Устройство и принцип работы электрооборудования компрессоров, вентиляторов, насосов

Насосные установки применяются на производстве для обеспечения технологического процесса предприятия и жизнедеятельности работающего коллектива.

Насосы работают в системе водоснабжения и канализации, перекачивают агрессивные, нефтехимические продукты, технологические жидкости и т.п.

По принципу действия насосные установки можно разделить на три группы:

  • поршневые,
  • центробежные,
  • вихревые и оседиагональные.

Поршневые предназначены для перекачивания жидкости при больших высотах всасывания (до 6 м) с небольшой производительностью.

Вид поршневого насоса

Рисунок 1. Вид поршневого насоса

Простейший принцип работы определяет длительную и стабильную работу. Стоит учитывать, что поток, создаваемым подобным устройством, может двигаться с различной скоростью. Слишком большой объем рабочей камеры приводит к тому, что поток будет передвигаться скачками. Для того чтобы исключить появление подобного эффекта проводится установка устройства с несколькими поршнями.

Принцип работы поршневого насоса:

  1. Механизм имеет подвижный элемент, который совершает возвратнопоступательное движение. Он изготавливается при применении современных материалов, за счет которых существенно повышаются изоляционные качества.
  2. Подвижный элемент находится в изоляционном контейнере цилиндрической формы. При движении поршень создает разряженный воздух в рабочей камере, за счет чего происходит всасывание жидкости из трубопровода.
  3. Обратное движение подвижного элемента приводит к выдавливанию жидкости в отводящую магистраль. Устройство клапанов не позволяет попасть жидкости во всасывающую магистраль на момент ее выталкивания.

Принцип действия поршневого насоса

Рисунок 2. Принцип действия поршневого насоса

Все поршневые насосы характеризуются неравномерностью хода и пульсации нагрузки (при всасывании жидкости — холостой ход, а при сжатии — рабочий), поэтому жидкость в напорном трубопроводе течет неравномерно.

Для сглаживания пульсаций нагрузки и повышения равномерности хода в одном насосе применяют несколько рабочих цилиндров, а на валу устанавливают маховик. Поршневые насосы во избежание гидроудара и поломки пускаются только при открытых задвижках на напоре. Поршневой насос запускается в ход под нагрузкой, что требует установку электропривода с повышенным пусковым моментом. Для нормальной эксплуатации поршневых насосных установок необходимы вспомогательные системы (системы водяного охлаждения и смазки). Центробежные предназначены для перекачивания жидкости при малых высотах всасывания с большой производительностью.

Вид центробежного насоса

Рисунок 3. Вид центробежного насоса

В данном виде устройств основным рабочим элементом является диск, на котором зафиксированы лопатки. Они имеют наклон в сторону, противоположную направлению движения. Лопатка закрепляется на валу, который приводится в движение электрическим двигателем. В конструкции может быть использовано одно или два колеса. Во втором случае лопатки соединяют их между собой.

Принцип действия центробежного насоса основан на том, что вода через входной патрубок поступает в рабочую камеру. Среда, захваченная вращающимися лопатками, начинает двигаться вмести с ними.

Центробежная сила перемещает воду от центра колеса к стенкам камеры, где создается повышенное давление. За счет него вода выбрасывается через выходное отверстие. Благодаря тому, что вода движется постоянно, насосы такого типа не создают пульсацию в водопроводе.

Особенностью насосов является необходимость заполнения полости жидкостью перед пуском, в противном случае, насос не будет перекачивать жидкость из-за «разрыва струи».

Производительность центробежных насосов можно регулировать следующими способами:

  • дросселированием трубопровода (например, закрывать задвижки на напорной магистрали);
  • изменением угловой скорости, приводного электродвигателя, напримеризменением напряжения в цепи статора АД;
  • изменением числа работающих на магистраль агрегатов;
  • изменением положения рабочего органа механизма (поворот лопаток рабочего колеса).

На насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощностью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и синхронные двигатели на 6 и 10кВ с прямым пуском, т. е. с включением на полное напряжение сети.

