XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Центробежный насос – насос для перекачивания жидкостей, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счет центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость. ЦНС 63-1100 – центробежный электронасосный агрегат. Паспортные данные насоса приведены в таблице 1.

Таблица 1. Паспортные данные насоса

Тип насоса	Подача, /ч	Напор, м	Частота вращения, об/мин	Мощность, кВт	КПД, %	Масса насоса, кг
ЦНС 63-1100	63	1100	2970	630	58	8500

В качестве электродвигателя насоса ЦНС 63-1100 выступает трехфазный асинхронный двигатель ВАО2-560М-2. Мощность электродвигателя составляет 630 кВт, а частота оборотов – 2970 об/мин. Двигатель ВАО2-560М-2 предназначен для работы в режиме S1- продолжительный режим работы, при которой нагрузка на электродвигатель неизменно длительное время. Степень защиты IP54 – повышенная защита. Паспортные данные двигателя приведены в таблице 2.

Таблица 2. Паспортные данные двигателя

Наименование параметра	Значение
Высота оси вращения вала, h	560 мм
Мощность, P	630 кВт
Синхронная частота вращения,	2970 об/мин
КПД,	0,955
Коэффициент мощности,	0,9
Номинальное напряжение,	6000 В
Отношение пускового тока к номинальному,	6,5
Отношение пускового момента к номинальному,	1,3
Отношение максимального момента к номинальному,	2,5
Момент инерции,	22
Число пар полюсов, 2p	1
Режим работы двигателя	S1

Структурную схему насосного агрегата условно можно представить в виде электромеханической и механической частей. К электромеханической части относится приводной электродвигатель, а к механической – насос.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод имеет рабочую ветвь механических характеристик в зоне расположения рабочих точек (пересечение механических характеристик электропривода и насоса), обладающей практически линейным характером. Жесткость механических характеристик электропривода при изменении угловой скорости не меняется. Поэтому, для исследования энергетических свойств насосного агрегата в статическом режиме, математическое описание частотно-регулируемого электропривода можно линеаризовать. Следовательно, асинхронный электродвигатель в системе частотного управления можно представить в упрощенном виде, как апериодическое звено второго порядка. Преобразователь частоты, как с инвертором тока имеет линейную внешнюю характеристику, поэтому его можно представить в виде апериодического звена первого порядка.

Структурная схема насоса представляется в виде функциональных блоков, реализующих различного вида зависимости по подаче, напору, мощности и моменту статического сопротивления.

Структурная схема частотно-регулируемого насосного агрегата со стабилизацией давления в гидросистеме представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема частотно-регулируемого насосного агрегата со стабилизацией давления в гидросистеме

1. Передаточная функция преобразователя частоты в структурной схеме представлена апериодическим звеном первого порядка, параметры которого определяются по следующим формулам:

- статический коэффициент передачи преобразователя частоты:

где ; – номинальное напряжение управления в соответствии с государственным стандартом приборов (ГСП);

- электромагнитная постоянная времени преобразователя частоты может быть принята в пределах =(0,003-0,005) с. Принимаем = 0,005 с.

2. Коэффициент передачи звена внутренней обратной связи по ЭДС двигателя

3. Коэффициент передачи звена момента

4. Индуктивность рассеяния обмоток статора и ротора

5. Индуктивность контура намагничивания

6. Полная индуктивность обмоток статора и ротора

7. Эквивалентная индуктивность частотно-регулируемого электропривода

где в связи с отсутствием данных о дросселе в цепи постоянного тока преобразователя частоты; – модуль коммутационной функции.

8. Эквивалентное активное сопротивление частотно регулируемого электропривода

где в связи с отсутствием данных о дросселе в цепи постоянного тока преобразователя частоты;

9. Электромагнитная постоянная времени частотно-регулируемого электропривода

10. Момент инерции насосного агрегата

На основании структурной схемы (рис. 1.) составляется функциональная схема модели насосного агрегата с использованием программы Matlab в среде Simulink. Функциональная схема модели насосного агрегата с численными значениями для насоса ЦНС 63-1100 и двигателем ВАО2-560М-2 приведена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема модели насосного агрегата со стабилизацией давления в гидросистеме

Рис. 3. Первая подсистема модели электропривода

Рис. 4. Вторая подсистема модели электропривода

Рисунок 5. Третья подсистема модели электропривода

Рассмотрен вопрос режима работы насосной установки при стабилизации давления в гидросистеме. В соответствии с расчитанными данными структурной схемы рассматриваем как меняются параметры насосной установки при регулировании угловой скорости насосного агрегата.

С помощью подсистемы Subsystem реализована зависимость подачи насоса от угловой скорости насоса. С помощью подсистемы Subsystem1 реализованы зависимости напора насоса от угловой скорости насоса и статического напора от расхода жидкости. С помощью подсистемы Subsystem2 реализованы зависимости КПД, активной мощности насоса, потребляемой мощности насосным агрегатом и статистического момента сопротивления насоса от угловой скорости. В соответствии с расчетом изменяя приток жидкости в резервуар фиксируется численные значения параметров.

Рис. 6. Угловая скорость двигателя, рад/с

Рис. 7. Подача насоса, /ч

Рис. 8. Напор насоса, м

Рис. 9. Стабилизирующий напор, м

Рис. 10. Потребляемая мощность насоса, кВт

Рис. 11. Момент статического сопротивления насоса, Нм

С помощью модели можно решать различные задачи связанные с режимами регулирования насосной установки и его энергопотребления. При стабилизации уровня жидкости в резервуаре, потребляемая мощность зависит от количества притока жидкости. С увеличением притока увеличивается угловая скорость насосного агрегата, напор и потребляемая мощность.

Работа электропривода насосной системы через преоброзователь значительно улучшает качество процессов за счет регулировки частоты вращения, приводит к значительной экономии электроэнергии, расходов на обслуживание электродвигателей и насосных агрегатов.

Список литературы:

1. Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий : учебное пособие. – М.: Издательство «Горная книга», 2011. – 260 с.

2. Семёнов А.С. Программа MATLAB. – М.: Издательство «Спутник+», 2012. – 40 с.

3. Семёнов А.С. Моделирование режимов работы электроприводов горного оборудования : монография / А.С. Семёнов, Н.Н. Кугушева, В.М. Хубиева. – Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. – 112 с.

4. Егоров А.Н., Парфенов В.О., Семёнов А.С. Оценка энергосбережения при применении частотно-регулируемого электропривода на пульпонасосных установках в условиях обогатительных фабрик // Актуальные проблемы электроэнергетики : сборник научно-технических статей, посвященный 80-летию со дня рождения проф. С.В. Хватова. (Нижний Новгород, 2018 г.). – Н. Новгород : Издательство НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018 – С. 174-180.

5. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Харитонов Я.С., Федоров О.В. Анализ эффективности применения частотно-регулируемого электропривода в условиях алмазодобывающих предприятий // Горный журнал. 2019. № 2. С. 77-82. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.16

6. Бебихов Ю.В., Егоров А.Н., Матул Г.А., Семёнов А.С., Харитонов Я.С. Поиск путей повышения эффективности применения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода в условиях горного производства // Естественные и технические науки. 2018. № 8 (122). С. 228-234.

7. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Харитонов Я.С. Разработка мероприятий для повышения эффективности применения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода на промышленных предприятиях // Международный студенческий научный вестник. 2018. № 3 (часть 8). С. 1308-1311.

8. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания применительно к подземному руднику по добыче алмазосодержащих пород // Фундаментальные исследования. 2013. № 8 (часть 5). С. 1066-1070.

9. Семёнов А.С., Саввинов П.В., Рушкин Е.И. Внедрение частотно-регулируемых электроприводов как метод энергосбережения на горных предприятиях // Достижения и перспективы естественных и технических наук : материалы II Международной научно-практической конференции. – Ставрополь : Логос, 2012. – 159 с. – С. 60-63.

Код для цитирования: Скопировать