Опис функціональної схеми стенда

Фізична модель насосного комплексу призначена для вивчення режимів роботи гідравлічних машин (насосів, турбін), принципу їх роботи, процесів, що відбуваються в трубопровідній гідромережі.

Функціональна схема лабораторного стенда для дослідження режимів роботи НУ зображена на рис. 3.1. Вона включає перший НА1 і другий НА2 насосні агрегати, які можуть бути з'єднані як послідовно, так і паралельно; приводні двигуни АД1, АД2 однойменних НА; засувку Z₂₇ на всмоктуванні та засувку Z₁₄ на подачі НА1; засувку Z₂₈ на всмоктуванні та засувку Z₁₇ на подачі НА2; датчики тиску Дт1 – Дт5, що призначені для контролю напору в гідросистемі; датчики витрати Q1 і Q2. Зовнішній вигляд панелі керування фізичної моделі НК наведено на рис. 3.2.

Насосна установка працює за принципом циркуляційної системи, де приймальною і вихідною ємністю є той самий резервуар з водою (об'ємом 1,08 м³).

Фізична модель НК (рис. 3.1, 3.2) дозволяє досліджувати енергетичну ефективність роботи НУ, що працює на реальну гідравлічну мережу з протитиском при використанні наступних методів реґулювання продуктивності: засувкою, встановленою на виході насоса; зміною частоти обертання робочого колеса турбомеханізму та реґулюванням подачі активним реґулювальним пристроєм, встановленим у трубопровідній мережі.

Основні параметри турбомеханізмів і електродвигунів, які використано у лабораторному комплексі, наведені в табл. 3.1, 3.2. На рис. 3.3, 3.4 наведено паспортні характеристики насосів.

Рисунок 3.2 – Зовнішній вигляд панелі керування стендом

Таблиця 3.1 – Технічні дані турбомеханізмів

Позначення на схемі	Тип насоса	Подача м^3/год	Напір, м	Частота обертання, об/хв
НА1	WilloMHI 202.1	5
НА2	Willo MHI 402.1
Турбіна	Pedrolo	1,2

Таблиця 3.2 – Технічні дані двигунів

Позначен-ня на схемі	Тип ел. двигуна	N, кВт	Uном, В	Iном, А	сosj	h, %	n0, об/хв
АД1	MHI 202-1/E/3	0,83		1,7	0,72
АД2	MHI 402-1/E/3	0,83		1,7	0,72
АГ	ГПТ–2	0,18			-

Рисунок 3.3 – Паспортні характеристики відцентрового насоса типу MHI–202

Рисунок 3.4 – Паспортні характеристики відцентрового насоса типу MHI–402

Протитиск (статичний напір) у системі створюється за рахунок розширюючого бака, встановленого у найвищій точці системи. Для обмеження зворотного руху рідини та захисту насоса від гідроудару в нагнітальному трубопроводі НА2 установлено зворотний клапан ЗК.

Для регулювання витрати рідини в системі шляхом дроселювання та дослідження явища гідроудару, фізичну модель НК оснащено засувкою Z₆ з керованим електричним приводом. Керування електроприводом засувки здійснюється за допомогою блоку керування БКЗ, причому живлення ЕП може здійснюватися від перетворювача частоти ПЧ2 чи безпосередньо від електромережі.

У силовому ланцюзі АД1 установлено трифазний перетворювач частоти ПЧ1 із номінальною вхідною напругою 380 В, технічні дані якого наведені у табл. 3.3. Контроль миттєвих значень струму, напруги та діючих значень споживаної потужності системи перетворювач частоти – асинхронний двигун (ПЧ1-АД1) здійснюється датчиками напруги ДН1–ДН3, струму ДС1–ДС2 та ватметром W1, відповідно. Контроль швидкості обертання АД1 здійснюється за допомогою тахоґенератора ТГ1, установленого на одному валу з АД1 (рис. 3.1) та тахометра n₁ (рис. 3.2).

У силовому ланцюзі АД2 також установлено трифазний перетворювач частоти ПЧ2, технічні дані якого наведені у табл. 3.3.

Таблиця 3.3 – Технічні дані перетворювачів частоти

Позначення на схемі	Тип	S, кВА	Uном, В	Iном, А	Потужність приводного ЕП, кВт
ПЧ1	Lenzesmd 302L4TXA			8,3	0,83
ПЧ2	Mitsubishi Electric FR–D700	1,5		5,9	0,83

Контроль миттєвих значень струму та напруги, діючих значень споживаної потужності системи ПЧ2–АД2 здійснюється за допомогою датчиків напруги ДН4–ДН6, струму ДС3–ДС4 та ватметра W2, відповідно. Контроль швидкості обертання приводного двигуна другого насоса відбувається за допомогою тахоґенератора ТГ2, який установлено на одному валу з АД2 (рис. 3.1) та тахометра n2 (рис. 3.2).

Для дослідження альтернативних методів регулювання продуктивності НК на базі активних регулювальних пристроїв у трубопровідній мережі фізичної моделі НК увстановлено гідравлічну машину, що працює в турбінному режимі і підключається до робочого контуру гідромережі за допомогою засувок Z₁₈ і Z₁₉. На одному валу з турбінним аґреґатом установлено асинхронний генератор (АГ), що генерує енергію в електромережу через перетворювач частоти ПЧ3. Контроль струму, напруги і потужності АГ здійснюється амперметром А3, вольтметром U3 і ватметром W3 відповідно; контроль швидкості обертання вала турбіни відбувається за допомогою тахоґенератора ТГ3, який установлено на одному валу з АГ (рис. 3.1), та тахометра n₂ (рис. 3.2).

Для дослідження кавітаційних процесів у гідромережі НК передбачено два кавітаційні контури К1 та К2. Оскільки кавітаційні явища мають змінний характер і залежать від температури рідини, в НК існує можливість підігріву робочої рідини за допомогою нагрівача, що живиться від тиристорного регулятора напруги (ТРН). Технічні дані ТРН наведені в табл. 3.4.

Таблиця 3.4 – Технічні дані ТРН

Позначення на схемі	Uном,В	Iном,А	Потужність навантаження, кВт
ТРН	200-400

Сигнали з електронних датчиків тиску Дт1 – Дт5, витрати Q1, Q2, напруги ДН1 – ДН6, струму ДC1 – ДC4 та тахогенераторів ТГ1–ТГ3 надходять на плату аналогово-цифрового перетворення (АЦП). Технічні дані датчиків та ватметрів, що використовуються в комплексі, наведено в табл. 3.5–3.9.

Усі вимірювальні канали струму і напруги мають гальванічну ізоляцію від силових ланцюгів. Плата датчиків струму побудована на основі датчиків струму фірми AllegroMіcroSystems типу ACS750LCA-050, виконаних на основі ефекту Хола. Блок датчиків напруги базується на підсилювачах з гальванічною розв’язкою типу HCPL 7800A.

Таблиця 3.5 – Технічні дані датчиків струму та напруги

Параметр	Датчик струму	Датчик напруги
Діапазон вхідних величин	–50 А…0…+50 А	–400 В…0…+400 В
Діапазон вихідних величин	–12В…0…+12В	–12 В…0…+12 В
Частотний діапазон	13 кГц	85 кГц
Точність вимірювань	< 2 %	< 1 %
Нелінійність	< 5 %	< 0.1 %
Вхідний опір	< 0,001 Ом	> 1 МОм
Допустима напруга ізоляції	3 кВ	1 кВ
Робочі діапазони температур	–20…+85°С	–40…+100°С

Таблиця 3.6 – Технічні дані датчиків швидкості

Позначення на схемі	Тип	n, об/хв	Вихідна напруга, U, В
ТГ1,ТГ2,ТГ3	ТГ-24-03		0–10

Таблиця 3.7 – Технічні дані ватметрів

Позначення на схемі	Тип приладу	Рід вимір. струму	Uном, В	Iном, А	W, кВт	Частота мережі	Клас точності
W1– W3	Ц301	змін.					1.5

Як лічильник рідини в лабораторному комплексі використано ультразвуковий двоканальний лічильник рідини Ергомера – 125.Б, призначений для роботи в автоматизованих системах вимірювання, контролю та керування, який забезпечує безперервне перетворювання вимірюваних величин – температури, витрати, тиску в уніфіковані струмові та імпульсні сигнали, в цифровий сигнал по протоколу обміну RS-232 або RS-485. Лічильник забезпечує вимірювання маси і масової витрати води, забезпечує індикацію фізичних величин та службової інформації.

Основні параметри витратоміра:

– мінімальна витрата Q_мін……………………0,46 м³/год

– максимальна витрата Q_макс………..…...…...23 м³/год

– температура вимірюваної величини...…….1…150°С

Як датчики тиску у фізичній моделі НК використовуються датчики тиску HoneywellST2000 та JumodTRANSp02. Датчик тиску HoneywellST2000 використовується для вимірювання абсолютного й відносного тиску рідин. Такий електронний датчик тиску є мікропроцесорним вимірювальним пристроєм, який функціонально складається з чотирьох п’єзорезисторів, що з’єднані мостовою схемою. Датчик тиску JumodTRANSp02 призначений для вимірювання відносного й абсолютного тиску газів, парів та рідин. Перетворювач тиску JumodTRANSp02 працює за п’єзорезистивним або тонкоплівковим тензометричним принципом. Вихідний сигнал датчика тиску – постійний струм, значення якого прямо пропорційне вхідному тиску. Основні параметри датчиків тиску Honeywell та Jumo наведено в табл. 3.8.

Таблиця 3.8 – Основні параметри датчику тиску HoneywellST2000

Тип	Максимальний вимірюваний тиск Hmax, кгс/см^2	Мінімальний вимірюваний тиск Hmin, кгс/см^2	Вихідний сигнал I, мА	Клас точності приладу
HoneywellST2000	407,9		4 20	0,5
JumodTRANSp02			4 20	0,5

З’єднання датчиків з ЕОМ відбувається за допомогою перетворювача
Е14-440 та роз’єму 011В-37Р. Зовнішній вигляд контактів цифрового роз’єму наведено на рис. 3.5 та в табл. 3.9, відповідно. За допомогою модуля Е14-440, оснащеного АЦП та ЦАП, відбувається опитування датчиків, обробка даних та відпрацювання сигналів керування відповідно до визначеного алгоритму функціонування і команд оператора. Технічні характеристики АЦП та ЦАП модуля Е14-440 наведено у табл. 3.10, 3.11.

Таблиця 3.9 – Характеристика контактів рознімання 011В-37Р

Сигнал	Загальна точка	Напрям	Призначення
IN<1...16>	Digital GND	Вхід	16-бітовий цифровий вхід: IN1-молодший біт (0-й біт). IN16- старший біт (15 біт).
OUT<1...16>	Digital GND	Вихід	16-бітовий цифровий вихід: OUT1 – молодший біт (0-й біт). OUT 16-старший біт(15-біт)
Digital GND	—	—	Цифрова земля
+5 В	Digital GND	Вихід	Вихід нестабілізованої напруги +5 В для живлення зовнішніх ланцюгів (береться прямо з USB-кабелю). Не більше 40 мА
+3.3 В	Digital GND	Вихід	Вихід стабілізованої напруги +3,3 В для живлення зовнішніх ланцюгів. Не більше 10 мА
INT	Digital GND	Вхід	Вхід зовнішньої цифрової синхронізації сигналу.

Рисунок 3.5 – Зовнішній вигляд цифрового роз’єму 011В-37Р

Таблиця 3.10 – Параметри ЦАП модуля Е14-440

Кількість каналів
Розрядність	12 біт
Максимальна сумарна частота перетворення	125 кГц
Час встановлення	8 мкс
Макс. вихідний струм	2 мА
Вихідний діапазон	±5 В

Таблиця 3.11 – Технічні характеристики АЦП модуля Е14-440

Кількість каналів	16 диференціальних або 32 із загальною землею
Розрядність АЦП	14 біт
Діапазони вхідного сигналу	±10 В; ±2,5 В; ±0,625 В: ±0,156 В
Напруга синфазного сигналу	±10В (не залежить від діапазону)
Розрядність, розрахована за відношенням сигнал / шум на заземленому вході РСтА при частоті АЦП 400 кГц	Посилення 1 13,8біт Посилення 413,8 біт Посилення 16 13,5біт Посилення 64 13,0біт
Розрядність, розрахована по відношенням сигнал / (шум+гармоніки) отримана при оцифруванні синусоїдального сигналу частотою 10 кГц з амплітудою 5 В при частоті запуску АЦП 400 кГц	Посилення 4 13,2біт
Час перетворення	2,5 мкс
Вхідний опір при одноканальному введенні	Не менше 1 МОм
Максимальна частота перетворення	400 кГц
Захист входів	При ввімкненому живленні ±30В При вимкненому живленні ±10 В
Інтегральна нелінійність перетворення	Макс. ±1,5 МЗР
Диференціальна нелінійність перетворення	Макс.– 1 до +1,5 МЗР
Зміщення нуля без калібрування	Макс. ±4 МЗР

Як запірно-регулююча арматура Z₆ в НК використовується клинова засувка з діаметром клина 50 мм, призначена для закриття і відкриття трубопроводу з чистою водою при тиску до 16 бар. Як привод засувки використовується черв’ячний мотор-редуктор С03218.WMHB1A.75E фірми DavidBrown з передаточним числом 8.59. Мотор-редуктор оснащено трифазним асинхронним двигуном потужністю 0,75 кВт. Частота обертання вихідного валу складає 337 об/хв. Для контролю та індикації положення регулюючої електроприводної засувки використовується пристрій фірми ОВЕН ПКП1И-Щ1.RS, котрий здійснює функції дистанційного керування та захисту електропривода. Схема підключення пристрою керування ОВЕН до ЕП та його зовнішній вигляд наведено на рис. 3.6, 3.7, відповідно.

Рисунок 3.6 – Схема підключення двигуна засувки

Технічні дані двигуна та мотор-редуктора DavidBrown наведено
в табл. 3.12, 3.13, відповідно.

Таблиця 3.12 – Технічні дані двигуна мотор-редуктора

Позначення на схемі	Тип ел. двигуна	N, кВт	Uном, В	Iном, А	сosj	n, об/хв
АД	DM180K2	0,75		1,81	0,79

Рисунок 3.7 – Зовнішній вигляд передньої панелі пристрою керування та захисту ОВЕН ПКП1 електропривода засувки

Таблиця 3.13 – Технічні дані мотор-редуктора

Вихідна частота обертання, об/хв	Передаточне відношення	Обертальний момент, Н∙м	Вхідна частота обертання, об/хв
	8.59

У фізичній моделі НК гідромережа виконана з поліпропіленових труб, технічні дані яких наведено в табл. 3.14.

Таблиця 3.14 – Технічні дані труби

Матеріал і тип труби	Зовнішній діаметр, мм	Температура робочого середовища, ºС	Робочий тиск, МПа
Поліпропілен, РР-R		до + 80	до 16

Технічні параметри трубопровідної арматури (засувок, шарових кранів, зворотного клапану), яка використовується в НК наведено в табл. 3.15.

Таблиця 3.15 – Технічні дані трубопровідної арматури

Назва	Діаметр умовного проходу, мм	Умовний тиск, МПа	Температура робочого середовища, Сº
Засувка з ЕП		0,6	до + 120
Шарові крани		0,6	до + 150
Зворотний клапан		0,6	до 600

Дата добавления: 2014-11-29