автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Совершенствование динамических свойствпогружных электронасосных агрегатов на основеплавного пуска и торможения

На правах рукописи

1 ЛебедевДрнстантин Николаевич

Совершенствование динамических свойств погружных электронасосных агрегатов на основ© плавного пуска и торможении

Специальность 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

Аэтерефорзт

■ диссертации на-соискание ученой степачи

кандидата технических шум '

Раоота выполнена а Лзозо-Чернсморскоа государственной агро-лнженерноЯ академии

Каучиый руководитель - доктор технических наук,

профессор. академик академии-аграрного образования Дзжжзз В. а.

йаучнкЯ консультант - кандидат технически наук,

доцент Чеба 5.П.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор, член кср. акаде.чии аграрного образования Ереязяжо Г.Л.

- кандидат технических- наук. доцент ^эдгельхо а. А.

Ззяучев првдяриятне - Всероссийский научно-исследовательский проектно-телюлогическяй институт механизации и электрификации сельского хозяйства.

»

."> - ^ ■■• . 'V ' -

-.защита диссортаюш состоятся и ^ "■---'■.-'> 1386 г. в часов на заседании диссертационного совета К120.13.01 з ^зово-Черноморской государственной агроинжеяерной академии по адресу: .347720. г. Зерноград Ростовской обл., ул. Ленина. 21.

С диссертацией могно ознакомиться ¡з библиотеке академии. Автореферат разослан " <?'" г А? 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Юаднн И. А.

О&зая агрзхтер-лгтака paScm

Актуальность темы. В настоящее время около 90% установок сельскохозяйственного водоснабжения использует подземные воды. В качестве водоподъемников наибольшее распространение получ1Ш1 погружные злехтронасосныэ агрегаты (ПЭА). Аварийность ПЭА в отдельных хозяйствах достигает 100% е год, а замена ПЭА требует большие материальных затрат. Еде более значителен технологический ущерб от "перерызов в водоснабжении животноводческих ферм к комплексов.

Анализ причин Еыхода ПЭА из строя показал, что основными кз них являются разрушение изоляции обмотай статора из-за перегрева- . ния в результате возникновения аварийного резима и явления, происходящие в период пуска а тормогения (электромагнитные, механические и гидравлические).

Основные усилия по совершенствованию станций управления ПЭА сосредоточены ка разработке устройств защитного отключения, реа-nipyratix на габой аварийный редан. Несмотря на значительный прогресс в этом направлен;«!, аварийность ПЗА в условиях частых пусков остается весьма значительной из-за их динамических свойств, определяемых в основном свойствен асинхронного электродвигателя.

Известные устройства плавного пуска ПЭА практически отсутствуют в сельхозяроязводстве. а • суа;зствувцИ8 станции управления ПЭА осуцесталяьт. пряной (коктакторныЛ) пуск и торыосенЕе.

Работа выполнена в развитие научно-исследовательской ппоблэ-ш 0.51.21 ГКНТ ссср "разработать и внедрить ноеыз метода и тех- • ничесхие средстаа электрификации сельского хозяйства".

Цель работы. Снижение аааркЯноста погрукгцх электронгсосньзс агрегатов путем совершенствования их динамических свойств ка основе применения плавного пуска п торшгекия.

Объект исследования - погрустой электронасосшП агрегат.

Предмет исследования - дикакические свойства ЕЭА пр;: прякоа и плавном пуске и тормокеяин.

Методы исследований. В работе исйользогались теория электромеханического преобразователя энергия, теория гидравлического удара, моделирование на ЭВМ переходных реаииов асинхронных электроприводов с тиристорным коммутатором (ТК). физическое моделпро-вакие. имитационное моделирование, метод Монте-Карло. Разработано математическое и программное обеспечение для выполнения с помощью персональной ЭВМ необходимых расчетов.

Научная новизна. 11а ЭВМ и лабораторной установке установлены закономерности переходных провесов пряного и плавного пуска и торможения ПЭА. Обоснован рациональный закон изменения угла открывания тиристоров во времени, который гарантирует максимальное уменьшение амплитуды колебания давления в нижней части скважины, ограничение пускового тока и колебательности электромагнитного переходного момента.

При этом:

- разработана математическая модель системы "тирксторный коммутатор - ПЭА - скважина" в переходных резлках и разработана программа для моделирования на ЭВМ:

- определена зависимость энергетических, механических и гад-разлических проказателей процессов пуска и тормогения от параметров закона изменения угла открывания тиристоров во времени:

- разработано устройство плавного пуска и тсриоггения. ПЗА. реализушее рациональный закон изменения угла открывания тиристоров во времени (управления гиристоркым коммутатором)'.

Практическая значимость и реализация результатов исследования.. На основании теоретически и экспериментальных исследований разработано устройство плавного пуска и торможения. встраиваемое в существующие станции управления ПЭА типа САУНА и Каскад. Применение устройства позволяет увеличивать среднюю наработку до отказа ПЭА по.меньшей мере в 1,28 раза. Экономическая эффективность от применения устройства составляет 9-9,3 клн. руб/год на ферме КРС молодого направления на 600 голов в ценах на шэнь 1995 г.

Программа моделирования на ЭВМ асинхронного тиристорного электропривода используется в учебном процессе в АЧГАА по дисциплине "Математические модели н методы в расчетах ка ЭЕМ". Разработанное устройство внедрено в АООТ "Учхоз "Зерновое" и ногот быть использовано в асинхронных электроприводах, треоусцих плавного пуска и остановки, при этом применение методики расчета элементов устройства позволяет реахизовквать различные законы управления тюжегорнки кокиутатороя с ограяячекнем переходг-асс кокенто&г-пусковых токов к ускорения.

Апробация работы. Основные пологекия работы доловены и одобрены на 1-й иегзузовской конференции "Кногоскоросткой и эл^ктру-!ШЗГфопанкыЯ элегстропривод в сельхозпроизводителе" (Зеркоград. 1990г.),. на научно-технических конференциях Азоао-Черноиорского

института механизации сельского хозяйства (Зсраоград, ÍS89, Г'1..&0 г.г.), Всерссс;йского каучнс-кослздоаательского проект-ко-1£Хйологкческого института »¡ехаккзацаи к влектрификэдя сельского хозяйства (Зерноград, 1S91. .95 г.г. ). Ставропольской сельскохозяйственной академии (15Э4 г.), XXX юбилейной научно-технической конференции. пссвящегиой бО-левк Чодябклсхаго ордена Тру-хс-зого кргюкого знамени института механизации и электркйихаша: сельского хозяйства (ЧЗЛЯбКНСК. 1991 г.).

ПуОддсагош. По результатам .исследований опубликовано 6 работ, в тем ■ числе один отчет о научно-исследовательской работе к □дао авторско? свидетельство на изобретение.

К? sa?-""" рь'нпсстся следующие основк&г положения:

- результата исследования на ЭВМ переходных ренинов системы "тиристорный коммутатор - ПЭА - скважина";

- рациональный закон управления тиристорнык. кохиутатороы;

- рекомендации по шбору параметров устройства плавного пуска и торкоаеяия ПЭА;

- результаты экспериментального исследования переходных процессов при пуске и тормогенни ПЭА:

- результаты имитационного моделирования ПЭА на ЗЕй с цальэ определения показателей эксплуатационной надежности при применении устройства плавного пуска и торкогенкя.

О&ьеы и структура работы. Диссертация состоит из введения. 6 глав, выводов и приложений, общий объем - 188 страниц, в то« чис-лз 38 рисунков. 13 таблиц, приложения. Список литературы составляет 125 наименований.

Содетаание работе.

Во введении дана крата&я характеристика работа: актуальность проблемы, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность работы, сведения о внедрении к апробации работы.

В первой глазе "Состояние вопроса и задачи исследования" на основании литературных источников проведен анализ причин выхода ПЗА ¡13 строя. Отпечено, что данные ряда авторов заметно отличается друг от друга, что объясняется трудность» определения действительной причшш отказа ПЗА. т.к. следствием зачастую является выход кз строя ойротки статора.

■ ЗксплуЕтаЕгШ ПЗА доказала, 'что с увеличением частоты вкдачг-KKfi срок сгс «згбы сокрааастся. Это ооьйсняетсп явлекаяка. про-

- о -

исходяпцш з периода пуска и остановки. К ним относятся: переходный электромагнитный комент электродвигателя, имевЕнй колебательный характер и праводацй к перегрузяаа в деталях ПЭА: злектрода-нашческие усилия в лобовых частях обиоткя статора, приводящие к мэханическоку разрушения изоляции, возникавшие из-за повышенного пускового тока и гидравлические нестацгюнаркыв возмущения в скважине, зедусие к песковашга и повылэщэ количества абразивных частей в перекачиваемой веде.

Для автоматизации управления ПЭА в система водоснабжения выпускаются станции управления. Повышение эксплуатационной назеа-носта ПЭА в настоящее время идет по пута создания устройств, раз-меиаекых в станции управления и воздействуй^ на подводимые к ПЭА напряжение я ток. Принципиально возкогны три тепа таких устройств: устройства закггаого отключения. реагирувщие на аварийные реяимы (несдаметрия Фаз сети, сухой ход, перегрузка и т.д.); устройства. формирувщие резгкы пуска н торкогення и устройства. сиы-метрирующие трехфазное напряжение.

Совершенствование станций управления ПЭА в кастоянее время идет в основном по пути модернизации устройств защитного отклвче-кия. Известны работы Белова O.A.. Гетиане^ко В.М., Грудкнна Э.К., Грундулиса А. О., Данилова В. Н., Лег°в:;ца П. Э., Каыедова 0. Г., Петько В.Г.. Пястолова A.A., Таран В.П., Richard S.Gudvln и ряда других отечественных и зарубезных авторов. Из аналитического обзора литературы видно, что современные устройства заппггаого отк-лвченпя надеЕКо зас^гат обкотку статора при возникновении практически добого аваркйаого pensa. но з условиях частых пусков ПЭА реиаадее значение при правильно настроенной защите приобретают явления. происходящее при пуске и тор:зогешщ.

Для сиизения механических перегрузок, электродинамических усилий в лобовых частях обмотки статора, уменьшения амплитуды колебаний давления в скважине разрабатывается устройства плавного пуска и торшкения. Работы в зток направлении ведутся зо ВНИИЗ-лектропртаода. Исследоваюш переходных реаиов асинхрнных электроприводов с тяристрньвш коммутаторами посвящены работы Браславс-кого H.A., Масангядова л.Б.. Петрова Л.П.. Шубенко В.А. и др.

Как показал аналитический обзор литературы, наиболее перспективным следует считать разработку устройств плавкого пуска' и торкогения ПЭА. Исходя из результатов анализа- сформулирозаны

следуют задачи исследования:

- теоретически определить рациональный закон изменения угла открывания тиристоров во времени яри пуске и торможении ПЭА при максимальном уменьшении пусковых токов, переходного момента и амплитуда колебания дазлвния в скважине;

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

- экспериментально проверить результата теоретических исследований:

- определить теоретические .показатели эксплуатационной на-дзетости ПЭА с устройством плавного пуска и тормоаения и провести экономическое обоснование целесообразности его использования.

Во второй главе "Теоретические предпосылки создания устройства плавного пуска и тормоаения погрузных электронасосных агрегатов" разработана математическая модель системы "таристорный коммутатор - ПЭА - сквашша" в переходных реаимах.

Описаны нестационарные гидравлические процессы, происходящие в сквааине при пуске и торможении ПЭА. На основе теории гидравлического удара и известной формулы Жуковского получены зависимости для определения максимальней аьшлитуды колебания давления в нижней части скзахсш. При пуске амплитуда колебания давления находится по формуле:

г-р-Ст-Оя-впр

АР» =" г-1-.-. .(1)

где р - плотность воды:

С, - скорость распространения волны давления в сквагине: ан - номинальная производительность насоса; шар - "приобретенная" за фазу гидроудара (т.е. за отрезок временя, в течение которого-.волна давления дойдет до' дна сквагины и вернется обратно к насосу) угловая скорость ПЭА; О - внутренний дкаыетр скваааны; (а, - номинальная угловая скорость ПЭА.

Максимальная амплитуда колебания давления при тормоазнки находится по формуле:

4-р-С7-йн-(Шд - шпв1)

дрт - --- , (2)

Я-й'-Юп

где . "потерянная" за фазу гадроудара угловая сксрость ПОД.

'Известно, что зависимость <u=f(t) определяется скоростью ч"~ менеккя напряжения на обмотке статора, а следовательно и закс. изменения угла открывания тиристоров во времени а-f {t). Такяь< 01-разом, налицо зависимость амплитуды колебания давления в сквалльо от закона управления ткркоторныы коммутатором.

Исследований Ераславского И.А., Копылова И.П., Лади^с-ка В.А., Масандилова Л.Б., Соколова K.M. Шубеяко В.А. и показали, что использование статических характеристик асинхронного электродвигателя для расчета переходных процессов приводит г. искажению реальной картины токов, моментов и угловой скорости, максимальный ударный момент при прямом пуске возникает в первые периода после подключения питающего напряаения (0,02-0.04 с). Этот иомент когет достегать недопустимо больших по механической г кости механизмов значений, что влияет на наденность и долгое:г-;~ нссть работы электропривода. Пусковой ток асинхронного электродвигателя в несколько раз превышает номинальный. Возиоето напра?-леннсе воздействие на переходные процессы пуска и тормояения ПЗ/. путем Еыбора рационального закона управления ТК.

Монент трогания ПЭА значительно больне, чеы.иомект сопротор-лэкия трения подшипников из-за Еытескекия воды из под пята электродвигателя. Процесс "всшпгвания" ротора да опорном подишник^ приближенно описывается вирггегаем:

■Не" "тр ---ш, (3)

щгр

где Нс - иокеат сопротивления насоса;

Мтр - ыоыент трогакия ПЭА;

«г? - угловая скорость, при которой заканчивается гидродинамический подъем ротора на опорном подшипнике.

После прохондения угловой скорости ыГр комент сопротивления имеет вентиляторный характер и зависит от статического напора.

Для качественного анализа статических и динамических характеристик электроприводов с фазовой коммутацией б статоре для разомкнутых и замкнутых систем автоматического управления рекомендуется система уравнен::*', содергагих токи статора 1Э в кячестге птаэменных (система - «¡,. где - потоксспеплекие оокоток

статора). Оиеко модель такого вида при моделировании на ЭШ зачастую икеет неустойчивые рааеаия, поэтому более целесообразно для расчета электромагнитного момента и скорости двигателя использовать систему уравнений - где - потокосцепление обнотки ротора.

В обще:-; виде ыодаль асинхронного электропривода при использовании системы уравнения ч^з-»?г имеет вид :

d$ga dt

dt

dt

- Uca - &i -г%га + as

- UBp - a. -fej} + a£

- - a3-t?-a ■*■ -

- - a3-9r£ + a^s^p + c-^rc « as (И - Me)

(4)

dt

a

йз dt

1ь - ♦ -

. ie . s7(-^8ci ■*■ ae-%a - -+

где U83.Uep - состьвляааяе напрягзняя штшш по осям он Р; ФеЗ, уз ¡3 - составлявшие сектора петокоецзпления статора; - составляэщие вектора потокосцеплекия ротора; о - угдоь&я скорость вращапа ротора; • L! ~ аоизит двигателя; Uc - hoxenr сопротивления насоса: иДйДс - токя статора соответствующих Фаз; &i - а5 - костояшш когФ^иаиигси. Коэ&кциезта uj - а«, входязкв в ур&внеиия (4). связана с otja-so иопальзуг;-^".». пар^етрглл обцотск асипхроншд-: двигателей: iirrssiEUs соврэт^злJSia.'S статора г8. праэсдегаша ахтизним сопро-тагшая« ротора гР, сощюгамегаем статора л», при-

тауагаззк csnperaasaisia^ ротора iamysTJisffia сспро-ткзялаггг с^тгьчлвг^го шгг^рг

Работа тиристорного г.окнутатсра огаснзается логико-математической моделью, связь которой с системой (4) осуществляется через напряжения и5а и и5.0. На основании мгновенных значений токов ia.ii>. 1С определяется моменты закрывания тиристоров. Моменты открывания находятся из текущего значения угла а и момента прохождения синусоиды питающего напряжения через 0.

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

1. Энергетические показатели:

- кратность пускового тока 1/1„;

- кратность импульса тока КП1 - Пг/Пг1,р. где •

П1 = (^„(И;. (5)

2. Механические показатели:

- кратность максимального переходного момента и*,:

- показатель колебательности переходного момента Агс ■ .

, ' Мча* - Маш

» - -, (6)

где Маах - Ии1а - махскиальная'акплитуга колебания момента:

3. Гвдразлическиз показатели:

- коэффициент подавления гидравлических еозмущенкй щгг пуске Кпп,

Квп-—. (7)

где 1;п - время пуска ПЭА: Т - фаза гадроудара:

- коэффициент скигения иака'лу^а давления при пустое КЛЕ к

тормозэнш Кдт--

ДРппр

для пуска Кдп = -—. (8)

¿Ряукр

для торыогення Кдт - --. (9)

"Ртупр

При резенкк скстены уравнений (4) принят метод Рунге-Кут--те-йерсона с автоматическим выЗсром ката интегрирования. дня яо-долироБанзи на ЭШ разработан алгоритм и прогража. Есходшш данными для прогр&ьш является -параметры элгктролрнзода (элект-радзнтгтелл и насоса) к закон управления ТК а = f(t).

Результатом работы програгли аапяэтся зааясимости переходного иокзэта IsWi(t), тока 1-1 (t) и разгоккая (тормозная) характеристика twit). По зтш зависимостям определяется показатели переходного процесса при покощй специально разработанной програкш ддд ЭВМ.

На p.-ic. 1 щк-зедкгы зазнеккостп момента, тока к угловой скорости для полного цуска. йуко. что ь-аиОэдьвкй удгрккй момент кыеет кесто в парзый период после шдклаче»«я пктезщзго Eanpsss-ши. КолзОзкея переходного iiosssra до критического скодьггзагш' приводят к колвсгапиян угловой скорости.

Плдезыв пуск и торкоseste иоделяруатся задакаеи раздагаах законов управлйякя ТК. Воязлвне, что рациональные является начальны?-угол 1,8 рад. Моделирование яр;: разлйчгшх параметрах гкд-роя1наьшчес,чого псдьзна ротора и статических капорах показало, что радиоиальшй яакяэтся зкспойежс;ашаШ закон управления ТК: -t/x

а - сГ1-е (10)

где к« - начальный угол:

■с - постоянная времени закона управления 'ПС.

На рис. 2. представлены зависимости показателей плавности процесса пуст пни Ся«1,е рад от постоянной времени ТК х. Рациональной с точки зрения максикальнсго уменьшения снкзаващх эксплу-Етоаиовкув -навзгаость ПЗА факторов явлзетс? постоянная времени тк 5-6 с, т.к. дальнейшее увеличение t ке приводит к ckksskks пусаогзгб тока, иеханическкх показателе.'; плавности и ггахлнту» иаггсзшя давлений .8 сквааизе. Sis рис. 3. показаны зазаскйосгп

Переходпкй момент отектродзкгателя

Л

- i __/и_л__-__L_ __J

ГПТ Ги/'У г

Uujl\:/J I......~зг

;п ; í i.if 'у т, i\

i ] t г - - - ( H

ai ais

5r¡:rHi о

lax статора íi углевая екозость оотора

í tr+t'í ! I И- 1/ \/

" ! >-г1н1/ I/ U "У

V Г V «

a?

Р::с. 1. Хшзахтерйстккн прямого пуска ПЭА

Гядрашадческие показатели

Постоянная времени ТК, с

Механические показатели

ПосгсЕЕзаа врсздвЕзх ТК, с

2 ** р

а

л. ■

V

\ \

мсти*«

[

3

£

и с

I

О

¡5

Постоязщлз Еремепп ТК. с

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

Перехегный момент электродвигателя

i

-1 ,1

1

J !

"i "Г" ' ,<U<I»¡ (MUílíl mdíiHí íííiHlií <|JI№f<

V'VülH'nui . H . 1 ""l'IÎIij-ihri^^lïï^

:l i . --

jiii : . . 1 .. -

~~Ь "~o.t " a¿ аз 5Г ~ а.з ' ata ~ а7 ci" is"

.Z^.'J. с

Тез етатзр! п уг?хгэка еггрссп» ротона

02 аз о< as пч a? as Vpr яя. с

Гас. 3. ттх^ато пуска ПЭА поп a„»í.e рал

с

Угловая скорость ротора

Переходный момент электродвигателя

} ЕГЯШСРГ. 1" —........

и )

1 1 у ^ \ вжыое торможеяк^

! /

- ; /

1 /

V/ !

] | , , '- .

022 0.04 О.Оо С.С0

Время, с

,Р.-:с. 4. УглОБая скорость ротора и момент электродвигателя при прямой и плавноы ториоеении ПЭА (начальный период!

нсмекта. тока и углевой скорости при постоянной времени 6 о.

Моделирование переходных процесов прямого тормоззния показало, что в начальный период сразу после отключения обмотки статора от сети (первые 0,02 с. ) происходит резкое уменьшение угловса скорости, что связано со значительным тормозным переходным монен-том (см. рис. 4). После 0,04 с. момент двигателя уменьшается до нуля и имеет место свободное тор^огенйе под действием сил трения и сопротивления воды. За первые 0,03 с (т.е. за фазу гидроудара для большинства скваяин) угловая скорость уменьшается до 210 рад/с. что определяет возникновение прямого глдроудара, т.к. .практически для лгбего ПЭА напор на 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 скЕазинэ. 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 скважине при этом уменьшается в 14,3-15,2 раза по сравнении с прямым торможением.

3 четвертой главе "Разработка устройства плавного пуска и тормояения" 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 управления.типа САУНА и Каскад используется промежуточное реле. В устройстве применены оптотиристорные модули типа МТОТО, что существенна упростило схемное реиекие, т.к. в этом случае обеспечивается гальваническая развязка устройства и сети, а таксе не требуется изолировать радиаторы охлаздения аптотиристсрных модулей. Таким образом, разработанное устройство легко встраивается в стащил управления типа САУНА и Каскад вместо магнитного пускателя.

Для определения законов е=И1;). обеспечиваемых устройством плавного пуска и тормовения. разработана логико-математическая модель, по которой составлены алгоритм и программа для ЭВМ. Исходным* даными являются номиналы элементов схемы и напряжения питания. Моделирование показало, что устройство при рассчитанных

значениях ножшалоз элементов обеспечивает требуете законы управления ТК.

В пятой главе "Экспериментальное исследование переходных ре-ажов системы ТК - ПЭА - сквгсзжа" приведены методика и результаты экспериментальных исследований в лабораторных услоеиях 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 часта распола- . гается электронасос, подающий воду в емкость, из которой вода самотеком поступает в нижнюю часть трубы по резиновому шлангу. В никней часта трубы расположен датчик давления, предстазлявий собой угольный микрофон, изолированный от ЕОДЫ тонкой 'резиновой оболочкой. Применение микрофона обусловлено тем. что интересуйте 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 подклачается к устройству плавного пуска и тормоза-' ния. Сигналы от датчиков регистрируются трехканальным быстродействующим самопишущим прибором Н327-3 с частотой регистрируемого сигнала до 100 Гц.

В процессе лабораторных эксперекентальных 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)-10* Па, а при управляемом - (3-3.7) ■ ю4 Па. Причем колебания давления носят сложный характер, с максимальной

D'itiüu rn/ся

т~

.■.mn-iß-soTis..

пл:хиас-,и пи с г

¿^¿/¡еиие

i .

Jñ¡i ~ i s-;o >7й .

О) !

ФШ):'.

; V I • Г

10

Л . ; ■ . I

: а> ; ;

Uh»

....., прямой пуск., , ..

« л» »

1 ч "i » Ц ч i •

I Г * • * в

îU'V^

if) !

■. ■ ПАЭМыи dye к ■ ' ■ "фЗг ШОК. ... : í~~'

V.,',1

il* С. 5. 3 КС ll'S'C 6 ьТЯЛЬНН '3 С С1П? Л О Г*^ âîC£U

амплитудой для прямого пуска после разгона электронасоса до номинальной угловой скорости, а для управляемого - в конце разгона. Таким образом, средний коэффициент снижения кксимума давления составил величину 3,7. Коэффициент снижения максимума давления, расчитонный теоретически по формулам (1) и (8) равен 3,9. Коэффициент подавления нестационарных гидравлических возмущений Кпп, расчитанный по формуле (7) для прямого пуска равен 6,25. а для управляемого - 27.5, т. е. в обоих случаях икеет место непряной гидроудар. Сравнение полученккых коэффициентов с расчитанными в главе 3 (см. ркс. 2) позволяет говорить о гидравлическом подобии модели и реального объекта по этойу параметру.

Динамический переходный момент при лабораторных экспериментах не регистрировался, но било отмечено, что управляемый пуск происходит существенно-мягче, без жесткого удара в начальный момент пуска по сравнении с пряным.

Таким образом, экспериментальное исследование процесса пуска электронасоса подтвердило теоретические выводы о существенном уменьшении амплитуда колебаний давления в переходных режимах при использовании разработанного устройства. Коэффициенты снижения максимума давления, полученный экспериментально и расчитанный теоретически отличается на 5.4 К, что говорит о хороиен согласовании теоретических вшодов и результатов эксперимента.

разработанный макетный образец устройства плавного пуска к торыоаения был установлен на одной из скваяин АООТ "Учхоз "Зерновое*, с целыэ епробаши в производственных условиях. Было отмечено. что при прямом включении злектрокасоского агрегата пусковой ток составляет величину 7-7,5 номинального, при отключении ПЭА гидравлический переходный процесс выражается в Еиде звонкого "щелчка" по водоподъемному трубопроводу. При плавной торкокеннии этот "щелчок" практически отсутстувэт. пуск и остановка ПЭА происходят мягко, вибраций водопосьекного трубопровода не наблюдается. пусковой ток сйстазляет величину 3,3-3,8 номинального.

Б шестой главе "Технико - экономическое обоснование применения устройства плавного пуска и торможения погружных электрсна-сосных агрегатов" произведен расчет показателей надежности ПЭА с устройством шиеного пуска и торяогения на имитационной модели (неталои Монте-Карло) и определена экономическая эффективность щшнгией^я устройства.

йотниисшая модель ГОД. позволяла разработать алгоритм и"

программу для ЭВМ. Исходами даншая являются параметры законов распределения наработки до отказа элементов ПЗА по статистическим данным СКБ сквазинннх погрузшх электронасосов для водоподъема (Кишинев), выполненными Кириенко П.И.

В результате выполнения программы на ЭВМ получены следующие результаты: при параметрах законов распределения наработки до отказа элементов ПЗА по данным эксплуатации и времени восстановления 24 часа, средняя наработка до отказа ПЭА составила 2741 часа при б =.115 час., или з календарном еырагекки 1,25 года (при 2200 •часах использования в год). При этой коэффициент готовности равен 0,991. Число экспериментов до достижения точности 0,05 получилось равным 1185.

Влиянлэ устройства плавного пуска моделирозалось заданием средней наработка! до отказа механических узлов разной гарантированному зазод&чи-изготойителями сроку слузбы ПЭА в связи с существенном уменьшением динамических кэш-пческ-тх перегрузок. При этом число экспериментов до достл:т:е:-о:я задзнной точности 0,05 составило величину 1150. средняя наработка до отказа элактронасо-са 3520 чао. при б - 147 час,- или. 1,6 года л коэффициент готоб-. моста 0,993.

Таким образом, ходзяфогечзд показало, что прж'эненпв устройства плавного пуска и торяевзккя яогрузннх электронасосов дает увеличение средней наработки до страза по иенысей мере з 1.28 раза. Реальное уверение этого показателя гнге из-за у:?еньсе:зш одзктродкяакгсзскшс усялкй в лобои« частях'обкотки статора. Еще болшй cï'-.îeitT лгст применение устройства на пескугп-их скззвяиах.

Зкококкесхгя эффективность использования устройства составляет 9,19-9,23 ют. руб/год в ценах весны-лета 1993 г. на ферме KFC 600 голоз молочного напр&ЕЛзвяя.

Сбте геволы и-рекомендации

1. Установлено, что современные станции управления погруЕкы-мп электронасоснкз! агрегата«« при надпезааей настройке узла защиты способны предотвратить выход нз строя обмотки статора при возникновении практически любого аварийного ренина, но в условиях частых пусков существенное влияние на срок службы ПЭА оказывает: -их динамические свойства.

