Приклад виконання самостійної роботи

Насос приводиться до руху електродвигуном зі швидкістю обертання 1450 об/хв та створює тиск Н=36 м при витраті 90 м³/год. ККД насосного агрегату складає 60%. Визначити потужність електродвигуна, тиск насосу та його витрату при швидкості двигуна 960 об/хв.

Хід розв’язування

1. Потужність двигуна при швидкості обертання 1450 об/хв.:

.

2. Потужність двигуна при швидкості обертання 960 об/хв.:

.

3. Тиск насоса при швидкості обертання ЕП 960 об/хв.:

.

4. Витрати насоса при швидкості обертання 960 об/хв.:

Завдання до теми

1. Насосний агрегат системи теплопостачання має наступні технологічні параметри: Q_н=0,2 м³/с, Н_н=25 м. Після придбання перетворювача частоти (ПЧ) з’явилась можливість регулювання витрати до 0,65 Q_н, при цьому тиск в мережі складає 18 м. В цьому режимі насос працює 8 годин за добу.

Визначити:

- потужність приводного двигуна;

- величину споживаної насосом енергії за рік при регулюванні витрати і без регулювання;

- величину економії енергії при застосуванні регульованого приводу насоса.

2. В робочому режимі насос забезпечує тиск в трубопровідній мережі 17 м, тиск при цьому складає 0,094 м³/с, приводний двигун насоса працює з частотою обертів 1450 рад/с, ККД складає 60%. Визначити:

- потужність, споживану ЕП насоса, в точках А, В, С;

- частоту обертання привода насоса в т. С;

- пояснити, за допомогою яких методів можна забезпечити робота насоса в точках В та С.

3. Визначити втрати енергії при регулюванні витрати насоса за допомогою засувки, якщо відомо, що при зміні частоти обертів ЕП тиск в трубопровідній мережі збільшується на 18% (Н_н=1500 Н/м²), а витрати знижуються до 5600 м³/год (Q_н=6000 м³/год), ККД насосного агрегату зменшується на 12% порівняно з номінальним режимом (ККД 62%). У випадку регулювання за допомогою ПЧ ККД залишається незмінним, а тиск в мережі знижується на 22%. Час роботи устаткування складає 16 год за добу, 365 днів на рік.

4. Для умов задачі 3 визначити, з якою швидкістю повинен обертатися приводний двигун насоса, щоб забезпечити витрату 4680 м³/год, якщо відомо, що номінальна частота обертання складає 260 с^-1.

Контрольні питання

1. Як визначається енергія, споживана насосом?

2. Назвати основні методи регулювання продуктивності насосних установок.

3. Які переваги та недоліки існуючих способів регулювання витрати насосних установок?

4. Як визначаються втрати потужності при регулюванні засувкою?

Література: [ 1, с. 155-156; 12, с. 101-122].

Практичне заняття № 2

Тема: Визначення ефективності застосування регульованого приводу вентиляторних установок

Мета: набуття навичок розрахунку економії енергії в вентиляторних установках при застосуванні регульованого електроприводу.

Короткі теоретичні відомості

Вентиляторні установки (ВУ) є невід’ємною частиною промислових і енергетичних установок.

У теплоенергетичних системах вентилятори застосовуються для подачі повітря до топкових камер пароґенераторів, переміщення димових газів в атмосферу тощо.

Аеродинамічні комплекси широко застосовуються для провітрювання шахт, котельних відділень, виробничих, службових та житлових приміщень. Таким чином, ВУ є відповідальними і досить енергоємними аґреґатами. Аналіз режимів їх роботи показує, що в більшості ці режими є змінними й залежать від багатьох факторів. За час роботи вентилятора може мати місце досить широка зміна технологічних та енергетичних показників. Тому необхідно забезпечити якомога більшу область економічних режимів роботи ВУ з метою зменшення споживання енергії.

До характеристик, якими описується вентилятор відносяться: тиск Н, витрата Q, споживана потужність N та ККД. Для більш повної оцінки вентилятора застосовують повний та статичний ККД, які розраховуються за наступними виразами:

, (2.1)

. (2.2)

де ρ – щільність повітря за нормальних умов, ρ=1,2 кг/м³.

В залежності від типу вентилятора коливається різниця між статичним та повним ККД. В середньому статичний ККД вентилятора менший на 20-30% повного ККД.

Потужність приводного двигуна вентилятора обирається виходячи з умови запасу потужності:

, (2.3)

де k – коефіцієнт запасу потужності, k =1,05-1,2;

–ККД передачі.

Графічне зображення характеристик вентилятора на ведемо на рис. 2.1 – це залежності тиску, ККД та потужності від витрати.

Під час експлуатації ВУ виникає необхідність регулювання витрати, що пов’язано зі зміною режиму роботи споживача. Регулювання роботи вентиляторної установки може здійснюватись декількома способами: засувкою, яка встановлена на виході вентилятора, напрямним апаратом, зміною частоти обертання робочого колеса вентилятора за допомогою перетворювача частоти. Перші два способи регулювання є більш простими, але неефективними, оскільки вказані методи характеризуються суттєвим зменшенням ККД установки та втратами тиску в мережі. Метод регулювання перетворювачем частоти є найбільш ефективним оскільки дозволяє зберегти значну кількість енергії, але в той же час і найдорожчим, що обумовлено вартістю перетворювача.

Рисунок 2.1 – Характеристики вентилятора

В залежності від способу регулювання витрат відбувається зміна технологічних параметрів ВУ. Закони пропорційності вентиляторів встановлюють зміну аеродинамічних параметрів вентилятора (тиску, витрати, ККД, споживаної вентилятором потужності) при зміні частоти обертання колеса, діаметра колеса та щільності середовища, яке переміщується.

Формули перерахунку мають наступний вигляд:

: ;;, (2.4)

: ;;, (2.5)

: ;;, (2.6)

З формул (2.4) можна отримати залежність тиску від витрат повітря:

, (2.7)

Тобто, якщо у вентилятора зміни витрат пропорційні зміні частоти обертання, то зміни тиску пропорційні квадрату зміни частоти обертання та витрат.

При одночасній зміні частоти обертання колеса вентилятора, його діаметра та щільності середовища, яке перекачується, формули перерахунку матимуть вигляд:

; (2.8)

; (2.9)

. (2.10)

У випадку перекачування повітря, яке містить домішки, споживана вентилятором потужність складатиме:

, (2.11)

де - споживана вентилятором потужність, розрахована на повний тиск,

k – коефіцієнт, який можна прийняти рівним k =1;

–масова концентрація, тобто відношення маси суміші до маси повітря.

Як видно з рис. 2.2, витрата вентилятора при наявності у повітрі твердої суміші зменшується, в результаті чого потужність, споживана вентилятором, може бути менше за потужність, споживану тим же вентилятором, що працює на чистому повітрі.

При роботі вентиляційної системи спостерігаються втрати тиску в мережі повітропроводів, величина яких визначається згідно з виразом:

, кг/м² (2.12)

де R – опір мережі, кг*с²/м⁸.

Рисунок 2.2 – Споживана вентилятором потужність при переміщенні повітря з механічними домішками

Втрати тиску в мережі повітропроводів при наявності домішок у повітрі визначається за формулою:

, (2.11)

де - втрати тиску в мережі при транспортуванні чистого повітря;

–коефіцієнт, який залежить від виду та концентрації суміші, в середньому можна прийняти рівним k =1,4.