В настоящее время для возбуждения СД применяют только полупроводниковые статические или бесщеточные системы возбуждения.

Наряду с аппаратурой общего назначения для пуска, переключения и управления, в системах автоматизации применяется специальная аппаратура. Электрооборудование и автоматизация компрессоров. Наибольшее применение для приводов компрессоров получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. Регулирование производительности компрессоров в этих случаях осуществляется путем автоматического открывания всасывающих клапанов с помощью регулятора давления. Регулирование производительности может осуществляться периодическим включением компрессорных агрегатов с учетом графика нагрузки и давления в воздухопроводах, которое контролируется специальным манометром, контакты манометра вводятся в схему управления двигателем.

Компрессоры предназначены для получения сжатого воздуха или газа с повышенным давлением с целью его использования в пневматических устройствах (пневмоустановки, пневмоинструмент, пневмоавтоматика и т.п.).

Центробежные компрессоры создают давление воздуха на напоре от 1,5 ÷ 10,5 МПа при высокой производительности и не требуют дополнительных систем для обеспечения нормальной работы. Они просты по устройству, надежны в эксплуатации.

Турбинные и ротационные центробежные компрессоры отличаются конструкцией роторов и корпусов.

Пластинчатые компрессоры выполняются для подач до 500 м3/мин и при двух ступенях сжатия с промежуточным охлаждением создают давление до 1,5 МПа.

Вид центробежного компрессора

Рисунок 6. Вид центробежного компрессора

Основные элементы конструкции: ротор 1, корпус 2, крышки 3, охладитель О и валы 4. Корпус и крышки компрессора охлаждаются водой. У конструктивных элементов имеются некоторые особенности. Для уменьшения потерь энергии механического трения концов пластин о корпус в нем располагают два свободно вращающихся в корпусе разгрузочных кольца.

С целью уменьшения сил трения в пазах, пластины располагают не радиально, а отклоняя их вперед по направлению вращения. При этом направление силы, действующей на пластины со стороны корпуса и разгрузочных колец, приближается к направлению перемещения пластины в пазах и сила трения уменьшается.

Винтовые компрессоры стоят на подаче до 20 000 м3/ч.

Роторно-лопастной компрессор чаще всего соединяют с электродвигателем напрямую, и частота его вращения составляет 1450, 960, 750 об/мин. Для регулирования подачи в этом случае требуется добавить между валами двигателя и компрессора вариатор скорости.

Частота вращения винтовых компрессоров очень высокая, достигающая в случае привода от газовых турбин 15 000 об/мин. Такой воздушный роторный компрессор обычного исполнения способен работать с частотой вращения 3000 оборотов в минуту.

Электродвигатели винтовых компрессоров

Рисунок 7. Электродвигатели винтовых компрессоров

Ротационные компрессоры работают по тому же принципу, что и поршневые машины, т.е. по принципу вытеснения. Основная часть энергии, передаваемой газу, сообщается при непосредственном сжатии.

Сущность действия ротационного компрессора заключается в том, что независимо от его конструктивных особенностей, всасывание газа или воздуха производится той полостью компрессора, объем которой увеличивается при вращении ротора. Засасываемый газ попадает в замкнутую камеру, объем которой, перемещаясь при вращении ротора, уменьшается. Сжатие за чет уменьшения объема приводит к увеличению давления и выталкиванию газа в нагнетательный патрубок.

Ротационные нагнетатели, развивающие избыточное давление до 0,28 — 0,3 МПа (при атмосферном давлении на входе), называют воздуходувками, а создающие более высокое давление — компрессорами.

Ротационный компрессор и воздуходувки имеют ряд преимуществ перед поршневыми:

  • уравновешенный ход из-за отсутствия возвратнопоступательного движения;
  • возможность непосредственного соединения с электродвигателем;
  • равномерная подача газа;
  • меньший вес конструкции;
  • отсутствие клапанов.

Вместе с тем, по сравнению с поршневыми, ротационные компрессоры имеют более низкий механический КПД, развивают более низкое давление, требуют более высокой точности изготовления.

Наибольшее распространение в различных отраслях пищевой промышленности получили два типа ротационных машин:

Ротационно-пластинчатые компрессоры – применяются для создания относительно высокого давления до 0,4 МПа. Если установить последовательно два ротационных пластинчатых компрессора с промежуточным охлаждением воздуха, то можно обеспечить давление до 0,7 МПа и более. Одноступенчатый пластинчатый компрессор работая как вакуум-насос, может создавать вакуум до 90%, а при особой тщательности изготовления и монтажа – до 95%.

Вид ротационного винтового компрессора

Рисунок 8.. Вид ротационного винтового компрессора

Ротационный винтовой компрессор в настоящее время в основном используется в холодильной технике. Принцип его работы схож с работой винтового насоса и состоит в следующем. Когда вращаются винты, то на стороне выхода зубьев из зацепления освобождаются так называемые впадины – полости между зубьями. Из-за создаваемого компрессором разрежения эти полости заполняются паром, поступающим из всасывающего патрубка. В момент, когда на противоположном торце роторов полости полностью освобождаются от заполняющих их зубьев, объем полости всасывания достигает максимальной величины. Пройдя всасывающее окно, полости разъединяются с камерой всасывания.

По мере входа зуба ведомого ротора во впадину ведущего занимаемый газом объем уменьшается и газ сжимается. Процесс сжатия паров в парной полости продолжается до тех пор, пока уменьшающийся объем со сжатым паром не подойдет к кромке окна нагнетания.

Ротационный компрессор с двумя вращающимися поршнями используется как низконапорные воздуходувки с избыточным давлением 0,06 – 0,08 МПа. Такой компрессор, работая как вакуум насос, создает вакуум до 70%.

Принцип работы ротационного компрессора

Рисунок 9.. Принцип работы ротационного компрессора.

Ротор компрессора расположен эксцентрично в цилиндре. В роторе сделаны радиальные прорези, в которых свободно перемещаются пластины. При вращении ротора по часовой стрелке через патрубок 1 происходит всасывание, а через патрубок 6 — нагнетание газа.

Благодаря эксцентричному расположению ротора при его вращении образуется серповидное пространство, разделенное пластинами на отдельные камеры. Пластины выходят из пазов ротора вследствие действия центробежной силы и прижимаются к стенкам цилиндра, т.к. крышки компрессора примыкают к торцевым поверхностям ротора с малым зазором, отдельные камеры, на которые делится серповидное пространство, оказываются изолированными, увеличивающимися до некоторого объема, а затем уменьшающимися.

Вследствие того, что объем газа в камерах левой части серповидного пространства увеличивается, всасывание происходит через патрубок 1, а нагнетание через патрубок 6, так как при дальнейшем перемещении ротора происходит уменьшение объема газа в камерах и его выталкивание. Для уменьшения трения центробежная сила пластин воспринимается двумя разгрузочными кольцами 2, которые охватывают пластины и свободно вращаются в цилиндре. В зазор между внешней поверхностью разгрузочных колец и внутренней поверхностью выточек в цилиндре через отверстия подается масло. Число пластин в таких компрессорах обычно бывает не менее двадцати, чтобы уменьшить перепад давления между камерами и этим ослабить перетекание газа и увеличить объемный КПД.

Вид пластинчитового компрессора

Рисунок 10. Вид пластинчитового компрессора

Для предотвращения чрезмерного износа цилиндра и пластин окружная скорость на внешней кромке пластин должна быть не больше 10 – 12 м/с. Для обеспечения плотного прилегания пластин к внутренней поверхности цилиндра необходимо, чтобы минимальная окружная скорость была в пределах 7-7,5 м/с. Поэтому изменение частоты вращения ротационных компрессоров допустимо только в определенных пределах.

Для обоих типов оборудования в составе компрессорной установки применяются способы регулирования подачи дросселированием на всасывании, перепуском сжатого газа во всасывающий трубопровод и периодическими остановками.

Устройства автоматизации. Основным устройством, контролирующим давление воздуха в магистрали и формирующим сигнал в схему управления является электроконтактный манометр. Компрессорные установки большой мощности и большого давления (поршневые) обслуживаются вспомогательными системами, обеспечивающие защиту компрессорной установки при отказе.

Отказ системы водяного охлаждения контролируется струйным реле, а системы смазки — реле давления масла. При сжатии воздух нагревается, то необходимо не только его охлаждать, но и контролировать температуру воздуха датчиками температуры и формировать аварийно-предупредительные сигналы.

Все сигналы, сформированные устройствами автоматизации, вводятся в релейно-контактные схемы управления электроприводом.

Электрооборудование и автоматизация вентиляторов

Вентиляторы предназначены для вентиляции производственных помещений, отсасывания газов, подачи воздуха или газа в камеры электропечей и поддерживания температуры в заданных пределах подразделяются на приточные, вытяжные и приточно-вытяжные.

Устройство вентиляционной установки приточного типа имеет свои конструктивные особенности. В стандартную комплектацию приточной установки входят:

  • вентилятор (осевой, центробежный, радиальный);
  • воздухозаборный клапан (ручной или с электроприводом), перекрывающий поступление наружного воздуха при отключении системы вентиляции;
  • фильтр очистки приточного воздуха;
  • водяной или электрический калорифер (нагреватель);
  • в отдельных случаях – охладитель;
  • шумоглушитель;
  • автоматика.

Вытяжная установка предназначена для удаления из помещения отработанного воздуха. Она может быть общей или локальной. Локальные вытяжки устанавливаются в местах повышенного скопления вредных веществ (над плитами, духовыми шкафами, мойками, в цехах с вредными факторами производства и т.п.)

Самая простая механическая система вытяжной вентиляции состоит из одного канального вентилятора, «высасывающего» воздух из помещения через вытяжной воздуховод. Более сложная конструкция предусматривает прокладку разветвленной сети воздуховодов, через которые с помощью канального вентилятора удаляется отработанный, загрязненный воздух из помещений.

Схема приточновытяжной системы

Рисунок 11. Схема приточновытяжной системы

Оптимальным вариантом устройства вентиляционной установки является монтаж приточно-вытяжной вентиляции.

Приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает требуемый уровень воздухообмена и наиболее эффективный расход электроэнергии. Приточновытяжная установка – многофункциональное устройство, при помощи которого одновременно удаляется отработанный воздух, происходит теплообмен между входящим и исходящим воздушным потоком, приточный воздух очищается от загрязнений и нагревается (охлаждается) до нужной температуры и только после этого попадает в помещение.

Устройство вентиляционной установки приточно-вытяжного типа включает в себя:

  • приточный и вытяжной вентиляторы;
  • водяной или электрический калорифер;
  • приточный и в некоторых случаях – вытяжной фильтр очистки;
  • шумоглушитель;
  • воздушные клапаны (приточный и вытяжной).

Центробежные и осевые вентиляторы отличаются конструкцией воздушной полости и расположением приводного электродвигателя.

У осевого — электродвигатель расположен внутри воздушной полости (раструба), что обеспечивает его охлаждение потоком воздуха. У центробежных воздушная полость выполнена в виде «улитки» при расположении электродвигатель вне этой полости.

Рабочее колесо осевого вентилятора по форме сходно с воздушным или гребным винтом, которые создают тягу (поток) воздуха через раструб.

Конструкция моделей осевого вентилятора характеризуется простотой исполнения и малыми габаритами. Основные элементы: цилиндрический корпус, колесо с лопастями и привод. Внутренний диаметр цилиндра должен обеспечивать беспрепятственные обороты рабочего колеса. Интервал между лопастями и корпусом ограничивается 1,5% длины вращающейся лопатки.

Конструктивный вид осевого вентилятора

Рисунок 12. Конструктивный вид осевого вентилятора.

С целью понижения гидравлических потерь и улучшения аэродинамических характеристик конструкцию дополняют коллектором, диффузором и обтекателем с двух сторон рабочего колеса.

Принцип действия: вращающиеся лопасти захватывают воздух и выталкивают его вдоль оси крыльчатки. Перемещение воздушных потоков в радиальном направлении почти отсутствует. Производительность оборудования регулируется поворотом лопаток.

Отличительные особенности аксиальных моделей:

  • не требуют большой площади для установки;
  • экономное потребление электроэнергии;
  • низкий уровень шума;
  • простота эксплуатации и ремонта;
  • невысокая стоимость.

Преимущества работы и использования осевых вентиляторов обусловили их широкую популярность в быту. Массово применяются корпусные модели для охлаждения электроприборов и переносные аксиальные агрегаты с решеткой.

Для усиления воздухообмена в стеновые проемы и другие несущие конструкции устанавливаются осевые вентиляторы с настенной панелью. Приборы способны функционировать в двух режимах: всасывание и нагнетание воздуха.

Рабочее колесо центробежного вентилятора расположено в корпусе эксцентрично, что позволяет повысить давление на напоре.

Центробежные вентиляторы являются основным элементом различных вентиляционных установок.

Центробежные (радиальные) вентиляторы высокоэффективны — агрегаты способны генерировать высокие давления и эксплуатироваться в жестких условиях. Конструкция оборудования включает следующие элементы.

Корпус: кожух-диффузор изготовляется из листового металла клепанным или сварным. Пустотелый корпус имеет спиралевидную форму улитки, в конструкции предусмотрены всасывающий и нагнетательный патрубки. Для придания жесткости кожух усиливается оребрением или поперечными полосами

Конструктивный вид насоса

Рисунок 13. Конструктивный вид насоса.

Внешний вид вентиляционной системы

Рисунок 15. Внешний вид вентиляционной системы.

Центробежные агрегаты применяются в приточно-вытяжных комплексах крупных предприятий, различныного рода помещений, гаражах, торговых центрах и зд0аний, где требуется непрерывная мощная вентиляция.

Они обеспечивают технологический процесс производства (подача газа в рабочие объемы) и условия трудовой деятельности (кондиционеры, общецеховая система вентиляции).

Вентиляционные установки достаточно просто поддаются автоматизации по сигналам изменения режима и реагируют на них без участия обслуживающего персонала путем переключения в схемах управления.

Это позволяет задачи обслуживающего персонала свести к периодическому контролю за установками и плановой профилактике.

Основным параметром регулирования таких установок, на который надо воздействовать, является угловая скорость приводного электродвигателя. Процесс регулирования сводится к изменению количества воздуха (газа) на выходе вентиляционной установки.

Для механизмов данной группы типичен продолжительный режим работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные с редкими пусками. В отличие от механизмов непрерывного транспорта компрессоры и вентиляторы имеют небольшие пусковые статические моменты до 20-25% от номинального. В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены механизмы этой группы, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонении параметров воздуха или газов от заданных значений, а также регулирования производительности в широких пределах.

Для вентиляционных установок цеховых помещений и большинства поршневых компрессоров не требуется регулирования угловой скорости приводных двигателей, поэтому здесь применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. При мощности более 50-100кВт привод с синхронным двигателем обычно оказывается экономически выгоднее, чем привод с асинхронным двигателем. Хотя синхронные двигатели сложнее по устройству и дороже, чем асинхронные, применение их целесообразно для одновременного улучшения соsφ предприятия.

Для привода вентиляторов низкого и среднего давления и малой производительности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Для вентиляторов большой производительности и высокого давления устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором высокого напряжения и синхронные двигатели.

Производительность вентиляционной установки можно регулировать следующими способами:

  • изменением скорости приводного электродвигателя (для среднего диапазона регулирования);
  • изменением количества работающих вентиляторов на общую магистраль (для широкого диапазона регулирования);

На производстве они применяется как наиболее эффективны.

Для изменения скорости приводного асинхронного двигателя обычно изменяют подводимое к статору напряжение ступенчатым переключением отпаек автотрансформатора или дросселя, включенных в цепь статора. Регулятор температуры является основным устройством поддержания заданной температуры в помещении изменением расхода воздуха.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *