Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Компактность конструкций, простота соединений с насосом, легкая автоматизация управления и относительно низкие эксплуатационные затраты предопределили массовое применение электродвигателей переменного тока в качестве привода для насосов систем водоснабжения и канализации.

К приводным электродвигателям насосных агрегатов помимо их большой мощности предъявляется ряд специфических требований. Одним из определяющих является необходимость пуска двигателей под нагрузкой. Конструкция электродвигателя должна также допускать довольно продолжительное вращение ротора в обратную сторону (с угонной скоростью, определяемой характеристикой насоса), вызываемое сливом воды из напорных трубопроводов после отключения электродвигателя от сети при плановой или  аварийной  остановке  агрегата.

Весьма желательной для улучшения условий работы энергетических систем, где применяются мощные насосные станции, является возможность частых повторных пусков, что, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к конструкциям обмотки статора и пусковой обмотки электродвигателя, нагревание которых определяет продолжительность требуемой паузы между пусками и допустимое число пусков    за    рассматриваемый    период.

Энергоснабжение и электропривод рассматриваются в специальных курсах, поэтому в настоящем учебнике лишь кратко освещаются особенности приводных электродвигателей различных типов, в значительной мере определяющие конструкцию и размеры машинного здания насосной станции

Асинхронные электродвигатели. При работе этих двигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (стандартная частота 50 Гц) и от числа пар полюсов, а частота вращения ротора отличается на величину скольжения, составляющую 0,012—0,06 скорости магнитного поля статора. Причиной исключительно широкого применения асинхронных электродвигателей является их простота и небольшая стоимость.

В зависимости от типа обмотки ротора различают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым   или   с   фазным   ротором

Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели являются наиболее подходящим электроприводом для небольших насосов Они значительно дешевле электродвигателей всех других типов и, что очень существенно, обслуживание их гораздо проще Пуск этих электродвигателей — прямой асинхронный, при этом не требуется каких-либо дополнительных устройств, что дает возможность значительно упростить схему автоматического управления агрегатами

Однако при прямом включении короткозамкнутых асинхронных электродвигателей очень высока кратность пускового тока, который для двигателей мощностью 0,6— 100 кВт при п = 750Н-3000 мин"' в 5—7 раз выше номинального тока Такой кратковременный толчок пускового тока относительно безопасен для двигателя, но вызывает резкое снижение напряжения в сети, что может неблагоприятно сказаться на других потребителях энергии, присоединенных к той же распределительной сети. По этим причинам допустимая номинальная мощность асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, пускаемым прямым включением, зависит от мощности сети и в большинстве случаев ограничивается 100 кВт.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют более сложную и дорогую конструкцию, так как обмотки ротора у них соединяются с наружным пусковым реостатом через три контактных кольца со скользящими по ним щетками

Перед пуском такого электродвигателя в цепь ротора с помощью реостата вводят дополнительное сопротивление, благодаря чему при включении электродвигателя уменьшается сила пускового тока По мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление постепенно уменьшается, а после того как электродвигатель достигнет частоты вращения, "близкой к нормальной, сопротивление пускового реостата целиком выводят, обмотки закорачивают и двигатель продолжает работать как короткозамкнутый

Для насосов с горизонтальным валом    отечественной    промышленностью в настоящее вермя выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором единой серии 4А мощностью 0,06— 400 кВт при д>3000 мин-1 и высоте оси вращения 50—355 мм. Электродвигатели мощностью 0,06— 0,37 кВт изготовляются на напряжение 220 и 380 В; 0,55—11 кВт — на 220, 380 и 660 В; 15—110 кВт— на 220/380 и 380/660 В; 132— 400 кВт — на 380/660 В.

Для привода вертикальных насосов выпускаются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии ВАН мощностью 315— 2500 кВт, напряжением 6 кВ и номинальной частотой вращения 375—1000 мин"1.

Изготовляются электродвигатели серии ВАН (рис 8 2) в вертикальном подвесном исполнении с подпятником и двумя направляющими подшипниками (один из которых расположен в верхней крестовине, другой — в нижней), с фланцевым концом вала для присоединения к насосу Вентиляция электродвигателя осуществляется по разомкнутому циклу напором воздуха, создаваемым вращающимся ротором и вентиляторами Холодный воздух поступает в машину снизу из фундаментной ямы через нижнюю крестовину и сверху через окна в верхней крестовине Нагретый воздух выбрасывается через отверстия в корпусе статора

Асинхронные электродвигатели основного исполнения имеют различные модификации, в частности: с повышенным пусковым моментом; с повышенными энергетическими показателями для насосных агрегатов с круглосуточной работой, при которой особое значение имеет повышение КПД; с фазным ротором, облегчающим условия пуска и т. п.

Отечественной промышленность J также выпускаются многоскоростные асинхронные электродвигатели, позволяющие изменением частоты вращения регулировать подачу и напор насоса, улучшая, тем самым, технико-экономические показатели насосной станции в целом. Так, например, двухскоростные электродвигатели серии ДВДА имеют интервал значений мощности от 500/315 до 1600/1000 кВт. Эти электродвигатели переводятся с одной частоты вращения  на другую отключением  одной обмотки    статора    с    последующим включением другой.

