Chinasp.ru

Авто Клондайк
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Насос и его двигатель. Насос-двигатель

Насос и его двигатель. Насос-двигатель

Насос и его двигатель. Насос-двигатель

Мы каждый день узнаем о насоса что-нибудь новенькое, такое, о чем мы раньше, по многим причинам, и не задумывались. У нас есть насос, он прекрасно качает воду из источника, которой хватает на полив сада-огорода и пользование ею всеми членами семьи и на работу всей бытовой техники. Зачем нам знать еще больше об этом удивительном агрегате?

123.png

Мы даже знаем сейчас, что каждый, в принципе, бытовой насос, в зависимости от его конструкции, можно использовать, как в качестве перекачивающего устройства, придав ему механическую энергию внешнего привода, так и в качестве двигателя, через который можно получить дополнительную энергию. Например, раскручивая ротор электродвигателя насоса струей поступающей жидкости, можно, при некотором изменении конструкции, получить источник электроэнергии в доме.

Если взять более простые конструкции, то можно привести пример водяной мельницы, где двигателем и своеобразным механическим насосом можно рассматривать ее водное колесо. Многие, если не сказать, большинство гидронасосов имею возможность обратного применения.

Но сейчас речь пойдет совсем о другом. Мы поговорим о стандартном применении гидронасосов и источниках энергии для них, которые применяются в бытовых и промышленных агрегатах перекачки воды. Мы будем говорить о самом выгодном виде механических двигателей для насосов – электродвигателях, которые имеют самое широкое распространение в насосах, как бытовых, так и во всех отраслях промышленности.

Асинхронный электродвигатель. Плюсы и минусы применения. Конструкции типов

Положительные стороны от применения электродвигателей в работе насосов видны с первого раза: это частые включения (повторные пуски) двигателей в работу в зависимости от водных параметров в магистрали, малое энергопотребление, простота конструкций и выгодность производства, динамичность и малые размеры электродвигателей и многое другое.

Мы разберем самый «выгодный» в производстве и простой в бытовом применении асинхронный электродвигатель (индукционный двигатель), как электрическую машину переменного тока с частотой вращения ротора меньшим по сравнению с частотой магнитного поля, которое создается токами в обмотке статора:

Он прост в изготовлении;

Имеет относительно низкую цену;

Надежен и неприхотлив при работе;

Энерго- и эксплуатационно малозатратен;

Имеет простой доступ к подключению в домашнюю электросеть без дополнительных преобразующих устройств;

Нет необходимости регулировать частоту вращения ротора.

Но при этом такие электромашины с асинхронным (индукционным) двигателем:

Имеют низкий по силе пусковой момент;

Большую величину пускового тока;

Мощность с низким коэффициентом;

Сложности с регулировкой скоростных характеристик ротора и отсутствие необходимой точности вращения;

Скоростные характеристики вращения ротора ограничиваются частотными показателями сети (бытовая сеть имеет частоту в 50 Гц – двигатель может максимально развить обороты не более 3000 в минуту);

Огромная (в квадрате) связь электромагнитного поля на статоре с напряжением в сети – при любом изменении напряжения в 2 раза, вращающий момент двигателя измениться в 4 раза, что намного хуже таких же показаний в электродвигателях на постоянном токе.

Для людей далеких от всяких технических конструкций проведем легкий «ликбез»:

Асинхронный электродвигатель имеет в своей конструкции статор (часть электромотора, которая находится в неподвижном, стабильном положении) и ротор (часть, которая вращается при подключении двигателя к сети), они разделены воздушным зазором и не соприкасаются между собой;

Статорная обмотка является многофазной (3-хфазной), с проводниками равноудаленными один от другого на 120 градусов относительно оси вращения;

Магнитное поле возникает в магнитопроводе статора, который меняет полярность под воздействием частоты тока проходящего по обмотке. Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, собранных методом шихтовки в общий блок;

Читайте так же:
Как отрегулировать карбюратор чтобы он был экономичным

Роторы в асинхронном двигателе могут быть конструктивно 2-х типов: короткозамкнутый и фазный. Их единственное различие – это исполнение обмотки на роторе, при аналогичном магнитопроводе как у статора.

Короткозамкнутый ротор имеющий обмотку в виде «беличьего колеса» по аналогии конструкции, собирается из алюминиевых (иногда из меди или латуни) стержневых проводников, которые замкнуты с 2-мя торцевыми кольцами, проходя через специальные пазы в сердечнике ротора.

У такого типа обмоток ротора при нерегулируемом пуске образуется не очень большой по величине пусковой момент, но требующий больших величин тока. Сейчас применяют в основном роторы с глубокими пазами для стержней, что позволяет увеличить сопротивление в обмотке и уменьшить величину пускового тока. Из-за таких недостатков раньше мало применяли короткозамкнутую схему обмотки ротора, но теперь при развитии линии частотных преобразователей многие фирмы достигли эффекта плавного пуска электродвигателей, регулируя наращивание частоты пускового тока.

Так появились электромашины с короткозамкнутой схемой ротора со ступенчатым регулированием скорости вращения вала, появились многоскоростные электродвигатели с изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

Разновидностью асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором считаются двигатели с массивными роторами, где эта деталь механизма изготовлена полностью из ферромагнитного материала (стальной цилиндр) – это одновременно и магнитопровод и обмотка-проводник. Вращение ротора здесь происходит за счет создания индукции магнитного поля ротора, во взаимодействии с вихревыми токами магнитного потока статора. Такие конструкции намного проще изготавливать, следовательно они обходятся дешевле в производстве, имеют большую механическую прочность, что очень необходимо для машин с большой скоростью вращения и они имеют более высокую величину пускового момента.

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазовым ротором

Асинхронные электродвигатели с фазовым ротором допускают плавное регулирование скорости вращения вала ротора в широком диапазоне. Фазный ротор содержит в своей конструкции многофазную (3-хфазную) обмотку, выведенную на 2 контактных кольца, которые соединены с ротором единой конструкцией. Соединение с регулированной по величине напряжения электросетью происходит за счет графитовых или металлографитовых щеток, соприкасаемых с кольцами в единую цепь с обмотками ротора.

В конструкцию управления работой ротора входят так же:

Пускорегулирующий реостат, как активное сопротивление к каждой фазе;

Дроссели индуктивности каждой фазы роторного узла, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить пусковые токи и держит их на постоянном уровне;

Дополнительны источник постоянного тока, что позволяет получать величины синхронной электромашины, то есть зависимость оборотов от частоты напряжения на ротора без разниц величин;

Для управления скоростными характеристиками и электромагнитными полями на роторе включено питание установки от инвертора для машин с двойным питанием. Но возможно использовать эту конструкцию без помощи инвертора с заменой фазировки на противоположную от статорной.

Можно ли определить мощность электродвигателя по характеристикам насоса, где он установлен

Убежденность, что электродвигатель не выдает заявленной мощности компания А основывает на том, что не работает оборудование, на которое установлен этот мотор.

По сути в претензию заложено утверждение: «мощность электродвигателя можно определить косвенно по характеристикам оборудования, к которому этот электродвигатель подключен». Однако это утверждение ошибочное, что мы покажем ниже.

В претензии покупатель пишет, что: «нестабильная под напряжением работа электродвигателя», «отсутствие рабочего напора» и так далее.

Читайте так же:
Все диаметры шайб для регулировки клапанов

Как по мне, с технической точки зрения непонятно понятие «нестабильная». В технике все должно быть четко. «Нестабильность» в чем то измеряеться или как-то определяется. Но это пока не важно.

Важно то, что по сути поставщик не имеет никакого отношения к тому, куда покупатель поставил электромотор. Для этого у покупателя должен быть соответствующий технический персонал, отвечающий за правильный подбор, надлежащий монтаж и грамотную эксплуатацию оборудования.

Важно то, что в данном случае технический персонал покупателя не рассмотрел другие причины, которые не имеют отношения к электромотору, но они могут изменять характеристики работы насоса.

Факторы, которые влияют на характеристики насоса

Ниже приводим ряд факторов, влияющих на характеристики насоса.
Например:

  • рабочее колесо насоса вращается в противоположном направлении. Это приведет к значительному снижению характеристик насоса: напора и производительности;
  • неисправность самого насоса: износ или повреждение рабочего колеса, например вследствие попадания посторонних предметов в насос. А попадание посторонних предметов может повредить вал насоса (о чем покупатель, кстати, написал в претензии);
  • неисправность в трубопроводах, подсос воздуха на всасывающем трубопроводе, неисправность трубопроводной арматуры.

Следовательно, утверждение, что только электродвигатель является причиной неудовлетворительной работы насосного агрегата, по сути ошибочно. Не учтены другие факторы, влияющие на работу насоса.

Мощность 3-х фазного электродвигателя рассчитывается по формуле: Р = 1,78 * U * I * КПД * соs ф
где U напряжение питающей сети, I — сила потребляемого тока. В этой формуле нет «напора откачиваемых вод».

Наш вывод: по характеристикам насоса невозможно однозначно определить мощность электродвигателя, подключенного к нему.

Какие есть недостатки

Следует отметить, что несмотря на положительные качества, имеются тут также и некоторые недостатки:

  • Превышение кабеля по длине от устройства до двигателя не должно быть больше 50 метров. Следует отметить при этом, что у кабеля его собственная емкость способна приводить к возникновению между обмотками пробоев;
  • Немалая стоимость преобразователя. Несмотря на то, что даже если его применение будет осуществляться на небольших по мощности электрических двигателях.

Внимание: Следует также выделить тот факт, что независимо от места использования частотного преобразователя и при правильном его подборе под оборудование, срок его окупаемости составит всего лишь несколько месяцев. Именно благодаря этому качеству частотного преобразователя они завоевали широкое распространение и применение в большинстве сфер промышленности.

Регулирование давления и расхода центробежного насоса

При регулировании (изменении) скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса, рабочая точка смещается по красной кривой характеристики сети (гидросистемы): вверх – при увеличении частоты вращения, вниз – при уменьшении частоты вращения.

Рис. Регулирование скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса

Недостатки работы центробежного насоса на пониженной скорости:

  • ухудшается смазка и охлаждение уплотнений
  • увеличивается вероятность забивания насоса и появления осадка

При регулировании скорости вращения рабочего колеса с помощью преобразователя частоты (ПЧ) необходимо:

  • обеспечить быстрый разгон насоса до минимальной скорости (как правило, эта скорость соответствует 30 Гц на выходе ПЧ)
  • при автоматическом регулировании скорости не опускаться ниже этой частоты.

Дроссельное регулирование

При регулировании расхода с помощью задвижки (вентиля) рабочая точка будет смещаться по синей кривой характеристики насоса: влево – при закрытии задвижки, вправо – при открытии задвижки.

Рис. Дроссельное регулирование расхода центробежного насоса

Недостатки дроссельного регулирования расхода:

  • Повышается давление в системе (напор)
  • Снижается КПД системы.

Поддержание постоянного напора (давления)

Если одновременно закрывать задвижку и уменьшать скорость вращения рабочего колеса, то можно обеспечить поддержание постоянного напора при снижении расхода (рабочая точка смещается влево по зелёной прямой линии).

Читайте так же:
Регулировка зажигания стробоскоп 2121

Рис. Поддержание постоянного напора

Поддержание постоянного расхода

Если одновременно открывать задвижку и уменьшать скорость вращения рабочего колеса, то можно обеспечить поддержание постоянного расхода при снижении напора (рабочая точка смещается вниз по зелёной прямой линии).

Рис. Поддержание постоянного расхода

Зависимость напора, расхода и потребляемой мощности от частоты вращения

Расход (подача) пропорционален частоте вращения рабочего колеса центробежного насоса:

Способы охлаждения

Охлаждение обычных электродвигателей организовано продувкой ребер на корпусе закрепленным на валу двигателя вентилятором. В закрытом корпусе шпинделя организовать охлаждение сложнее. Оно решается двумя способами – принудительной продувкой через вентиляционные решетки и каналы внутри корпуса или с помощью водяного охлаждения.

Водяное охлаждение чаще встречается на промышленных станках. Требует дополнительных устройств, трубопроводов, но охлаждает систему значительно эффективнее, чем воздух.

Энергопотребление и нагрев

В условиях максимальной нагрузки циркуляционный насос частотного типа расходует не более 20 Вт электроэнергии. И всё это благодаря тому, что в данном насосе используются постоянные магниты. При минимальном снижении оборотов частотный насос расходует всего 12-13 Вт, в то время как обычный циркуляционный насос постоянно расходует около 50 Вт — в среднем.

В условиях снижения пропускной способности отопительного контура, в силу закрытия термостатических вентилей, обычный насос продолжает работать на штатных оборотах, пытаясь преодолеть сопротивление. На выходе насоса растет давление, и вместе с тем повышается нагрев самого насоса, что также негативно сказывается на сроке его эксплуатации. Циркуляционный насос с частотным регулированием не имеет таких недостатков, поскольку он подстраивается под сопротивление отопительной системы, и его двигатель работает в комфортных условиях без излишнего нагрева. Частотный насос рассчитан для работы десятилетиями.

Динамическая балансировка на станке. вентилятора, ротора насоса или электродвигателя после проведенного ремонта.

Динамическая балансировка на станке. вентилятора, ротора насоса или электродвигателя после проведенного ремонта.

Работая мастером по ремонту в энергетике, приходится производить балансировку механизмов после проведенного ремонта. О статической балансировке дымососа мы писали в одной из своих статей. Статическая балансировка дело не очень сложное, надо лишь подобрать уравновешивающий груз на балансируемый ротор. Но при работе механизмов, особенно на больших оборотах (выше 1000 об /мин.) происходит влияние различных сил как в продольном, так и поперечном направлениях. Чтобы уравновесить эти силы в динамике, существуют специальные балансировочные станки и целые их комплексы. Применяют и методы динамической балансировки в собственных подшипниках на месте установки, но это другая история, хотя принципы те же самые.

Причины вибрации механизма после восстановительного ремонта

Динамическая балансировка на станке. вентилятора, ротора насоса или электродвигателя после проведенного ремонта.

После эксплуатации многих механизмов с течением времени происходит неравномерный износ рабочих колес (насосов, вентиляторов). В процессе ремонта их восстанавливают разными способами. Роторы электродвигателей даже с завода бывают отбалансированы на самых верхних пределах допуска, а то и вовсе вне допуска.

Представьте, что механизм после восстановительного ремонта собран согласно формуляров. Но все параметры зазоров, натягов подшипников и центровка находятся на самом верхнем пределе допуска. Ротор так же имеет верхний допустимый предел небаланса. В итоге включаем насос (или любой другой механизм) после ремонта, а его “трясет” (повышенная вибрация). Начинаем разбираться -параметры в норме. Порой просто разворачиваем полумуфты электродвигателя и механизма на 180(или на другой угол) градусов относительно друг друга и насос успокоился-заработал нормально. А, что произошло-методом “тыка” устранили взаимный небаланс ротора механизма и ротора электродвигателя. Иногда при разборке насосов обнаруживаем вхлам развалившиеся подшипники качения, а насос при этом работал без вибрации. То есть по причине качественной балансировки и центровки, нагрузка на подшипники была минимальная. Вот так специалисты-балансировки становятся магами, прикрепив или убрав небольшой грузик в определенной точке. Точка эта называется сумма векторов небаланса(дисбаланса)

Читайте так же:
Регулировка клапанов 21213 сделай сам
Динамическая балансировка жестких роторов на стационарных станках

Не будем углубляться в науку дисбаланса, а рассмотрим практический пример балансировки консольного ротора диаметром в один метр. Вес такого ротора 150 кг. Балансировку производим на популярном и неплохом станке “DIAMEX 2000” Ротор наш будем считаться жестким, то есть балансировать его можно на малых оборотах, так как влияния частоты вращения на небаланс жесткого ротора не учитываются. Не буду вдаваться в тонкости работы станка, кто читает статью, должен быть в теме.

Установка вентилятора на опоры балансировочного станка.

На станке две роликовых опоры, вал укладываем на эти опоры. Важно, чтобы торцы вала и шейки были в хорошем состоянии, без каких-либо выбоин и эллипсности поверхностей. К торцам вала, с зазором 1-2 мм подводим ограничивающие ролики. В инструкциях сказано, что вал необходимо выставить по уровню. Я для себя сделал вывод, что ротор необходимо выставить, так, чтобы при вращении он не сползал на упорные ролики, а свободно вращался их не касаясь. Как этого добиться?

Простые фишки от практика балансировки роторов на станке DIAMEX 2000

  • Установите вал ротора по уровню и накиньте на него приводной ремень.
  • Войдите в режим прогрева в меню станка, изначально на 100 оборотах. Когда ротор начнет вращаться и перемещаться в ту или иную сторону, соответственно опускайте или подымайте регулируемые опоры.
  • Когда ротор успокоится в одном положении попробуйте добавить скорость вращения и повторить регулировки. Если ротор устаканился на одном на месте-приступаем к балансировке.
Этапы балансировки ротора на станке.

Как и сказано в инструкциях, первым делом устраняем статический небаланс. Когда колесо вентилятора останавливается в одном месте. (как это делать читайте здесь)

Затем определяем “выбег “ ротора по программе станка. На балансировочных станках возможно добиться нормальных результатов балансировки и на низких оборотах (250-350 об/мин) но результат будет точнее если балансировка проводится на оборотах близких к рабочим (хотя бы 600 об/мин при рабочих 3000) Конечно, немного страшновато, когда массивный ротор раскручивается в свободных роликовых опорах до 1000-1500 оборотов. По неопытности можем и потерять его (слетит с опор)

Так вот, обороты выбега выбираем в зависимости от того, как ведет себя ротор на разных оборотах. На нашей диаграмме (на мониторе) видно, что на 578 оборотах в минуту-наименьшая вибрация на левой и правой опоре. Исходя из этого выбираем номинальную частоту балансировки 575 об/мин. То есть на этих оборотах ротора наименьшее влияние различных факторов. (состояния шеек, опор, и даже влажности воздуха)

В настройках прибора указываете каким способом будете убирать небаланс (снятием или прибавлением груза) по разным плоскостям. Плоскость может быть одна или две. Это зависит от длины ротора. К примеру, наш вентилятор можно было балансировать по одной плоскости. Но мы балансируем его совместно с полумуфтой на конце вала. Полумуфта имеет большое влияние на точность балансировки, потому выбираем две.

Первый пробный пуск определяет величину вибрации на опорах и выдает результат дисбаланса ротора. Если ротор в норме, можно прекратить балансировку. Когда ротор в норме, опытный оператор станка может определить и на ощупь по вибрациям опор. Я, на практике стремлюсь добиться минимальной вибрации по опорам, не обращая внимание на то, что дисплей выдает” РОТОР В НОРМЕ”. Потому, что как ремонтник, несу ответственность за качество ремонта всего механизма.

Читайте так же:
Регулировка ближнего света на саньенг актионе

Какой пробный груз вешается на балансируемый ротор

После установки начальной вибрации необходимо повесить пробный груз. В инструкции по станку не говориться от чего зависит величина груза. Но чем больше вес пробного груза, тем более точны будут определены компьютером станка точки уравновешивания ротора. Проблема лишь в том, что любой лишний вес может создать опасную вибрацию для незакрепленного ротора. Если понимаем, что можно прилепить 200 грамм, и ротор не улетит с опор, то вешаем 200 грамм. А если после 10 грамм ротор начнет подпрыгивать на одной из опор, то конечно необходимо уменьшить вес груза. Эти моменты отрабатываются опытом.

Как крепить пробный или корректирующий груз к ротору

Кладём на весы пробный груз и как-то крепим, а как? Многие пользуются пластилином. Но при большой угловой скорости пластилин отлетает вместе с грузом. У нас в цехе вся стенка перед станком в следах от него. Вообще грузик может и в лоб прилететь при неосторожности. На роторах асинхронных электродвигателей удобно крепить на болт, добавляя к нему шайбы определенного веса. Хорошая идея иметь калиброванные магнитные груза для фиксации на стальных деталях. Кто-то пользуется бандажной лентой, но это не всегда удобно на рабочих колесах насосов. Я лично нашел:) а может и не только я:) способ крепления балансировочных грузов с помощью простого скотча. Показал станок точку крепления корректирующего груза-подбираю грузик, ставлю на колесо и обматываю колесо с грузом в несколько слоев скотчем. Этот дешевый материал никогда еще не подводил и никакого дополнительного влияния на ротор не оказывал.

Стоит ли продолжать балансировку при достижении нормы уравновешенности ротора?

На основании ГОСТа ИСО 1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса, мы должны выдать вентилятор с остаточным дисбалансом не более 10 г. Мм/кг. Допустим, я добился таких показателей и могу со спокойной душой отдать ротор в работу предоставив отчет. Но я вижу вибрацию на опорах 25-40 мкм. По норме вентилятор в сборе не должен выдавать после ремонта более 30 мкм. Конечно, он в свободных опорах, но…Я же знаю, что есть возможность уйти по вибрации за 10 мкм. Это займет естественно больше времени, но обеспечит нашей фирме бонус качественного ремонта.

Потому и продолжаю совершать дополнительные пуски и вешать или снимать болгаркой рекомендованные массы. Как и писал выше, прекращаю балансировку при вибрации ниже 10 мкм и дисбаланс довожу до 0,2-2 грамм. Такой ротор 100% будет работать ровно. Вибрацию, из-за влияния различных факторов (некачественные шейки вала, прогиба ротора и т.п.) не всегда удается снизить, это понимаешь, когда груз в пару грамм смещает точку установки грузов на большую величину, то есть дисбаланс сведен практически к нулю.

Любимый аттракцион после качественной балансировки раскрутить незакрепленную болванку в тонну весом на 1500 оборотов и показать заказчику как “шуршит” ротор.

Успехов вам в вашей работе коллеги.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector