Електрична модель відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом

Реферат: Електрична модель відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом складається з моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, у якій m паралельних гілок, де послідовно з'єднані джерело ЕРС, активний і реактивний опори та діод. Усі джерела ЕРС мають однакову амплітуду і частоту та зсунені за фазою одна відносно одної на 1/m частину періоду. Усі активні опори однакові між собою за величиною, як є однаковими між собою і реактивні опори, а сукупність діодів створює m-фазний однотактний випрямляч, де m відповідає кількості лопатей робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють. Електрична модель містить дві паралельно з'єднані моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, ЕРС відповідних гілок яких зміщені між собою на 180°, 2m-фазний однотактний випрямляч та різні за величиною опори вихідних гілок половин моделі. UA 80301 U (12) UA 80301 U UA 80301 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до електрики, зокрема до методів електрогідравлічної аналогії, та може бути використана для електричного моделювання режимів роботи відцентрових насосів з двозавитковим спіральним відводом, які подають питну воду мешканцям населених пунктів, а також перекачують технічну воду на гірничо-збагачувальних комбінатах, хімічних виробництвах, металургійних комбінатах та будь-яких інших підприємствах, у технологічному процесі яких використовується очищена чи освітлена вода. Відомий "Спосіб створення електричної моделі відцентрового насоса". Патент UA № 67781, МПК G06G 7/00; № u201108267 дата 12.03.2012. Він базується на просторовій побудові гідравлічної машини з однозавитковим спіральним відводом. Фактично схема фіг. 1, яка наведена у формулі винаходу відомого "Способу….", є електричною моделлю насоса з однозавитковим спіральним відводом (наприклад, відцентрового насоса Д 2000-100). Робочий потік, що подається у відцентровий 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 Τ=2π. Модель містить m паралельних гілок, що дорівнює кількості лопатей робочого колеса насоса (їх може бути 6, 7 чи 8). Система ЕРС паралельних гілок моделі запишеться у вигляді гармонічної функції (синусоїди) наступним чином:  1  2 j   e j  Em sin t   0.5   m    , (1) де j - номер вгілки електричної моделі; Цим у моделі відображається факт обертового руху рідини у проточній частині насоса. Амплітуда (Еm) усіх гілок моделі однакова і дорівнює напору неробочого ходу насоса Н0, обчисленому у метрах (якщо Н0=82 м, то Еm=82 В). 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: -4 Rг=128l/(gπd ), (2) де  - коефіцієнт кінематичної в'язкості; l - довжина проточної частини насоса, еквівалентована до її діаметра; d - еквівалентний діаметр проточної частини насоса; m  gS Xг  Lг   j 1 35 40 45 50 55 lj j , (3) де Lг=l/(gS) - гідравлічна індуктивність проточної частини насоса; ω - кутова частота обертання робочого колеса насоса; lj - довжина ділянки проточної частини при її еквівалентуванні; Sj - площа перерізу ділянки проточної частини при її еквівалентуванні. Відомий спосіб створення електричної моделі відцентрового насоса розрахований на моделювання робочого процесу лише у відцентрових насосах з однозавитковим спіральним відводом, тому його використання: а) не передбачає можливості урахувати при моделюванні наявності в реальному насосі з двозавитковим спіральним відводом двох "язиків", через що кожна лопать робочого колеса за один його оберт двічі "виштовхує" рідину у зовнішню гідравлічну мережу. б) не дозволяє відобразити у моделі різний гідравлічний опір кожної спіралі відводу відцентрового насоса. В основу корисної моделі поставлено задачу створення електричної моделі відцентрових насосів з двозавитковим спіральним відводом електротехнічними засобами для забезпечення можливості аналізу усталених, перехідних і аварійних режимів їх роботи, що дозволило підвищити надійність водопостачання та зменшити споживання електричної енергії приводними 3 електродвигунами на перекачування 1 м води при забезпеченні вимог технологічного процесу. Поставлена задача вирішується тим, що в електричній моделі відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом, яка складається з моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, у якій m паралельних гілок, де послідовно з'єднані джерело ЕРС, активний і реактивний опори та діод, причому усі джерела ЕРС мають однакову амплітуду і частоту та зсунені за фазою одна відносно одної на 1/m частину періоду, усі активні опори однакові між собою за величиною, як є однаковими між собою і реактивні опори, а сукупність діодів створює m-фазний однотактний випрямляч, де m відповідає кількості лопатей 1 UA 80301 U 5 10 15 20 25 30 35 робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють, згідно з корисною моделлю новим є те, що електрична модель містить дві паралельно з'єднані моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, ЕРС відповідних гілок яких зміщені між собою на 180°, 2m-фазний однотактний випрямляч та різні за величиною опори вихідних гілок половин моделі. Моделювання двозавиткового спірального відводу 2m-фазним випрямлячем, ЕРС відповідних гілок окремих половин якого мають між собою зсув за фазою на кут 180°, є основою моделі відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом, оскільки при цьому вихідна напруга моделі має меншу глибину пульсацій за рахунок подвоєння їх частоти. Останнє відповідає фізичній сутності робочого процесу в насосі. Поділ спірального відводу на дві 3 частини застосовується у потужних насосах, подача рідини якими перевищує 2500 м /год. Застосування такого технічного рішення покращує енергетичні, механічні та вібро-акустичні характеристики насоса, оскільки такі насоси мають два "язики" (місця, це лопать робочого колеса "виштовхує" рідину у зовнішню гідравлічну мережу), через що кожна лопать робочого колеса за один його оберт двічі "виштовхує" рідину, а якщо кількість лопатей непарна, то це дає ще й подвоєння пульсацій вихідного напору. Важливим також є і застосування у моделі різної величини опору вихідних гілок кожної з її половин, що відповідає різній протяжності окремих половин спірального відводу. Модель реалізують наступним чином. На фіг. 2 зображена її схема, що складається з двох половин, кожна з яких є електричною моделлю відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом. Кожна половина моделі містить по m паралельних гілок, за кількістю лопатей робочого колеса. Сучасні відцентрові насоси мають робочі колеса з 6-ма, 7-ма або 8ма лопатями. Якщо кількість лопатей непарна, це дає додатковий позитивний ефект, який полягає у більшій стабільності робочого процесу за рахунок подвоєння кількості пульсацій напору на виході насоса і, відповідно, меншої їх глибини. Тому на схемі фіг. 2 кожна її половина містить по 7 паралельних гілок, де послідовно з'єднані: - джерело синусоїдної ЕРС e=EmSin(ωt+Ψj); - активний опір Rг; - індуктивність Lг; - діод. Для половини моделі відцентрового насоса, який має m лопатей, система ЕІРС паралельних гілок моделі запишеться у вигляді гармонічної функції (синусоїди) за формулою (1). Звернімо увагу, що схема фіг. 2 моделює насос з m=7, а формула (1) може застосовуватись для гілок під номерами від 1 до 7 (на схемі V1-V7). У ЕРС гілок з номерами від 8 до 14 (на схемі V8-V14) потрібно врахувати наявність зсуву за фазою, який складає 180. Кожна синусоїдна ЕРС моделі має однакову кутову частоту ω, яка дорівнює кутовій частоті обертання ротора насоса. Вона розраховується за формулою  40 45 50 55 n рад / с  30 . Напір неробочого ходу насоса H0 моделюється амплітудою Еm синусоїдної ЕРС. 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 (2) та (3). Обертовий рух рідини у проточній частині відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом перетворюється на однонапрямлений (з деякими пульсаціями, кількість яких за один оберт робочого колеса дорівнює кількості його лопатей) у відводі. Цей факт у половині запропонованої 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 застосовані некеровані вентильні елементи - діоди (D1-D14). Оскільки запропонована електрична модель відцентрового насоса складається з двох половин, синусоїдні ЕРС яких зсунені між собою на 180°, то за умови непарної кількості лопатей робочого колеса насоса її вихід є однотактним 2m-пульсним випрямлячем. Випрямлений струм у опорі навантаження електричної моделі має 2m пульсацій на період Τ=2π, що відповідає подвоєнню частоти напору на виході насоса за зазначених вище умов. Запропонована модель також враховує і різну протяжність окремих половин спірального відводу. Тому вихідні гілки окремих половин моделі мають різні за величиною опори (на схемі R1 і L1 та R2 і L2 відповідно). 2 UA 80301 U 5 10 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) 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Електрична модель відцентрового насоса з двозавитковим спіральним відводом, що складається з моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, у якій m паралельних гілок, де послідовно з'єднані джерело ЕРС, активний і реактивний опори та діод, причому усі джерела ЕРС мають однакову амплітуду і частоту та зсунені за фазою одна відносно одної на 1/m частину періоду, усі активні опори однакові між собою за величиною, як є однаковими між собою і реактивні опори, а сукупність діодів створює m-фазний однотактний випрямляч, де m відповідає кількості лопатей робочого колеса відцентрового насоса, що моделюють, яка відрізняється тим, що електрична модель містить дві паралельно з'єднані моделі відцентрового насоса з однозавитковим спіральним відводом, ЕРС відповідних гілок яких зміщені між собою на 180°, 2m-фазний однотактний випрямляч та різні за величиною опори вихідних гілок половин моделі. 3 UA 80301 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4