Внешний вид клеммной коробки, габариты 200-225

Электродвигатели АВВ для аппаратов воздушного охлаждения

Опубликовано в номере:
PDF версия
Аппараты воздушного охлаждения (АВО) предназначены для охлаждения или конденсации технологических потоков газа и водяного пара и находят свое применение в таких отраслях, как нефтехимия, нефтепереработка и химическая промышленность, переработка и транспортировка газа, пищевая промышленность и сельское хозяйство. В статье рассматривается конструкция электродвигателя для АВО, которую в прошлом году разработала компания АВВ.

С точки зрения конструкции электропривода все АВО можно разделить на три основных типа (рис. 1) – АВО с прямой посадкой вентилятора на вал электродвигателя, АВО с ременной передачей и АВО с редукторным приводом (соосный или перпендикулярный вал).

Классификация АВО по типу привода

Рис. 1. Классификация АВО по типу привода

Каждый из типов привода обладает своими преимуществами и недостатками, которые сведены в таблицу.

Таблица. Преимущества и недостатки АВО с разными типами приводов

Тип привода АВО

 

Положительные стороны Отрицательные стороны
Прямая посадка вентилятора на вал
  •  Отсутствие  дополнительных узлов: выше надежность, меньше эксплуатационные расходы
  • Допускается низкая температура эксплуатации (до -60°С)
  • Простой монтаж с минимумом операций
  • Низкооборотистый электродвигатель: высокая масса и стоимость, низкий КПД
Клиноременная передача
  • Компактный высокоскоростной электродвигатель
  • Минимальное ТО
  • Невозможность работы при низкой температуре (ниже -40°С)
  • Пониженная надежность в связи с увеличением количества элементов (ременная передача, подшипниковый узел)
  • Необходимость настройки силы натяжения ремней перед пуском
Редукторная передача
  • Стандартная конструкция электродвигателей
  • Требуется специальное исполнение для низкой температуры
  • Низкая надежность – много конструкционных элементов
  • Высокие расходы на ТО
  • Низкий суммарный КПД системы

В Российской Федерации имеется около двух десятков предприятий, выпускающих различные типы АВО, а также несколько зарубежных компаний, поставляющих свои аппараты на территорию РФ. В каждой отрасли исторически используется определенный тип электропривода. Например, нефтеперерабатывающие заводы и газотранспортировочные узлы предпочитают АВО с прямой посадкой, реже – с ременной передачей. Нефтехимические и химические предприятия чаще всего используют ременную передачу. Редукторный привод применяется в сельском хозяйстве и пищевой отрасли, а также в генерации электрической энергии, которая наряду с редукторным использует и АВО с прямой посадкой.

С точки зрения электродвигателей наиболее благоприятными решениями являются редукторная и клиноременная передача, так как в этих случаях используются стандартные электродвигатели с частотой вращения 1500 или 1000 об/мин (реже 3000), которые распространены и имеют более высокий КПД.

Электродвигатели с прямой посадкой на вал имеют низкооборотистое исполнение (500 об/мин и ниже), а также специальное монтажное исполнение, которое позволяет крепить его на раму АВО или на фундамент под аппаратом. В конце прошлого года компания АВВ разработала конструкцию электродвигателя с прямой посадкой на вал для АВО, чтобы предоставить производителям наиболее полное предложение, которое может включать электродвигатель, механические компоненты и преобразователь частоты для управления скоростью вращения вентилятора.

Конструкция электродвигателей компании АВВ для АВО с прямой посадкой на вал

В настоящее время компания АВВ выпускает электродвигатели на 500 об/мин (12 полюсов) с диапазоном мощностей от 6,5 до 18,5 кВт. Кроме того, ведутся разработки по изготовлению 14-ти-полюсных электродвигателей (428 об/мин).

Двигатели рассчитаны на напряжение питающей сети 380В (+/- 10%) с частотой 50 Гц, но возможно исполнение и на другие напряжения. Питание допускается как напрямую от сети, так и от преобразователя частоты.

