Содержание
Введение
Глава
1.1 Испытательный стенд
1.2 Центробежный насос
1.3 Рабочая характеристика насоса.
1.4 Испытание насоса
Глава 2
2.1 Выбор оборудования
2.1.1 Операторская панель
2.1.2 Программируемый логический контроллер
2.1.3 Расходомер
2.1.4 Преобразователь частоты
2.1.5 Блок питания
2.1.6 Датчик давления
Глава 3
3.1 Разработка принципиальной электрической схемы
3.2 Программное обеспечение
3.2.1 Создание программы для ПЛК Pixel 1211
3.2.2 Создание программы для Weintek MT8050iE
Заключение
Список используемых источников
Введение
Одним из самых распространённых промышленных механизмов является центробежный насос. Его основное назначение перекачка различных жидкостей по различным трубопроводам. Отечественная промышленность ежегодно потребляет тысячи насосов, поэтому производство насосов различного назначения и есть актуальная задача.
Конструкция центробежного насоса относительна проста, он состоит из электродвигателя, вала на котором закреплено рабочее колесо и проточные части так называемой «улитки». Все элементы могут быть закреплены на раме или установлены в единый корпус. Вращения электродвигателя приводит к вращению рабочего колеса, лопатки которого захватывают жидкость и проталкивают его в напорный трубопровод. Любой центробежный насос характеризуется целым рядом параметров, к ним относятся: электрические, например, ток и мощность потребляемая двигателем; механические – скорость вращения вала и гидравлические параметры такие как: высота подъёма и расхода жидкости. При выпуске из производства требуется подтверждение этих параметров на соответствие паспортным данным. Это приводит к необходимости проведения испытания готового оборудования с использованием специальных технических устройств.
Испытательная насосная установка содержит большое число разнообразных датчиков, показания которых записываются в протокол испытаний. Учитывая, что насос нужно испытывать на разных режимах, отличающихся по расходу и давлению жидкости, количество снимаемых данных становится очень большим. В результате, относительно простая задача испытания насоса оборачивается длинным и трудоемким процессом, требующим подготовленный персонал с высокой степенью ответственности.
Развитие современной техники автоматизации привело к появлению устройств с высокой интеллектуальностью, обеспечивающих автоматическую работу по разнообразным алгоритмам. Применение подобных устройств может снизить требования к персоналу испытательных станций, повысить скорость проведения и качества проведения испытаний, исключить человеческий фактор и увеличить общую производительность.
Актуальность: данная работа выполняется по заказу ООО «ИПК Техноконтроль», изготавливающего испытательную станцию для производителя насосов ЗАО НПО «КамРЭЗ».
Цель: Разработка проекта автоматизации испытательного стенда насосов.
Задачи:
1) Изучить принцип действия испытательной станции, определить основные параметры характеризующие основную работу оборудования;
2) Выбрать комплект оборудования позволяющий решить задачи стоящие перед испытательной станцией;
3) Разработать принципиальную электрическую схему системы автоматизации;
4) Разработать алгоритм функционирования оборудования.
Глава 1
1.1 Испытательный стенд
Испытательный стенд — это лабораторное оборудование, которое предназначено для специальных, контрольных, приёмочных испытаний разнообразных объектов. При данных испытаниях объекты подвергаются действию нагрузок, сопоставимых или превышающих нагрузкам в реальных условиях. Целью подобных испытаний является выяснение реакции объекта на специфические условия и предельных значений нагрузки.
Структурно-испытательный стенд представляет собой совокупность:
- рабочего поля (плиты, станины или другого устройства для закрепления тестируемого устройства);
- подсистемы нагрузки образца (вибрационную, электрическую или прочую в зависимости от типа испытаний);
- контрольно-измерительной аппаратуры, предназначенной для снятия показателей реакции образца на нагрузку.
Преимуществом перед испытаниями на стенде в реальных условиях, является возможность оценки реакции образца на определённый тип и величину нагрузки при прочих фиксированных параметрах, что позволяет выявить скрытые конструктивные недостатки.[1]
1.2 Центробежный насос
Насос — гидравлическая машина, предназначенная для подъема жидкости и перемещения ее из одного места в другое. Многообразие требований к насосам в различных отраслях техники и строительства привело к тому, что в настоящее время существует значительное количество насосов, различающихся между собой принципом действия, конструкций и т.д. Насосы отличаются весьма большим разнообразием по конструктивному исполнению и предназначаются для перекачки жидкостей: воды, нефти и продуктов ее переработки.
Рисунок 1. Устройство центробежного насоса
Насос состоит из двигателя (8), крышки корпуса (1), корпус (2), нагнетательный патрубок (3), всасывающий патрубок (11), свободно вращающегося в всасывающем патрубке лопастное колесо (4),представляет собой камеру, в которой расположена система лопастей. Корпус насоса (2), объединяет в себе все элементы насоса, для подвода жидкости к лопастному колесу, отвода потока от него и для преобразования скорости энергии потока, выходящего из колеса в давление. Рабочее колесо насоса закреплено на валу (5), вал насоса и двигателя соединены муфтой (6). В месте прохода вала через отверстие из корпуса расположено сальниковое уплотнение (10), предупреждающее вытекание жидкости из корпуса наружу. Вал опирается на подшипник (9).
Основной считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.
Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов. Технические характеристики насосов получают при проведении испытаний.
1.3 Рабочая характеристика насоса.
Рисунок 2. Рабочая характеристика насоса
Рабочая характеристика – это кривая, на которой отражена зависимость между подачей и напором насоса. На рабочей характеристике указывается рабочая точка.
Рабочая точка насоса – это точка на пересечении гидравлической характеристики сети и напорно-расходной (напорной характеристики) характеристики насоса.
Выбирают рабочую точку циркуляционного насоса уже на нисходящей ветки кривой Q-H. Это область устойчивой работы насоса. Восходящая часть кривой Q-H является областью неустойчивой работы, частых срывов подачи.
Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение, которое называется мощность холостого хода. При работе на холостом ходу полезная подача (производительность) насоса равна нулю, а, следовательно, его КПД так же равен нулю – жидкость не перемещается. С возрастанием подачи КПД растет до своего оптимального значения, а затем начинает падать.
Техническая характеристика центробежного насоса дает достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, его сильных и слабых сторонах, и его работе в трубопроводной сети.
Изменение технической характеристики насоса или характеристики системы для обеспечения требуемой подачи, называется регулированием насосной установки, и осуществляется несколькими способами.
Регулирование воздействием на систему является наиболее распространенным и простым способом. В этом случае регулирование осуществляется задвижкой или вентилем, устанавливаемым обычно в непосредственной близости от насоса на напорном трубопроводе. Такой способ регулирования называется дросселированием.
Дросселирование на всасывающем трубопроводе не рекомендуется из-за опасности возникновения кавитации. Каждому положению задвижки соответствует своя характеристика системы и рабочая точка, которая перемещается от исходного значения подачи к требуемому.
Другой способ регулирования работы насоса – это регулирование изменением частоты вращения насоса. Этот способ позволяет свести к минимуму потери, не требует изменения характеристики системы, но предполагает использование привода с регулируемой частотой вращения, либо специальных устройств.
Остальные способы изменения технической характеристики насоса требуют вмешательства в его конструкцию, например, возможно:
- уменьшить напор, применив направляющий входной аппарат регулирования;
- подачу насоса путем изменения угла установки лопастей рабочего колеса;
- для многоступенчатого насоса можно воспользоваться изменением числа работающих ступеней. [3]
1.4 Испытание насоса
Классификация видов испытания.
Классификация методов испытаний проводится в зависимости от показателей, факторов и явлений, которые определяют, контролируют или исследуют при испытаниях. В качестве примеров назовём несколько видов:
- энергетический — получение или контроль характеристик напорной, мощностной и КПД;
- кавитационный — получение или контроль характеристик, или показателей кавитации, или исследование кавитационных явлений;
- балансный — получение количественных значений мощности различного вида потерь энергии;
- получение полной напорной (и моментной) круговой характеристики;
- сравнительно ресурсный — выяснение, какой из испытуемых образцов более долговечен;
- тепловой — определение установившейся температуры элементов насоса;
- на температурную стойкость — определение предельно допустимой для насоса температуры перекачиваемой среды;
- на «угонную» угловую — определение максимальной угловой скорости обратного вращения при работе насоса в турбинном режиме, который имеет место в некоторых установках при выключении двигателя;
- на сохраняемость — определение защитных свойств консервирующих средств и назначенного срока хранения в заданных условиях.
Гидравлический метод испытания
Получение напорной и энергетической характеристик.
Гидравлические испытания включают получение и контроль напорной, энергетической и кавитационной характеристик.
При стендовых испытаниях на каждом режиме должны измеряться и записываться:
- частота вращения (для электронасосов — частота и напряжение);
- расход;
- давление;
- крутящий момент или мощность на валу (для электронасосов — потребляемая электрическая мощность).
Вибрационный метод испытаний
Вибрационные испытания могут проводиться с целью:
- установить, что вибрация не превышает санитарной или другой нормы, определяемой состоянием насоса;
- выявить и устранить конструктивные недостатки насосов, приводящие к повышенной виброактивности;
- проконтролировать качество изготовления и сборки насоса (уравновешенность, зазоры в опорах);
- определить границы применимости насоса по параметрам (расхода, надкавитационному давлению);
- выявить процессы, происходящие в насосе.
Виброчастотная характеристика и общий уровень вибрации снимаются на заданном режиме, чаще всего на номинальной или при максимальной виброактивности.
Тепловой метод испытаний
При тепловых испытаниях должна определяться максимальная установившаяся температура элементов обкатанного насоса, перегрев которых может привести к отказу. Эти испытания обязательно должны проводиться с насосами, имеющими систему охлаждения.[4]
Рисунок 3. Структурная схема испытательного стенда
Испытательный стенд состоит из (Рисунок3):
- открытого резервуара;
- трубопровода;
- запорной арматуры;
- насоса;
- двигатель;
- манометр;
- расходомер;
- датчик давления.
При испытании насоса, жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара жидкость, подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.
При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.
При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, рабочее давление нагнетания насоса, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.
Основными техническими параметрами, характеризующими работу насосов, являются:
— подача;
— напор;
— потребляемая мощность;
— коэффициент полезного действия;
— скорость вращения вала насоса;
— высота всасывания.
Подача – количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок в единицу времени. Различают понятия объемной Q и массовой М подачи насоса, которые связаны между собой отношением
(1)
Массовой подачей обычно измеряется количество перекачиваемых горячих жидкостей, а также нефти и нефтепродуктов. Объемной подачей обычно измеряется количество перекачиваемых холодных жидкостей и при расчетах проточной части насоса.
Напор – приращение механической энергии единицы веса жидкости, прошедшей через рабочие органы насоса.
(2)
Принято различать напор манометрический, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и напор требуемый, подсчитанный по схеме насосной установки.
Потребляемая мощность или мощность насоса N, кВт – мощность, которая отдается насосу ведущим двигателем при его работе.
Полезная мощность (Nп )– это то количество энергии, которое сообщается всему потоку жидкости в единицу времени.
(3)
(4)
Полезная мощность всегда меньше мощности насоса за счет потерь, возникающих в насосе.
Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной мощности насоса к мощности на валу насоса (потребляемой).
(5)
(6)
КПД насоса характеризует степень эффективности насоса и может быть определен только экспериментальным путем на специальных лабораторных стендах.
Скорость вращения вала насоса n(об/мин) – измеряется числом оборотов в минуту при установившемся режиме.
Высота всасывания – максимальное превышение оси насоса над уровнем жидкости в резервуаре, при котором насос будет нормально функционировать. [5]