Tài liệu Trang bị điện máy bơm doc

Đối với bơm ly tâm, tính chọn đúng công suất động cơ và tốc độ động cơ truyền động đóng một vai trò quan trọng vì công suất P, năng suất Q và chiều cao cột áp H áp suất phụ thuộc vào tố

Chương 6

TRANG BỊ ĐIÊN MÁY BƠM

6.1- Khái niệm chung

Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi

khác Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất

chất lỏng ở đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp

suất ở hai đầu Thường sử dụng động cơ điện để làm nguồn năng lượng cấp

cho bơm

1 Phân loại

-Theo nguyên lý làm việc hay cách cấp năng lượng cho bơm có:

• Bơm thể tích: khi làm việc, không gian làm việc thay đổi nhờ chuyển

động tịnh tiến của pittông (bơm pittông) hay nhờ chuyển động quay của

rotor (bơm rotor) Kết quả là thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa là

bơm cung cấp áp năng cho chất lỏng

• Bơm động học: chất lỏng được cung cấp động năng từ bơm và áp suất

tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đập của các cánh

quạt (bơm ly tâm, bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhân làm việc

(bơm xoáy lốc, bơm tia; bơm chấn động, bơm vít xoắn, bơm sục khí) hoặc

nhờ tác dụng của trường điện từ (bơm điện từ) hoặc các trường lực khác

- Theo cấu tạo:

• Bơm cánh quạt: trong loại này bơm ly tâm chiếm đa số và thường gặp

nhất (bơm nước)

• Bơm pittông (bơm dầu, bơm nước)

• Bơm rotor (bơm dầu, hoá chất, bùn…)

Ngoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cách (bơm xăng trong

ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện)

2 Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm

1- động cơ kéo bơm; 2-bơm 3-lưới; chắn rác; 4- bể hút 5- ống hút; 6- van ống hút;

7-van ống đẩy; 8-ống đẩy;

9-bể chứa; 10-van và đường ống phân phối tới nơi tiêu dùng; 11-chân không kế lắp ở đầu vào bơm, đo áp suất chân không do bơm tạo ra trong chất lỏng ; 12-áp kế lắp ở đầu

ra bơm, đo áp suất dư của chất lỏng ra khỏi bơm

Hình 6.1 Các phần tử của hệ thống bơm

Bơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua ống hút 5 đẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9

3 Các thông số cơ bản của bơm

a) Cột áp H (hay áp suất bơm) là lượng tăng năng lượng riêng cho một đơn

vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy) Cột áp H được tính bằng mét cột chất lỏng ( hay mét cột nước ) hoặc tính đổi

ra áp suất bơm

b) Lưu lượng (năng suất) bơm: là thể tích chất lỏng do bơm cung cấp vào ống trong một đơn vị thời gian; tính bằng m3/s, l/s, m3/h

c) Công suất bơm (P hay N): phân biệt 3 loại công suất

- Công suất làm việc Ni (công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)

- Công suất động cơ kéo bơm (Nđc) công suất này thường lớn hơn N để bù hiệu suất truyền động giữa động cơ và bơm, ngoài ra còn dự phòng quá tải bất thường

- Hiệu suất bơm (ηb) là tỉ số giữa công suất hữu ích Ni và công suất tại trục bơm N Hiệu suất bơm gồm 3 thành phần:

ηb = ηQ ηH ηm trong đó ηQ - hiệu suất lưu lượng;

ηH - hiệu suất thuỷ lực;

ηm - hiệu suất cơ khí

4 Đặc tính của bơm: vì bơm có nhiều kiểu, mỗi kiểu có đặc tính cơ riêng

mà động cơ phải có khi kéo bơm Xét 2 loại điển hình

a) Bơm ly tâm: là loại bơm

động học có cánh quạt, bơm

được nhiều loại chất lỏng khác

nhau, giải lưu lượng rộng (vài

l/ph – vài m3/s), cột áp kém hơn

pittông nhưng đủ đáp ứng trong

rất nhiều lĩnh vực sản xuất, cấu

tạo đơn giản, gọn, rẻ…

Hình 6.2 Cấu tạo của bơm ly tâm

Bơm ly tâm gồm có các bộ

phận chính sau: Vỏ bơm 1 có

kiểu dáng hình trôn ốc, trục 4 và

bánh xe công tác 3 gắn trên trục

4 Trên bánh xe công tác 3 có

gắn các cánh bơm 7, miệng hút

8 và miệng đẩy 9 Trước khi cho

máy bơm hoạt động cần phải

mồi bơm bằng cách đổ đầy vào

buồng trôn ốc qua phễu rót vào đường ống 10 Lúc này van 11 đóng lại do

áp suất của cột nước trong đường ống hút 5

Khi động cơ truyền động bơm quay, bánh xe công tác với các bánh cong sẽ

tạo ra lực ly tâm, làm cho chất lỏng trong các rãnh bị nén và đẩy ra phía đầu

cuối của các cánh bơm đưa chất lỏng vào buồng trôn ốc và thoát ra ở đường

ống 9

Bơm ly tâm là loại bơm tốc độ cao, cho nên động cơ truyền động có thể

nối trực tiếp vào trục của bơm Bơm ly tâm cho phép khởi động khi đóng

van ở đầu ra của bơm, khi đó máy bơm làm việc ở chế độ không tải và trị số

moomen khởi động bằng (0,2 ÷0,3) moomen định mức của động cơ

Đối với bơm ly tâm, tính chọn đúng công suất động cơ và tốc độ động cơ

truyền động đóng một vai trò quan trọng vì công suất P, năng suất Q và

chiều cao cột áp H ( áp suất) phụ thuộc vào tốc độ quay ω của động cơ

truyền động

2

3 1 2

1 2 2

2 1 2

1 2

1 2

1 ; ;

ω

ω ω

ω ω

ω

=

=

=

P

P H

H Q

Q

Từ biểu thức trên ta nhận thấy

rằng khi tăng tốc độ động cơ, công

suất tăng đột biến, nếu tốc độ quá

lớn sẽ làm cho động cơ phát nóng

quá giới hạn cho phép

Hình 6.3 Đặc tính cơ của bơm ly tâm

Đặc tính quan trọng đối với bơm

ly tâm là sự phụ thuộc của năng

suất bơm Q vào chiều cao cột H

(hình 6.3)

Để xác định được hai tham số

quan trọng của bơm là Q và H; cần

phải có thông số Q và H của hộ

tiêu thụ Giá trị của chiều cao cột

áp trong hệ thống cấp nước gồm

hai thành phần: chiều cao cột áp

tĩnh Hc và chiều cao cột áp động

Hđ

Cột áp tĩnh là hiệu của hai mức nước: nước hút và nước đẩy, còn cột áp

động xác định bằng lực của chuyển động trong hệ thống đường ống cấp

nước, nó tỷ lệ với bình phương của tốc độ dịch chuyển của nước hoặc tỷ lệ

bính phương với năng suất của bơm Q, và H cùng có thể tính theo biểu thức

sau:

H = Hc + λQ (6-3) Trong đó: λ là hệ số tỷ lệ

Truyển động bơm công suất nhỏ dùng động cơ không đồng bộ roto lồng

sóc, còn bơm có công suất lớn dùng động cơ không đồng bộ cao áp hoặc

đông cơ đồng bộ

Từ đồ thị đặc tính làm việc của bơm ly tâm ta thấy rằng: đối với hệ thống

cấp nước có chiều cao cột áp tĩnh Hc lớn, khi tăng tốc độ quay của động cơ

với một lượng không lớn từ n đến n1, đường đặc trưng của bơm - đường a

không cắt đường đặc tính của phụ tải - đường b (hình 6.3)

Điều này đáng quan tâm đối với động cơ truyền động bơm dùng loại không

đồng bộ roto lồng sóc; sẽ dẫn đến hiện tượng bơm không cấp được nước vào

hệ thống cấp nước và có thể dừng lại khi điện áp lưới giảm Đối với động cơ

đồng bộ, khi điện áp lưới giảm, tốc độ động cơ không thay đổi, nước vẫn

được cấp vào hệ thống cấp, chỉ khi động cơ bị quá tải, động cơ sẽ mất đồng

bộ và dừng lại

Nếu trong hệ thống cấp nước (phụ tải) có cột áp động lớn (đường c hình

6.3), khi điện áp lưới giảm không dẫn đến dừng động cơ không đồng bộ,

nhưng năng suất của bơm giảm đáng kể, còn đối với động cơ đồng bộ, khi

điện áp lưới giảm đáng kể (U< 0,85Uđm) sẽ dẫn đến động cơ bị mất đồng

bộ và dừng hẳn

b) Bơm pittông: Bơm pittông là một loại bơm thể tích , cấu tạo được biểu

diễn trên hình 6.4

Khi động cơ truyền

động quay quanh trục

O, kéo theo hệ thống

trục khuỷu - tay biên 3

và 4 chuyển động quay

biến thành chuyển động

tịnh tiến qua lại của pit

tông 2 trong xi lanh 1

Hai vị trí giới hạn hành

trình di chuyển của pit

tông 2 là A1 và A2 ứng

với hai điểm chết là C1 và C2 Khi pit tông dịch chuyển sang bên trái, thể

tích buồng công tác 5 tăng lên, áp suất tuyệt đối trong buồng của xi lanh

giảm hơn so với áp suất trên mặt thoáng của bể hút, khi đó van nén 7 đóng

lại, van hút 6 mở ra, và nước từ ống hút chảy vào buồng xi lanh Khi pit tông

di chuyển sang bên phải, thể tích buồng xi lanh tăng, van 6 đóng lại, van nén

7 mở ra và nước từ buồng xi lanh sẽ chảy ra đường ống cấp nước Đặc tính

của bơm pit tông giới thiệu trên hình 6.5

Hình 6.4 Cấu tạo của bơm pittông

Từ họ đặc tính bơm ta thấy rằng

với cùng một trị số của chiều cao

cột áp, năng suất bơm Q khác

nhau, công suất của động cơ truyền

động cũng khác nhau

Đặc điểm khác biệt của bơm pit

tông là lưu lượng không đồng đều,

nhưng áp suất cột áp đạt rất cao

(trên 200at)

Đối với bơm ly tâm, lưu lượng

đồng đều nhưng áp suất cột áp

không cao, nhưng có năng suất cao

hơn so với bơm pit tông, nên bơm

ly tâm được sử dụng phổ biến hơn

Hình 6.5 Các đặc tính của bơm pittông

6.2 Điều chỉnh năng suất của máy bơm

Lượng tiêu thụ nước của phụ tải thay đổi trong một phạm vi khá rộng trong một ngày đêm Vì vậy điều chỉnh lưu lượng đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống cấp nước

1 Điều chỉnh lưu lượng bơm bằng cách thay đổi tốc độ động cơ truyền động

Đối với hệ thống cấp nước có độ cao

cột áp tĩnh lớn (đường b hình 6.6), khi

thay đổi năng suất từ Q1 đến Q2, tốc

độ động cơ truyền động thay đổi

không đáng kể (từ n1 đến n2)

Đối với hệ thống cấp nước có độ cao

cột áp động lớn (đường c hình 6.6),

với cùng một lượng thay đổi năng

suất (từ Q1 đến Q2), tốc độ động cơ

truyền động thay đổi đáng kể (từ n1

đến n3) Từ đó rút ra kết luận:

Điều chỉnh lưu lượng của máy bơm

bằng cách thay đổi tốc độ động cơ

truyền động chỉ phù hợp với hệ thống

cấp nước có độ cao cột áp tĩnh cao

(Hc), còn đối với hệ thống cấp nước

có độ cao cột áp động cao không phù hợp vì tổn thất trong roto hoặc trong phần ứng của động cơ tỷ lệ thuận với tốc độ (hoặc hệ số trượt ) của động cơ

Hình 6.6 Đặc tính của bơm khi điều chỉnh lưu lượng

2 Điều chỉnh lưu lượng của máy bơm bằng van tiết lưu

Là phương pháp điều chỉnh lực cản trong đường ống bằng van tiết lưu, khi điều chỉnh bằng phương pháp này dẫn đến sự xuất hiện một áp suất động

∆Hđ gây ra tổn thất công suất trong van tiết lưu bằng:

Trị số của ∆H trong hệ thống cấp nước có áp suất động cao lớn hơn so với

hệ thống cấp nước có áp suất tĩnh cao

6.3 Tính chọn công suất động cơ truyền động

Trang bị điện của một trạm bơm tối thiểu phải có hai hệ truyền động (hình 6.7):

1.Truyền động chính: là truyền động quay bơm Hệ truyền động này

thường dùng động cơ không đồng bộ điện áp thấp (380V) và cao áp (3 hoặc 6kV), và động cợ đồng bộ

Đối với động cơ có công suất ≥ 100kW, thường dùng động cơ cao áp

2 Hệ truyền động phụ: là động cơ truyền động đóng mở van thường dùng

động cơ không đồng bộ roto lồng sóc điện áp thấp, có đảo chiều quay

3 Tính chọn công suất động c

Công suất động cơ

ơ truyền động chính

truyền động bơm được tính theo biểu

thức sau:

η

η

γ

b

QH

k

Q

1000

.

.

= [kW] (6-5)

rong đó:

lượng riêng của c

uất của bơm, m3/s;

su

suất của bơm (0,45

÷

ệu suất của cơ cấu

tr

a một bơm

T

γ - khối

hất lỏng

Q- năng s

H- chiều cao cột áp (áp

ất), m;

ηb- hiệu

0,75)

η - hi

uyền lực (0,45 ÷ 0,9)

Hình 6.7 Sơ đồ điện - thủy động học củ

trạm

6.4 Sơ đồ khống chế máy bơm

ệ truyền động trạm bơm phải đảm bảo các n

động cơ truyền động chính đảm bảo hạn chế dòng trong p

cơ truyền động công suất nhỏ và trung bình có thể khởi đ

g suất lớn, khởi động động cơ dùng b

Đối với động cơ đồng bộ, khởi động phức tạp hơn; phương pháp được sử

u:

thấp…

ơm dùng động cơ đồng bộ

g dùng bộ nguồn cấp k

g máy p

suất lắp đặt bé

c biệt là các khâu bảo vệ

ích từ gồm có các phần tử chính sau:

i bộ chỉnh lưu cầu ba pha đấu song song cấu

b) tự động gồm hai thyristor 1T và 2T; ĐZ1 và ĐZ2

n áp để đo điện áp nguồn cấp và đưa tín hiệu về mạch điều khiển để tăng cưỡng bức kích từ trong trường hợp điện áp lưới giảm sẽ dẫn đến động cơ bị mất đồng bộ

Trong sơ đồ mạch điều khiển h

hiệm vụ sau:

1 Khởi động

hạm vi cho phép

a) Đối với động

ộng trực tiếp, qua cuộn kháng hoặc đổi nối sơ đồ đấu dây dây quấn stato động cơ từ hình sao sang hình tam giác

b) Đối với động cơ không đồng bộ côn

ộ khởi động mềm (soft - start) thực chất là bộ điều áp xoay chiều ba pha, hạn chế dòng khởi động bằng cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stato động

cơ

c)

dụng phổ biến nhất là phương pháp không đồng bộ Để thực hiện khởi động theo phương pháp này, roto của động cơ đồng bộ có hai bộ dây quấn: cuộn khởi động và cuộn kích từ

2 Điều khiển đóng – mở van

3 Phải có các khâu bảo vệ sa

- Bảo vệ quá tải

- Bảo vệ điện áp

4 Sơ đồ khống chế máy b

Hệ truyền động bơm dùng động cơ đồng bộ thườn

ích từ bằng máy phát kích từ hoặc bằng bộ chỉnh lưu dùng thyristor

Bộ nguồn kích từ dùng thyristor có nhiều ưu điểm hơn so với dùn

hát do:

- Công

- Độ tác động nhanh, đặ

Đ ng cơ truyền động bơm dùng loại DCK-260

n = 165vg/ph

a) Bộ nguồn k

- Biến áp động lực 1BA

- Cầu chỉnh lưu gồm ha

thành từ các thyristor 1T1 ÷ 6T1 và 1T2 ÷ 6T2

Biến áp 4BA, 5BA, 6BA có chức năng cân bằ

làm việc song song

Thiết bị vào đồng bộ

c) Mạch đo lường

- 2BA là biến điệ

Hình 6.8 Hệ truyền động máy bơm dùng động cơ đồng bộ

- TI1: biến dòng đo lường dòng tiêu thụ của động cơ và đưa tín hiệu về mạch điều khiển bảo vệ ngắn mạch cho mạch kích từ

d) Nguyên lý hoạt động

Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất trong truyền động bơm dùng động cơ đồng bộ là quá trình khởi động chúng

Quá trình khởi động động cơ đồng bộ bằng phương pháp không đồng bộ diễn ra như sau:

Đóng máy cắt MC, động cơ làm việc như một động cơ không đồng bộ roto lồng sóc Khi tốc độ động cơ còn thấp (s≥ 0,05) điện áp cảm ứng ra ở cuộn kích từ lớn, làm cho điện áp ra ĐZ1 và ĐZ2 thông, thyristor 1T và 2T thông, cuộn kích từ được nối song song với điện trở dập từ Rdt và rơle liên động RLĐ tác động, tiếp điểm của nó ở mạch điều khiển mở nên chưa có nguồn cấp cho công tắc tơ KC Trong quá trình khởi động, tốc độ động cơ tăng dần lên đến khi tốc độ động cơ đạt gần tốc độ đồng bộ (s ≤ 0,05) thì 1T và 2T khóa, điện trở dập từ Rdt cắt ra khỏi cuộn kích từ, rơle liên động không tác động, tiếp điểm thường kín của nó sẽ cấp nguồn cho cuộn dây công tắc tơ

KC đóng nguồn một chiều với cuộn dây kích từ của động cơ Dưới tác dụng của hai từ trường: từ trường xoay chiều ở dây quấn stato của động cơ và từ trường của dây quấn kích thích của động cơ do dòng điện một chiều sinh ra, kết quả động cơ tự kéo vào đồng bộ, quá trình mở máy động cơ đồng bộ kết thúc