ДонНТУ  |  Магистры ДонНТУ
     

Реферат по теме магистерской работы

Введение

Турбомеханизмы являются машинами массового применения. Достаточно сказать, что около 28% всей электроэнергии, вырабатываемой в стране, расходуется электроприводом турбомеханизмов. К ним относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, одной из их особенностей является зависимость момента сопротивления от частоты вращения. Также на характер зависимости существенным образом влияет вид характеристики гидросети или пневмосети, на которую работает турбомеханизм. Режим работы турбомеханизма характеризуется подачей (производительностью) Q, частотой вращения , напором Н для насосов или давлением Р для вентиляторов. Насосы и воздуходувные машины имеют много общего, поскольку относятся к одному классу турбомашин, подчиняющемуся общему принципу подобия [1].

Центробежные насосы являются массовыми и энергоёмкими механизмами. На привод этих наосов расходуется колоссальное количество электроэнергии, составляющее около 20% всей вырабатываемой электроэнергии. Мощность приводов насосов лежит в пределах от нескольких кВт до нескольких десятков тысяч кВт. Мощность насосов электростанций достигает 25000 кВт. Не менее энергоемкими объектами являются воздуходувные установки. Основное их количество приходится на вентиляторы сантехнического обслуживания, в которых производится кондиционирование воздуха в производственных помещениях. По статистике на привод вентиляторов приходится около 8% всей производимой электроэнергии. Наиболее разнообразное применение находят вентиляторы большой мощности, например мощность вентиляторов главного проветривания шахт достигает 5000 кВт, они потребляют около 1,5% всей электроэнергии. Мощные вентиляторы применяются в качестве дымососов на электростанциях и для охлаждения градирен в химических производствах. До 25000 кВт доходит мощность привода аэродинамических труб (авиационная промышленность). Даже незначительное энергосбережение, относительно номинальной мощности таких приводов приводит к заметной экономии энергии вцелом.

 

Актуальность

В наше время для промышленности и коммунального хозяйства актуальной есть проблема экономии энергии и ресурсов. Поэтому переход от нерегулируемого электропривода турбомеханизмов к регулируемому является одним из важных направлений научных исследований, особенно с учетом того, что данный электропривод относится к числу наиболее энергоемких объектов. Этот переход обеспечит повышения таких показателей как энергоресурсосбережение, надежность и др.

Цель

Целью работы является повышение эффективности работы комплексов турбомеханизмов путем перевода их электроприводов в разряд регулируемых.

Озор существующих исследований

В связи с актуальностью проблем энергоресурсосбережения в наше время, проводится большое количество исследований по данной теме в условиях различных научно-исследовательских центров и высших учебных заведений как в Украине, так и во всем мире.

Задачи

• анализ существующих методов управления турбомеханизмами. Обоснование эффективности использования регулируемого электропривода.
• математического описания процессов, протекающих в турбомеханизмах (системах подачи воды и воздуха).
• анализ процессов, которые протекают в системе электропривод-турбомеханизм-сеть-потребитель в динамике и статике.
• синтез систем управления турбомеханизмами для повышения эффективности их работы.
• разработка рекомендаций касательно применения различных мотодов управления электроприводом турбомеханизмов.

Основная часть

Основной смысл использования регулируемого электропривода и систем автоматизированного управления (САУ) в насосных установках заключается в поддержаннии заданного технологического параметра, без создания избыточного значения других при измменяющихся режимах работы системы, (к примеру, водопотребление непрерывно изменяется во времени по случайно-вероятностным законам. Диапазон изменения довольно широк, колеблется в пределах (1/3):(1/2) [2]). Характеристики воздуходувных машин своему виду похожи на характеристики насосов, а характеристики воздуховодов на характеристики трубопроводов систем водоснабжения. Отличительною особенностью является лишь то, что воздуходувные машины работают на сети без противодавления.

Электроприводы центробежных насосов

Анализ показывает, что применение высоконадежных частотно-регулируемых электроприводов, создание единой схемы автоматического управления, позволяющей управлять несколькими электродвигателями, работающими на одну магистраль, позволяет отказаться от наиболее распространенного и самого неэкономичного способа регулирования подачи – дросселирования с помощью клапанов и задвижек, обеспечить требуемые производительность, давление и максимально реализовать потенциал энергосбережения [3]. Характерным примером являются станции горячего и холодного водоснабжения и системы отопления зданий. Механизмы этих станций, выбранные исходя из максимальной производительности, значительную часть времени работают с меньшей производительностью, что определяется изменением потребности потребителей в разные периоды времени. По некоторым данным среднесуточная загрузка насосов холодного водоснабжения составляет 50...55 % максимальной. Существующие системы водоснабжения с нерегулируемым электроприводом не обеспечивают заметного снижения потребляемой мощности при уменьшении расхода воды, а также обусловливают при этом существенный рост давления (напора) в системе, что приводит к утечкам воды и неблагоприятно сказывается на работе технологического оборудования и сетей водоснабжения [6]. Приведенные на рис. 1 идеализированные энергетические модели центробежных насосов позволяют оценивать в любых конкурентных условиях эффективность их регулирования [4]. Если требуются более детальные оценки, то следует пользоваться характеристикой конкретных агрегатов. На рисунке показаны составляющие потерь в насосе , задвижке  и магистрали  при двух способах регулирования.

Рисунок 1 – Энергетические диаграммы при двух способах регулирования (а – дресселирование; б – изменение скорости вращения рабочего колеса)
Gif-анимация выполненна в приложении Easy GIF Animator, время кадра - 1 с, количество кадров - 11, количество повторений - 5, размер - 650x492 точек, размер файла - 75,7 КБ.

Энергетический эффект при регулировании скорость вращения рабочего колеса, применительно к насосной установке, можно проследить по диаграммам, представленным на рис. 2 [4]. Первая (штриховые линии) относится к нерегулируемому электроприводу, вторая – к регулируемому электроприводу (сплошные линии). При одинаковой мощности во втором случае существенно уменьшаются потери в гидравлической части и потребляемая мощность.

Рисунок 2 – Силовой канал электропривода без преобразователя электрической энергии и с ним.

 

Применение комплектных станций управления насосными и вентиляторными установками позволяет:

Дополнительным аргументом в пользу необходимости внедрения на насосных станциях регулируемого электропривода являются существенные уменьшение расхода воды и ее непроизвольных потерь (утечек) воды.

Электропривод вентиляторов

Вентиляторы разделяются на центробежные и осевые. Характеристики центробежных вентиляторов аналогичны характеристикам центробежных насосов. Из аэродинамических способов регулирования для центробежных вентиляторов широко используется регулирование поворотом лопастей направляющего аппарата. Регулирующий эффект при этом достигается вследствие уменьшения сечения входного канала и закручивания потока на входе в рабочее колесо. Очевидно, что при таком регулировании подачи КПД вентилятора будет существенно падать [6].

Еще менее экономичным способом регулирования производительности вентиляторов является регулирование шибером сечения выходного канала вентилятора, аналогичное дроссельному регулированию насосов. При этом происходит не изменение характеристики вентилятора, как в предыдущем случае, а меняется характеристика магистрали, как это происходит в насосных установках. Оценить неэффективность этого способа можно пользуясь аналогией с насосами (рис. 1). Если  подачу вентилятора регулировать изменением скорости, то КПД вентилятора во всем диапазоне регулирования остается постоянным.

Осевые вентиляторы [7] имеют характеристики, показанные на рис. 4, которые по форме отличаются от характеристик центробежных машин. Отличие состоит в том, что левая часть характеристик осевого вентилятора имеет провалы и является неустойчивой, из-за чего его  работа возможна только в области ниже граничного напора. Правая (рабочая) часть характеристики осевых машин крутопадающая [6].

Рисунок 4 - Эксплуатационные характеристики осевого вентилятора серии В.

Регулирование подачи осевых вентиляторов может осуществляется путем изменения угла установки лопаток рабочего колеса. Обычно поворот лопаток производится при остановленном вентиляторе и занимает относительно большой промежуток времени. Этот способ регулирования  оказывается практически непригодным для систем автоматического управления. Разработанные конструкции поворота лопаток на ходу существенно усложняют конструкцию вентилятора и снижают его надежность. Из рис. 4 видно, что при регулировании поворотом лопаток с уменьшением напора заметно падает КПД.

Заключение

Переход от нерегулируемого электропривода насосов и вентиляторов к регулируемому решает вопрос управления технологическими режимами установок при снижении энергетических затрат. Более подробно способы управления рассмотрены в работе, ознакомиться с которой можно у автора.

Литература

1. Струве Э.Э., Дик И.П., Старцев Г.С. Вентиляторы и насосы. М.: Машгиз, 1955.
2. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. — М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с. ил.
3. Куряпов В. Н., Мальцев А. П. и др. Потенциал энергосбережения и его практическая реализация//Энергонадзор и энергоэффективность. 2003. №3.
4. Ильинский Н. Ф. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений / Н. Ф. Ильинский, В. В. Москаленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 208 с.
5. Лезнов Б. С. Экономия электроэнергии в насосных установках. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 144 с.: ил. – (Экономия топлива и электроэнергии)
6. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. Под. ред. И.Я. Браславского. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 256 с.
7. Елисеева В. А. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред.    В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 616 с.
8.  Онищенко Г. Б., Юньков М. Г. Электропривод турбомеханизмов. М., «Энергия», 1972 – 240 с.
9. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 416 с.
10. J. A. Fox. Reader in Civil Engineering University of Leeds. Hydraulic Analysis of Unsteady Flow in Pipe Networks. London, 1977.