Đồ án trang bị điện máy bơm

LỜI MỞ ĐẦU Ngày máy bơm được dùng rất rộng rãi đời sống và các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp, máy bơm được dùng để cung cấp nước cho các lò cao, hầm mỏ, nhà máy bơm dầu công nghiệp khai tác dầu mỏ Trong kỹ nghệ chế tạo máy bay, nhà máy điện nguyên tử đều dùng máy bơm Trong nông nghiệp, máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạch cho nhu cầu ăn uống của người, vật nuôi Cùng với phát triển không ngưng về kỹ thuật và công nghệ, h iện đã đời của những máy bơm rất hiện đại, đồng thời chúng ta đã có một số nhà máy chế tạo bơm như: Công ty chế tạo bơm Hải Dương, Công ty điện thủy lợi, Nhà máy Duyên Hải sản xuất máy bơm phục vụ cho đất nước Với nhu cầu em được giao đề tài“: Thiết kế trang bị điện bơm điều áp công suất lớn” Trong quá trình làm đồ án, được giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn và các bạn em đã hoàn thành được đồ án này Tuy nhiên trình đợ có hạn, bản đổ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận được góp ý của các thầy cô giáo và các bạn Sinh viên Lê Công Tuấn CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BƠM I.Khái quát chung hệ thống bơm 1.1 Khái quát chung Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng đầu đường ống để thắng trở lực đường ống và thắng hiệu áp suất đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động điện từ các nguồn động lực khác (máy nổ, máy nước…) Điều kiện làm viêc của bơm rất khác (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt độ v.v…) và bơm phải chịu được tinh chất lý hoá của chất lỏng cần vận chuyển 1.1.1 Vai trò bơm Là máy để di chuyển dòng môi chất, và tăng lượng của dòng môi chất bơm làm việc lượng mà bơm nhận được từ động chuyển hóa thành thế ,động và một chừng mực nhất định thành nhiệt của dòng môi chất Bơm được sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: Trong nông nghiệp bơm là thiết bị không thể thiếu để thực hiện thủy lợi hóa Trong công nghiệp bơm được sử dụng công nghiệp khai thác mỏ quặng dầu hay các cơng trình xây dựng Hiện điều khiển quá trình bơm được sử dụng nhiều việc vận chuyển ngyên liệu, hóa chất, quặng dầu….là phương tiện chuyển tiện lợi và kinh tế Trong ngành chế tạo máy bơm được sử dụng phổ biến, nó là một những bộ phận chủ yếu của hệ thống điều khiển thủy lực và hệ thống điều khiển Trong thực tế kĩ thuật có loại bơm được sử dụng rộng rãi là bơm li tâm, bơm hướng trục và bơm pistong Biểu đồ phân bố phạm vi sử dụng của các loại bơm thông dụng được thể hiện a Bơm ly tâm Bơm ly tâm là loại bơm động học, có cánh quạt Nó được sử dụng rộng rãi và được kéo động điện Bơm ly tâm là loại rất phổ biến nó bơm được nhiều loại chất lỏng khác ( nước , axit, kiềm ), giải lưu lượng rộng ( từ vài l/phút đến vài m 3/s ), có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, chắn, giá thành hạ Nhược điểm của bơm ly tâm : Là không có khả hút nước lúc ban đầu (phải mồi) và lưu lượng Q phụ thuộc vào cột áp H Nhận xét: Công suất N có trị số cực tiểu lưu lượng Lúc này, động truyền động được mở máy dễ dàng Do ta khoá van ống đẩy để Q =0 Sau thời gian ngắn khoảng phút mở van để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng công suất động chuyển hoàn toàn thành nhiệt Hơn nữa lúc mở máy dòng động lớn gây nguy hiểm cho động nếu Q = b Bơm pitton Bơm pitton là loại bơm thể tich có nguyên lý làm việc đơn giản với cùng lưu lượng bơm pitton cồng kềnh và khó chế tạo (kin, khit ) so với