книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

Б.Т. ШАПОВАЛОВ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Одобрено Ученым советом Государственного комитета

Совета Министров СССР

по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия

для средних сельских профессионально-технических училищ

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974

6П2.11 Ш24

Ь ~ - / у

роткого замыкания, назначению контрольно-измерительных приборов, релейной защите, блокировке и сигнализации, рассмотрены наиболее распространенные схемы электроснабжения. Освещены также вопросы, касающиеся собственных нужд насос­ ных станций. Рассмотрены типичные конструкции распределительных устройств, за­ земляющие устройства, защита от атмосферных перенапряжений Уделено внимание автоматизации производственных процессов на насосных станциях, монтажу и экс­ плуатации электрооборудвания.

© Издательство «Высшая школа», 1974 г,

В В Е Д Е Н И Е

Значение электрификации народного хозяйства СССР ог­ ромно. В Программе Коммунистической партии Советского Союза, принятой XXII съездом, говорится: «Главная экономи­ ческая задача партии и советского народа состоит в том, что­ бы в течение двух десятилетий создать материально-техниче­ скую базу коммунизма. Это означает: полную электрификацию страны и совершенствование на этой основе техники, техноло­ гии и организации общественного производства во всех отрас­ лях народного хозяйства; комплексную механизацию произ­ водственных процессов, все более полную их автоматиза­ цию...» '. Коммунистическое общество не может быть построено без всесторонне развитого и высокопродуктивного хозяйства. Такое хозяйство может быть создано лишь путем интенсификации, полной комплексной механизации, химиза­ ции, высокой культуры земледелия и животноводства. Вот почему Коммунистическая партия считает быструю и полную электрификацию сельского хозяйства нашей страны одной из важнейших задач.

Для решения всех связанных с электрификацией задач необходимо интенсивное строительство как тепловых, так и гидравлических и атомных электрических станций.

В1970 г. производство электроэнергии в нашей стране до­ стигло 740 млрд. кВт-ч. В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. предусматривается к 1975 г. увеличить произ­ водство электроэнергии до 1030—1070 млрд. кВт-ч. Для это­ го рост установленной мощности электростанций должен возрасти до 65—70 млрд. кВт.

Внастоящее время в нашей стране уже построены такие крупнейшие электростанции как Братская ГЭС им. 50-летия Великого Октября на р. Ангаре мощностью 4,1 млн. кВт с

гидрогенераторами 225 000 кВт каждый, Волжская ГЭС им. В. И. Ленина — 2,3 млн. кВт, Волжская ГЭС им. XXII съез-1

1 Программа Коммунистической партии Советского Союза. М., Госполит-

издат, 1971, с. 66.

3

ГЛАВА I

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ НАСОСОВ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

I

Электродвигатели подбирают, как правило, по каталогам. При выборе электродвигателей насосов необходимо прежде всего руко­ водствоваться положениями, являющимися общими при выборе электропривода любого механизма. Эти положения в основном сводятся к следующему:

1) выбираемый электродвигатель должен наиболее полно соот­ ветствовать приводимому механизму по механическим свойствам, т. е. обладать такой механической характеристикой, которая позво­ ляла бы ему сообщать механизму необходимые скорость и ускоре­ ние как при пуске, так и в процессе работы;

2) мощность подбираемого двигателя должна использоваться

вприводе наиболее полно;

3)конструктивное выполнение двигателя должно соответство­ вать приводимому механизму и условиям окружающей среды;

4)параметры подбираемого двигателя должны соответствовать параметрам питающей его сети. •

Для выбора двигателя насоса по. каталогу необходимо знать: а) наименование и тип приводимого механизма; б) максимальную мощность на валу насоса (насос работает в

продолжительном режиме с постоянной нагрузкой); в) скорость вращения приводного вала (поскольку скорость

вращения вала насоса, как правило, не регулируется, знать регули­ ровочные свойства двигателя необязательно);

г) способ сочленения вала двигателя с валом насоса (при нали­ чии передач необходимо знать род передачи, ее передаточное чис­ ло и коэффициент полезного действия) ;

д) момент сопротивления'на валу привода при пуске; е) частоту пусков или включений привода (за обусловленный

промежуток времени); ж) характеристику окружающей среды.

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И РЕЖИМ ЕГО РАБОТЫ

На больших мелиоративных, водопроводных и прочих насосных станциях большой мощности, как правило, установлены центро­ бежные и пропеллерные насосы. Поэтому будем рассматривать только двигатели, работающие в приводе этих насосов. Обычно используют двигатели переменного тока, так как по сравнению с двигателями постоянного тока они более просты по конструкции, дешевле и не нуждаются в преобразовании переменного тока в по­ стоянный. -

6

Будем выбирать двигатель, предположив, что параметрынасо­ са известны и, следовательно, известны: Q — количество нагнетае­ мой воды, м3/с; Я —-полный напор (напор всасывания плюс напор нагнетания плюс потерн напора во всасывающем и напорном тру­

1000 кг/м3); па — скорость вращения вала насоса. Рассматриваемый режим насоса и двигателя будем считать номинальным. Тогда мощ­ ность (в кВт) двигателя, необходимого для данного насоса, может быть определена по формуле

Входящий в формулу коэффициент К — коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки, возникающие, в частности, вследствие колебания уровней верхнего и нижнего бьефов, а следо­ вательно, изменения напора Я. Коэффициент К зависит от мощнос­ ти двигателя:

Однако введение К достаточно лишь при относительно неболь­ ших колебаниях уровней, например, в мелиоративной системе при работе насоса, подающего воду из одного канала в другой. Если же колебание уровней может быть значительным, то введение ко­ эффициента К уже недостаточно. В этом случае необходимо вычис­ лить мощность двигателя при возможных напорах Я макс и ЯМин и соответствующих им расходах, определенных по характеристикам насоса. Примером такого режима работы насоса является забор воды из водохранилища или реки и подача ее в канал с постоянной отметкой.

Обычно необходимая мощность двигателя указывается заводомизготовителем насоса, а сам двигатель поставляется в комплекте с насосом.

Как уже указывалось, двигатели насосов мелиоративных на­ сосных станций работают с постоянной скоростью вращения и лишь в очень редких случаях их скорость регулируют (например, используют электродвигатели с переключением числа пар полюсов, изменяют частоту питающего напряжения и т. д.). Однако скорость любого насосного агрегата при пуске изменяется от нулевой до

установившейся.

Для изучения пускового процесса необходимо знать зависимость момента сопротивления насоса от скорости его вращения. Эта за­ висимость в первом приближении может быть выражена формулой

7

тов насоса в минуту, а за единицу моментов — номинальный момент насоса, то написанную выше формулу (в' относительных единицах) можно представить в виде:

V — относительная скорость вращения вала насоса.

Это выражение зависимости момента трогания от скорости, как известно, представляет собой механическую характеристику насоса (теоретическую). Однако теоретическая характеристика может довольно значительно (особенно при пуске) отклоняться от факти­ ческой механической характеристики. Поэтому для расчета приво­ дов, особенно крупных насосов, следует использовать механическую характеристику, построенную на основании заводских данных.

В качестве примера рассмот­ рим фактическую и теоретиче­ скую характеристики насоса 70В-36 (рис. 1). Как видно из фактической характеристики, мо­ мент трогания (цо) больше мо­ ментов сопротивления на валу насоса (р) при малой скорости вращения. Это, объясняется тем, что на момент трогания влияет момент сопротивления трению в подшипниках, который когда на­ сос находится в состоянии покоя больше, чем когда он работает.

По теоретической же характеристике момент трогания оказывается меньше любого другого момента, взятого при скорости больше нуля, в результате чего теоретическая характеристика расходится с фактической. Для разгона двигателя от нулевой скорости до но­ минальной его вращающий момент должен при любой скорости вращения быть больше момента сопротивления насоса. Следова­ тельно, в любой момент времени при пуске должен существовать избыточный вращающий момент двигателя, равный разности меж­ ду его моментом трогания и моментом сопротивления насоса. Под влиянием избыточного момента и происходит разгон маховых масс насосного агрегата.

Продолжительность разгона насоса определяется его маховым моментом и избыточным моментом двигателя. Избыточный момент двигателя так же, как и момент сопротивления насоса, зависит от скорости вращения и изменяется в процессе пуска. Для определе­ ния продолжительности разгона насосного агрегата можно вос­ пользоваться формулой

8

моментов двигателя и насоса; Мд.СредН— средний за период разгона момент двигателя; Мн.Средн—'Средний за период разгона момент со­

Здесь Мнач — начальный или пусковой момент двигателя; ММакс — максимальный момент двигателя. Значения Мнач и Ммакс даются в каталогах.

Определение продолжительности разгона агрегата имеет суще­ ственное значение для расчета теплового режима, пусковой аппа­ ратуры и двигателя насоса. С увеличением продолжительности разгона тепловой режим ухудшается, количество выделяемого теп­ ла увеличивается. Так как пусковой ток может быть в несколько раз больше номинального, то количество выделяемого тепла, про­ порциональное квадрату этого тока и длительности разгона, может быть настолько значительным, что вызывает повышенный нагрев двигателя и пусковой аппаратуры. Это снижает срок их службы, таю как ведет к быстрому старению изоляции. Обычно допустимой продолжительностью разгона считается время до 15 с. В каталогах иногда приводятся максимальные значения маховых моментов приводимых механизмов, допустимые для данного двигателя в за­ висимости от условий пуска.

§ 2. ВЫБОР ТИПА ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИВОДА НАСОСОВ

Для электроприводов насбсов принимаются асинхронные и син­ хронные двигатели. Ротор асинхронного двигателя, как известно, вращается с меньшей скоростью, чем синхронного. Разница между скоростью вращения магнитного поля статора (синхронной ско­ ростью) и скоростью вращения ротора (скольжение) при полной нагрузке двигателя колеблется в пределах 0,012—0,06 от синхрон­ ной скорости. Причем большие значения скольжения соответствуют двигателям меньшей мощности.

В каталогах асинхронных двигателей приведены значения скольжения S и синхронной скорости пс для каждого двигателя. Располагая этими данными, можно определить скорость вращения

Синхронная скорость двигателя зависит от числа пар р, его по­ люсов и при стандартной частоте / = 50 Гц может быть определена по формуле

9