Автореферат магистрской диссертации на тему:

"Энергосберегающая система электропривода нагнетателя коксового газа"

Романенко П.Е., руководитель: профю Борисенко В.Ф.

В настоящее время для большинства промышленных предприятий привод мощных газодувок, нагнетателей осуществляется от нерегулируемого электропривода переменного тока, где в качестве приводного двигателя применяется синхронная машина.

Требование со стороны технического процесса обеспечить бесперебойную подачу газа или его отсос (из коксовых батарей) приводит в условиях производства к включению дополнительных машин, что резко повышает энергозатраты, а с другой стороны, для предотвращения избыточного давления в системе, избыточный поток газов замыкается через систему байпасов (by-passe), что вызывает дополнительный нагрев машины и, в целом, ведет к существенному снижению КПД установок.

Переход на регулируемые привода переменного тока по системе преобразователь частоты - синхронный двигатель (ПЧ-СД) может обеспечить плавное бесступенчатое регулирование производительности в экономичном режиме в функции задания необходимых параметров установок в соответствии с требованиями технологического процесса.

Анализ последних достижений и задачи исследования. Повышение производительности нагнетателей за счет увеличения частоты вращения недопустимо по условиям механической прочности нагнетателей [1]. Следовательно, требуется дополнительное включение агрегатов, т.е. в работу включаются, как минимум, два нагнетателя, характеристики которых, в общем случае, могут не совпадать [2]. Для того чтобы дать производству рекомендации по эксплуатации таких систем, последние должны быть исследованы в характерных режимах при питании двигателей от источника переменной частоты и реальных характеристиках нагнетателей и сети.

Изложение основного материала. В качестве принципиальной схемы включения основных элементов системы нагнетания может рассматриваться схема рис. 1.

На схеме показаны приводные двигатели нагнетателей N1 и N2- СД1 и СД2, шунтирующие нагнетатели дроссели - БП1 и БП2, дроссели на входе - ДР1 и ДР2. Предполагается питание двигателей от преобразователя частоты, причем, закон регулирования может быть принят самым простым - U/f=const. При анализе поведения такой системы возможны два следующих варианта: а) идентичные характеристики у приводных двигателей и нагнетателей, б) идентичные характеристики у двигателей и разные - у нагнетателей. Случай "a" имеет место для подавляющего большинства систем. Случай "б" связан с послеремонтными проблемами и желанием повысить производительность нагнетателя за счет изменения параметров турбины. Суммирование двух различных характеристик нагнетателей с неустойчивыми зонами работы Н1(Q) и Н2(Q) приводит к получению суммарной характеристики Нэкв(Q) с неустойчивой зоной работы. Совместная работа 2х машин с такой характеристикой сопряжена со значительными трудностями в эксплуатации и склонностью системы к "помпажу", т.к. при достижении критического давления в одной из машин, она должна быть отключена или применена противопомпажная защита (байпас). Использование байпаса приводит к значительным потерям энергии и перегрузу приводных двигателей.

Известно, что получение симметричных характеристик нагнетателей при совместной их работе на общую сеть, может быть осуществлено графо-аналитическими или аналитическими методами (произведя аппроксимацию соответствующих характеристик).

При любом методе следует руководствоваться следующим:
а) для машин с одинаковыми неустойчивыми характеристиками H-Q, суммарная характеристика n машин, работающих параллельно на общую сеть, определяется суммированием абсцисс характеристик при постоянных напорах, т.е.


Разветвление суммарной характеристики в точке с координатами

ВНИМАНИЕ! формула анимирована, аткивируется по наведению курсора б) для машин с неодинаковыми неустойчивыми характеристиками, соответственно:


Разветвление суммарной характеристики в точке с координатами

где Qi-подача i-го нагнетателя при Нн=const (шаг изменения Нн принимается, таким образом, чтобы можно было получить не менее 3-х точек суммарной характеристики).
Hк, Нк.min, Нк.max - критический напор нагнетателей, при котором наступает неустойчивый режим.
Qк, Qк.min, Qк.max - gподача нагнетателей, соответствующая критическим напорам
H,Q - текущие значения напора и подачи, получаемые при соответствующем уровне Нн.
Принимая турбулентный характер движения газа, характеристики дросселирующих устройств и трубопроводов представим квадратичными параболами, тогда характеристику сети можно представить зависимостью:


где Нг - давление в сети при подаче, равной нулю,
а - гидравлическое сопротивление, определяемое характеристикой трубопровода и дросселей.
При работе нагнетателей на сеть с изменяющейся плотностью газа, характеристика последней определяется как

,где


Например, для коксового газа: ?Г=0,46 кг/м3, ?0=1,2 кг/м3.
Эквивалентная характеристика сети по нагнетанию
При учете всасывающей линии полная характеристика сети
где Нвсэкв(Q) - характеристика всасывающей сети.
В случае дросселирования на всосе степень сжатия эксгаустера (воздуходувки, нагнетателя) остается неизменной - Р2/Р1=const, т.е.
последнее говорит об изменении характеристики машины.
На основании изложенного структурно-функциональная схема исследуемой электромеханической системы в упрощенном варианте дана на рис.2.
На данном этапе стоит задача моделирования данной системы электропривода с помощью программного пакета MatLab с целью исследования поведения системы в различных режимах, а именно - в режиме пуска, в установившемся режиме и в критических точках.