Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосберегающие системы электропривода переменного тока с частотным управлением для механизмов с вентиляторным статическим моментом. Учебное пособие
.pdf
11
При работе турбомеханизма на неизменную сеть (R=const) с номинальной
(максимально допустимой) скоростью вращения ротора обеспечивается максимальная производительность с данными параметрами. Точка Л на рис. 1.6 называется предельной рабочей точкой.
Снижение производительности может осуществляться воздействием на
сеть (например, дросселирование), на сам турбомеханизм (например, поворот
лопаток турбоколеса) и на привод турбомеханизма (регулирование скорости
вращения приводного двигателя). Первые два способа называют количественным регулированием, третий - качественным регулированием.
При регулировании производительности воздействием на сеть характеристика турбомеханизма остаётся неизменной (рис. 1.6, кривая 1), а характеристика сети изменяет положение (рис. 1.6, кривые 2, 3, 4) и при полностью закрытой задвижке соответствует вертикальному положению характеристики сети, т.е. Q = 0.
При воздействии на турбомеханизм путём поворота лопаток рабочего колеса, либо направляющего аппарата, характеристика сети остаётся неизменной,
а характеристики турбомеханизма поворачиваются по часовой стрелке при
снижении расхода (рис. 1.7).
При регулировании производительности снижением скорости характеристики турбомеханизма смещаются вниз (рис.1.9), а характеристика сети остаётся неизменной. В этом случае регулирование производительности имеет смысл
только до определенной величины, при которой напор турбомеханизма становится равен статическому напору (точка С), Производительность турбомеханизма падает при этом до нуля (Q=0). При дальнейшем снижении производительности работа двигателя будет бесполезной. На рис. 1.6, 1.7 и 1.8 приведены
графики изменения потребляемой мощности Р при изменении производительности. В наибольшей степени потребляемая мощность зависит от производительности при изменении скорости вращения. Оценим эффективность регулирования скорости электропривода турбомеханизма.
12
0
0
Рис. 1.7. Регулирование производительности воздействием на параметры рабочего колена: 1,2 - характеристики сети; 3, 4, 5 - характеристики турбомеханизма; 6 - потребляемая мощность из сети
Рис. 1.8. Регулирование производительности изменением скорости рабочего
колеса: 1, 2, 3, 4 - характеристики турбомеханизма; 5 - характеристика сети при
наличии противодавления; 6 - характеристика сети без противодавления; 7 потребляемая мощность из сети
13
Для определения мощности, подводимой к валу рабочего колеса турбо-
Q+W+W+А=A+W+W+А
2P2K2M1P1K1
ρ
Нm
=А
2
mV
=W
2
K
mgh=W
P
),q+TΔc+)
2
V
2
V
(+)
ρ
Н
ρ
Н
((ρQ=
=))q+TΔc+)
2
V
2
V
(+)
ρ
Н
ρ
Н
((m(
dt
d
=
dt
dA
=Р
2
1
2
2
1
1
2
2
2
2
1
2
2
1
1
2
2
Sρ
G
=V
механизма, необходимо воспользоваться законом сохранения энергии согласно
[3,8]:
, (1.3)
где
- кинетическая энергия газа,
- работа, совершаемая газом на пути перемещения,
- потенциальная энергия
газа, АМ - работа, совершаемая СД; Q=cmΔT+qm – количество теплоты при
сжатий газ, сопровождающееся повышением температуры и количество теплоты отдаваемой газом при охлаждении.
Если входной и выходной патрубок находится на одной высоте, то обеспечивается равенство потенциальной энергии газа на входе и выходе, тогда с
учетом выражения (1.3) определим мощность привода:
(1.4)
где ρ1 и ρ2 – плотность газа на входе и выходе соответственно; V1 и V2 –
скорость газа на входе и выходе соответственно и равна
; с – удельная
теплоемкость газа, ΔТ – перепад температур газа на выходе и входе; q – количество тепла, отдаваемое турбокомпрессором на единицу массы газа.
Массовый расход газа равен:
14
2
ρQG
. (1.5)
286,0
2
1
2
1
714,0
2
1
2
1
)(;)(
Н
Н
Т
Т
Н
Н
).q+)1)
Н
Н
((cT+
+))
H
H
(
S
1
S
1
(
2
Q
+)1)
Н
Н
((
ρ
Н
()
Н
Н
(ρQ=Р
286,0
1
2
1
428,1
1
2
2
1
2
2
286,0
1
2
1
1
714,0
1
2
1
Согласно [3] справедливы следующие зависимости:
. (1.6)
Подставим (1.5) и (1.6) в (1.4) получим:
(1.7)
Согласно [3] QH характеристику можно представить следующим уравне-
нием:
Н = аω2 + bωQ - cQ2, (1.8)
где a, b, с – коэффициенты аппроксимирующего полинома.
С другой стороны рабочее давление Н, развиваемое турбомеханизмом,
можно определить по уравнению (1.1).
Из совместного решения уравнений (1.1) и (1.8) можно найти выражение
для определения скорости электропривода:
ω = k Q , или H = n ω2. (1.9)
Подставим в уравнение (1.7) вместо Q и H значения из (1.9), найдём вы-
ражение для вычисления мощности на валу насоса через известные параметры
компрессорной установки:
15
).q+)1)
Н
ωn
((cT+
+))
H
ωn
(
S
1
S
1
(
2
ωk
+)1)
Н
ωn
((
ρ
Н
()
Н
ωn
(ωρk=Р
286,0
1
2
1
428,1
1
2
2
1
2
2
286,0
1
2
1
1
714,0
1
2
1
.]}
)(4
[
1
{
2
1
2
min
Rс
b
а
1max
.]
)R+c(4
b
a
[=Д
2
1
2
(1.10)
При выборе типа регулируемого электропривода важно знать необходи-
мый диапазон регулирования скорости Д. Для определения величины Д из
уравнений (1.8) ÷ (1.9) находим величину минимальной скорости:
(1.11)
Принимая максимальную скорость рабочего колеса насоса, равную номи-
нальной (
), легко получить выражение для определения Д:
(1.12)
На рис. 1.9 приведены зависимости частоты вращения компрессора и
мощности на валу от производительности, на рис. 1.10 приведены зависимости
мощности Рс, потребляемой электроприводом из сети, от протока Q воздуха при
регулировании скорости и при постоянстве скорости. Для оценки эффективности регулирования скорости компрессоров целесообразны графические зависимости Рс =f(Q), приведённые на рис. 1.10, аппроксимировать полиномами вида:
- при постоянстве скорости вращения компрессора
Рсп = ап + bпQ + cпQ2; (1.13)
16
Рис. 1.9. Зависимости частоты вращения компрессора (1) и мощности на
валу (2 и 3) от производительности компрессора
Рис. 1.10. Зависимости потребляемой мощности: 1 - нерегулируемым
приводом; 2 - системой регулируемого привода по производительности
17
∫
T
0
dt
)ср
Р
сп
P(=WΔ
- при регулировании скорости
Рср = ар + bрQ + cрQ2. (1.14)
На рис. 1.11 и рис. 1.12 показаны энергетические характеристики компрессора К-3000-63-1. Величина экономии электроэнергии от использования
регулируемого электропривода определяется:
, (1.15)
где Т - число часов работы компрессора в году.
При нерегулируемом электроприводе компрессоров возможны следующие методы регулирования давлений:
- регулирование выходящего напора из турбомеханизма путем переме-
щения задвижек трубопровода. При этом двигатель и турбомеханизма работают
постоянно с номинальной частотой вращения;
- ступенчатое регулирование числа работающих турбомеханизмов.
Перечисленные методы имеют недостатки:
- потери электроэнергии при неполной нагрузке двигателя при дроссель-
ном регулировании трубопровода;
- наличие дополнительных устройств для управления задвижками.
Регулирование частоты вращения рабочего колоса турбомеханизма позволяет реализовать энергосберегающую технологию транспорта воздуха. Поэтому этот способ регулирования следует относить к категории качественного
регулирования, а регулирование дросселированием и изменением параметров
насоса следует относить к категории количественного регулирования, которое
решает только технологические задачи [5, 8].
18
2000 2500 3000 3500 4000
Q, м3/мин
Рк, МПа
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
3000 об/мин
2900
2800
2700
2600
2500
2400
2300
2200
2100
2000
Рис. 1.11. Энергетические характеристики компрессора К-3000-63-1
Q, м3/
мин
Рк,
МПа
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
3000 об/мин
2700
1500 3000 4500 6000 7500 9000 10500 12000
3000
2700
Рис. 1.12. Обобщенная характеристика сети и компрессоров при частотном ре-
гулировании скорости
19
1.2. Групповое регулирование производительности компрессоров
кислородной станции
К компрессорной станции предъявляется ряд требований, наиболее важными из которых являются: высокая надежность функционирования технологического и электрического оборудования во всем диапазоне; достаточная степень резервирования основного оборудования; энергетическая безопасность;
бесперебойность в работе; автоматическое регулирование. Особенность работы
турбокомпрессоров состоит также в том, что каждой скорости вращения соответствует определенная критическая производительность машины, ниже которой работа становится неустойчивой. Причиной возникновения неустойчивой
работы турбокомпрессоров является повторяющийся срыв потока с рабочих и
направляющих лопаток, что приводит к сильным пульсациям давления, открыванию и закрыванию обратного клапана и возникновению аварийных колебаний в системе. Такой режим называется помпажным. Работа турбокомпрессоров в режимах левее границы помпажа недопустима. Следует, однако, отметить, что с уменьшением скорости область помпажных режимов сокращается,
вследствие чего при регулировании путем изменения скорости вращения работа турбокомпрессора с пониженной производительностью становится возможной [3].
Компрессорная станция, состоящая из четырех компрессоров К-3000,
представлена на рис. 1.13. В работе станции обычно используется только три
компрессора, а один находится в резерве. При нерегулируемой системе электропривода расход воздуха регулируется двумя способами: 1 - ступенчато путем включения одного, двух или трех СД и, соответственно, компрессоров; 2 –
при помощи регулируемой задвижки на выходе станции.
Для обеспечения заданного режима работы компрессорной станции при
изменении условий работы требуется производить регулирование режимов работы компрессорных установок.
20
E-1
E-2
E-3
E-4
СД 1
СД 2
СД 3
СД 4
w
1д
w
2д
w
3д
w
4д
w
1к
w
2к
w
3к
w
4к
Н
вх1
Н
вх2
Н
вх3
Н
вх4
Н
вых
Н
31
Н
32
Н
33
Н
34
Н
к1
Н
к2
Н
к3
Н
к4
Q
к1
Q
к2
Q
к3
Q
к4
Рис. 1.13. Схема компрессорной станции
Эта задача может быть разделена на два направления: регулирование технологических режимов работы компрессора и регулирование энергетической
эффективности работы оборудования компрессорной станции.
Для компрессорных установок центробежного типа применимы описанные ранее способы регулирования расхода воздуха и давления: отключением
или подключением компрессоров (ступенчатое регулирование); изменением
частоты вращения рабочего колеса турбомеханизма, которое достигается с помощью частотно-регулируемого электропривода.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]