автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Совершенствование динамических свойств погружных электронасосных агрегатов на основе плавного пуска и торможения

" На правах рукопуюи

Лебедев Константин Николаевич

Совершенствование динамических свойств погружных электронасосных агрегатов на основе плавного пуска и торможения

Специальность 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук:

Зерноград, 1996

Работа выполнена а Азово-Чещоморской государственной агро-йнаенерноЯ академии

Паучянй рутамдятеяг» - доктор техническое наук.

гтрсЛзссср. академик академии аграрного образования Язяияаз 3.3.

Научикз аснсудьтшт - кандидат технических наук,

допент Чаба Б. Л.

СФйцнажшые оппонент - гаслуаенный деятель науки и те:шики

РФ. доктор технических наук, профессор, член кор. академии аграрного образования Кроазажо Г. П.

- кандидат технических- наук, доцент Мзязгдько Э. А.

2зяуг?ве првящкгатаа - Всероссийский научно-исопедоватедьскай ¡.•роектно-технологяческий институт механазаши я электрифика-:ги сельского хозяйства.

-.защита диссертация состоится "ЛJ' 1935 г.

=3.-11. часов на заседании диссертационного совета Kl20.l3.Qi з \зово-Черноморской государственной агроингенерной академии по адресу: .347720, г. Зерноград Ростовской обл., ул. Ленина, 21.

С диссертацией можно ознакомиться р библиотеке академии. Автореферат разослан " " ' '-ОГ-С1'/ 1995 г_

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук.

лоцент Юн дин М.А.

Ой»ря ХЕралтериспхга работы

Актуальность темы. В настоящее время около 90% установок сельскохозяйственного водоснабжения использует подземные воды. В качестве водоподъемников наибольшее распространение получили погружные электронасосные агрегата (ПЭА). Аварийность ПЭА в отдельных хозяйствах достигает 100% в год, а 'замена ПЭА требует больших материальных затрат. Еще более значителен технологический ущерб от перерывов в водоснабжении еивотноводчзских ферм и комплексов.

Анализ причин выхода ПЭА из строя показал, что основными из них являются разрушение изоляции обмотки статора из-за перегрева- . ния в результате возникновения аварийного режима и явления, происходящие в период пуска и тормоаения (электромагнитные, медани-ческие и гидравлические).

Оснозные усилия по совершенствовании станций управления ПЗА сосредоточены на разработке устройств защитного отключения, реа-гирукаих на любой аварийный режим. Несмотря на значительный прогресс в этом направлении, аварийность ПЭА в условиях частых пусков остается весьма значительной из-за их динамических свойств, определяемых в основном свойствами асинхронного электродвигателя.

Известные устройства плавного пуска ПЭА практически отсутствует в сельхозпроизводствз. а ' суцествувв-ае станции управления ПЗА осуществляв^прямой (кснтакторный). пуск и торможение.

Работа выполнена в развитие' научно-исследовательской ггооблэ-т 0.51.21 ГКНТ СССР "Разработать и внедрить новые метода и тех- • наческие средства- электрификацки сельского хозяйства".

Цель работы. Снижение аварийности погружных электронасссных агрегатов путем совершенствования их динамических свойств на основе применения плавного пуска и торможения.

Объект исследования - погружной электронасосньй агрегат.

Предмет■исследования - динамические свойства ПЭА при прямом и плавном пуске и торможении.

Методы исследований. В работе исйользовалксь теорет электромеханического преобразователя энергии, теория гидравлического удара, моделирование на ЭВМ переходных режимов- асинхронных электроприводов с тиристоркым коммутатором (ТК), физическое моделирование. цмитационное моделирование, метод Монте-Карло. Разработано математическое и программное обеспечение для выполнения с помрщьэ персональной ЭВМ необходимых расчетов.

Научная новизна. На ЭВМ и лабораторной установке установлены закономерности переходных процесса пряного и плавного пуска и тормогения ПЭА. Обоснован рациональный закон изменения >тла открывания тнристсроз во времени, который гарантирует максимальное уменьшение амплитуды колебания дазления в нижней части скважины, ограничение пускового тска и колебательности электромагнитного переходного момента.

При этом:

- разработана математическая модель систеш "тиристорный коммутатор - ПЭА - сквагина" в" переходных режшах и разработана программа для моделирования на ЭВМ:

- определена зависимость энергетических, механических к гидравлических проказателей процессов пуска и тормогения от параметров закона изменения угла открывания тиристоров во времени;

- разработано устройство плавного пуска и тормогения.ПЭА. реализующее рациональный закон изменения утла открывания тиристоров во времени (управления тиристорным коммутатором).

Практическая значимость й реализация результатов исследования. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработано устройство плавного пуска и торможения, встраиваемое в сущзствулзие станции упразлення ПЭА типа САУНА и !Сзскад. Лркке-нение устройства позволяет увеличивать среднюю наработку до отказа ПЭА по. меньшей кере в 1,28 раза. Экономическая эффективность от применения устройства составляет 9-9.3 юи. руб/год ка ферме КРС полочного направления на 600 голов в ценах на июнь 1996 г.

Программа цоделировакия на ЭВМ асинхронного тиристорного электропривода используется в учебном процессе в АЧГАА по дисциплине "Математическпе модели и истоды в расчетах на ЭЕМ". разработанное устройство внедрено в АООТ "Учхоз "Зернопое" и моле? бить использовано в асинхронных электроприводах, требувщих плавного пуска и остановки, при этом применение методики расчета элементе? устройства позволяет реалиовнеать различные законы управления ткристорным ш-шутатороа с ограничением переходных номектовг пусковых токов и ускорения.

Аттобатп работы. Основные положения работы дологени одобрены на 1-й иеззузовской конференции "Многоскоросткой и электро-низнровэикый электропривод в сельхозпроиэводстве" (Зеркоград. 1990г.), на научно-технических конференциях Азово-Чернонорсксго

института механизации сельского хозяйства (Зерноград, 1989, Si..Sô г.г.), Всероссийского ' научао-кселодонагельсксго проэкт-кс-технологичесхого института- механизации к электрификация сельского хозяйства (Зерноград. 1991.. &S г.г.). Ставропольской сельскохозяйственной акадешш ( 1SS4 г. ), XXX юбилейной научно-технической конферешда. посзяяехиой 60-летие Челябинского ордена Трудового красного зкамегги института кеханизащга и электрификации сгльского .хозяйства (Челябинск. 1S91 г.).

ОУЗяикагош. По результатам .исследований опубликовано 6 работ, в том числе ода отчет о научно-исслэдовательской работа г, ото asropcKC?- свидетельство на изобретение.

Кс за:г"-у ркчссггся следукцие основные пологенкя:

- результаты исследований на ЭВМ переходных резииов системы '•ткрксторный кокнутатор - ПЭА - скважина":

- рациональный закон управления ткристорннм.коимутатороы;

- рекомендации ко выбору параметров устройства плавного пуска и ториозения ПЭА;

- результата зшюрякбнтеяьного исследования переходных процессов при пуске к ториокеяш ПЭА;

- результаты ннитадаокного воделарованкя ПЭА на ЗВй с аельа ояр&яалезяя показателай эксплуатационной надеэностн яря гршевешш устройства плавного пуска и торыоаения.

о&ьен у. структура-работа. Диссертация состоит из введения. б 1'лгг, йкводоз и приложений. Общий объем - 188 страниц. в том числа 38 рисунков. 13 таблиц, празошвм. Список литературы составляет 125 ваашюванЕй.

щетнтжоаж. ■

Рл введении дана краткая яарактеристкка работы: актуальность проблемы, цель и аздачи исследования, научная новизна- к практическая ценность раооты, сведения о внедрении и апробации работы.

В первой глаее "Состояние вопроса и задачи исследования" на основании литературных источников прозадек анализ причин внхода ПЭА нз строя, отсечено, что данные ряда авторов заметно отличается друг от друга, что объясняется трудность» определения действительной причины отказа ОЗА. т.к. следствием зачастую является выход кз строя осаотки статора.

• зкепяувшшя ПЭА показала, что с увеличение* частота вкдаче-Ш срок его сйксбы й&фе&егся. Это объясняется язленавши. про-

исходящая в периода пуска и остановки. К ним относятся: переходный электромагнитный кокенг электродвигателя, имешяп колебательный характер я приводящей к перегрузкам з деталях ПЭА; электродя-яаг-аческие усилия в лобовых частях обмотки статора, приводящие к кзхгническсау разругенка изоляции. возникааизсе из-за повыщекпого пускового тока и гидравлтеские нестационарные возмущения в сква-гкнэ. ведущие к песковаша и повкгешэ количества абразивных частиц в перекачиваемой воде.

Для автоматизация управления ПЗА в система водоснабгкагая выпускается станции управления. Повышение эксплуатационной надеа-ности ПЭА в настоящее врепя идет ио пути создания устройств, размещаемых в станции управления, и воздействующих на подводимые к ПЭА напряжение и ток. Принципиально возяокш три типа таких устройств: устройства защитного отключения, реагирукцие на аварийкие ренида (неснмметрия фаз сети, сухой ход. перегрузка я т.д.); устройства, формирующие регимы пуска и тормогзния и устройства, симметрирующие трехфазное напряжение.

Совершенствование станций управления ПЭА в настоящее время идет в основном по пути кодернизадая устройств заштного отклвче-кия. Известны работа Белова S. А., Гетнаненко В. Я.. Грудкнва Э. К., Грундулиса А. 0., Данилова з. Н.. Лещевица П. Э.. Каледова 0. Г.. Петько В.Г., Пястолова A.A.. Таран В.П., Richard S.Gudvln и ряда других отечественных и зарубезнык авторов. Из аналитического обзора литературы видно, что современные устройства засзггного отк-лвченяя каденно заедает- обютку статора при возникновении прак-тачески любого аварийного реэтаз, но в условиях частых пусков ПЭА реиавщее значение при правильно настроенной защте приобрэтапт явления, происходящие при пуске и тор^сгеша.

Для снизения механических перегрузок, электродин&»гаческях усилий в лобовых частях обмотки статора, уменьшения амплитуды колебаний давления в сквагше разрабатдазэтся устройства плавного пуска и тормогенкя. Работы в этом направления ведутся ео ВНИИЗ-лектропривода. Кссладовашп. переходных резмов асинхргашх электроприводов с тиристрнь&я кониутаторани посвящены работа Браславс-кого H.A.. Масанднлова Л.Б.. Петрога Л.¡1.. Шубенхо В. А. и др.

Как показал аналитический обзор литературы. наиболее перспективным следует считать разработку устройств плавного пуска и торкохения ПЭА. Исходя из результатов анализа- сформулирована

слздувщне задачи исследования:

- теоретически определить рациональный закон изменения угла отирыззкия тиристоров во времени при пуске и торможении ПЭА при максимальном уменьшении пусковых токов, переходного момента и амплитуды колебания давления в скважине;

- разработать схемное решение устройства плавого пуска и торможения, реализующее рациональный закон:

- экспериментально проверить результаты теоретических исследований:

- определить' теоретические показатели эксплуатационной на-декности ПЭА с устройством плавного пуска и тормонения и провести экономическое обоснование целесообразности его использования.

Во второй главе "Теоретические предпосылки создания устройства плавного пуска и торможения погрузных электронасосных агрегатов" разработана математическая модель системы "тиристорный коммутатор - ПЭА - сква&ина" в переходных реяимах.

Описаны нестационарные гидравлические процессы, происходящие в скваяине при пуске и торможении ПЭА. На основе теории гидравлического удара и известной формулы Жуковского получены зависимости для определения максимальной амплитуды колебания давления в нижней часта скважины. При пуске амплитуда колебания давления находится по формуле:

Д?а - . „-. ' .(1)

где р - плотность вода;

С, - скорость распространения волны давления в сквагине; (!„ - номинальная производительность насоса: Ипр - "приобретенная" за фазу гидроудара (т.е. за отрезок времени, в течение которого-.волна давления дойдет ' до' дна скважины и вернется обратно к насосу) угловая скорость ПЭА: Б - внутренний диаметр сквааины; аь, - номинальная угловая скорость ПЭА.

Максимальная амплитуда колебания давления при торможении находится по формуле:

4-р-сУ-аа-((1ц - шпот)

ЛРт - ----- , (2)

ЗГ-О -Шн

где от - "потерянная" за фазу гидроудара угловая скорость

ИЗ А.

Известно, что зависимость <a=f(t) определяется скоростью изменения напряжения на обмотке статора, а следовательно и закь: изменения угла открывания тиристоров во времени a=f(t). Таким ог.-разом. налицо зависимость амшмтуда колебания давления в скважин-от закона управления тиристошым коммутатором.

Исследования Ераславского И.А., Копылова И.П.. Ладекзсна В.А., Касанлилова Л.Б.. Соколова K.M.. Шубенко В.А. и ;:р. показали. что использование статических характеристик асинхронного электродвигателя для расчета переходных процессов приводит к искажению реальной картины токов, моментов и угловой скорости, максимальный ударный момент при прямом пуске возникает в первые периоды после подключения питающего напряжения (0,02-0.04 с). Этот момент кокет достигать недопустимо больших по механической прочности механизмов значений, что влияет на надеаность и долгоьо::-ность работа электропривода. ' Пусковой тек асинхронного электродвигателя б несколько раз превыкает ноиинальный. Возкогно напраг-леннсе воздействие на переходное процессы пуска и торможения ПЭА путем выбора рационального закона управления ТК.

Момент трогання ПЭА'значительно больне. чем.момент сопротсгв-лгкия трения подшшкшмв из-за вытеснения воды из гюд пята электродвигателя. Процесс "всовывания" ротора на опорном подшшике

приблнаенно описывается вкраЕекиек: и»р

Ме- йтр ---ш. (3)

Игр

где Мс - кскент сопротивления насоса;

Мгр - момент трогання ПЭА;

шгр - угловая скорость, при которой заканчивается гидродинамический подъем ротора на опорном подзотгажо.

После прохождения угловой скорости ©гр момент сопротивления имеет вентиляторный характер и зависит от статического капер;;.

Для качественного анализа статических и динамических характеристик электроприводов с Фазовой коммутацией в статоре для разомкнутых и замкнутых систем автоматического управления рекомендуется система уравнений, содержащих тога: статора i * в качестве переменных (система 1». - где - потокссиепление соксто'с

статора). Однако модель такого вида при моделировании на ЭВМ зачастую йн&йт неустойчивые решения, поэтому более целесообразно для расчета электромагнитного «оканта и скорости двигателя использовать систему уравнений - где - потокосцешгение обмотки ротора.

В обззы ендз модель асинхронного электропривода при использовании систем уравнений имеет вид :

- » и „а - а, +

ос .

аи

С'.иа

- » - + йл-$Ёа - о-

а1

- * - 8г?г? гЦ'й? + й^га ■

(11

Ш

И . аа(грЕр-^га -

Са ' . ■

--• асШ - Не)

<11 . ■

1ь - в- + аа-%а + ^з-ы - ^-ав-^г?)

,1с - а7С-%е + а8-%л - /г{/з-аа.

где и„а. \}яр - сссташшгщае нзлрпжанля штаяая по осяк а н Д;

- ссстевлйзжс вектора потскосцепденкя статора:

- состаапятщяе вектора потокосцепления ротора;

а - угдозая скорость вршггкка ротора; • •

У - кегшт двигателя;

У. - {¿ог^от сопротивления иассса;

1».1г - 'тики статора соответствующих Фаз; - а8 - постошш коэффициента.

КоэвФшиента а) - а®, входящие з ураекеная (4), связаны с о&УЧоЬ иопаяьэуетш параметрам' обаоток асинхронна* лзяггтелей: гзгшшш:* сопропа&23И5й статора гв. прязедекныа ахтнзнш сопро-тазашшеа ротора тР, 1вдзгктнв1ш. соароишлеяаоа статора :<4. яри-изландни шлухтаенш еодротцалашза ротора хг, нндуктовкьш сощзо-гззязааш т^вгтчнзск^зго контура :са.

- ir,

Работа таристорного когагутатора описывается логико-матекатя-ческой моделью, связь которой с системой (4) осуществляется через напряжения Uea и Us8. Ка основании мгновенных 'значений токов 1а.1ь.1с определяются моменты закрывания тиристоров. Моменты открывания находятся из текущего значения угла а и момента прохождения синусоиды питающего напрянения через 0.

В третьей главе "Моделирование на ЭВМ переходных реаиыов системы "ТК - ПЭА - скванина" приведена методика и результаты вычислительного эксперимента. Для описания процессов введены три группы показателей плавности, которые выракены в относительных единицах. За базовые приняты номинальные величины и прямой пуск и торможение:

1. Энергетические показатели;

- кратность пускового тока 1/1„;

- кратность импульса тока Кщ - (Ь/Лщр, где ■

tn

nt =

I ndt. (5)

2. Механические показатели: '

- кратность максимального переходкого момента

- показатель.колебательности переходного момента Дп;-.

. ' Иде* - Мат..

Дд „. __- -_ (6) .

"н;

где йаах - Мв1п - максимальная' амплитуда колебания момента: .

3. Гидравлические- показатели:

- коэффициент подавления гидравлических возмущенна пра

пуске Кпв, Ц

к„п = — (7)

где гп - время пуска ПЭА: Т - фаза гидроудара:

- коэффициент снивения максимума давления при пуске Кдз и

- И -

торможении Кдт:

АРвпр

ДЛЯ пуиаз. Кдп = -—. (8)

ДРпувр

ДРтор

для торгюгения Кдт ---. (9)

ДРтупр

При решении системы уравнений (4) принят г.:етод Рунге-Кут--та-Мерсона с автоматическим выбором шага интегрирования. Для ио-далнрованкя на ЭВМ разработан алгоритм и программа. йсходвики давнюи для програкиы являются -параметры элактропршща -(элект-ролзкгатела и насоса) и закон управлания ТК а = f(t).

Результатом работы программы являются зависимости переходного момента M-K(t). тока I-I(t) и разгонная (тормозная) характеристика epw(t). По этим завасиаостям опредзлявтсй показатели переходного продесса при помощи специально.разработанной програ^шы для ЭВМ.

На рас. 1 пркведзш зазшшости моконта. тока и угловой скорости для прямого пуска. Вкдко. что напэолдагй удзэккй ыоыёат имеет касто в первый период после иодкязченкя нктазшзго mmtms-нкя. Колзбгшкя переходного кскгнта до критического сколмшаза прязодат к кояесакияи угяозой скорости.

Плаекьй пуск- и тормоаение иодеяирузтся заданием различных законов управления ТК. выявлено, что рааяокалькш является начальный-угол 1,8 .рал. Коделнрование при различных параметрах г«д~ родизаккческого иодъама ротора к статических напорах полагало, что рациональная является эшзпонекциалькнй закон- управления ТК: -t/%

а - ап-е , • (10)

гда ен ~ начальной угол;

х - постоянная вреаени закона управления ТК.

На рис. 2. представлены зависимости показателей плазности процесса пуска при Оя-1,8 рал от постоянной времени ТК т. Рациональной с точки зрэнкя каксимального укенькгшя сниаащнх эксплуатационную -издегнссть ПЭА факторов является постоянная врененм ТК 5-е с. т.к. д&яьйейвее увеличение т нз приводит к скихеиив пускового тока, иехадаческих показателей плавности н амплитуды калейангж яаимяшя в сквазние. На рис. 3. показаны зависимости

Переходный момепт электрода^а-геля

Pec. 1. ХЕВ^стграэтнка гулкого пуска ИЗА

Г^дра&лггческие показателе

<КДП

В ' -а 'Кпп

/

1

Постоянная времени ТК, с

Механические показатели

------- .

. ! -- п

; - .1 $

Поетгоятаа вргзаеал ТК, с

яояазаз'гяпз

ё

2

V - ГЧ-

\

М|СТ»>*Ч

Г~ !-

Р

«

и ж

Постоянная врегшзш ТК с

Ряс. 2. Зависимость показателей плавности от х при пуске ПЗА

эй

rî!c. 3.

Хакзтг:р?атя шавяого аусха ПЭА прз a*-i. 6 рал

t*3 с

Угловая скорость ротора

\ \ \ \ \ ■., ■ .... —, , ч^ плавное торможу

\

врш*эе город _ ■œaxe

Время, с

Переходный камеат электродвигателя

2- Bjtaç'Soc. tts^MOfWBis L -------------------

lu-"---

\ 3WIMOC rowwssSÉCBJiC

S S /

• 1 /

"q асг o.fM o.oû аса

Время, с

Рас. 4.

Угловая скорость ротора и момент электродвигателя пру. пркыом и плавком торможении ПЗА Л начальный период)

момента, тока и угловой скорости при постоянной времени 6 с.

Моделирование переходных процесов прямого тормоиекия показало, что в начальный период сразу после отклэчеккя обмотки статора от сети (первые 0.02 с.) происходит резкое уменьшение угловой скорости, что связано со значительным тормозным переходным моментом (см. рис. 4). Посла 0,04 с. момент двигателя уменьшается до нуля и имеет место свободное тормогение под действием сил. трения и сопротивления воды. За первые 0,03 с (т.е. за фазу гидроудара для большинства екзаяик) угловая скорость уменьшается до 210 рад/с. что определяет -возникновение прямого гидроудара, т.к. практически для любого ПЭА напор ка такой угловой скорости недостаточен для преодоления давления столба воды в водоподъемном трубопроводе. Моделирование показало, что достаточно ограничить тормозной момент для существенного уменьшения амплитуды колебания давления в скваззгае. При экспоненциальном законе управления ТК.с начальным углем 0,5 рад и постоянной времени ТК 0,1-0,3 с тормозной момент практически отсутствует (см. рис. 4). Амплитуда колебания давления в сквагине при этом уменьшается в 14.3-15.2 раза по сравнении с пряным торкозением.

В четвертой главе "Разработка устройства плавного пуска и Тормозения" приведены обоснование и расчет отдельных .элементов принципиальной электрической схемы устройства. ■ В устройстве реализован вертикальный метод управления тиристорами. Оно содержит : формирователи пилообразных импульсов, синхронизированные с напряжениями фаз- сети, интегральные компараторы и задатчик закона управления ТК. Для согласования со станциями упразления.типа САУНА и Каскад используется промежуточное реле. В устройстве применены оптотиристорные модули типа ЭТОЮ, что существенно упростило схемное решение, т.к. в этом случае обеспечивается гальваническая развязка устройства и сети, а также не требуется изолировать радиаторы охлаждения оптотиристорных модулей. Таким образом, разработанное устройство легко встраивается в станции управления типа САУНА и Каскад вместо магнитного пускателя.

Для определения законов а=Ш). обеспечиваемых устройством плавного пуска и тормояения. разработана логико-математическая модель, по которой составлены алгоритм и программа для ЗВМ. Исходные даныни являются номиналы элементов схемы и напряжения питания. Моделирование показало, что устройство при рассчитанных

значениях нокияалов элементов обеспечивает требуете законы управления та.

з пятой главе "Экспериментальное исследование переходных ре-шлов системы ТК - ГШ - сквззша" приведены методика и результаты экспериментальных исследований в лабораторных условиях и апробации устройства плавного пуска и торможения в условиях сельскохозяйственного производственного объекта.

Лабораторная установка выполнена с учетом гидравлических, электромагнитных и механических критериев подобия и представляет собой стальную трубу, наполненную водой. В верхней части распола- . гается электронасос, подавший воду в емкость, из которой вода самотеком поступает в нижнюю часть трубы по резиновому шлангу. В никней части трубы расположен датчик давления, предстазляюий собой угольный микрофон, изолированный от воды тонкой резиновой оболочкой. Применение микрофона обусловлено тем. что интересующие гидродинамические явления представляют собой по сути звуковые колебания частотой 50-100 Гц. С верхним концом вала электордвигате-ля механически связан датчик частоты вращения - тахогенератор. Электронасос подключается к устройству плавного■пуска и торного-' ния. Сигналы от датчиков регистрируются трехканальным быстродействующим самопишущим прибором Н327-3 с частотой регистрируемого сигнала до 100 Гц.

В процессе лабораторных экспериментальных исследований было выявленно, что разработанное устройство вполне работоспособно. . Применение выбранного закона изменения угла открывания тиристоров дает возможность увеличить время пуска асинхронного электронасосного агрегата при уменьшении пускового тока.

На рис. 5 показаны экспериментальные осцилограммы' тока, угловой. скорости .и давления для прямого пуска и для управляемого с постоянной времени ТК 6 с. Из осцилограмм видно, что электронасос при прямом пуске разгоняется до номинальной частоты вращения за 0,04 - 0,06 с, а при плавном - за 0,20 - 0.24 с, т. е. время пуска увличивается в среднем в 4.4 раза. Максимальное значение амплитуды пускового тока уменьшается в среднем в 4 раза при плавном пуске по сравнению с прямым.

При прямом пуске максимальная амплитуда колебаний давления составляет (12-13)-104 Па, а при управляемом - (3-3,7) • ю4 Па. Причем колебания давления носят сложный характер, с максимальной

npa/iC'u /ZL'Crí

: . % .. :

: Bsômhuc

• ' ■ ! . i . rp}íi-is-íDt<n&i í jíiti^is-ícrfía. .

¿o

; ;

CJ

tí,! ■■ i

iW

■ U„

V ...•,. i'

;, ""■> : . i; . :

прапсц пуск.,

' .mon

i!

iVP

m''

ггш&Ъяыи "aye* ■ ' ~t¡&c

, я&с . . : : ¡: ' f . ; .••''»•M^HlH1»''

' > /

iùn

ТуС. 5. Зксаерггигктагъкаэ ошшгра*ам

амплитудой для прямого пуска после разгона электронасоса до номинальной угловой скорости, а для управляемого - в конце разгона. Таким образом, средний коэффициент снихения мксимума давления составил величину 3,7. Коэффициент сюшенкя максимума давления, расчитанный теоретически по формулам (1) к (8) равен 3.9. Коэффициент подавления нестационарных, гидравлических возкущешгй Кпг,, расчитанный по формуле (7) для прямого пуска равен 6,25, а для управляемого - 27.5, т. е. в обоих случаях шеет место непрямой гидроудар. Сравнение полученккых коэффициентов с раачитатыт в главе 3 (см. рис. 2) позволяет говорить о гидравлическом подобии модели и реального объекта по зто.чу параметру.

Динамический переходный момент при лабораторных экспериментах ке регистрировался, но было отмечено, что управляемый пуск происходит существенно кягче, без яесткого удара в начальный комент пуска по сравнению с прямым.

Таким образом, экспериментальное исследование процесса пуска электронасоса подтвердило теоретические выводы о существенном уменьшении амплитуды колебаний давления в переходных регнмах при использовании разработанного устройства. Коэффициенты снтетт максимума давления, полученшгй экспериментально и расчитанный теоретически отличается на 5.4 %. что говорит о хоропеа согласогг-нии теоретических выводов и результатов эксперимента.

Разработанный макетный образец устройства плавного пусгл ¡1 торноаенкя был установлен ка одной из скважин АООТ "Учхоз "Зерновое*, с целью апробации в производственных условиях. Было отмечено. что при цряаоа включении элзктрокасоского агрегата пусковой ток составляет величину 7-7,5 нокинального, при отключении ПЗА гидравлический переходный процесс . выражается в виде звонкого "щелчка" по водоподъемному трубопровод»'. При плаеном ториояентш этот "еелчок" практачески отсутстувет, пуск и остановка ПЭА происходят мягко, вибраций водоподьешого трубопровода не наблэдьет-ся, пусковой ток составляет величину 3,3-3,8 номинального.

Б шестой главе "Технике - экономическое обоснование прккене-шя устройства плавного пуска к торможения погружных электрона-соскых агрегатов* произведен расчет показателей кеделкоста ПЭА с устройством плавного пуска и ториокения на имитационной модели (нетоаок йонте-Карло) к определена экономическая эК>екткЕкосгь вршеаенкя устройства.

Имитационная недель ПЗА позволила разработать алгоритм я" программу, длл ЭВМ. Исходными данкша язляится параметры законов-распределения наработки до отказа элементов ПЭА по статистическим данйлЧ СНБ сквазднных- погругных электронасосов для водоподъема (Кишинев), выполненным!.Кириенко П.И.

В результате выполнения программы на ЭВМ получены следувдио результаты: при параметрах законов распределения наработки до отказа элементов ПЭА по данным эксплуатации и времени восстановления 21 часа, средняя наработка яа отказа ПЭА составила 2741 часа пря б =-115 час., или в календарном выражении 1,25 года (при 22(50 . •часах использования в год). При этом коэффициент готовности равен 0,991. Число экспериментов до достижения точности 0,05 получилось разный 1185.

Влияние устройства плавного пуска моделировалось заданием средней наработки до.отказа механических узлов равней гарантированному заводами-изготовителями сроку слузбн ПЭА з связи с существенным уменьшением динамических механических перегрузок. При это;.? число экспериментов до достижения заданной точности 0,05 составило величину 1150, средняя наработка до отказа электронасоса 3520 час. при б = 147 час., иди. 1,6 гряз и коэффициент готовности 0,333.. ..

Таким образом, моделировав»? показало, что йрамепгние устройства плавного пуска-и торкеяекия погругных электронасосов дает увеличение средней наработки до отказа по меньшей мере в 1,28 раза. Реальнее увеличение этого показателя eíss из-за уменьшения электродинамических усилий з лобовых частях'обмотня статора. Еще больший эффект даст применение устройства на лескуяицих сквазипах.

.Экономическая эффективность использования устройства составляет э, 19-9,26 шт. руй/год в ценах.весна-лета 19S6 г. на ферма КРС 600 голов молочного направления.

ОЩе шво лн и ■ реконанпанж! '

1. Установлено, что современные станции управления погругны-уп злектронасосныка агрегатами при. надлеваяеЗ настройке узла защиты способны Предотвратить' выход из строя обмотки статора при возникновении практически любого аварийного реаима. но в условиях частых пусксв существенное влияние на срок слунбк ПЭА оказывагт-их динамические свойства.

2. Лля увеличения срока слуябк ПЗА необходимо осуществлять'

их плавный пуск ¡1 тормошив при существенном уменьшш переходного момента, судкового тока и амплитуды колебания давления в

3. Прккенекие тиристораах коммутаторов дает возможность направленно эдшровать процесса пуска и торможения в разомкнутой по углозгм скорости системе управления: существенную роль при этой '¿траст задана унр&вдгкия тарасторным коммутатором.

4. Па основания моделирования на ЭБМ установлено, что рацио-ззлывд с точки зрения максимального уменьшения пускового тока, переходного кинепта, и амплитуды колебания давления в екзааине в .условиях неопределенности параметров гидродинамического подъема р.: гора на опорном поазвшхе и различных статических напора« является экспонешдальныЗ закон управления тирясторнык коммутатором пси етзсяои удравяейш.

5. Как покасал Бй-шсдительныа эксперимент. при пуске ПЭА с гхрауатраьи в„»1.8 рад, т»5.. б с и торможении с параметрами йй»0,5 рад. с происходит существенное уменывенке пере-логного момента, пускового тока и амплитуды колебания давления в еззагине; их дальнейшее уменьшение при фазовом управлении практически невозможно.

6. разработанное устройство плавного пуска и тораояения обеспечивает рациональные законы управления тиристорнкм коммутатором и мояет встраиваться в существующие станции управления.

7. Экспериментальные исследования на лабораторной установке-и апробация в производственных условиях показали работоспособность разработанного устройства плавного пуска и торможения и адекватность математической модели оригиналу.'

8. Колебания давления в нианей части скважины при пуске и остановке ПЭА носят сложный характер; амплитуда колебания давления при использовании разработанного устройства уменьшается в 28-30 раз при пуске и в 14-15 раз при торможении.

9. Как показало имитационное моделирование ПЭА. использование' устройства плавного пуска и торможения только за счет уменьшения переходного момента дает увеличение средней наработки до отказа в 1,28 раза; при этом экономическая эффективность составляет .9-9,3 млн руб/год на одно устройство на ферме 600 голов КРС молочного направления; еще большую эффективность даст применене устройства.на пескующих скважинах.

Основные положения диссертации опубликованы в следуиших работах:

1. Разработать и внедрить новые методы и технические средс-тза электрификации сел. хоз-Еа. Анализ существующих средств повышения эксплуатационной надеяности погрунных электронасосных агре-гатоз водоподъема, воздействующих на подводимые напрягение и ток: Отчет о НИР (промежуточный) / Азово-Черноморский институт механизации сельского хозяйства: Руководитель В. Н. Данилов. N ГР 01870025279. Зерногрзд, 1991. 29 с. Деп. В ВНПЩентр 24.09.92. Кнз. ?? 02920010582. Отв. исп. Лебедев К.Н.

2. А. с. 1814136 кл. Н 02 Н7/09. Устройство для защиты трех- • (разного электродвигателя от работа при обрыве и несюшетрии нал-ряхзяий фаз питающей сети/ В.Н. Данилов, К.Н. Лебедев, Петров Михайлов Николай (ВО, Христов Стойков Днлнтр (ВО: Азово-Черно-норсхиЯ институт механизации сельского хозяйства н Еасвее техническое училище ем. А. Кьнчева (ЕС). - Опубл. бззл, Н 17. 07.05.93.

3. Данилов В. Н.. Лебедев К. Н. Повышение эксплуатационной на-дззеости погружных электродвигателей скзааинпги пасосов// Труда Кубанского, гос. агр. ун-та. - Краснодар, 1991. - Выл. 321 (349).

*А. Лзбодсз К. Н., Гроггак В. В. Теоретическое обоснование пара-Езтров устройства плавного пуска погруякых насосов// Исследования п разработка средств яеязнязадзн технологических процессов в зи-Езтеозодстее: сб. науч. тр./ ВНИГОШЗСХ Зерноград. 1993.

5. Лебедев К.Н. Обоснование параметров устройства плавного пуеяа погруанкх элэктрокасов водоподъема// Повышение надежности эяекгрообсрудовашя в системах аяектроснабзения: сб. науч. тр./ Алтайский гос. техн. ун-т. - Барнаул. 1994.

6. Лебедев К.Н. Исследование показателей работы погружных здгктрснпсосоз в ргзимах плавного пуска и торможения // Исследования я разработка средств механизации технологических процессов в Ейвотеоводстзе: сб. неуч. тр. / ЕЧИПШЭСХ - Зерноград. 1996.