Соколенко В.В., Светличный А.В. – Анализ энергетических затрат механизма воздуходувки при комплектации двигателями с разной мощностью и частотой вращения ротора

Авторы: Соколенко В.В., Светличный А.В.
Источник: II Международная научно-практическая конференция Инновационные перспективы Донбасса, ДонНТУ, 2016 г. – с. 145–148.

Аннотация

Соколенко В.В., Светличный А.В. Анализ энергетических затрат механизма воздуходувки при комплектации двигателями с разной мощностью и частотой вращения ротора. На основе технологического процесса был проведен сравнительный анализ затрат электроэнергии при комплектации механизма воздуходувки электродвигателями с разной мощностью и частотой вращения ротора.

На сегодняшний день четко прослеживается тенденция к снижению энергетических затрат. Особенно актуальной она является для крупных промышленных предприятий, где основными потребителями электроэнергии являются электродвигатели, используемые для различных механизмов. Среди электроприводов промышленных механизмов можно выделить группу турбомеханизмов (вентиляторы, насосы, компрессоры), которые, как правило, работают в длительном режиме. В связи с достаточно высокой установленной мощностью двигателей и режимом работы, данные установки представляют особый интерес для реализации мероприятий по экономии электроэнергии. Основными мероприятиями по снижению затрат электроэнергии являются [1]:

Совершенствование процедуры выбора двигателя для конкретных установок;
Переход на энергосберегающие электродвигатели с повышенным КПД и cosφ;
Создание специальных регуляторов, включаемых между сетью и статором электродвигателя;
Переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому.

Одним из перечисленных выше способов является совершенствование процедуры выбора двигателя. Он заключается в замене недогруженных двигателей на двигатели с меньшей мощностью. Используется данный способ редко, т.к. экономия электроэнергии не велика по сравнению со стоимостью нового двигателя. Особый интерес представляют механизмы, которые по своей конструкции могут комплектоваться различным электродвигателями. Для таких установок крайне важен правильный подбор электродвигателей в соответствии с требуемой производительностью, определяемой технологическим процессом. В качестве примера рассмотрим энергетические затраты механизма воздуходувки ВДН-18, который может комплектоваться асинхронными электродвигателями АИР315М8 и АИР355М6.

Рисунок 1.1 – Общий вид воздуходувки ВДН-18

Таблица 1.1 – Данные воздуходувки ВДН-18
Продуктивность Q, м³/ч	Полное давление P_v, Па	η, %	Частота вращения n, об/мин
152000	3865	86	1000

Таблица 1.2 – Данные электродвигателя АИР315М8
P₂, кВт	U_л, В	n_2ном, об/мин	I₁, А	η, %	cosφ	I_п/I_н	M_п/M_ном	M_м/M_ном	J, кг•м²
110	380	740	218	94,5	0,81	6,5	1,2	2,4	6

Таблица 1.3 – Данные электродвигателя АИР355М8
P₂, кВт	U_л, В	n_2ном, об/мин	I₁, А	η, %	cosφ	I_п/I_н	M_п/M_ном	M_м/M_ном	J, кг•м²
200	660	982	210	94,5	0,88	6,7	1,9	2	6

В приложении Simulink пакета Matlab была составлена модель механизма воздуходувки и электродвигателя, который питается напрямую от сети. На основании технологического процесса, приведенного в таблице 1.4, было проведено моделирование механизма воздуходувки. Результаты моделирования приведены в таблицах 1.5 и 1.6.

Таблица 1.4 – Длительность периодов плавки металла
Периоды плавки	Длительность периода, мин.	Тепловая нагрузка, *106кДж/ч	Удельный расход воздуха, тыс. м³/час (с учетом кислорода)
Заправка	30	85,8 – 134,0	100
Завалка	130	154,0 – 197,0	120
Прогрев	60	142,0 – 190,0	100
Заливка чугуна	30	129,0 – 178,0	130
Плавка	230	137,3 – 178,4	150
Полировка	210	142,0 – 180,0	160
Чистое кипение	60	145,0 – 159,1	120
Раскисление и выпуск	30	129,8 – 138,2	100

Таблица 1.5 – Затраты активной и реактивной энергии при использовании двигателя АИР315М8
Периоды плавки	Время цикла, мин.	Активная энергия, кВт•ч	Реактивная энергия, кВАр•ч
Заправка	30	40,98	41,43
Завалка	130	184,31	180,99
Прогрев	60	81,95	82,87
Заливка чугуна	30	43,42	41,96
Плавка	230	323,92	319,70
Полировка	210	298,96	292,66
Чистое кипение	60	85,07	83,53
Раскисление и выпуск	30	40,98	41,43
Суммарный расход		1099,57	1084,57

Таблица 1.6 – Затраты активной и реактивной энергии при использовании двигателя АИР355М8
Периоды плавки	Время цикла, мин.	Активная энергия, кВт•ч	Реактивная энергия, кВАр•ч
Заправка	30	83,42	53,13
Завалка	130	387,11	239,45
Прогрев	60	166,83	106,27
Заливка чугуна	30	94,92	57,44
Плавка	230	796,06	469,52
Полировка	210	742,58	435,69
Чистое кипение	60	178,67	110,52
Раскисление и выпуск	30	83,42	53,13
Суммарный расход		2533	1525,16

После получения результатов расхода активной и реактивной энергии при использовании электродвигателей с разной мощностью и частотой вращения, можно отметить следующее. Фактическая разница между потребленной активной энергией при использовании электродвигателей АИР315М8 и АИР355М6 составила 1433,43 кВт•ч или 56,6%. Фактическая разница между потребленной реактивной энергией при использовании электродвигателей АИР315М8 и АИР355М6 составила 440,59 кВАр•ч или 28,9%.

Вывод

Замена двигателя с большей мощностью и частотой вращения ротора на двигатель с меньшей мощностью и частотой вращения ротора является экономически выгодным мероприятием для рассмотренного механизма воздуходувки.

Список использованной литературы

Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: В 5 кн.: Практ. пособие/ Под ред. В.А. Венникова. Кн. 2. Энергосбережение в электроприводе/ Н.Ф. Ильинский, Ю.В. Рожановский, А.О. Горнов. – М.: Высш. шк., 1989. – 127 с.