Экспериментальная установка для исследования работы водокольцевого вакуумного насоса с преобразователем частоты

УДК 621.516

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ВОДОКОЛЬЦЕВОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Б.И. Вагин, О.А. Герасимова, В.А. Шилин

В статье приводится экспериментальная установка для исследования водо-кольцевого вакуумного насоса с энергосберегающим приводом, применяемого для доения коров на пастбищных комплексах. Установка разработана и собрана в лаборатории «Энергосбережения в АПК» Великолукской ГСХА. Ключевые слова: пастбищный комплекс, водокольцевой вакуумный насос, частотный преобразователь, энергосбережение.

Наиболее важным в существующих условиях является увеличение производства молока, которого можно добиться при использовании достаточно высокого потенциала пастбищ в летний период. За этот период хозяйства производят 60...65 % всего количества молока. И это не предел. Поэтому указанное направление имеет большое значение для хозяйств региона, обладающих большими площадями неиспользуемых или нерационально используемых пастбищ, в том числе отдаленных на значительное расстояние от центральной усадьбы.

На это нацелено выполнение долговременной региональной программы «АГРОСЕВЕРОЗАПАД 2015», имеющей научно-исследовательский и прикладной характер с конечной целью - разработка, апробация и внедрение результатов в конкретных сельскохозяйственных предприятиях животноводческого направления ЗАО «Великолукское» Великолукского района и СПК «Красное Знамя» Новосокольнического района Псковской области, занимающихся производством молока в условиях пастбищ как перспективного направления в повышении эффективности молочного животноводства.

Преобладание удаленных от ферм пастбищных угодий вызывает необходимость создания пастбищных доильных комплексов. Летние лагеря могут быть стационарными или передвижными, в настоящее время преобладают стационарные летние лагеря и строятся они, как правило, при отсутствии или невозможности организации культурных пастбищ в радиусе 2 км от фермы.

В установках УДС-3Б, используемых на пастбищах, происходит кормление коров концентрированными кормами, подмывают вымя и доят коров, определяют количество надоенного молока от каждого животного, очищают и охлаждают его, хранят и перекачивают в транспортную емкость, моют и дезинфицируют доильную аппаратуру и молочное оборудование.

Однако отдельные элементы комплекта технических средств требуют совершенства. К примеру, в состав вакуум-силовой системы установки УДС-3Б входят ротационный вакуумный насос УВУ-60/45, обратный клапан, вакуум-регулятор, вакуумметр, вакуум-баллон, вакуумная магистраль, рассчитанные на поголовье 100 коров.

Но такие вакуумные системы имеют ряд существенных недостатков, основными из которых являются: низкая производительность (до 60м3/ч), низкая надежность (трение пластин и перегрев), большой расход масла (до 4г на 1 м3 воздуха), загрязнение окружающей среды (выброс масла), сильный шум при доении, значительные затраты на техническое обслуживание, колебание вакуума при изменении нагрузки.

По предлагаемой нами технологии, в состав вакуумной установки включены: водокольцевой вакуумный насос 1 типа ВВН; магистральный вакуумпро-вод; преобразователь частоты, датчик вакуумметрического давления, водопровод рабочей жидкости; водосборник.

Важнейшими достоинствами насосов ВВН является способность откачивать абсолютно любые пары и газы, в том числе запыленные и загрязненные, а также надежность и простота конструкции. Динамически отбалансированные роторы уменьшают вибрацию, увеличивая тем самым ресурс работы насосов. Они не загрязняют окружающую среду и позволяют проводить откачку нужных сред даже с содержанием жидкой фазы в виде капель.

Следует отметить, что эффективность работы доильных машин и технологии доения в целом в значительной степени определяется постоянством вакуумного режима в технологических линиях доильных установок. Анализ научных работ отечественных и зарубежных исследователей показал, что даже незначительное отклонение параметров вакуумного режима доильной установки приводит к росту числа заболеваний коров маститом, вызывает снижение их продуктивности и качества молока. А при неполной загрузке вакуум-силовой установки, когда одновременно доят не 6, а 2 или 4 коровы, существующие насосы работают на полную мощность, а через вакуум -регулятор в систему поступает атмосферный воздух.

Возможность управления частотой вращения короткозамкнутых асинхронных электродвигателей была доказана сразу же после их изобретения. Реализовать эту возможность удалось лишь с появлением силовых полупроводниковых приборов - сначала тиристоров, а позднее транзисторов ЮВТ.

В настоящее время во всем мире широко реализуется способ управления асинхронной машиной, которая сегодня рассматривается не только с точки зрения экономии энергии, но и с точки зрения совершенствования управления технологическим процессом [1].

Широкодиапазонный и быстродействующий электропривод водокольце-вого вакуумного насоса позволяет применить систему векторного управления. Наличие программируемого ПИД-регулятора позволяет организовать автома-

тический контроль за аналоговым сигналом, приходящим с датчика обратной связи (например, давления, температуры, уровня).