bơm ly tâm Do vậy, vùng áp suất thấp và trung bình người ta it dùng bơm pitton, vùng áp suất cao và rất cao (trên 200at ) hiện tại, bơm pitton chiếm ưu thế tuyệt đối (như hệ truyền động dầu, vòi phun nhiên liệu động diezen, hệ thuỷ lực dùng máy bay ) Nhận xét: Với cột áp H, lưu lượng bơm khác cơng śt bơm ( hay cơng suất động ) khác Đặc điểm bật của bơm pitton là lưu lượng bị dao động Kết luận Qua những hệ thống bơm trên, em thấy hệ thống bơm đóng vai trò quan trọng đời sống xã hội hiện nay, nó không giúp ich cho đời sống của người dân mà còn giúp ich phục vụ các nghành công nghiệp, nông nghiệp những điều kiện làm việc mà người không làm được Qua bản đồ án môn học lần này em có may mắn được làm về đề tài về hệ thống bơm điều áp để em có thể hiểu rõ về công dụng lợi ich của bơm mang lại cho người đời sống sinh hoạt xã hội 1.2 Phân loại chung hệ thống bơm Phụ thuộc vào đặc tinh cấu trúc, điều kiện lắp ráp và môi trường hoạt động Bởi có rất nhiều tiêu chuẩn để phân loại máy bơm Sau là vài tiêu chuẩn phổ biến: Dựa đặc tinh tác dụng phân ra: máy bơm thể tich và máy bơm động học Máy bơm động học: Máy bơm cánh(cánh dẫn) : máy bơm động học và máy bơm thể tich Máy bơm điện Máy bơm ma sát Máy bơm thể tich Máy bơm dạng tịnh tiến Máy bơm dạng tay quay Máy bơm dạng roto - quay, roto – tịnh tiến Dựa đặc tinh cấu trúc: Theo hướng đặt trục quay cấu làm việc: máy bơm nằm ngang , máy bơm đặt đứng, máy bơm trục đứng Theo số lượng cấp, số lượng dòng: mấy bơm đơn cấp, máy bơm đa cấp, máy bơm đơn dòng, máy bơm đa dòng Theo yêu cầu vận hành: mấy bơm một chiều, máy bơm thuận nghịch,máy bơm điều khiển, máy bơm bù Dựa nguồn phát động máy bơm: Máy bơm điện – hoạt động nhờ động điện Máy bơm diesel – hoạt động nhờ động Máy bơm thủy lực – hoạt động nhờ động thủy lực 2.Giới thiệu hệ thống bơm cấp nước cho nhà cao tầng a Các loại hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng Các hệ bơm cấp nước nhà cao tầng: - Bể ngầm->Trạm bơm-> Bể trung gian (có thể có)-> Trạm bơm trung gian-> Bể mái -> phân vùng cấp nước trọng lực và trạm bơm cho các tầng cùng - Bể ngầm-> Trạm bơm -> phân vùng cấp nước tới các tầng - Bể ngầm-> Trạm bơm-> Tới các tầng dưới và Bể trung gian-> Trạm bơm và phân vùng cấp nước tới các tầng - Bể ngầm-> bơm biến tần (1 duty, stanby) + bình áp lực ->phân vùng cấp nước (mỗi vùng tầng), với ống đứng từ ống gom header Hệ thống đường ống với van chống nước va, van điều áp lắp ống đứng chinh và đầy đủ van khóa khác a Chức Chúng ta bắt gặp những hệ thống bơm nước công nghiệp tuần hoàn các nhà máy công nghiệp hay các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt các cao ốc chức khách sạn, văn phòng, hộ cao cấp,… nơi cần thiết lượng nước sinh hoạt lớn với nhu cầu (lưu lượng) thay đổi thường xuyên Việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả nguồn điện cung cấp cho một nhóm phụ tải công suất lớn và có đặc tinh giao động được quan tâm rất nhiều, nhất là bối cảnh hiện tiêu chi tiết kiệm điện được đề cập đến các dự án lớn Để đáp ứng được những yêu cầu về cấp nước với áp suất không đổi công nghiệp, dân dụng, các hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước nông nghiệp 2.1 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống: Khi hệ thống cấp nước tự động hoạt động, có một cảm biến áp suất với độ nhạy cao gắn đường ống để phát hiện thay đổi của áp suất đường ống nhu cầu tiêu thụ nước thay đổi gây ra, sau đó truyền tin hiệu thay đổi này về biến tần Sau tinh toán và so sánh với giá trị áp suất đặt, biến tần gửi lệnh thay đổi tần số mới xuống bộ điều khiển tốc độ quay của của động cánh quạt của bơm và có thể đưa thêm hay cắt bớt các bơm hệ thống Do ổn định được áp suất nước đường ống theo yêu cầu  Hệ thống cấp nước sạch: - Trên đường ống cấp nước chinh đặt cảm biến đo áp suất Khi có thay đổi về áp śt đường ớng cảm biến trùn tin hiệu về biến tần (tin hiệu dạng tương tự) Tại biến tần tin hiệu này được so sánh với giá trị áp suất được đặt sẵn (tin hiệu dạng tương tự) Sau đó biến tần dựa vào giá trị so sánh đó và điều khiển tần số nguồn cấp cho động bơm - Ở bể chứa nước đặt cảm biến báo mức nước Nếu mức nước xuống quá thấp (không đủ mức nước cho bơm hoạt động), cảm biến báo mức truyền tin hiệu về biến tần để dừng bơm  Hệ thống thoát nước thải: - Tương tự hệ thống cấp nước, bể chứa nước thải có đặt cảm biến báo mức bùn bể Sơ đồ làm việc hệ thống điều khiển nhiều bơm 2.2 Các lưu ý thiết kế:  Các yêu cầu để bơm nước cho nhà cao tầng - Khối lượng nước yêu cầu một ngày, với giờ làm việc là 700 lit - Nước cấp cho nhà được dùng vào việc: tắm, giặt,vệ sinh, phun sương …v.v - Cột áp đẩy là 10 m  Một số vấn đề gặp Hình ảnh máy bơm nước tòa nhà Etown Để đáp ứng nhu cầu áp lực nước hệ thống đủ nhu cầu sử dụng nước thay đổi bất thường, các bơm hệ thống làm việc liên tục chế độ đầy tải tương ứng với trường hợp nhu cầu sử dụng nước của hệ thống mức cực đại Tuy nhiên đều này dẫn đến số bất lợi sau: - Áp lực nước hệ thống tăng quá cao không cần thiết, nhu cầu sử dụng nước giảm xuống hệ thống bơm chạy đầy tải - Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ khi, chi phi đầu tư tăng lên (do tăng số lượng bơm) nếu muốn các bơm chạy luân phiên - Tổn hao điện hệ thống động bơm chạy đầy tải nhu cầu sử dụng nước giảm xuống 2.3 Ứng dụng hệ thống bơm cấp nước thực tế : Hiện tại tòa nhà E tower, sau là khảo sát cấu trúc của tòa nhà E (12 tầng) về các tiêu sau : - Số lavapo/ tầng - Số bồn tiểu/ tầng - Số bồn cầu/ tầng - Số vòi nước phụ/ tầng - Số phòng/ tầng - Số người / phòng/ tầng - Chiều cao/ phòng/ tầng - Các ghi chú khác Tầng Lavapo Bồn tiểu Bồn cầu Vòi nước phụ Số phòng Tầng hầm Tầng 0 0 Chỉ để xe Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng 3 3 3 6 6 6 3 3 3 1 1 1 Phòng máy Cơng cụ 10 12 16 14 14 14 Số Người Chiều cao Ghi 4m 25 25 25 25 25 25 4m 4m 4m 4m 4m 4m 4m Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Tầng Tầng 10 Tầng 11 Tầng 12 3 0 6 0 3 0 1 0 14 11 10 25 100 100 100 4m 4m 4m 4m Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Phòng làm việc Bồn nước để tầng 12 có nghĩa độ cao tổng chiềi cao tòa nhà trừ 4m Tồn đường ống nước dẫn vào thiết bị sử dụng ống phi 21 có van 2.3.1 Các thơng số lượng vùng sử dụng bơm Thơng sớ lượng chinh của máy bơm là những số liệu chủ yếu biểu thị đặc tinh bản của máy bơm bao gồm: lưu lượng Q, cột nước H, công suất N, số vòng quay n và độ cao hút nước cho phép hs Những thông số này nhà máy chế tạo bơm đã ghi sẵn nhãn hiệu máy Sau là những thơng sớ chinh: Hình ảnh Model máy bơm nước tòa nhà Etown  Lưu lượng Q Lưu lượng là thể tich khối chất lỏng được máy bơm bơm lên một đơn vị thời gian Q ( l/s, m3/s, m3/ h ) Thể tich có thể là m3 lit, còn thời gian có thể tinh là giây -thường đối với máy bơm lớn, giờ - thường dùng đối đối với máy bơm nhỏ thường dùng lưu lượng cho toàn trạm  Cột nước H Cột nước là lượng mà máy bơm truyền cho một đơn vị khối lượng chất lỏng qua nó Năng lượng đó hiệu số lượng đơn vị của chất lỏng cửa và cửa vào của bơm:  Công suất N Trên nhãn hiệu máy bơm thường ghi công suất trục máy bơm  Hiệu suất h (%) Máy bơm nhận công suất trục đợng trùn tới N  Vòng quay n (v/p) n là số vòng quay của máy bơm phút 10 có nội dung sau: + Tạo sóng dạng sin u m, ta gọi sóng điều biến, có tần số tần số mong muốn + Tạo sóng dạng tam giác, biên độ cố định u p, ta gọi sóng mang, có tần số lớn nhiều (thường bội ba) tần số sóng điều biến + Dùng khâu so sánh để so sánh u m up Các giao điểm hai sóng xác định khoảng tác động xung điều khiển tiristor transitor công suất Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: Điều biến độ rộng xung đơn cực điều biến độ rộng xung lưỡng cực Sơ đồ: Hình 4.9 Sơ đồ điều biến độ rộng xung Điều biến độ rộng xung đơn cực: + Điện áp tải chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số +E nửa chu kì dương và -E nửa chu kì âm + Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, pha, tải R+L: Hình 1.8 + Sóng hài điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải u hàm chu kì, lẻ Khai triển Fourier chứa thành phần sóng dạng sin 34 Biên độ sóng hài tính theo cơng thức: Hình 4.10 Điều biến độ rộng xung đơn cực, pha, tải R+L Khi n = 1, ta có: U2m = Khi n = 3: Biên độ sóng hài có dạng tổng quát nh sau: 35 Trong đó: n = 1,3,5… i - góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ đến k; k - góc trạng thái cuối trước /2; Nh vậy, điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải khơng chứa sóng hài bậc 3,5 cần phải có: Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: + Điện áp tải chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số E Tỷ số biên độ sóng điều biến biên độ sóng mang, kí hiệu M, gọi tỷ số điều biến, M = A m / Ap Điều chỉnh Am điều chỉnh độ rộng xung Khi M = điện áp tải có biên độ lớn Muốn giảm nhỏ điện áp ra, ta giảm nhỏ Am + Giản đồ điều biến độ rộng xung lưỡng cực, tải R+L: Hình 1.9 + Sóng hài điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chứa thành phần sin 36 Hình 4.11 Điều biến đồ rộng xung lưỡng cực, tải L+R Biên độ sóng hài tính theo cơng thức: U2m = Biểu thức tổng quát biên độ sóng hài điều biến độ rộng xung lưỡng cực: Khi u bắt đầu xung dương Khi u bắt đầu xung âm Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc cần phải có: 37 - 2cos31 + 2cos32 = - 2cos51 + 2cos52 = Bằng phương pháp tính gần tìm 1 = 230 616, 2 = 3303 Nh điện áp chứa sóng sóng hài bậc cao 7,9,11… Có thể xem: * Các BBT chế tạo chọn bộ, BBT thơng thường bao gồm: hệ thống mạch tiristor tranzitor trung tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ onechip Trung tâm điều khiển làm nhiệm vụ đóng mở van bán dẫn mạch lực, có khả giao tiếp với giới bên ngồi truyền thơng với thiết bị khác Ngồi BBT có phận bảo vệ cho van Từ đặc điểm biến tần vừa nêu, đối chiếu với yêu cầu đồ án em chọn biến tần nguồn áp Phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng nhiều ngành công nghiệp Đã cho phép mở rộng dải điều chỉnh nâng cao tính chất động học hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều nói chung động xoay chiều nói chung động khơng đồng nói riêng Trước hết ứng dụng thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động lúc truyền động nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn… phương pháp ứng dụng nhiều cho thiết bị đơn lẻ cấu có yêu cầu tốc độ cao máy ly tâm, máy mài Đặc biệt hệ thống điều chỉnh tốc độ động cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động không đồng rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản vững giá thành hạ làm việc nhiều mơi trường 3.4 Lựa chọn biến tần cài thông số cho biến tần ACS Giới thiệu biến tần ABB .-Hãng ABB có rất nhiều loại biết tần là biến tần ACS55,ACS150,ACS310 ACS355, ACSM1,ACS550,ACS800 …… 38  Biến tần dùng cho bơm quạt 39  Biến tần cho chế tạo máy 40  Biến tần tiêu chuẩn  Biến tần công nghiệp 41 Giải Pháp :  Nhóm chọn biến tần ACS310 Model: ACS310-03X-08A0-4 42 Có catalogue kèm theo (acs310_ trang 7) Thông số kỹ thuật: BIẾN TẦN Công suất định mức Dòng ngõ vào định mức Dòng ngõ định mức Mức điện áp định mức Dải điều khiển tốc độ Điều khiển Khả chịu quá tải Nhiệt đợ hoạt đợng THƠNG SỐ kw 12,8 A 8A phase 380~480V 0.5~400 Hz U/f 1.1 x I2N phút/10 phút -10 – 40 0C, max 50 0C 43 Có Catologue kèm theo (acs310-huong dan_Trang 326) Các phụ kiện theo biến tần: a.Chọn EMC filter -Sóng điện từ bộ nghịch lưu biến tần gây làm nhiễu tới các mạch điện tử logic và tin hiệu analog,gây hoạt động sai.Do đó để hạn chế nhiễu điện từ ta chọn bộ lọc EMC cho biến tần -Theo hướng dẫn của nhà sản xuất biến tần nhóm chọn EMC có mã RFI-32 Catalogue kèm theo (acs310_Trang 18) 44 b.chọn Input chokes, Output chokes -Mục đích : Cải thiện hệ số công suất đầu vào và giảm sóng hài,giảm dòng ngắn mạch,bảo vệ quá tải động khởi động -Yêu cầu : Phù hợp với biến tần Điện áp làm việc 380V Dòng điện định mức >=12,8A  Theo catalog biến tần nhóm chọn : - Input chokes : CHK-02 - Output chokes: NOCH-0016-6x Có catalogue kèm theo (acs310_trang 17) C Điện trở hãm -Vì tải bơm không cần hãm và công suất bé(3kw) nên nhóm không chọn điện trở hãm 3.5.1 Chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực Chọn Contator -Mục đich :Contactor dùng để điều điều khiển mạch động lực thông qua mạch điều khiển -Yêu cầu : -Vì cấp nguồn cho biến tần nên chọn tải AC1 45 -Có dòng định mức lớn dòng vào lớn nhất của biến tần (12,8A) -Điện áp điều khiển 220VAC -Giải pháp : -Nhóm chọn contactor của hãng ABB Mã :B 6-30-10 Điện áp định mức : 380-415VAC Điện áp cuộn hút : 220 - 240VAC Dòng điện định mức: 16A Tiếp điểm : cực 46 Có Catologue kèm theo (Contactor ABB_Trang 44) 2.Chọn MCB - Mục đich: bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực, bảo vệ biến tần - Yêu cầu: Dòng định mức khoảng 1,3-1,5 dòng vào biến tần Điện áp :380VAC -Giải pháp:Nhóm chọn MCB của hãng ABB, dòng định mức theo dòng định mức của cầu chì bảo vệ biến tần Theo catalogue của biến tần (acs310_huong dan _Trang 329) -Dòng điện định mức của cầu chì là 16A,nên nhóm chọn MCB của hãng ABB có mã : S803C-B16 Catalog MCB_S800 (trang 31)  Dòng định mức In=16A  Điện áp định mức :254/440 VAC 47  Khả chịu dòng :Icu=25kA  Tần số hoạt động :50/60hz  Số cực : cực CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ THEO ĐƯỜNG ỐNG 48 ... vòng quay của máy bơm phút 10 CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN, TRANG BỊ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỦA THỐNG BƠM 2.1 Yêu cầu trang bị điện- điện tử cho hệ thống bơm Như đã nêu, bơm có rất nhiều... máy bơm thể tich và máy bơm động học Máy bơm động học: Máy bơm cánh(cánh dẫn) : máy bơm động học và máy bơm thể tich Máy bơm điện Máy bơm ma sát Máy bơm thể tich Máy bơm. .. dòng: mấy bơm đơn cấp, máy bơm đa cấp, máy bơm đơn dòng, máy bơm đa dòng Theo yêu cầu vận hành: mấy bơm một chiều, máy bơm thuận nghịch,máy bơm điều khiển, máy bơm bù Dựa