В стандартном исполнении электродвигатели выпускаются со степенью защиты IP55, но по дополнительному заказу она может быть увеличена до IP56 или IP65.

Двигатели имеют метод охлаждения IC 0041 А (полностью закрытый корпус воздушного охлаждения, без вентилятора): охлаждение происходит за счет перемещения воздушного потока, создаваемого вентилятором АВО.

Монтажное исполнение двигателя — IM V3. В стандартном варианте электродвигатели поставляются со специальной переходной платформой для удобного монтажа на местах установки в АВО, но можно заказать их и без данной платы с фланцем в соответствии со стандартом DIN. Вал электродвигателя может быть выполнен как в цилиндрической, так и в конической форме.

Двигатели предназначены для применения в условиях окружающей среды от -55 до +40°С  при относительной влажности до 100% как внутри, так и вне помещений. Возможна эксплуатация при более высокой температуре по дополнительному согласованию с производителем оборудования. Двигатели имеют нагревательные элементы в обмотке статора, которые служат для ее просушки с целью увеличения сопротивления изоляции.

Для подключения двигателя к сети и вывода сигналов с датчиков двигатели оснащены двумя силовыми выводами M50 и двумя вспомогательными M20 с кабельными сальниками Exd IIB для небронированного кабеля (стандартно). Клеммная коробка имеет достаточно внутреннего места для удобного подведения и подключения силовых и сигнальных кабелей (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид клеммной коробки, габариты 200-225

Рис. 2. Внешний вид клеммной коробки, габариты 200-225

Конструкция подшипниковых узлов

Одними из наименее надежных узлов электродвигателя являются подшипники. Помимо того, что они требуют постоянного технического обслуживания, они также достаточно чувствительны к внешним воздействиям – температуре, попаданию влаги и грязи вовнутрь, механическим воздействиям.

Электродвигатели АВВ для АВО оснащены шариковыми подшипниками с обоих сторон производства SKF или FAG. Конструкция электродвигателя позволяет производить замену смазки подшипников без снятия подшипникового щита. Интервалы, количество и тип необходимой смазки указаны в инструкции по монтажу и эксплуатации, поставляемой совместно с электродвигателем, а также непосредственно на его паспортной табличке. Срок службы подшипников при соблюдении надлежащих условий монтажа и эксплуатации составляет 100 000 моточасов.

Для защиты от проникновения влаги и грязи переднего подшипника электродвигателя, который установлен вертикально валом вверх, компания АВВ разработала ряд специальных защит: в частности, все двигатели уже в стандартном исполнении имеют лабиринтное уплотнение, которое не позволяет попасть внутрь грязи и влаге во время простоя двигателя, а также специальную «тарелку», установленную перед подшипником, которая защищает его во время работы. Данная конструкция прошла серьезные испытания и показала свою состоятельность.

Кроме того, электродвигатели имеют специальный фланец с отверстиями для стока воды, чтобы она не задерживалась в районе подшипниковых узлов (рис. 3).

abb

Рис. 3. Лабиринтное уплотнение и специальный фланец

Питание электродвигателей от преобразователя частоты

Сегодня всё большее количество электродвигателей комплектуется преобразователями частоты, которые, помимо основной функции (управления скоростью вращения электродвигателем) имеют ряд дополнительных преимуществ: энергосбережение, дополнительная защита двигателя и сети от аварийных режимов, реализация простых алгоритмов АСУ ТП и т.д.

Электродвигатели для АВО производства АВВ имеют универсальную конструкцию и могут питаться как напрямую от сети, так и от преобразователя частоты. Однако при питании от преобразователя частоты во внимание должны быть приняты следующие моменты.

1. Перегрузочная способность электродвигателей, а также минимальная и максимальная частоты вращения вала электродвигателя.