Необходимо отметить также наличие пропускаемых частот, настраиваемых пользователем и позволяющих избежать резонанса в механизме и двигателе. Из функций, полезных при управлении насосом, следует также отметить возможность «подхвата» вращающегося двигателя и возможность автоматического перезапуска при исчезновении питания или рестарта при аварийном отключении. Преобразователь может перезапускаться до 10 раз с задержкой перед включением от 5 до 25 секунд.

Теоретическое исследование процесса работы водокольцевого вакуумного насоса с изменяемой частотой вращения выдвинуло ряд предположений и вопросов, требующих экспериментального подтверждения. Методику экспериментальных исследований можно подразделить на общую, применимую ко всем экспериментам, и ряд частных методик, применимых к конкретному случаю [2]. Объектом исследования принят водокольцевой вакуумный насос с изменяемой частотой вращения ротора (рисунок 1).

П

пер- Ж эн

Водокольцевой

п„„ вакуумный насос

с изменяемой Nн

ап

частотой вращения

й.. - аг§ ротора Онас

—

Рис. 1. Схема объекта исследования

На схеме к входным управляемым фактором приняты:

Пвр - частота вращения асинхронного двигателя привода водокольцевого вакуумного насоса;

Пап - количество одновременно подключенных доильных аппаратов;

йвак - диаметр вакуумпровода; К выходным факторам отнесены:

Жэн - количество потребляемой электрической энергии; Nн - мощность насоса;

Онас - производительность водокольцевого вакуумного насоса. Так как выходные показатели оказывают неконтролируемые воздействия, вводится значение Я .

Для снятия основных характеристик установки для исследования работы водокольцевого вакуумного насоса с преобразователем частоты необходимо измерение следующих параметров:

- вакуумметрического давления;

- частоты вращения ротора электродвигателя;

- силы тока;

- напряжения;

- количество потребляемой электрической энергии.

На основании проведенных теоретических исследований была разработана схема управления водокольцевым вакуумным насосом, которая приведена на рис.2.

Общий вид экспериментальной установки для исследования работы вакуумного насоса с преобразователем частоты приведен на рисунке 3.

Рис. 3. Экспериментальная установка

Установка для проведения исследований включает водокольцевой вакуумный насос с приводом от асинхронного двигателя трехфазного переменного тока, преобразователь частоты ОВЕН 103-4К0-В, датчик-реле вакуумметриче-ского давления ДРМ-Н-20, вакуумпровод с 8-ю кранами для подключения доильных аппаратов, анализатор качества электроэнергии ЦМО 96 Б.

Электрическая часть установки представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Векторный преобразователь частоты с анализатором качества электроэнергии

Вакуумпровод выполнен в трех исполнениях различного диаметра из полипропиленовой трубы приведен на рисунке 5.

Рис. 5. Вакуммпровод, выполненный из пропиленной трубы 0 63мм

Изменение частоты вращения вакуумного насоса должно осуществляться при изменении вакуумет-рическго давления в вакуумпроводе. Для этого установлен датчик-реле разряжения, который подает сигнал на преобразователь частоты, последний же изменяет обороты электродвигателя, и соответственно насоса, т.к. их соединение осуществляется посредством муфты (рис.6).

Рис. 6. Датчик-реле разряжения

Принцип работы экспериментальной установки заключается в следующем. При подключении преобразователя частоты к источнику трехфазного переменного включается в работу асинхронный электродвигатель, вращающий ротор водокольцевого вакуумного насоса. Соответственно, в вакуумпроводе создается рабочее разряжение, необходимое для доения коров на пастбищных комплексах. Оно соответствует 40...44 кПа для аппарата «Профимилк» и при 8 -ми подключенных доильных аппаратах, максимального возможного набора, входящего в комплект универсальной дольной станции УДС-3Б. Затем производились измерения всех рабочих параметров при 4, 6 и 8 подключенных доильных аппаратах.

На основании вышесказанного можно сделать обобщенный вывод. Выполненные эксперименты и полученные предварительные результаты свидетельствуют о перспективности выбранного направления по использованию преобразователя частоты, с точки зрения обеспечения вопроса энергосбережения и обеспечения оптимального рабочего разряжения при дойке.

Это, в свою очередь, требует продолжения исследований, что позволит в конечном итоге повысить качество потребляемой электрической энергии, а также её рациональное использование в условиях пастбищ.

Литература:

1. Шилин В.А., Герасимова О.А. Энергосберегающая система с частотно-регулируемым приводом для пастбищных комплексов // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №4(8). С. 136-142.

Вагин Борис Иванович, доктор технических наук, профессор

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет

Герасимова Ольга Александровна, кандидат технических наук

Шилин Владимир Александрович, кандидат технических наук, профессор

Великолукская Государственная сельскохозяйственная академия

Тел.(81153)7-16-22

E-mail: olga-gerasimova@rambler.ru

In article experimental installation for research of the water ring vacuum pump with protect energy a drive, applied to milking of cows on pasturable complexes is resulted. Installation is developed and collected in laboratory « To protect energy in agrarian and industrial complex» Velikoluksky ГСХА.

Keywords: a pasturable complex, the water ring vacuum pump, the frequency converter, energy conservation.