Спосіб створення електричної моделі відцентрового насоса

Реферат: Спосіб створення електричної моделі відцентрового насоса включає відтворення обертового руху робочого потоку, який змінюється за гармонічним законом з відповідним напором, визначення відповідних активного та індуктивного опорів. Як відтворення робочого потоку використовують електричний струм, а як відтворення напору відповідно електричну напругу змінного струму. Обертовий рух робочого потоку у моделі спірального відводу насоса перетворюють у однонапрямлений електричний струм за допомогою m-фазного випрямляча, де m відповідає кількості лопатей робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють. UA 67781 U (54) СПОСІБ СТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МОДЕЛІ ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА UA 67781 U UA 67781 U 5 10 15 Корисна модель належить до електрики, зокрема до методів електрогідравлічної аналогії та може бути використана для електричного моделювання режимів роботи відцентрових насосів, які подають питну воду мешканцям населених пунктів, а також перекачують технічну воду на гірничо-збагачувальних комбінатах, хімічних виробництвах, металургійних комбінатах та будьяких інших підприємствах, у технологічному процесі яких використовується очищена чи освітлена вода. Відомий спосіб створення електрогідравлічної моделі відцентрового насоса [монографія Костышин B.C. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии. Ивано-Франковск, 2000. С. 67-73]. Він базується на просторовій побудові гідравлічної машини. Робочий потік, що подається у електрогідравлічну модель відцентрового насоса, за один оберт робочого колеса змінює свій напрям на 360°, відповідно модулі складових швидкості його руху, як і сам напрям руху, є гармонічною функцією часу t (синусоїдою) з періодом Т = 2. Різного роду втрати при роботі відцентрового насоса, які призводять до зниження його ККД та зменшення вихідного напору при збільшенні робочого потоку, інтегрально враховуються у моделі насоса наявністю активного RГ та індуктивного Хг опору: Rг  128l /(gd4 ) , 20 де  - коефіцієнт кінематичної в'язкості; l - довжина проточної частини насоса еквівалентована до її діаметра; d - еквівалентний діаметр проточної частини насоса; m ХГ  LГ   lj j 1 gS j 25 (1) , (2) де LГ  l /(gS) - гідравлічна індуктивність проточної частини насоса; 30 35 40 45 50 55  - кутова частота обертання робочого колеса насоса; lj - довжина ділянки проточної частини при її еквіваленту ванні; Sj - площа перетину ділянки проточної частини при її еквівалентуванні. Відомий спосіб електрогідравлічного моделювання відцентрового насоса має наступні недоліки: 1) Основна енергетична характеристика відцентрового насоса є залежністю між його напором та витратою (Q-H - характеристика). Разом з тим, як зазначає автор [1] на с. 76 своєї монографії…… "Основным недостатком предложенного метода учета конечного числа лопастей есть …… отсутствие достоверной информации о значении функции Н()". З цієї причини, моделювання процесів у відцентровому насосі відомим способом змушує вважати залежність напору від фази обертання робочого потоку (функцію Н()) відомою, наприклад квадратичною. Насправді вона змінюється зі зміною обсягів витрати відцентрового насоса. 2) Дозволяє моделювати лише усталені режими роботи відцентрових насосів. 3) Не передбачає моделювання процесів на виході відцентрового насоса. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу моделювання відцентрових насосів електротехнічними засобами для забезпечення можливості аналізу усталених, перехідних і аварійних режимів їх роботи, що дозволило підвищити надійність водопостачання та зменшити споживання електричної енергії приводними електродвигунами на перекачування 3 1 м води при забезпеченні вимог технологічного процесу. Постановка задачі вирішується тим, що спосіб включає відтворення обертового руху робочого потоку, який змінюється за гармонічним законом з відповідним напором, визначення відповідних активного та індуктивного опорів, згідно корисної моделі новим є те, що як відтворення робочого потоку використовують електричний струм, а як відтворення напору відповідно електричну напругу змінного струму, при цьому обертовий рух робочого потоку у моделі спірального відводу насоса перетворюють у однонапрямлений електричний струм за допомогою m - фазного випрямляча, де m відповідає кількості лопатей робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють. Відтворення робочого потоку Q відцентрового насоса електричним струмом і, а напору Н електричною напругою u, є основою способу електричного моделювання відцентрового насоса, робоче колесо якого відтворюється сукупністю джерел синусоїдної ЕРС з певною амплітудою, 1 UA 67781 U 5 10 кутовою частотою та початковою фазою, проточна частина подається сукупністю активних та індуктивних опорів, а спіральний відвід - m - фазним однотактним випрямлячем. Спосіб реалізують наступним чином. На фіг. 1 зображена схема пристрою для електричного моделювання насоса, яка складається з m паралельних гілок, за кількістю лопатей робочого колеса. Кожна гілка містить послідовно з'єднані: джерело синусоїдної ЕРС e=Emsin(t + j); активний опір RГ; індуктивність LГ; діод. Для моделі відцентрового насоса, який має m лопатей, система ЕРС паралельних гілок моделі запишеться у вигляді гармонічної функції (синусоїди) наступним чином:  1  2 j   e j  Em sin t   0.5   , m     15 де j - номер гілки електричної моделі; Цим у моделі відображається факт обертового руху рідини у проточній частині насоса. Кожна синусоїдна ЕРС має однакову кутову частоту , яка дорівнює кутовій частоті обертання ротора насоса. Вона розраховується за формулою  20 В електротехніці зв'язок між кутовою частотою , яка вимірюється у (рад/с) та частотою f, одиницею виміру якої є (Гц), встановлюється співвідношенням   2f . Порівнявши дві останні формули, отримаємо f 25 n (рад/с). 30 n (Гц). 60 Якщо ротор насоса має 600 об/хв., то з останньої формули випливає, що це відповідає частоті 10 Гц. З іншого боку 600 обертів за хвилину дорівнюють 10 обертам за секунду. Якщо ж врахувати, що 1Гц = 1/с, це доводить адекватність подання швидкості обертання робочого колеса насоса кутовою частотою синусоїдних ЕРС окремих гілок електричної моделі. Зсув за фазою синусоїдних ЕРС окремих гілок електричної моделі складає 1 2j  .   j   0,5    m    30 35 40 45 50 Для відцентрового насоса з m=6 кут зсуву за фазою між ЕРС сусідніх гілок складає 60°, що дорівнює 1/6 періоду 360°. Те ж саме маємо і у насосі. Якщо робоче колесо містить 6 лопатей, то вони зсунені між собою по периметру робочого колеса також на його 1/6 частину. Напір неробочого ходу насоса Н0 моделюється амплітудою Еm синусоїдної ЕРС. (Якщо Н0=57 м, то Еm=57 В). Різного роду втрати при роботі відцентрового насоса, які призводять до зниження його ККД та зменшення вихідного напору при збільшенні подачі води споживачу, інтегрально враховуються наявністю у кожній паралельній гілці електричної моделі насоса активного RГ та індуктивного ХГ опорів, які розраховуються відповідно за співвідношеннями (1) та (2). Обертовий рух рідини у проточній частині відцентрового насоса перетворюється на однонапрямлений (з деякими пульсаціями, кількість яких за один оберт робочого колеса дорівнює кількості його лопатей) у відводі. Цей факт у запропонованій електричній моделі відображається включенням у кожну паралельну гілку одного напівпровідникового вентиля. Оскільки у самому насосі не передбачено будь-якого регулювання робочого потоку при спрямуванні його на вихід у напірну мережу, то і у моделі застосований некерований вентильний елемент - діод. Таким чином, у запропонованій електричній моделі відцентрового насоса його вихід є однотактним m - пульсовим випрямлячем. Випрямлений струм у опорі навантаження електричної моделі має m пульсацій на період Т = 2. Застосування електричної моделі відцентрового насоса для аналізу процесів у окремих насосних агрегатах та мережі водопостачання в цілому дозволяє: 1) Узгодити характеристику насосної станції з характеристикою системи водоводів та технологічного споживача за рахунок обґрунтованого підбору типових насосних агрегатів чи їх модернізації у разі необхідності. 2 UA 67781 U 5 2) Проаналізувати перехідні процеси у системі водопостачання, які виникають при зміні обсягів подачі води споживачам, для чого на насосній станції змінюють кількість паралельно працюючих насосів. 3) Оптимізувати схему подачі води споживачам, що разом з узгодженням характеристик системи дає можливість зменшити споживання електричної енергії на (10-25) % при забезпеченні вимог технологічного процесу та відповідного рівня надійності. Джерело інформації: Костышин B.C. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии. Ивано-Франковск, 2000. 163 с. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб створення електричної моделі відцентрового насоса, що включає відтворення обертового руху робочого потоку, який змінюється за гармонічним законом з відповідним напором, визначення відповідних активного та індуктивного опорів, який відрізняється тим, що як відтворення робочого потоку використовують електричний струм, а як відтворення напору відповідно електричну напругу змінного струму, причому обертовий рух робочого потоку у моделі спірального відводу насоса перетворюють у однонапрямлений електричний струм за допомогою m-фазного випрямляча, де m відповідає кількості лопатей робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3