2.1 Обзор систем электропривода, применяемых в промышленной установке

Для насосных установок центробежного типа применяют следующие способы регулирования подачи жидкости и давления:

- дросселированием трубопровода;

- перепуском части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной;

- отключением или подключением насосов (ступенчатое регулирование);

- изменением частоты вращения рабочего колеса насоса.

Дросселирование трубопровода является весьма распространенным способом регулирования давления и подачи жидкости. Регулирующим элементом в этом случае является механическое устройство в виде шибера, дроссель-клапана, задвижки, диафрагмы и т. п., которое располагается на напорном патрубке насоса и за счет своего перемещения изменяет поперечное сечение трубопровода.

Несмотря на простоту реализации данного способа регулирования он имеет ряд недостатков. Одним из них является снижение КПД насосной установки, особенно при глубоком регулировании подачи. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на преодоление дополнительного сопротивления регулирующего устройства, преобразуется в тепловые потери, что и определяет низкую энергетическую эффективность данного подхода. Помимо этого, рост давления на выходе насоса при закрытии задвижки приводит к сокращению срока службы уплотнений и запорных устройств, а также к увеличению утечек жидкости через стыки и щели. Другим недостатком этого способа является возможность однозонного регулирования в сторону уменьшения подачи или напора насосной установки.

Регулирование напора перепуском основано на отведении части потока жидкости с выхода насоса на его вход через отвод с задвижкой. При этом энергия, затрачиваемая на циркуляцию жидкости по холостому кругу, не создает полезной работы, что снижает КПД установки, особенно сильно при глубоком регулировании. Как и в предыдущем методе, подача насосной установки регулируется только в сторону уменьшения.

Ступенчатое регулирование подачи насосной станции осуществляется за счет подключения или отключения насоса или группы насосов. Данный способ характеризуется простотой управления, так как не требует дополнительных регулирующих устройств. Однако он не позволяет обеспечить непрерывное и качественное поддержание напора при изменении потребления жидкости и вызывает частые пуски двигателей, что уменьшает срок работы оборудования и требует строительства промежуточного аккумулирующего резервуара для сглаживания колебаний подачи насосной установки. Кроме того, электроприводы работают не в оптимальном режиме, что также снижает КПД всей НУ.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насосной установки позволяет осуществить непрерывное регулирование производительности НУ с меньшими затратами энергии, чем в предыдущих вариантах. В регулируемых электроприводах, применяемых в насосных установках, широко используются следующие типы систем:

− Преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (ПЧ-АД). Наиболее экономичный вид привода для турбомеханизмов. При регулировании скорости КПД турбомеханизма неизменен, а КПД преобразователя довольно высок и составляет 0,98. Частотное регулирование обеспечивает плавность изменения производительности и предотвращает возникновение гидроударов, что повышает ресурс и надежность работы как самой насосной установки, так и трубопроводов и арматуры, однако оно требует больших затрат на регулирующее оборудование, особенно для установок с мощностью выше средней, и приводит к ухудшению электромагнитной совместимости с питающей сетью. Тем не менее снижающаяся стоимость регулируемых электроприводов делает этот способ наиболее перспективным.

− Система генератор – двигатель или вентильный преобразователь – двигатель. Используется в насосных установках средней и большой мощности, когда требуется глубокое и плавное регулирование скорости. D101.

− Вентильные и вентильно–машинные каскады. Данная система применяется для вентиляторных и насосных установок малой, средней и большой мощности). Требуется регулирование скорости.D(35)1.

− Тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель (ТРН-АД). Применяется в случаях когда необходимо осуществлять регулирование скорости, а так же. плавный пуск и торможение двигателя. Данная система имеет тот недостаток, что на малых скоростях ввиду повышенного скольжения происходит повышенный нагрев обмоток, что может привести к выходу машины из строя.

Возможно также сочетание нескольких способов регулирования. Одним из широко применяемых вариантов регулирования является сочетание ступенчатого регулирования с изменением частоты вращения рабочего колеса насосной установки, которое достигается с помощью частотно-регулируемого электропривода. При невозможности обеспечить требуемую в данный момент производительность одним насосом, в работу включается следующий, при этом первый насосный двигатель переключается напрямую на сеть, а вступающий в работу - выводится на рабочую частоту под управлением ПЧ.