2. Для увеличения срока слузбы ПЭА необходимо осуществлять

пгл?йШ пуск л тсипкекие при существенном уменьшении переходного моиента. "/окского тока и амплитуды колебания давления в

Прпкенекие тотнсторных хокнутатосов дает возможность кап;: -2.'.снли -:ор:1фсаать произесы пуска и торможения в разомкнутой по угдэвоД скорости оастехе управления; существенную роль при этом хгр^ст зш»ш управления таристорным конмутаторок.

н.э. оснований моделирования на ЭЬМ установлено, что ргциз-.-.¿лышм о Т0Ч1Ш орежя максимального пускового тока,

переходного ксиента и амплитуды колесания давления а екзааие в условиях неопределенности параметров гидродинамического подъема р.: геол. на опорно;* г:зг;з1Г.нике я различных статотесхих напосах яв-/лб?:я зкспонекзсаяьдзй закон управления тйристорйщм коммутатором "'-I сазо^ом уиразленнн.

5. Как покасгл сь'-мс^тэльный эксг.эр;лент, ¡три пуске ПЭА с п хии^праа»! ап~\.Ъ рад. а=5..6 с и тормозения с парзиетрате

5 рад. 1=0.1..0.3 о происходит суц&ственнсе уменьшение переходного ионента. пускового тока я амплитуды колебания давления в сквагине: их дальнейшее умзнькение при разовом управлении практи-ч&ски невозможно.

6. Разработанное устройство плавного пуска и тормояенвя обеспечивает рациональные законы управления ткристорнки ко;,оратором и моает встраиваться в суцествущие станции управле^я.

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

8. Колебания давления в нижней 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 ПЗА. 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 большуз эффективность даст применена устройства на пескувцих скважинах.

Основные положения диссертации опубликованы в слддуидих работах:

1. Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сел. хоз-ва. Анализ существуют средств поеы-сения эксплуатационной надежности погружных электрокасосных агрегатов водоподъема, воздействующих на подводимые напряжение к ток: Отчет о НИР (промеауточный)/ Азово-Черноморский институт механизации сельского хозяйства; Руководитель В.Н. Данилов. N ГР 01870025279. Зерноград. 1991. 29 с. Деп. В ЕЙТЩентр 24.09.92. г1нз. N 02920010582. Отв. асп. Лебедев К.Н.

2. А. с. 1814133 кл. Н 02 Н7/09. Устройство для запета трехфазного электродвигателя от работа при обрыве я несишетрии нал-р.чхекиа Фаз шггеящей сети/ В.Н. Данилов, К.И. Лебедев, Петров Михайлов Николай (ВО, Христов Стойкоз Джапр (ИЗ): Азово-Черно-иорский институт механизации сельского хозяйства н Шсиее техническое уч&лжце км. А. Кьячева (Вй). - Спубл. бал. N 17. 07.05.93.

3. Данилов В.Н., Лебедев КЛ1. Повышение эксплуатационной на-Е52ностя погрузпнх электродвигателей скважйнннх аасосоз// Труды Кубанского гос. агр. ун-та. - Краснодар, 1591. - Шп. 321 (349).

►4. Лзбэдез Н. Н., Грозах В. В. Теоретическое обоснованна пара-:зтров устройства шшвиого пуска погр'уяшх насосов// Исследования 1 разработка средств ыэхаЕизЕпая технологических процессов в га-гэтвсводстве: сб. яауч. тр./ ВНЗЯГШЗСХ - Зерноград, 1993.

5. Лебедев К. К. о.боснсватз нгрзкетрсз устройства плавного сусжа погруаякх эдеетрокасов воаопольеиа// Повивекив иадезаости •йестрооОорудованвя в системах зяехтроснабгения: сб. науч. тр./ лтайский гос. техн. ун-т. - Барнаул. 199-1.

6. Лебедев К.Н. КсслэдоЕСКие показателей работы погружных лэктронасосоэ в ратинах плавного пуска и торао-декия // йсследо-вная и разработка средсгз кзхенизадаш технологических процессов внвотноводстзе: сб. науч. тр. / ЕКИ!ПКНЭСХ - Зерноград. 1996.