Основы эффективного энергоиспользования на производственных предприятиях дорожной отрасли

ха от капель масла уже после компрессора в схему компрессорной включают масло­ отделители.

Характер процесса сжатия и, следовательно, затраты энергии на его проведение, производительность компрессора в большой степени зависят от температуры всасы­ ваемого в цилиндры воздуха. Рассмотрим влияние этого фактора, связанного также и с безопасностью эксплуатации компрессорной.

Сжатие протекает в области, ограниченной двумя возможными предельными процессами: адиабатным сжатием, когда цилиндр компрессора не охлаждается, и изотермическим, когда интенсивное охлаждение цилиндра компрессора обеспечива­ ет постоянство температуры сжимаемого воздуха. С точки зрения энергозатрат, чем ближе процесс сжатия к изотермическому, тем лучше, что объясняет наличие, в ряде случаев, рубашки охлаждения на цилиндрах компрессора. Тем не менее, в реальных компрессорах интенсивность процесса охлаждения цилиндра не обеспечивает изо­ термического сжатия, температура воздуха увеличивается достаточно резко и, если не принять дополнительных мероприятий, достигает температуры вспышки масла, необходимого для смазки труш;ихся частей компрессора. Таким мероприятием явля­ ется промежуточное охлаждение воздуха в специальных теплообменниках. Для его осуш,ествления процесс сжатия прерывается, воздух охлаждается в теплообменнике

изатем направляется в следующую ступень сжатия. Такое многоступенчатое сжатие

иохлаждение обеспечивает, кроме безопасности, приближение процесса к изотер­ мическому и, следовательно, к снижению энергозатрат. Воздух также охлаждается и после выхода из компрессора в концевом охладителе, что вызвано вопросами охра­ ны труда (горячий воздух небезопасно подавать потребителю), и кроме всего, транспорт охлажденного воздуха сопровождается меньшими потерями энергии.

Изложенное выше объясняет наличие развитой системы водяного охлаждения на компрессорных станциях. Оно же обусловливает необходимость принятия всех возможных мер по снижению температуры воздуха на всей системе его генерации. Вопрос усугубляется и прямо пропорциональной зависимостью расхода всасывае­ мого в компрессор воздуха от температуры и давления.

При расположении всасывающего устройства на солнечной стороне под дейст­ вием прямых солнечных лучей температура подаваемого в компрессор воздуха по­

200

вышается. Для снижения температуры всасываемого воздуха, а следовательно, и расхода энергии необходимо располагать всасывающее устройство с теневой сторо­ ны, а также теплоизолировать трубопроводы, если они проходят по жарким поме­ щениям. В ряде случаев может оказаться целесообразным производить искусствен­ ное охлаждение каким-либо способом всасываемого воздуха перед подачей его в цилиндр компрессора. Полученный в компрессоре сжатый воздух пропускается че­ рез воздухоохладитель и маслоотделитель и поступает в воздухосборник, к которо­ му присоединяется воздушная распределительная сеть, питающая разнообразные пневмоприемники.

Расход электроэнергии на производство сжатого воздуха может быть выражен следующей формулой:

(6.36) где Жк, Жви Жен - соответственно расход электроэнергии на привод компрессо­

ров, насосов подачи охлаждающей воды и на собственные нужды компрессорной станции (вентиляцию, освещение и т. д.).

В общем расходе энергии наибольшее значение имеет составляющая расхода на электропривод компрессоров.

Основным технико-экономическим показателем работы компрессоров является удельный расход электроэнергии. При отсутствии данных, полученных в результате испытаний, для охлаждаемых компрессоров удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м , можно определить по формуле

= 3600г1^^Т1^г)^ (6.37) где /из - изотермическая удельная работа компрессора, кДж/м ; Лиз, Лд, Лп - КПД соответственно изотермический компрессора, электродвигате­

ля, механической передачи от электродвигателя к компрессору.

Изотермическая работа компрессора, затрачиваемая на сжатие воздуха с объем­ ным расходом У) м^/час ( объемный расход определен при параметрах всасывания) от давления во всасывающем патрубке р\ до конечного давления р 2 , въшисляется по выражению

201

Как видно из представленных зависимостей, с увеличением производительно­ сти компрессора А удельный расход электроэнергии ггу снижается, что объясняется повышением КПД приводного электродвигателя с увеличением его мош,ности на ва­ лу. Отметим также, что более экономршными являются поршневые компрессоры.

При проектировании компрессорных станций следует предусматривать уста­ новку компрессоров с возможно меньшим удельным расходом энергии. Число ком­ прессоров принимается минимальным, но с учетом обеспечения технологического резервирования в случае ремонта одной из установок.

Рассмотрим основные пути снижения расхода электроэнергии на производство сжатого воздуха.

В первую очередь необходимо осуш,ествлять рациональное распределение на­ грузок между компрессорами с учетом их технико-экономических характеристик. При снижении расхода сжатого воздуха следует производить отключение одного или нескольких компрессоров. Если на компрессорной станции параллельно рабо­ тают компрессоры разных типов, то регулирование подачи сжатого воздуха должно производиться путем отключения машины с более низким КПД. При установке од­ нотипных компрессоров их отключение осуш,ествляется по циклической схеме. В этом случае достигается относительно равномерная загрузка и нагрев компрессоров и приводных электродвигателей, что уменьшает расход электроэнергии за счет по­ вышения КПД установок и некоторого снижения расхода охлаждаюш,ей воды.

На эффективность работы компрессорных установок оказывает влияние со­ стояние воздушных фильтров. При нерегулярной очистке воздушных металлических фильтров их сопротивление возрастает, снижается давление всасываемого в ци­ линдр воздуха, что приводит к снижению подачи (производительности) компрессо­ ров и увеличению расхода электроэнергии. В зимнее время при отрицательной тем­ пературе фильтры обмерзают, что существенно уменьшает проходное сечение, сни­ жает подачу компрессоров и вызывает перерасход электроэнергии.

Если на фильтрах отсутствуют всасывающие камеры, то они должны быть за­ щищены от попадания воды специальным металлическим козырьком. Фильтры сле­ дует очищать от пыли и грязи через 300—600 часов работы. Процесс очистки ме­ таллических фильтров весьма трудоемок. Поэтому эффективным является примене­

203

ние самоочищающихся масляных фильтров, которые имеют практически постоян­ ное сопротивление в течение длительного периода эксплуатации.

Важную роль в работе компрессоров играют всасывающие клапаны, которые могут быть кольцевыми или прямоточными. Более эффективными являются прямо­ точные клапаны. Замена кольцевых клапанов на прямоточные снижает удельный расход электроэнергии на 10— 12 % и увеличивает подачу компрессора на 6—8 %. При этом увеличивается длительность межремонтного периода, так как срок службы

прямоточных клапанов 8000, а кольцевых - 3000 часов.

Повысить производительность поршневых компрессоров можно путем внедре­ ния резонансного наддува, суть которого заключается в следующем. Во всасываю­ щем трубопроводе из-за пульсации давления возникает волновое движение воздуха с чередованием гребней и впадин давления. Если правильно настроить всасываю­ щий трубопровод на резонанс, то можно улучшить условия всасывания воздуха. Ре­ зонансный наддув обеспечивается применением всасывающего трубопровода опре­ деленной (резонансной) длины, численное значение которой может быть найдено расчетным путем. При использовании резонансного наддува подача поршневого

компрессора увеличивается на 10 % без повышения электропотребления.

Всасывающие трубопроводы промышленных компрессоров, как правило, име­ ют длину в диапазоне 0,6—0,8 расчетной резонансной длины, что не обеспечивает минимальный расход электроэнергии. Удлинение всасывающего трубопровода до фактической резонансной длины, определяемой опытным путем, позволяет сокра­

тить удельный расход электроэнергии на 5—8 %.

Снижение расхода электроэнергии может быть осуществлено за счет сокраще­ ния утечек сжатого воздуха, возникающих из-за неплотностей соединительных эле­ ментов, запорной и предохранительной арматуры, повреждений трубопроводов, шлангов и т. п. Потери электроэнергии, вызванные утечками сжатого воздуха, ори­

где ч’у - удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха, кВт • ч/м ; q -расход воздуха через неплотности, м^мин;

п - количество точек, где имеются утечки сжатого воздуха, шт.;

204

X“ время, в течение которого воздухопровод находится под давлением, мин. Величина расхода воздуха через неплотности в арматуре и шлангах в зависимо­

сти от эквивалентного диаметра отверстия и давления в трубопроводе определяется приближенно по специальным таблицам или кривым, например по табл. 6.1.

Таблица 6.1

Суш^ественное снижение расхода электроэнергии дает применение сжатого воз­ духа пониженного давления, используемого для многих технологических процессов (с учетом номинальных давлений пневмоприемников). С этой целью может приме­ няться система сжатого воздуха двух давлений, что является весьма эффективным решением. При наличии на предприятии системы сжатого воздуха одного давления целесообразно применять у потребителей регуляторы давления. Снижение давления сжатого воздуха на 1 % снижает перерасход сжатого воздуха и, следовательно, рас­

ход электроэнергии на 0,5 %.

Производительность пневматических машин, инструментов и оборудования за­ висит от расхода, давления и температуры воздуха. Давление и объемный расход воздуха определяется характеристиками пневмооборудования. С повышением тем­ пературы воздуха перед пневмодвигателями рост удельной работы / опережает сни­

В конечном итоге снижение массового расхода воздуха уменьшает затраты энергии на привод компрессоров.

205

Подогрев воздуха на 30—50 °С позволяет сэкономить до 10 % потребляемой электроэнергии.

Также приводит к снижению расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха применение теплоизоляции воздухопроводов. Ощутимую экономию элек­ троэнергии на промышленных предприятиях дает использование вместо сжатого воздуха других энергоносителей. Например, замена в литейных цехах пескоструй­ ных установок очистки литья с пневмоприводом на дробеструйные с электроприво­ дом уменьшает расход электроэнергии в 3 раза, использование электроинструмента вместо пневмоинструмента дает экономию электроэнергии в среднем на 7— 10 %.

Недопустимо нерациональное использование сжатого воздуха, например, вме­ сто вентиляторного дутья для увеличения тяги дымовых труб и вентиляционных систем, охлаждения крупных подшипников и электродвигателей, сушки оборудова­ ния и т. п.

Для привода компрессоров при единичной мощности 100 кВт и более рекомен­ дуется применять синхронные электродвигатели напряжением до 1 кВ и 6— 10 кВ. При меньшей единичной мощности могут использоваться асинхронные электродви­ гатели напряжением до 1 кВ.

Частота вращения поршневых компрессоров большой мощности не превышает 500 1/мин., а малой - от 1000 до 1500 1/мин.

В процессе эксплуатации компрессора возникает необходимость регулирования его подачи. Для этого в компрессорах или на воздухопроводах устанавливаются ре­ гулирующие устройства. Значительные возможности для регулирования подачи за­ ключены в применении регулируемого электропривода.

Основными путями повьппения эффективности эксплуатации электроприводов

укомпрессоров являются:

1)выбор рационального режима работы асинхронных двигателей (оптимальной загрузки двигателей с учетом уровня напряжения в электрической сети);

2)выбор оптимальных законов регулирования тока возбуждения синхронных двигателей, обеспечивающих минимум суммарных потерь энергии в двигателях и питающей сети;

3)применение регулируемого электропривода.

206

Рациональная эксплуатация электропривода компрессоров способствует улуч­

шению показателей электропотребления промышленных объектов.

В заключение отметим, что в энергосбережении важную роль играет автомати­ зация производственных процессов. В частности, автоматизация компрессорных

станций сжатого воздуха снижает расход электроэнергии примерно на 10 %.

Пример 6.4. Определить удельный расход электроэнергии на выработку сжато­ го воздуха для компрессора типа 4ВМ10-100/8, имеющего следующие технические характеристики: производительность 100 м /мин., абсолютное давление всасывания

Рх = 98 кПа, нагнетания - 880 кПа. Изотермический КПД компрессора Циз ^ 0,7. Компрессор приводится в действие синхронным двигателем напряжением 6 кВ типа СДК2-11-26-12КУЧ, который имеет номинальную мощность Рном = 630 кВт. КПД

двигателя Цд = 0,94, передачи Цп ^ 0,97.

Решение. Вычислим изотермическую работу компрессора

Удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха

_________ = 0Д94 кВт • ч/м^.

^3600-0,7 0,94 0,97

Пример 6.5, Определить потери электроэнергии в течение суток из-за утечки сжатого воздуха через отверстие диаметром 4 мм в трубопроводе при рабочем дав­ лении 0,55 Мпа. Удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха гГу = 0,1 кВт • ч!ж .

Решение. По табл. 3.1 для давления 0,55 МПа методом линейной интерполяции находим расход сжатого воздуха за 1 минуту через отверстие диаметром 4 мм Q = 0,825 м^/мин.

Потери электроэнергии за счет утечки сжатого воздуха в течение суток опреде­ ляются по выражению (3.10)

АЖ= 0,1 • 0,825 • 1 • 24 • 60 = 118,8 кВтч.

6.7. Электросварочные установки

207