При регулировании электродвигателя от преобразователя частоты в области частот вращения ниже номинальной охлаждение происходит менее интенсивно, что в конечном итоге может привести к перегреву электродвигателя. Для оценки эффекта ухудшения охлаждения электродвигателя в компании АВВ применяются нагрузочные диаграммы, показывающие допустимый максимальный момент нагрузки на вал двигателя в зависимости от частоты вращения (рис. 4).

Нагрузочные характеристики при питании от преобразователя частоты АВВ с режимом управления DTC (слева) и любого другого преобразователя частоты (справа)

Рис. 4. Нагрузочные характеристики при питании от преобразователя частоты АВВ с режимом управления DTC (слева) и любого другого преобразователя частоты (справа)

 При чрезмерном повышении частоты вращения следует учитывать закон постоянства мощности, т.е. снижать момент нагрузки на вал электродвигателя в линейной зависимости от увеличения частоты вращения.

Для квадратичной зависимости нагрузки на вал электродвигателя (которой обладают АВО) снижение частоты вращения не является критичным, так как при этом значительно падает нагрузка на вал, что, в свою очередь, вызывает уменьшение потребляемого тока и, следовательно, температуру обмотки. А вот увеличение частоты вращения на вентиляторе может привести к перегреву электродвигателя. При увеличении частоты вращения с 50 до 60 Гц мощность нагрузки на вал увеличивается в 1,7 раз. Поэтому ТЗ на электродвигатели для АВО изначально должно учитывать повышение частоты вращения двигателя выше номинальной, если это может потребоваться для обеспечения параметров технологического процесса.

2. Перенапряжение обмотки статора.

При питании от преобразователя частоты на обмотку электродвигателя могут подаваться пики перенапряжения малой продолжительности, но с большой амплитудой – до двукратного значения напряжения питающей сети. Стандартная обмотка электродвигателей компании АВВ выдерживает такие перенапряжения без последствий при питающей сети 500 В и ниже. В случае, если питающая сеть имеет напряжение более 500 В, применяется специальная усиленная изоляция, предотвращающая преждевременный выход электродвигателя из строя (рис. 5).

ABB  Максимально допустимое напряжение на обмотке электродвигателя

Рис. 5. Максимально допустимое напряжение на обмотке электродвигателя

3. Подшипниковые токи.

При питании электродвигателя от преобразователя частоты в связи с асимметрией подаваемого на обмотки электродвигателя трехфазного напряжения формируется разность потенциалов, которая преобразуется в протекание тока по контуру «корпус двигателя – подшипники – ротор». Особенно неблагоприятно данный ток влияет на подшипники (вернее, их смазку) – в течение короткого времени они перегреваются и выходят из строя. Для уменьшения негативного влияния подшипниковых токов существует ряд мер. Компания АВВ, например, применяет изолированный подшипник с неприводной стороны, который значительно уменьшает или даже прерывает ток через подшипники, значительно увеличивая срок их службы. Изолированный подшипник устанавливается на электродвигатели мощностью от 100 кВт и высотой оси вращения выше 280 мм

4. Защита поверхности электродвигателя от перегрева.

В случае, когда электродвигатель питается от преобразователя частоты, также необходим контроль температуры поверхности электродвигателя с целью недопущения превышения температуры выше указанного класса (ГОСТ Р МЭК 60079-14 — 2008). Его можно реализовать двумя способами – проведением типовых испытаний конкретного типа электродвигателя с конкретным типом преобразователя частоты или с помощью непосредственного контроля температуры поверхности электродвигателя.

Компания АВВ провела типовые испытания со всеми преобразователями частоты серий ACS8, имеющими алгоритм прямого управления моментом (DTC – Direct Torque Control), которые подтвердили отсутствие перегрева поверхности электродвигателя в заданном рабочем диапазоне. В случае комплексного применения взрывозащищенных электродвигателей с данными преобразователями необходимости в применении датчиков температуры поверхности нет. Во всех остальных случаях компания АВВ может оснастить свои электродвигатели датчиками температуры поверхности типа PTC или Pt100.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *