Центробежные вентиляторы, насосы и компрессоры
объединяются в один класс нагрузочных механизмов для электропривода,
так как их характеристики с точки зрения требований и условий работы
электропривода имеют много общего. Около 25% всей вырабатываемой
электроэнергии расходуется на электропривод турбо механизмов. Большая
часть электроприводов указанных механизмов является нерегулируемыми.
Традиционные способы регулирования подачи насосных
и вентиляторных установок состоят в дросселировании напорных линий
и изменении общего числа работающих агрегатов по одному из технологических
параметров - давлению на коллекторе или в диктующей точке сети,
уровня в приёмном или регулирующем резервуаре и др. Эти способы
регулирования направлены на решение технологических задач и практически
не учитывают энергетических аспектов транспорта воды или газа.
Гидравлическое и электротехническое оборудование
насосных станций обычно выбирается по максимальным техническим параметрам
(подаче, напору и др.) системы водоснабжения и водоотведения. Однако
в реальной жизни оказывается, что вновь вводимые в эксплуатацию
насосные установки выходят на проектные режимы в течение нескольких
лет. Поэтому существующие станции нередко работают в режимах отличающихся
от расчётных. Кроме того, имеют место суточные, недельные и сезонные
колебания расходов и напоров, обусловленные переменным водопотреблением,
в результате этого рабочие режимы насосов оказываются вне рабочих
зон их характеристик.
Поэтому с появлением надёжного регулируемого электропривода
создались предпосылки для разработки принципиально новой технологии
транспорта воды или газа с плавным регулированием рабочих параметров
насосной установки без непроизводительных затрат электроэнергии
и с широкими возможностями повышения точности и эффективности технологических
критериев работы систем подачи. При этом геометрическим местом рабочих
точек насосной установки становятся характеристики трубопроводов,
а не характеристики насосов как в случае регулирования подачи насосных
агрегатов с постоянной частотой вращения.
Со времени энергетического кризиса, вызвавшего
повышение в 70-80-е годы цен на энергоресурсы, исследовались возможности
энергосбережения, в том числе у рабочих машин с квадратически изменяющимся
моментом вращения по отношению к частоте вращения. С помощью регулирования
частоты вращения для изменения расхода по сравнению с дросселиванием
достигается значительный потенциал сбережения энергии.
Если момент вращения - квадратическая функция частоты
вращения, то мощность на валу двигателя уменьшается в кубической
зависимости при снижении частоты вращения.
В настоящее время это широко используется в насосах,
вентиляторах и турбокомпрессорах с асинхронными двигателями, которые
питаются от статических преобразователей частоты.
В мировой практике для этой цели начинает широко
использоваться частотно-управляемый асинхронный электропривод со
стандартными короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями общего
применения. Это обусловлено появлением на западном рынке большого
количества весьма совершенных и относительно недорогих преобразователей
частоты, построенных на современной элементной базе.
Эффект внедрения регулируемого электропривода для
турбо- механизмов можно легко представить из сопоставления потребляемой
мощности при различных способах регулирования производительности
[1].
Как видно из [1] при расходе воздуха в объёме 50%
расчётного максимума требуемая мощность при дросселировании составляет
73%; при использовании запорно-регулирующей арматуры - 50%, а при
регулировании частоты вращения - всего 14% от номинальной мощности.
Регулируемый электропривод позволяет экономить
не только электрическую энергию, но и тепловую, снижать электрическую
нагрузку в часы максимума, а также экономить воду. По данным АО
"Москвич" [2] отопление промышленных зданий осуществляется с помощью
приточных вентиляционных систем так, в сборочно-кузовном корпусе
установлено 45 приточных вентиляционных систем, оснащённых электродвигателями
100 кВт каждый. Регулируя производительность вентиляторов по объёму
нагнетаемого воздуха и одновременно уменьшая подачу теплофикационной
воды на калориферы, можно обеспечить нужный температурный режим
в цехе в соответствии с требованиями санитарно- гигиенических норм,
не допуская "перетопа".
Регулируемый привод для вентиляторных систем может
служить регулятором мощности в часы максимума нагрузки энергосистемы.
Кратковременное снижение производительности вентиляторов, практически
не оказывая влияния на работу в цехах завода, позволяет предприятию
заявить меньшую мощность и, тем самым сократить затраты на электроэнергию
при расчётах по двухставочному тарифу.
Электропривод, являясь энергосиловой основой современного
производства, потребляет около 60% всей вырабатываемой электроэнергии.
Среди промышленных электроприводов преобладают асинхронные короткозамкнутые
электроприводы.
По прогнозам к 2002 году на Европейском рынке из
общего числа продаваемых регулируемых приводов, электроприводы переменного
тока составят 68%, а электроприводы постоянного тока составят только
15%, остальная доля приходится на механические и гидравлические
привода.
Таким образом, применение регулируемого электропривода
турбо- механизмов позволяет создать новую технологию энергосбережения,
в которой экономится не только электроэнергия, но и сберегается
тепловая энергия и сокращается расход воды за счёт утечек её при
превышениях давления в магистрали, когда расход мал.
Дополнительно новая технология энергосбережения
в вентиляторных установках с большой суммарной мощностью позволяет
регулировать мощность в часы максимума нагрузки и тем самым сократить
затраты на электроэнергию при двухставочном тарифе. При частотном
регулировании насосов можно в значительной степени избежать аварийные
ситуации за счёт предотвращения гидравлических ударов, возникающих
при изменении режимов работы и пуске системы при нерегулируемом
электроприводе. Поэтому проводимые работы по переводу турбо- механизмов
являются актуальными.
Проведённые исследования по применению регулируемого
электропривода турбо- механизмов позволяют сформулировать следующие
основные выводы и рекомендации:
- Единственным способом регулирования асинхронных короткозамкнутых
двигателей является частотный способ, способный в наибольшей
степени осуществлять экономически целесообразные режимы работы
во всём диапазоне регулирования производительности турбо- механизмов.
- Модернизация действующих нерегулируемых электроприводов с
целью энергосбережения позволяет получать максимально возможный
экономический эффект за счёт минимальных капитальных затрат.
- Частотное управление по максимуму момента является основным
способом достижения максимальной производительности асинхронного
электропривода в статических режимах. При частоте ниже 40-50
Гц наиболее рационально использовать управление по минимуму
тока статора с ограничением iдоп = 1
(в относительных единицах) при более высоких частотах - управление
по минимуму потерь с ограничением DРдоп/D
Рном = 1.
- Технологические особенности электроприводов турбо- механизмов
позволяют считать их как объектно-ориентированные электроприводы,
работающие в основном в статических режимах. Наибольшее проявление
динамики привода происходит при пуске турбо- механизмов с большими
инерционными массами.
- Тепловое состояние асинхронного двигателя целесообразно характеризовать
при постоянстве магнитного потока, когда скорость двигателя
равна или меньше номинальной.
ЛИТЕРАТУРА
- Оттерпол Г., Хюбнер Р. Технические и экономические аспекты
применения энергосберегающих электроприводов в насосных и вентиляторных
механизмах (из опыта фирмы "Elpro AG", Германия) - Научно-технический
семинар "Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов
в промышленности и коммунальном хозяйстве", Тезисы докладов,
М., 1995, с.12-16.
- Бергнер М. С., Гальцев Ю. К., Голыгин А. Ф., Давиденко П.
В., Данилкин Н. И. Насосное и вентиляторное хозяйство в структурах
современного производства. Научно-технический семинар "Энергосберегающий
электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном
хозяйстве". Тезисы докладов. - М., 1995, с.23-25.
|