Разработка электропривода насоса

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

 

 

Курсовая работа

по  курсу теория электропривода

Разработка электропривода насоса Х100–65–315

 

 

 

 

Выполнил студ.

 

Проверил канд. техн. наук, доцент    

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА 2013

 

Задание кафедры

 

Спроектировать электропривод  насоса типа  Х. В ходе работы изучить  область применения данного агрегата в нефтяной промышленности и условия  его эксплуатации. В зависимости от назначения и режимов работы выбрать электродвигатель и разработать наиболее  целесообразную систему регулирования скорости его вращения.

         Разработанный АЭП должен обеспечивать:

- Точное выполнение обеспечения  технологического процесса;

- Плавный благоприятный по термическим  и динамическим перегрузкам пуск;

- Возможность быстрой и точной  остановки;

- Регулирование скорости в заданном  диапазоне с высокими показателями  качества.

         Привести и описать структурные  схемы АЭП. Для каждого варианта выбрать принцип регулирования, вид, тип преобразовательного устройства, его схему и описание. Выбрать принцип управления, тип системы управления, её схему, описание. Выбрать и описать измерительный преобразователь, при выборе привести и сравнить несколько вариантов, при сравнении учитывать кроме классических показателей качества технико-экономические характеристики.

 

          Таблица 1. Технические данные насоса Х100-65-315.

 

	Наименование показателя	Значение
	Подача, м3/ч	100
	Напор, м	125
	Частота вращения, об/мин	2900
	Допускаемый кавитационный  запас, м	3,0
	Масса насоса, кг	180

 

 

  

 

Содержание

 

1 Описание технологической установки

 

Агрегаты электронасосные типа «X-Д» предназначены для перекачивания химически активных жидкостей с объемной концентрацией твердых включений не более 0,1%, с размером частиц не более 0,2 мм, , при температуре перекачиваемой жидкости от 233 до 378К (от минус 40 до плюс 105ºC), вязкостью до 30 сСт, плотностью не более 1850 кг/м³. Пределы температуры перекачиваемой жидкости в зависимости от исполнения насоса по материалу проточной части.

Агрегаты изготовлены по II группе изделия, вид изделия 1 (восстанавливаемые) РД50-650—87, в климатическом исполнении У и Т, категории размещения 2,3 ГОСТ 15150—69. Применяется в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, отвечает требованиям международного стандарта ИСО 2858.

Технологическая установка (рисунок 1), представляет собой насосную установку с центробежным насосом Х100-65-315 для перекачивания химически активных и нефтехимических жидкостей.

При перекачке нефтепродуктов режим  работы насосного агрегата может  быть переменным, вследствие перекачки  разных сортов нефтепродуктов с различной плотностью, вязкостью, регулировании скорости подачи в соответствии с технологическим режимом перекачки одним насосом  разных видов жидкостей. Переменная подача насоса может быть достигнута изменением угловой скорости вращения приводного двигателя. В связи с этим при проектировании должно быть предусмотрено регулирование скорости вращения электродвигателя.

Рис. 1 Схема насосной установки

 

2  Выбор типа  электропривода и электродвигателя

 

При выборе электродвигателя, необходимо учесть такие факторы как род тока, номинальное напряжение, частота вращения, конструктивное исполнение и номинальную мощность. В производственных условиях не всегда приходится решать весь комплекс этих вопросов. Часто бывают заданы род тока, напряжение, частота вращения. Основным условием, которое необходимо учесть, является правильное определение мощности и конструктивного типа электродвигателя [1].

Электрооборудование, используемое в  химическом производстве, должно удовлетворять  требованиям взрывобезопасности. Применение двигателя постоянного тока для привода насоса нецелесообразно по особенности конструкции(искрения на коллекторе, необходимость источника постоянного тока, большая стоимость и невысокая надежность.)

Применение синхронного двигателя  также нецелесообразно, так как приводимый механизм обладает небольшой мощностью. Поэтому для электропривода насоса выбирается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, выполненный во взрывобезопасном исполнении.

Электропривод насосной установки  выбираем частотно–регулируемый с промежуточным звеном постоянного тока.

 

3 Выбор мощности  и типа электродвигателя

 

 При мощности до 200 кВт применяют короткозамкнутые асинхронные двигатели во взрывобезопасном исполнении на напряжение до 600 В.

Кроме того, асинхронные двигатели имеют ряд преимуществ: "Прямой пуск", при котором обмотка статора двигателя подключается на номинальное напряжение сети, широко применяется в нефтяной промышленности. Современные короткозамкнутые асинхронные двигатели по возникающим при пуске электродинамическим усилиям и условиям нагрева допускают прямой пуск

Согласно [4] мощность насоса равна:

 

  (3.1)

 

где   Q – подача насоса, м³/c;

;

Н – напор, м;

ρ – плотность перекачиваемой жидкости (спирты и кислоты), кг/м³;

h_Н – КПД насоса.

Мощность  приводного электродвигателя выбирают на основе приведенной выше формулы, но с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать  двигатель при любых режимах, его мощность выбирают с запасом [3].

 

 (3.2)

где k – коэффициент запаса, k = 1,2;

       h_П – кпд передачи, при соединении валов двигателя и насоса муфтой h_П=0,98.

Выбираем асинхронный двигатель типа ВАО– 91-2 стр. 25 [3]. ВАО – взрвобезопасный асинхронный обдуваемый.

 

Таблица 2 - Технические данные двигателя  ВАО– 91–2.

 

РНОМ, кВт	nном, об/мин	h, %	CosjНОМ				J, кг/м2
75	2900	90,0	0,88	1,5	2,2	6,5	0,6

 

4 Механические характеристики двигателя и производственного механизма

Номинальная частота вращения

                    w_ном = 2 · p · n_ном / 60 = 2 · p · 2960 / 60 = 309,97 рад/с.         (4.1)

Синхронная частота вращения

                     w₀ = 2 · p · n₀ / 60 = 2 · p · 3000/ 60 = 314,16 рад/с.               (4.2)

Номинальный момент

                     М_ном. = Р_ном. /w_ном. = 75000 / 309,97 = 242,0 Н · м.                (4.3)

Критическое скольжение

 (4.4)

Номинальное скольжение

Критический момент асинхронного двигателя

                      М_К = l · М_ном. = 2,2 · 242,0 = 532,4 Н·м.                         (4.5)

Зависимость скольжения от частоты  вращения

,          (4.6)

Уравнение механической характеристики АД

                                                                             (4.7)

Уравнение механической характеристики насоса

                       ,    (4.8)

где   М_{со нас} =0,1·М_{ном дв};   М_{со нас} =0,1·242  = 24,2 Нм;

М_{с ном нас}=0,8·М_{ном дв};            М_{с ном нас}=0,8·242 = 193,6 Нм.

 

 

Механические  характеристики:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1- Механическая характеристика двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.2- Механическая характеристика насоса

 

5 Совместная механическая  характеристика с учетом влияния  передачи

 

Уравнение совместной механической характеристики:

                                           М_д  (w) = М (w) - М_с (w).                                         (5.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1- Совместная механическая характеристика

 

6 Определение  времени пуска двигателя и  кривая разгона

 

Расчет  времени запуска асинхронного двигателя  производим по методу площадей с помощью  программы Microsoft Exel на ЭВМ.

Разбиваем ось координат на ряд участков Dw_I, при этом Dw₁ =Dw₂ = … =Dw_I.

Совместная механическая характеристика механизма заменяется аппроксимирующей ломаной кривой и считается, что  на каждом участке разбиения:

                                                      (6.1)    

Общая длительность пуска:

                                                       ,                                                (6.2)

        где  – определяется для каждого участка разбиения по формуле:

                                                               .                                             (6.3)

Суммарное время разгона электропривода до номинальной скорости:

;  t = 0,542237c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1 – Кривая разгона электропривода  
7 Определение времени торможения и построение кривой торможения

 

Расчет времени торможения производим по методу площадей, аналогично предыдущему  пункту.

       Суммарное время  торможения

 

; t_c = 0,567006 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7.1 – Кривая торможения электропривода  
8 Расчет и построение нагрузочной диаграммы электропривода. Проверка правильности выбора двигателя

 

После того как определены время  пуска и  торможения строится нагрузочная диаграмма электропривода.

Нагрузочный режим продолжительной  постоянной нагрузки. Каждый цикл нагрузки задан тремя значениями моментов нагрузки М₁, М₂, М₃, временем их действия t₁, t₂, t₃ и временем паузы to, где t₁ и М₁ - время пуска и среднее значение момента на валу ЭД при пуске; t₂ и М₂ - время и среднее значение момента при работе электродвигателя с постоянной скоростью; t₃ и М₃ - время торможения и среднее значение момента при остановке ЭД.

Эквивалентный момент нагрузки:

; (8.1)

 

       где   b₁ = b₃ = 0,75, b₂ = 1, b_о = 0,5 -  коэффициенты, учитывающие ухудшение           теплоотдачи вследствие снижения скорости при пуске, торможении и остановки по сравнению с периодом постоянной нагрузки;

 

         t_п = 0,542c ; t_р = 10800 с; t_т = 0,567 с; t_o = 10800 с.

Проверка выбора двигателя по возможности  запуска:

 

;

 

;

М_пуск. > М_1.   363 Н×м >206 Н×м.

Электродвигатель проходит по условию  запуска.

      

Проверка по перегрузочной способности:

 

 

М_К > М_К.МАХ       532,4 Н×м > 520 Н×м

 

Выбранный двигатель удовлетворяет условиям пуска и перегрузочным способностям.

Рисунок 8 – Нагрузочная диаграмма  электропривода

 

9 Построение кривой  нагрева  и охлаждения двигателя

 

При составлении выражения для  построения кривой нагрева принимаем  класс изоляции обмотки статора H, которая рассчитана на длительно допустимую температуру 180^о С [5].