Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn trung tâm nghiên cứu t vấn cơ điện và xây dựng Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo thử nghiệm hai loại động cơ điện chìm có công suất 37kw và 55kw dùng cho bơm chìm M số KC 05.DA16 Chủ nhiệm đề tài: pgs. ts . nguyễn văn bày 6943 08/8/2008 hà nội - 2007 2 Mục lục I. Tổng quan tình hình thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm 4 I.1. Tình hình thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm trên thế giới 4 I.2. Tình hình thiết kế, chế tạo và sử dụng động cơ điện chìm ở Việt Nam 9 I.3. Nhu cầu thị trờng động cơ điện chìm 9 II. Tính toán, thiết kế động cơ điện chìm 11 II.1. Cơ sở lý thuyết tính toán động cơ điện chìm 11 II.2. Những đặc điểm của động cơ điện chìm 12 II.3. Tính toán các thông số kỹ thuật 14 II.4. Phần mềm thiết kế động cơ điện chìm không đồng bộ ba pha công suất đến 100KW 22 III. Cụm chi tiết vòng làm kín cơ khí cho động cơ điện chìm 25 III.1. Giới thiệu chung 25 III.2. Nguyên lý làm việc và phân loại vòng làm kín cơ khí 25 III.3. Các kết cấu của vòng làm kín cơ khí 27 III.4. Lý thuyết và tính toán vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút 29 III.5. Tính toán cặp ma sát của vòng làm kín cơ khí 30 III.6. Chi tiết lò xo của vòng làm kín cơ khí trong động cơ điện chìm 31 III.7. Vòng làm kín cơ khí cho động cơ điện chìm 32 III.8. Các gioăng làm kín khác 33 III.9. Tính toán trục và ổ đỡ của động cơ điện chìm 34 III.10. Kết luận 35 IV. Hoàn thiện công nghệ và lựa chọn vật liệu chế tạo động cơ điện chìm 37 IV.1. Các bớc công nghệ chế tạo động cơ điện chìm 37 3 IV.2. Hoàn thiện công nghệ chế tạo mạch từ 37 IV.3. Hoàn thiện công nghệ tẩm sấy dây quấn 37 IV.4. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo rôto và stato động cơ điện chìm 38 IV.5. Hoàn thiện công nghệ chế tạo các chi tiết khác 39 IV.6. Các loại vật liệu chế tạo động cơ điện chìm 41 IV.7. Dây truyền sản xuất động cơ điện chìm công suất 37 và 55KW 43 IV.8. Kết luận 48 V. Thử nghiệm động cơ điện chìm và công trình trạm lắp máy bơm chìm - động cơ điện chìm 50 V.1. Yêu cầu chung về thử nghiệm kiểm tra các chi tiết và tổng thể động cơ điện chìm 1KC37/4, 1KC37/6 (37KW) và 1KC55/4 (55KW) 50 V.2. Thử nghiệm động cơ điện chìm do Trung tâm REMECO thiết kế và chế tạo 53 V.3. Hệ thống thử nghiệm động cơ điện chìm - máy bơm chìm 59 V.4. Công trình trạm lắp máy bơm chìm 63 V.5. Một số loại công trình trạm điển hình lắp máy bơm chìm 67 V.6. Đánh giá về khả năng ứng dụng động cơ điện chìm - máy bơm chìm kiểu ly tâm và hỗn lu phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp ở Việt Nam 68 V.7. Kết luận 68 VI. Hoàn thiện công nghệ tháo lắp, quy trình quản lý vận hành sử dụng, công tác đào tạo và thiết bị giám sát bảo vệ động cơ điện chìm 70 VI.1. Hoàn thiện công nghệ tháo lắp động cơ điện chìm 70 VI.2. Quy trình quản lý vận hành và sử dụng tổ máy bơm chìm động cơ điện chìm 73 VI.3. Sửa chữa và bảo dỡng động cơ điện chìm - máy bơm chìm 74 VI.4. Hệ thống điều khiển và bảo vệ động cơ điện chìm - máy bơm chìm 76 VII. kết luận chung và kiến nghị 83 Tài liệu tham khảo 95 4 I. Tổng quan tình hình thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm I.1. Tình hình thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm trên thế giới I.1.1. Đặt vấn đề Công nghiệp chế tạo động cơ điện nói chung và động cơ điện chìm nói riêng đã đạt trình độ cao với những thành tựu đáng kể. Động cơ điện chìm đã đợc nghiên cứu và chế tạo từ những năm đầu thế kỷ 20. Sự phát triển của động cơ điện chìm gắn bó chặt chẽ với sự lớn mạnh và nhu cầu thực tế của lĩnh vực quân sự. Các sản phẩm động cơ điện chìm đầu tiên ra đời theo đơn đặt hàng của quân sự và sau đó đợc áp dụng cho sản xuất công nghiệp phục vụ đời sống dân sinh cũng nh đóng góp cho tới tiêu trong nông nghiệp. ở các nớc công nghiệp phát triển, động cơ điện chìm đã đợc đầu t rất lớn cho nghiên cứu và đạt nhiều kết quả tốt. Hiện nay, công nghiệp thế giới đã chế tạo hàng trăm loại động cơ điện chìm khác nhau với công suất N = 0,1 - 10.000 kw. Có ba kiểu động cơ điện chìm: kiểu ớt, kiểu nửa ớt và kiểu khô. Các động cơ điện chìm phân thành các loại một pha hay ba pha kiểu lồng sóc hay uốn dây. Các động cơ điện chìm lắp với máy bơm chìm phục vụ các ngành kỹ thuật và đời sống dân sinh luôn chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng số các động cơ điện chìm nói chung. Phổ biến nhất là các loại động cơ điện chìm trục đứng hoặc trục ngang lắp với các máy bơm chìm kiểu giếng sâu phục vụ cấp nớc cho nhu cầu công nghiệp, sinh hoạt và đời sống dân sinh. Các động cơ điện chìm dùng trong bơm giếng sâu thờng là động cơ điện chìm kiểu cuốn dây với số vòng quay lớn (n = 3.000 v/ph) và diện tích tiết diện mặt cắt ngang của động cơ thờng nhỏ và độ dài lớn nhằm làm giảm kích thớc giếng khoan. Loại động cơ điện chìm này thờng sử dụng kiểu ớt. Động cơ điện chìm lắp với các máy bơm chìm nhằm phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp, cấp nớc cho công nghiệp với nhu cầu lớn cả về lu lợng và cột áp thờng sử dụng kết cấu kiểu lồng sóc và kiểu khô. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm đã đạt nhiều thành công ở các n ớc công nghiệp phát triển. Các hãng sản xuất động cơ điện chìm thờng gắn chặt với việc sản xuất máy bơm các loại nh Hãng Flygt (Thuỵ 5 Điển); ABS, KSB, (Đức); Mona (Tây ban nha); Energomash (Nga); Toshiba, Ebara (Nhật), Samjung, Huyndai (Hàn quốc), Hớng nghiên cứu hiện nay của động cơ điện chìm là cải tiến kết cấu, vật liệu mới chất lợng cao hơn, các thiết bị làm kín (đặc biệt các vòng làm kín cơ khí), từng công suất N = 20.000 - 30.000 kW cho mỗi tổ máy. ở các nớc châu á, ASEAN đã có nhiều liên doanh, liên kết với các hãng nổi tiếng về sản xuất động cơ điện chìm và đạt nhiều kết quả tốt trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng. Nhiều nớc đã có chiến lợc sử dụng máy bơm chìm với tỷ trọng lớn so với các loại máy bơm thông dụng: Singapore: 95%, Malaixia: 90%,máy bơm chìm dùng trong nông nghiệp và cấp thoát nớc. Tuy vậy , công tác nghiên cứu về động cơ điện chìm còn nhiều vấn đề cần quan tâm ở các nớc ASEAN. Với các u việt lớn, động cơ điện chìm đang ngày càng đợc quan tâm phát triển mạnh không những ở các nớc công nghiệp phát triển, các nớc NIC mà còn ở các nớc đang phát triển khác, trong đó có Việt Nam. I.1.2. Các động cơ điện chìm lắp với các máy bơm chìm công suất N = (37 - 75) kW Động cơ điện chìm công suất N = (37 - 55)kW kiểu lồng sóc dị bộ ba pha lắp với các máy bơm chìm phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp, cấp nớc cho công nghiệp hoặc thoát nớc thải đợc thiết kế, chế tạo theo đặc thù riêng. Có thể tham khảo các động cơ điện chìm của các công ty chuyên ngành của Đức (ABS, KSB, EMU), Thuỵ Điển (Flygt), Tây Ban Nha (Omêga) hoặc của Hàn Quốc (Huynđai). Đặc điểm của các động cơ điện chìm do Công ty Flygt thiết kế và chế tạo (hình I.1) là kết cấu phức tạp nhng độ an toàn và giá thành đều cao. Tổ hợp máy bơm chìm - động cơ điện chìm của hãng ABS, KSB và EMU (Đức) có kết cấu phức tạp tơng tự thiết bị cùng loại của Công ty Flygt, vẫn đảm bảo độ an toàn cao và giá thành thấp hơn chút ít (hình I.2). Các động cơ điện chìm của Công ty Bombas Omega và Bombas Ideal (Tây Ban Nha) có kết cấu đơn giản hơn hẳn so với các thiết bị cùng loại của Thuỵ Điển, Đức, Pháp, tuy nhiên, các tính năng kỹ thuật thấp hơn (hình I.3). 6 H×nh I.1. Tæ hîp ®éng c¬ ®iÖn ch×m - m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt N = 75kW cña C«ng ty Flygt (Thuþ §iÓn) H×nh I.2. Tæ hîp ®éng c¬ ®iÖn ch×m - m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt N = (55 - 75)kW cña C«ng ty EMU (§øc) H×nh I.3. Tæ hîp ®éng c¬ ®iÖn ch×m - m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt N = 60kW cña C«ng ty Bombas Ideal (T©y Ban Nha) 7 Sản phẩm của động cơ điện chìm - máy bơm chìm của Công ty KJI (Hàn Quốc) có kết cấu đơn giản và giá thành thấp nhất nhng chất lợng không cao so với các thiết bị cùng loại của các nớc G7 (hình I.4). Công ty EBARA (Nhật Bản) cho ra đời loại động cơ điện chìm - máy bơm chìm theo kiểu cáp sun với kết cấu động cơ - máy bơm đều nằm trong ống cáp sun trục ngang (hình I.5). Loại động cơ - bơm kiểu này sử dụng tốt cho các công trình thủy lợi có ảnh hởng bởi bồi lắng phù sa nhng kết cấu phức tạp và giá thành cao, khó tháo lắp và sửa chữa. Hình I.4. Tổ hợp động cơ điện chìm - máy bơm chìm công suất N = (40- 60)kW của Công ty KJI (Hàn Quốc) Hình I.5. Động cơ điện chìm - máy bơm chìm kiểu cáp sun công suất N = (50- 150)kW của Công ty EBARA (Nhật Bản) 8 I.1.3. Một số kết cấu động cơ điện chìm điển hình Động cơ điện chìm có rất nhiều kiểu kết cấu khác nhau đã và đang đợc ứng dụng rộng rãi trên phạm vi toàn thế giới. Việt Nam đã nhập khẩu các động cơ điện chìm nói riêng cũng nh các tổ máy động cơ điện chìm máy bơm chìm nói chung phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp và cấp nớc cho công nghiệp và đời sống dân sinh. Có thể xem xét một số kết cấu động cơ điện chìm điển hình đang sử dụng. a. Động cơ điện chìm của công ty Flygt (Thuỵ điển) (hình I.6) Đặc điểm: - Phần rôto và stato có kết cấu giống động cơ điện bình thờng. - Vỏ động cơ đồng thời là vỏ stato kiểu 1 lớp có nhiệm vụ làm mát động cơ. Làm mát bằng chất lỏng cần bơm (trong nông nghiệp thì đó chính là nớc sông thiên nhiên). - Kết cấu buồng chứa dầu bôi trơn cho ổ bi có kết cấu liền với khoang chứa cuộn dây stato. Kết cấu này tơng đối phức tạp, khó tháo lắp vòng làm kín cơ khí nhằm giữ kín không cho dầu trong động cơ chảy ra và không cho nớc từ ngoài động cơ lọt ra. Kết cấu có xu hớng tăng chiều dài và giảm kích thớc đờng kính của động cơ điện chìm. Kết cấu có khoang trung gian ở phía trên khoang rôto stato. b. Động cơ điện chìm của Công ty ABS (Đức) liên doanh với Công ty Extren (Hungary) (hình I.7) Đặc điểm kết cấu: - Phần rôto và stato có kết cấu giống động cơ truyền thống bình thờng. - Vỏ động cơ một lớp có nhiệm vụ làm mát động cơ bằng môi trờng nớc. - Khoang chứa dầu tách biệt với khoang rôto stato. Điều đó cho phép tháo lắp các vòng làm kín cơ khí dễ dàng hơn. - Khoang rôto stato cũng tách biệt khỏi phần trên của động cơ (khoang trung gian) tạo thuận lợi cho cách bố trí các đầu dây cấp của cuộn dây stato và các dây nối với các thiết bị giám sát bảo vệ động cơ. 9 Hình I.6. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty Flygt Thuỵ Điển Hình I.7. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty ABS (Đức) Extren (Hungary) Kết cấu này đơn giản hơn so với kết cấu động cơ điện chìm của Công ty Flygt. Tuy nhiên, kết cấu đảm bảo khả năng chống rò rỉ nớc tốt hơn nhiều, công tác tháo lắp các chi tiết (đặc biệt vòng làm kín cơ khí) dễ dàng hơn. c. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty EBARA (Nhật Bản) (hình I.8) Đặc điểm: Kết cấu đơn giản hơn so với kết cấu động cơ điện chìm của Công ty Flygt. Đặc điểm nổi bật là kết cấu có xu hớng tăng kích thớc đờng kính động cơ điện chìm so với các công ty của Châu Âu. d. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty ĐaiJin (Hàn Quốc) (hình I.9) Đặc điểm: Kết cấu đơn giản hơn kết cấu của động cơ điện chìm của các Công ty Flygt hay Công ty EBARA Hyosung. Kết cấu có xu hớng tăng kích thớc chiều dài và giảm kích thớc đờng kính động cơ điện chìm. 10 H ình I.8. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty EBARA (Nhật) Hyosung (Hàn Quốc) Hình I.9. Kết cấu động cơ điện chìm của Công ty ĐaiJin (Hàn Quốc) I.2. Tình hình thiết kế, chế tạo và sử dụng động cơ điện chìm ở Việt Nam Động cơ điện chìm đợc sử dụng ở Việt Nam qua các tổ máy lắp trực tiếp với máy bơm chìm kiểu giếng sâu phục vụ cấp nớc cho nông nghiệp và sinh hoạt, đời sông dân sinh. Các động cơ điện chìm lắp với máy bơm chìm công suất lớn N = 200 - 320 kw đã đợc nhập về Việt Nam trong một vài năm gần đây chủ yếu phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp. Hiện nay, đang có hàng vạn máy bơm chìm các loại đang làm việc ở Việt Nam phục vụ các mục đích khác nhau trong đó có lĩnh vực quân sự, cấp thoá nớc, công nghiệp và nông nghiệp. Các động cơ điện chìm lắp với máy bơm chìm đã đợc nhập chủ yếu từ các nớc: Nga, Mỹ, Nhật, Pháp, Đức, Hàn Quốc Các động cơ điện chìm lắp với máy bơm chìm đã đợc sử dụng tốt và đem lại hiệu quả cao về nhiều mặt, đặc biệt đối với công tác tới tiêu trong nông nghiệp ở các vùng có mực nớc sông thay đổi nhiều (Z>5,0 m) và nhanh đột ngột. Cho đến nay, các cơ quan nghiên cứu khoa học, kể cả các trung tâm khoa học (Đại học Bách Khoa Hà Nội); các cơ sở sản xuất uy tín nhất về động cơ điện nh Công ty chế tạo điện cơ Hà Nội, Công ty TNHH Chế tạo máy điện Việt Nam [...]... động cơ điện chìm máy bơm chìm ngày càng tăng và đạt số lợng hàng vạn tổ máy Thực hiện tốt Dự án SXTN Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo thử nghiệm hai loại động cơ điện chìm có công suất 3 7KW và 5 5KW dùng cho bơm chìm sẽ nâng cao khả năng tự thiết kế, chế tạo, lắp đặt và bảo dỡng vận hành các tổ máy động cơ điện chìm máy bơm chìm, giá thành sản phẩm sẽ giảm nhiều, cùng với sự bồi dỡng, đào tạo. .. thuật của động cơ điện chìm 1KC37/4 và 1KC37/6 Tính toán các thông số kỹ thuật của động cơ điện chìm 1KC37/4 và 1KC37/6 đợc thực hiện tơng tự nh đối với động cơ điện chìm 1KC55/4 35 II.4 Phần mềm thiết kế động cơ điện chìm không đồng bộ ba pha công suất đến 10 0KW II.4.1 Giới thiệu chung về phần mềm tính toán động cơ điện chìm không đồng bộ ba pha DKB 100 V1.0 Phần mềm tính toán động cơ điện chìm không... cấp các thiết bị kèm theo (máy bơm, động cơ điện, động cơ điezel, các van nớc) Máy bơm chìm động cơ điện chìm và các kết cấu trạm lắp máy bơm chìm phục vụ các mục tiêu trên cũng có yêu cầu giúp đỡ Nghĩa là, nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công các động cơ điện chìm máy bơm chìm các loại sẽ nâng cao chất lợng sản phẩm, hạ giá thành và có thể xuất khẩu cho thị trờng các nớc Lào, Cămpuchia và các... lắp với máy bơm chìm phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp của các nớc trên thế giới và ở Việt Nam đã cho thấy là phải dùng động cơ điện chìm 3 pha kiểu khô trục đứng hoặc trục ngang Dự án sản xuất thử nghiệm (SXTN) cần hoàn thiện công nghệ thiết kế, công nghệ chế tạo các động cơ điện chìm đã nêu Đối với các động cơ điện bình thờng khi thiết kế phải tính toán kích thớc hình học và tải trọng điện từ đảm... đợc các công đoạn thiết kế, công nghệ chế tạo và tổ chức tốt công tác đào tạo cán bộ, phổ biến kiến thức rộng rãi về lĩnh vực này Thực tế đã chứng minh là, với công nghệ thiết kế và chế tạo trong nớc, sản phẩm về máy bơm chìm - động cơ điện chìm sản xuất tại Việt Nam có giá thành chỉ bằng 70 - 80% so với hàng cùng loại nhập khẩu từ nớc ngoài Hơn nữa, hiểu biết tốt về động cơ điện chìm - máy bơm chìm sẽ... máy bơm chìm động cơ điện chìm phục vụ tới tiêu với công suất mỗi tổ máy N = 14 - 30 0kW Đặc biệt, thực tế đang cần hàng trăm động cơ điện chìm - máy bơm chìm lắp cho các công trình trạm bơm mới với công suất N = 22, 37, 55, 7 5kW cũng nh thay 11 thế các máy bơm trục ngang cũ đã hoạt động 30 - 50 năm bị h hỏng nặng hoặc làm việc với hiệu suất thấp (N = 37 - 5 5kW, H = 8 - 30m, Q = 300 - 1500m3/h; N = 7 5kW, ... 138 Bội số mômen khởi động: km = M k (1 s H ) 106793 (1 0,0246 ) = = 1,89 Nn 550 00 g Đặc tính làm việc Các thông số kỹ thuật lý thuyết của động cơ điện chìm 1KC55/4 đợc trình bày ở bảng II.1 Động cơ điện chìm 1KC55/4 với các ký hiệu: + 1 Mẫu 1 + K Không đồng bộ + C Loại động cơ điện đặt chìm + 55 Công suất của động cơ điện chìm (KW) + 4 Số cực từ của động cơ Các thông số ở chế độ làm việc r1 =... yêu cầu đối với một động cơ điện bình thờng Đảm bảo tuổi thọ sử dụng, công nghệ chế tạo hiện đại và các yếu tố kinh tế Những đặc thù chính của động cơ điện chìm khác với động cơ thông dụng đó là thân động cơ kéo dài hơn, rãnh stato của động cơ công suất N = (37 55) kW phải kín, đờng kính tiết diện nhỏ hơn Ngoài ra, tổn thất cơ học cũng lớn hơn vì tăng độ trợt do thân động cơ dài và tiết diện rôto nhỏ... thất cơ học có tăng chút ít khi công suất tăng Hình II.1 Mối liên hệ phụ thuộc của cảm ứng từ trong khe hở giữa các lá thép vào tần số Nghiên cứu các tài liệu về động cơ điện chìm kiểu khô, nửa ớt và kiểu ớt có thể rút ra kết luận là khi tính toán thiết kế động cơ điện chìm thì động cơ điện chìm kiểu khô có các thông số kỹ thuật và cách tính toán rất gần với các thông số và cách tính toán thiết kế động. .. đa ra về tải trọng điện từ của động cơ điện chìm đủ đảm bảo ở mức cao của các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật và có thể khuyến cáo sử dụng khi thiết kế động cơ II.2.2 ảnh hởng của tải trọng điện từ đến các thông số của động cơ điện chìm Công suất tính toán của động cơ điện ở chế độ nhiệt ấn định phụ thuộc vào thể tích lõi hoạt tính, dòng cảm ứng từ, tần số quay (hoặc tần số dòng điện và số cực) chiều dài . vấn cơ điện và xây dựng Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo thử nghiệm hai loại động cơ điện chìm có công suất 3 7kw và 5 5kw dùng cho. Hoàn thiện công nghệ và lựa chọn vật liệu chế tạo động cơ điện chìm 37 IV.1. Các bớc công nghệ chế tạo động cơ điện chìm 37 3 IV.2. Hoàn thiện công nghệ chế tạo mạch từ 37 IV.3. Hoàn thiện. chung về thử nghiệm kiểm tra các chi tiết và tổng thể động cơ điện chìm 1KC37/4, 1KC37/6 (3 7KW) và 1KC55/4 (5 5KW) 50 V.2. Thử nghiệm động cơ điện chìm do Trung tâm REMECO thiết kế và chế tạo