ДонНТУ  |  Магістри ДонНТУ
     

Реферат з теми магістерської роботи

Вступ

Турбомеханізми є машинами масового використання. Достатньо сказати, що близько 28% усієї електроенергії, що виробляється в країні, витрачається електроприводом турбомеханізмів. До них відносяться вентилятори, помпи, компресори, однієї з їх особливостей є залежність моменту опору від частоти обертання. Також на характер залежності суттєвим чином впливає вид характеристики гідромережі чи пневмомережі, на яку працює турбомеханізм. Режим роботи турбомеханізму характеризується подачею (продуктивністю) Q, частотою обертання , напором H для помп чи тиском Р для вентиляторів. Помпи та повітродувні машини мають багато спільного, оскільки відносяться до одного класу турбомашин, що підпорядковуються загальному принципу подібності [1].

Відцентрові помпи є масовими та енергоємними установками. На привод цих помп витрачається колосальна кількість енергії, яка складає близько 20% усієї виробляємої електроенергії. Потужності приводів помп лежать в межах від кількох кВт до кількох десятків тисяч кВт. Потужність помп електростанції досягає 25000 кВт. Не менш енергоємними об’єктами є і повітродувні установки.. Основна їх кількість припадає на кондиціювання повітря в виробничих приміщеннях. За статистикою на привод вентиляторів припадає близько 7% усієї виробляємої електроенергії. Найбільш різноманітне використання знаходять вентилятори великої потужності, наприклад потужність вентиляторів головного провітрювання шахт досягає 5000 кВт, вони споживають близько 1,5% усієї електроенергії. Потужні вентилятори використовуються в якості димотягів на електростанціях та для охолодження ґрадирень в хімічному виробництві. До 25000 кВт доходить потужність аеродинамічних труб (авіаційна промисловість). Навіть незначне енергозбереження, відносно номінальної потужності таких приводів призводить до помітної економії електроенергії в цілому.

Актуальність

В наш час для промисловості та комунального господарства актуальною є проблема економії енергії та ресурсів. Через це перехід від нерегульованого електроприводу турбомеханізмів до регульованого є одним з важливих напрямків наукових досліджень, особливо з урахування того, що даний електропривод відноситься до числа найбільш енергоємних об’єктів. Цей перехід забезпечить підвищення таких показників як енергоресурсозбереження, надійність та ін.

Мета

Метою роботи є підвищення ефективності роботи комплексів турбомеханізмів шляхом переводу їх електроприводу у розряд регулюємих.

Огляд існуючих досліджень

У зв'язку актуальністю проблем енергоресурсосбереження в наш час, проводиться велика кількість досліджень за даною темою в умовах науково-дослідних центрів та вищих навчальних закладів як в Україні, так і по всьому світу.

Задачі

• аналіз існуючих методів керування турбомеханізмами. Обґрунтування ефективності використання регулюємого електроприводу.
• математичний опис процесів, що протікають в турбомеханізмах (системах подічі води та повітря).
• аналіз процесів, що протікають в системі електропривод-турбомеханізм-мережа-споживач в динаміці та статиці.
• синтез систем керування турбомеханізмами для підвищення ефективності їх роботи.
• розробка рекомендації щодо використання різних методів керування електроприводом турбомеханізмів.

Основна частина

Основний сенс використання регульованого електроприводу і систем автоматизованого керування(САК) в насосних установках полягає в підтриманні завданого технологічного параметру, без створення значення інших при змінюючихся режимах роботи системи (наприклад, водоспоживання безперервно змінюється в часі по випадково-імовірнісних законах. Діапазон зміни досить широкий, коливається в межах (1/3):(1/2) [2]). Характеристики повітродувних машин у своєму виглясхожі на характеристики насосів, а характеристики повітроводів на характеристики трубопроводів систем водопостачання. Відмінною особливістю є лише те, що повітродувні машини працюють на мережі без протитиску.

Електроприводи відцентрових помп

Аналіз показує, що застосуваннявисоконадійних частотно-регульованих електроприводів, створенняєдиної схеми автоматичного керування, що дозволяє управляти декількома електродвигунами, що працюють на одну магістраль, дозволяє відмовитися від найбільш поширеного і найекономічнішого способу регулювання подачі – дроселювання за допомогою клапанів і засувок, забезпечити потрібні продуктивність, тискі максимально реалізувати потенціал енергозбереження [3]. Характерним прикладом є станції гарячого і холодного водопостачання і системи опалювання будівель. Механізми цих станцій, вибрані виходячи з максимальної продуктивності, значну частину часу працюють меншою продуктивністю, що визначається зміною потреби споживачів в різні періоди часу. За деякими даними середньодобове завантаженнянасосів холодного водопостачання складає 50...55 % максимального. Існуючі системи водопостачання з нерегульованим електроприводом не забезпечують помітного зниження споживаної потужності при зменшенні витрати води, а також обумовлюютьпри цьому зростаннятиску() в системі, що до витоків води та несприятливопозначається на роботі технологічного устаткуванняі мереж водопостачання [6]. Приведені на рис. 1 енергетичні моделі відцентрових помп, що ідеалізуються, дозволяють оцінювати в будь-яких конкурентних умовах ефективність їх регулювання [4]. Якщо потрібні детальніші оцінки, то слід користуватися характеристикою конкретних агрегатів. На рисунку показані складові втрат в насосі , засувці і магістралі при двох способах регулювання.

Рисунок 1 – Енергетичні діаграми при двох способах регулювання (а – дроселювання; б – зміна швидкості обертання робочого колеса.
Gif-анімація виконана в Easy GIF Animator, час кадру - 1 с, кількість кадрів - 11, кількість повторень - 5, розмір - 650x492 точок, розмір файлу - 75,7 КБ.

Енергетичний ефект регулювання швидкістю обертання робочого колеса, стосовно насосної установки, можна побачити з діаграми, представлених на рис. 2 [4]. Перша (штрихові лінії) відноситься до нерегульованого електроприводу, друга – до регульованого електроприводу (суцільні лінії). При однаковій потужності в другому випадку істотно зменшуються втрати в гідравлічній частині і споживана потужність.

Рисунок 2 – Силовой канал електроприводу без перетворювача частоти та з ним.

Використання комплектних станцій керування насосними та вентиляторними установками дозволяє:

Додатковим аргументом на користь необхідності впровадження на насосних станціях регульованого електроприводу є суттєве зменьшення витрат води та її мимовольних втрат (витоків) води.

Електропривід вентиляторів

Вентилятори розділяються на відцентрові та осьових. Характеристики відцентрових вентиляторів аналогічні характеристикам відцентрових насосів. З аеродинамічних способів регулювання для відцентрових вентиляторів широко використовується регулювання поворотом лопатей направляючогоапарату. Регулюючий ефект при цьому досягається зменшення перетину вхідного каналу і закручування потоку на вході в робоче колесо. Очевидно, що при такому регулюванні подачі ККД вентилятора істотнопадатиме [6].

Ще менш економічним способом регулювання продуктивності вентиляторів єрегулювання шибером перетину вихідного каналу вентилятора, аналогічне дросельному регулюванню насосів. При цьому відбувається не зміна характеристики вентилятора, як у попередньому випадку, а міняється характеристика магістралі, як це відбувається в насосних установках. Оцінитии неефективність цього способу можна користуючись аналогією з насосами (рис. 1). Якщо подачу вентилятора регулювати зміною швидкості, то ККД вентилятора у всьому діапазоні регулювання залишається постійним.

Осьові вентилятори [7] мають характеристики, показані на мал. 4, які формою відрізняються від характеристик відцентрових машин. Відмінністьполягає в тому, що ліва частинахарактеристик осьового вентилятора має провали і єнестійкою, із-за чого його робота можлива тількив області нижче граничного тиску. Права (робоча) частина характеристики осьових машин крутопадаюча [6].

Рисунок 4 - Експлуатаційні характеристики осьового вентилятора серії В.

Регулювання подачі осьових вентиляторів може здійснюватися шляхом зміни кута установки лопаток робочого колеса. Зазвичайповорот лопаток проводитьсяпри зупиненому вентиляторі і займає великої проміжок часу. Цей спосіб регулювання виявляєтьсяпрактично непридатним для систем автоматичного керування. Розроблені конструкції повороту лопаток на ходу істотноускладнюють конструкцію вентилятора і знижують його надійність. З рис. 4 видно, що при регулюванні поворотом лопаток із зменшенням тиску помітно падає і ККД.

Висновок

Перехід від нерегульованого електроприводу насосів та вентиляторів к регульованому вирішує питання керування технологічними режимами установок при зниженні енергетичних витрат. Більш детально способи керування розглянуті в роботі, ознайомитися з якою можна у автора.

Література

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.