Синхронные электродвигатели переменного тока применяются для привода мощных насосов, характеризуемых большой продолжительностью работы. Частота вращения синхронных электродвигателей связана постоянным отношением с частой сети переменного тока, в которую эта машина включена: ря=:3000 (где р — число пар полюсов; п — частота вращения)

Ротор синхронной машины отличается от ротора асинхронной наличием рабочей обмотки для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем статора Рабочая обмотка ротора запитывается постоянным током от возбудителя, которым может служить либо генератор постоянного тока, либо тирис-ториый возбудитель Генератор постоянного тока может располагаться отдельно от электродвигателя  или  крепиться  на  валу ротора

Во втором случае генератор выполняется с самовозбуждением Тиристорный возбудитель всегда располагается отдельно от электродвигателя

Основные преимущества синхронного электродвигателя перед асинхронным следующие

синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности (coscp), равным единице и даже опережающим, что улучшает коэффициент мощности сети и, следовательно, экономит электроэнергию,

при колебаниях напряжения в сети синхронный электродвигатель работает более устойчиво, допуская кратковременное снижение напряжения до 0,6 номинального

Основным недостатком синхронных электродвигателей является то, что момент на их валу при пуске равен нулю, поэтому их необходимо раскручивать тем или иным способом до скорости, близкой к синхронной Для этой цели большинство современных синхронных электродвигателей имеет в роторе дополнительную пусковую коротко-замкнутую обмотку, аналогичную обмотке ротора асинхронного двигателя

Для насосов с горизонтальным валом используют синхронные двигатели общего применения серий СД2, СДН-2, СДНЗ-2 и СДЗ различных типоразмеров, имеющие большой диапазон мощности (132—4000 кВт) и частоты вращения (100— 1500 мин-1) при напряжении 380—6000 В.

Для привода вертикальных насосов изготовляются две серии синхронных двигателей трехфазного тока частотой 50 Гц, мощностью 630—12 500 кВт, напряжением 6 и 10 кВ, с опережающим cos ф = 0,9, позволяющим получить от двигателя при работе его в номинальном режиме реактивную мощность в пределах до 40% номинальной. Первая серия двигателей ВСДН 15—17-го габаритов включает машины с параметрами: N=6304-3200 кВт, п = 375-=-750 мин-1. Вторая серия электродвигателей ВДС 18—20-го габаритов включает машины больших мощностей (N=4000-=-12 500 кВт) и меньших частот вращения (п = = 2504-375 мин"1).

Серийно выпускаемый вертикальный синхронный электродвигатель серии ВДС ( 8.3) имеет статор цилиндрической формы, активная сталь которого набрана пакетами из листовой стали и закреплена в станине стяжными шпильками. Ротор двигателя выполнен из литой стали. Полюсы прикреплены к ободу болтами. В верхней крестовине размещены подпятник, верхний направляющий подшипник и маслоохладитель. Эта крестовина является грузо-несущей и воспринимает вес всех вращающихся частей агрегата и давление воды на рабочее колесо насоса. В нижней крестовине двигателя установлен нижний направляющий подшипник. Возбудитель двигателя (в данном случае генератор постоянного тока с самовозбуждением) вместе с контактными кольцами насажен на отдельный вал, который имеет фланцевое соединение с валом двигателя. В случае отдельно стоящих возбудителей на валу электродвигателя устанавливаются кольца, с помощью которых возбудитель соединяется с обмотками ротора. Двигатель имеет проточную   вентиляцию.   Двигатели   этого типа мощностью свыше 4000 кВт выполняются с замкнутой системой вентиляции и охлаждением воздуха с помощью охладителей.

Обозначение электродвигателей этого типа включает данные об их габаритах. Так, например, марка двигателя, изображенного на  8.3, означает: вертикальный (В) двигатель (Д) синхронного типа (С) с диаметром расточки статора 325 см, длиной сердечника статора 44 см и числом полюсов 2р=16.

Напряжение приводного двигателя принимают в зависимости от его мощности и напряжения сети энергосистемы, к которой подключена насосная станция.

Если питание насосной станции осуществляется от энергосети напряжением 3,6 или 10 кВ и мощность электродвигателей превышает 250 кВт, то следует устанавливать двигатели на том же напряжении. В этом случае отпадает необходимость сооружения понизительной трансформа-горной подстанции и, следовательно, уменьшаются затраты по сооружению насосной станции. Напряжение электродвигателей мощностью 200— 250 кВт определяется схемой электро питания и условиями перспективного увеличения их мощности. Электродвигатели мощностью до 200 кВт следует принимать низковольтными, напряжением 220, 380 и реже 500 В.

В зависимости от особенностей среды производственных помещений водопроводных и канализационных насосных станций в них устанавливают электродвигатели в том или ином конструктивном исполнении.

Электродвигатели, устанавливаемые в помещениях с нормальной средой, обычно принимают в защищенном исполнении. Электродвигатели, устанавливаемые на открытом воздухе, следует принимать в закрытом исполнении, для низких температур — во влагоморозостойком. При установке приводных электродвигателей в особо сырых местах их принимают в капле- или брызгозащищенном исполнении с влагостойкой изоляцией. Исполнение электродвигателей, устанавливаемых во взрывоопасных помещениях, должно приниматься в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ).