сигнал заданной частоты и напряжения, служащий для задания час

тоты вращения вала электродвигателя погружного электроцентробежного насоса насосной установки. Основными контролируемыми параметрами процесса подъема пластовой жидкости являются фазные токи в цепи электродвигателя погружного насоса, которые контролируются посредством датчиков фазных токов в цепи электродвигателя, с которых полезный сигнал поступает на контроллер, который на основании полученной информации задает режим работы насосной установки.



Поддержание необходимого температурного уровня в размещенных внутри шкафа управления, защиты и сигнализации электрических устройств (в частности, реактивных элементов (дросселей, конденсаторов и силовых модулей блока преобразователя частоты)) производится системой климатизации (основой которой является система нагрева, нагнетания и вывода из нее воздуха).

Наиболее термонапряженными элементами являются силовые модули преобразователя частоты. Их термостабилизация обеспечивается системой принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты. То обстоятельство, что радиатор выполнен из двух секций, на первой из которых расположены силовые элементы управляемого выпрямителя и первой фазы трехфазного инвертора преобразователя частоты, а на второй секции расположены силовые элементы второй и третьей фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты позволяет повысить равномерность температурного поля радиатора, что повышает эффективность теплоотвода к охлаждающему потоку воздуха.

Кроме того, повышению равномерности темперетурного поля радиатора способствует то обстоятельство, что в предлагаемой конструкции система принудительного охлаждения и нагрева радиатора преобразователя частоты имеет два независимых продольных канала первого и второго короба и два центробежных вентилятора, расположенных соответственно напротив каждого выходного отверстия соответствующего канала первого короба для вывода горячего воздуха, а второй короб имеет выходное отверстие в каждом канале.

Недостатком данной станция управления является относительно неэффективная система охлаждения силовых элементов управляемого выпрямителя и фаз трехфазного инвертора преобразователя частоты, не позволяющая реализовать равномерное температурное поле радиатора, наиболее эффективное с точки зрения теплоотвода к охлаждающему потоку воздуха. [37]



1.4.  Автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном времени основных показателей работы насосных станций с центробежными электронасосами в системах

водоснабжения и водоотведения



№ 2 475 682, Автор(ы): Кричке Владимир Оскарович, Волков Юрий Вениаминович, Макеев Александр Евгеньевич

Система относится к области водоснабжения и водоотведения городов, сельской местности и промышленных объектов и может быть использовано для измерения и учета расхода воды с целью регулирования системы водоснабжения и водоотведения. Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль и анализ каждой насосной установки: объемного и массового расхода перекачиваемой жидкости, давления, создаваемого насосом, потребляемой мощности, коэффициента полезного действия насоса, удельного расхода электроэнергии, наработки на отказ, температуры на подшипниках насоса, температуры корпуса насоса, уровня вибрации. Для этого система содержит: датчики давления на входе и выходе из насоса, статический преобразователь мощности, датчики температуры и датчик замера вибрации и паспортные характеристики насоса вместе с новой расходной характеристикой Q=f(M). Система снабжена системой передачи данных по всем контролируемым параметрам на диспетчерский пункт с ЭВМ, содержащей базу данных по всем измеряемым параметрам, полученная информация по системе передачи данных передается на диспетчерский пункт для анализа и хранения.

В предлагаемой автоматизированной системе производится текущее из-

мерение параметров насосных установок с передачей данных на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных станций, что позволяет своевременно принять меры по ликвидации возможных отклонений в работе насосных установок от заданных режимов, которые могут привести к авариям насосных агрегатов и нарушению работы всей автоматизированной информационной системы.

Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль и анализ каждой насосной установки путем измерения объемного и массового расхода перекачиваемой жидкости, давления, создаваемого насосом, потребляемой мощности, коэффициента полезного действия, удельного расхода электроэнергии, наработку на отказ, температуры подшипников у насосов, температуры корпуса насоса, уровня вибрации. Для этого система содержит: датчики давления на входе и выходе из насоса, статический преобразователь мощности в электрической сети, датчики температуры и датчики замера вибрации. Система снабжена системой передачи данных по всем контролируемым параметрам на диспетчерский пункт с ЭВМ, содержащей базу данных по всем контролируемым параметрам, с помощью которых вычисляются все необходимые данные. [37]



1.5.  Насосная система



№ 2 318 133, Автор(ы):Троицкий Владимир Михайлович, Троицкий Леонид Владимирович

Устройство предназначено для использования в системах высокого давления. Система содержит установочную плиту с расположенными на ней стойками. На ее верхних концах закреплены корпус и привод. На наружной поверхности сверху привода расположено основание, на котором установлена втулка. Наружная поверхность верхней части втулки выполнена с возможностью соприкосновения с внутренней поверхностью корпуса. На наруж-

ной поверхности корпуса сверху неподвижно закреплен цилиндр. Внутри втулки с возможностью соприкосновения с ее внутренней поверхностью соосно размещена гильза. Внутри гильзы размещен обращенный дном к внутренней поверхности верхней части корпуса стакан с отверстием в дне для посадки цилиндра на корпус. На выходном валу привода установлен шпиндель

 с резьбой. Выходной вал привода соединен с помощью муфты со шпинделем, расположенным в двухрядном шариковом сферическом подшипнике, установленном на основании. Шпиндель и подпружиненная шпиндельная гайка расположены с возможностью вращения друг относительно друга. Нижние концы стоек закреплены на установочной плите, а их верхние концы расположены в подшипниках скольжения, размещенных в направляющих отверстиях, выполненных в корпусе. Привод жестко прикреплен к установочной плите. Подпружиненная шпиндельная гайка выполнена с полым хвостовиком, имеющим боковую поверхность в виде цилиндрической поверхности, концентрической по отношению к боковой поверхности стакана, образующей вместе с боковой поверхностью полого хвостовика полость для размещения в ней пружины подпружиненной шпиндельной гайки. На торцевой поверхности полого хвостовика выполнено посадочное место с теплоизолирующей прокладкой, соответствующей накидной гайке цилиндра, заправочное отверстие которого выполнено с возможностью закрывания его пробкой. Его приемное отверстие выполнено с имеющим теплоизолирующую поверхность фланцем, устанавливаемым на наружную торцевую поверхность корпуса, и с внутренним уплотнительным гнездом, в котором размещена опора скольжения, прижимаемая к нижнему торцу цилиндра накидной гайкой. Теплоизолирующая поверхность фланца цилиндра, торец накидной гайки и подпружиненная шпиндельная гайка с полым хвостовиком выполнены с возможностью создания начального растяжения пружины подпружиненной шпиндельной гайки за счет установки фланца цилиндра на корпус и расположения накидной гайки на посадочное место полого хвостовика.

Расширяются функциональные возможности за счет увеличения точности измерения объема, давления и температуры сжимаемой жидкости в интервале давлений до сотен мегапаскалей.

Насосная система работает следующим образом. Внутренняя полость цилиндра полностью заполняется исследуемой жидкой пробой со стороны заправочного отверстия цилиндра, которое затем закрывается пробкой с датчиком температуры. При включении электродвигателя шпиндель через понижа-

ющий волновой редуктор, выходной вал и муфту приводится во вращение. При этом электродвигатель, волновой редуктор, основание и втулка не перемещаются в осевом направлении, как одно целое, так как привод жестко закреплен на установочной плите. Подпружиненная шпиндельная гайка движется поступательно по резьбовой части шпинделя, не вращаясь относительно втулки из-за наличия на ней системы прямолинейных направляющих, валика и шарикоподшипника. При этом за счет пружины, посредством которой осуществляется упругая связь между цилиндром и подпружиненной шпиндельной гайкой, обеспечивается поступательное перемещение корпуса (с закрепленным на нем цилиндром) по стойкам. опасность поступательного движения цилиндра относительно вращающегося плунжера обеспечивается направляющими отверстиями  в корпусе с подшипниками скольжения  и проходящими через них стойками, а также опорой скольжения , размещенной в уплотнительном гнезде . Линейное перемещение цилиндра относительно плунжера является функцией сжимаемости жидкой пробы или относительного изменения объема пробы. Это линейное перемещение измеряется датчиком объема.

Осевая сила, возникающая при сжатии жидкой пробы и пропорциональная удлинению пружины, измеряется датчиком давления либо дополнительным пьезоэлектрическим датчиком давления, встроенным в пробку.

Реактивный момент электродвигателя, возникающий при вращении шпинделя и обусловленный силами трения между его резьбой и резьбой подпружиненной шпиндельной гайки, а также между плунжером  и уплотнительными кольцами, воспринимается через шарикоподшипник валика  прямолинейными направляющими  втулки  и полностью компенсируется противодействующим моментом со стороны втулки  за счет ее жесткого закрепления 

через основание, редуктор и электродвигатель к установочной плите.

При установке цилиндра его теплоизолирующая поверхность фланца устанавливается на торцевую внешнюю поверхность корпуса. При этом плунжер входит через опору скольжения и уплотнительные кольца в приемное отверстие цилиндра, а нижний торец накидной гайки через теплоизолирующую прокладку садится на посадочное место хвостовика подпружиненной шпиндельной гайки. Геометрические размеры пружины, посадочного места хвостовика шпиндельной гайки, цилиндра со стороны его теплоизолирующей фланцевой поверхности и накидной гайки подобраны таким образом, чтобы при полной посадке цилиндра на торцевую внешнюю поверхность корпуса накидная гайка опиралась на посадочное место хвостовика, обеспечивая начальное растяжение пружины. Это начальное растяжение происходит за счет перемещения вверх стакана относительно гильзы. При этом корпус также перемещается вверх по стойкам через направляющие отверстия и подшипники скольжения. Таким образом, осуществляется начальное растяжение пружины, устраняющее неопределенность определения удлинения пружины в процессе измерения давления и обусловленное вибрациями, нестабильностью работы электродвигателя, пуском и остановом привода, непреднамеренными сотрясениями и т.д. Кроме того, созданием начального растяжения пружины обеспечивается перенос измеряемых значений ее деформаций (растяжений) в линейную область зависимости создаваемых давлений от деформации пружины. При этом точность калибровки удлинения пружины, а значит и точность измерения давления, существенно возрастает, так как аппроксимация удлинения пружины осуществляется в этом случае линейной функцией.

Подпружиненная шпиндельная гайка с хвостовиком обеспечивает в данном изобретении не только начальное растяжение за счет посадочного места, но образует своей внешней цилиндрической поверхностью концентрическую поверхность стакану, при этом между внешней поверхностью подпружиненной шпиндельной гайки и внутренней поверхностью стакана создается

 герметичное пространство, в которое помещается пружина. Таким образом, за счет вложения подпружиненной шпиндельной гайки с хвостовиком в по-

лость стакана образуется дополнительная связь, препятствующая торцевым биениям и изгибным колебаниям плунжера относительно оси цилиндра, а значит, повышается точность определения давления и объема.

Кроме того, герметичное пространство между стаканом и подпружиненной шпиндельной гайкой, в которое помещается пружина, может быть запол

нено демпфирующей жидкостью, например машинным маслом. В результате, во-первых, улучшается режим работы пружины, увеличивается ресурс ее надежности и стабильность упругих параметров, а во-вторых, демпфирование пружины жидкостью позволяет исключить нежелательные колебания пружины при проведении измерений в режиме осциллирующих давлений и тем самым повысить точность измерения давления и объема.

Жесткое закрепление электродвигателя к установочной плите позволяет практически полностью исключить изгибные и сдвиговые деформации пружины и обеспечить только ее линейное удлинение. Действительно, втулка через основание, редуктор  и электродвигатель  также неподвижна относительно установочной плиты  и имеет прямолинейные направляющие, по которым катится шарикоподшипник  валика . Валик крепится к нижней части гильзы и подпружиненной шпиндельной гайке. В результате, при вращении шпинделя подпружиненная шпиндельная гайка совершает только поступательное движение и не происходит изгибных колебаний пружины за счет силы трения резьбы шпинделя и резьбы подпружиненной шпиндельной гайки. Нежелательные осевые биения и перекосы плунжера относительно цилиндра, вызывающие ошибки в измерениях относительного изменения объема и осевой силы при сжатии пробы, сведены к минимуму за счет опоры скольжения, подшипников скольжения и двухрядного шарикового сферического подшипника, обладающего самоустанавливаемостью.

Термостат надевается на цилиндр и обеспечивает заданную температуру измеряемой пробы. Температура термостата задается и регулируется по заданной программе блоком управления температуры. Температура пробы 

определяется с помощью датчика температуры, вмонтированного в пробку. За счет многочисленных теплоотводов от цилиндра к другим элементам на-

сосной системы невозможно обеспечить однородность температурного поля измеряемой пробы в полости цилиндра даже при очень хороших характеристиках и мощности термостата и блока управления температуры. Для устранения погрешности измерения температуры пробы цилиндр устройства тщательно теплоизолируется от металлических элементов насосной системы. За 

счет теплоизолирующей поверхности фланца цилиндр термоизолируется от корпуса системы, а теплоизолирующая прокладка на посадочном месте хвостовика подпружиненной шпиндельной гайки термоизолирует накидную гайку цилиндра от гильзы  и втулки. За счет плунжера, контактирующего непосредственно с пробой, также может осуществляться нежелательный теплоотвод. Однако выбором плунжера из материала с низким коэффициентом теплопроводности может быть решена и эта задача. В качестве такого материала, имеющего низкий коэффициент теплопроводности и одновременно высокие прочностные свойства, может быть выбрана керамика.

Изготовление подшипников скольжения из материала с плохой теплопроводностью обеспечит еще лучшую температурную изоляцию цилиндра от стоек и установочной плиты. В качестве такого материала может быть выбран, например, фторопласт или тефлон, обладающие хорошими антифрикционными и противоизносными свойствами.

В пробку насосной системы могут быть одновременно вмонтированы как датчик температуры, так и дополнительный пьезоэлектрический датчик давления. Этот дополнительный датчик давления может быть использован для контроля измерений и стабильности работы датчика давления, а также для регулярной калибровки пружины в процессе ее использования в качестве измерительного элемента, а также учета растяжения пружины, обусловленного силой трения в подвижных сочленениях насосной системы. [37]



1.6.  Устройство контроля и управления насосом



№ 2 616 397, Автор(ы): Павлов Владимир Николаевич

Изобретение относится к области насосов и насосного оборудования.

Устройство Содержит корпус с соосными входным и выходным штуцерами и установленным между ними обратным клапаном со сферическим запорным элементом и направляющим штоком, постоянный магнит, взаимодействующий с герконом датчика потока, установленным на печатной плате, закрепленной в корпусе с микроконтроллером и электронными компонентами и датчиками давления и температуры . На сферическом запорном элементе закреплен в виде тороидального кольца постоянный магнит датчика потока. По крайней мере один геркон датчика потока установлен в корпусе на стенке обратного клапана с возможностью перемещения позиционно вдоль оси перемещения запорного элемента. Обеспечивается создание простого, надежного и универсального устройства управления и контроля насоса.

В устройстве контроля и управления насосом, содержащим корпус с соосными входным и выходным штуцерами и установленным между ними обратным клапаном со сферическим запорным элементом и направляющим штоком, постоянный магнит, взаимодействующий с герконом датчика потока, установленным на печатной плате, закрепленной в корпусе с микроконтроллером и электронными компонентами и датчиками давления и температуры, согласно изобретению, на сферическом запорном элементе закреплен в виде тороидального кольца постоянный магнит датчика потока, а по крайней мере один геркон датчика потока установлен в корпусе на стенке обратного клапана с возможностью перемещения позиционно вдоль оси перемещения запорного элемента, что значительно повышает надежность и точность срабатывания датчика потока и всего устройства в целом. При таком размещении и конструкции магнита и геркона обеспечивается максимальная помехозащищенность и минимальный ход запорного элемента обратного клапана, необходимый для срабатывания датчика потока, что позволяет реагировать устройству даже на небольшие утечки в системе водоснабжения.[37]

















2.  АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

2.1.  Особенности регулируемого электропривода



Центробежные насосы наиболее эффективно регулируются изменением частоты вращения их рабочих колёс. Изменение частоты вращения рабочих колёс насосов осуществляется с помощью РЭП.

Электроприводом называют устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, РЭП — это привод, работающий с переменной частотой вращения.

РЭП состоит из электродвигателя, передаточного механизма (трансмиссии, муфты, редуктора) и системы управления. В РЭП кроме того, входят устройства, обеспечивающие изменение частоты вращения насосного агрегата в целом или только насоса при постоянной частоте вращения электродвигателя.

Эти устройства выполняют обычно две функции: являются силовыми преобразователями энергии и в то же время элементами системы управления.

РЭП подразделяется на две основные группы: постоянного и переменного тока. В насосных установках используется преимущественно РЭП переменного тока. 

Основой РЭП переменного тока являются асинхронные и синхронные электродвигатели переменного тока.

Частота вращения асинхронного двигателя, мин–1:



                                                                           (2.1)



где f — частота тока питающей сети, p — число пар полюсов электродвигателя (p = 1, 2, 3, ...); s = (0,02—0,04) — скольжение.

Синхронные двигатели работают без скольжения. Ротор двигателя вращается с такой же частотой вращения, с какой вращается электромагнитное поле статора:

                                                                                             (2.2)

Из (2.1) и (2.2) следует, что частота вращения электродвигателя переменного тока зависит от частоты питающего тока f, числа пар полюсов p и скольжения s. Изменяя один или несколько параметров, входящих в (2.1) и (2.2), можно изменить частоту вращения электродвигателя и сочленённого с ним насоса.

Соответственно, РЭП переменного тока подразделяется на три вида:

• частотный привод, имеющий в своём составе преобразователь, изменяющий постоянную частоту питающей электрической сети (f = const) в переменную (f = var). Он обеспечивает плавное изменение частоты вращения насосного агрегата.

• многоскоростной привод, имеющий в своём составе устройство, изменяющее схему статорной обмотки электродвигателя и, соответственно, число пар полюсов (p=1,2,3 и т.д.). Привод обеспечивает ступенчатое изменение частоты вращения насосного агрегата (обычно 2?4 ступени).

• имеющий в своём составе устройство, изменяющее скольжение электродвигателя или вариатора, встроенного между выходным валом двигателя и входным валом насоса (реостат в роторной цепи двигателя, преобразователь асинхронного вентильного каскада, механический вариатор, электромагнитная или гидравлическая муфта скольжения).

В современных насосных установках наибольшее распространение получил частотный РЭП.

Процесс регулирования частоты вращения любого механизма анализируется с помощью механических характеристик агрегата. Ниже рассматриваются механические характеристики электродвигателей, которые сопоставляются с механическими характеристиками насосов.

   Механической характеристикой электродвигателя (рис. 2.1, а) называется зависимость его вращающего момента от частоты вращения. Механические характеристики подразделяются на три основных вида:

• абсолютно жёсткие (кривая 1 на рис. 2.1, а) — свойственны синхронным электродвигателям, работающим непосредственно от питающей электрической сети, частота вращения которых остаётся постоянной при изменении вращающего момента;

• жёсткие (кривая 2) свойственны асинхронным двигателям (в рабочей части характеристики), частота которых не значительно меняется при изменении вращающего момента;

• мягкие (кривая 3) свойственны двигателям постоянного тока последовательного возбуждения, частота которых существенно меняется при изменении вращающего момента.



 Механические характеристики электродвигателей (а) и насосного агрегата (б)



Рис. 2.1.

Существуют и другие разновидности механических характеристик. Например, механическая характеристика асинхронного электродвигателя с сопротивлением, введенны.......................