29. Эп основных механизмов буровых станков шарошечного бурения.

ЭП вращателя, условия работы:

Буравой станок работает на открытом воздухе.

1. Вибрация

2. Режим работы продолжительный, не требующий частых пусков, тьормажений и реверсов.

3. Нагрузка реактивная носит случайный характер, изменяется в широких пределах вплоть до стопорения.

4. Механизм вращателя – упругий распределенный бровой став переменной длины.

Коэффициент жёсткоти бурового става С12=var, , так как нагрузка на привод вращателя носит колебательный характер, то возможны совпадения частоты собственных колебаний.

Механизм подачи, условия работы:

1. Создание значительных усилий при малой скорости подачи.

2. Большие скорости при вспомогательных операциях(подъем бурового става, наращивание).

3. Необходимость регулирования усилия (скорости подачи вплоть до реверсирования).

Компрессор: Режим работы длительный с постоянным номинальным статическим моментом.

Показатели	вращатель	подача	ход	компрессор
D	(10-15):1	20:1	(10-15):1	-
ω=f(M)	экскаваторная			-
К=Мmax/Мн	2,5	2,5	2,5	-
Δω/ω0×100%	5-7%	2-5%	10-15%	-
Необходимость оперативного реверсирования ЭП	нет	да	да	-
Возможность неоперативного реверсирования	да	нет	нет	-

ЭП вращателя: ТП-Д (3-х фазная мостовая нереверсивная схема выпрямления)

ЭП подачи: гидравлический или электрогидравлический.

ЭП компрессора АД с к.з.

ΔРв=(40-50)% - экономия энергии если поставить регулируемый ЭП заместо нерегулируемого.

ΔРп до 20% ; ΔРк=(50-60)%.

30.Энергосбережение в электроприводе и средствами электропривода

Энергосбережение, точнее рационализация про­изводства, распределения и использования всех ви­дов энергии, стало в последние 10—15 лет наряду с информатизацией и компьютеризацией одним из основных, приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Это связа­но, во-первых, с ограниченностью, невозобновляемостью всех основных энергоресурсов, во-вторых, с непрерывно возрастающими сложностями их добы­чи, в третьих, с глобальными экологическими проблемами, обозначившимися в последнее время.

Энергосбережение в любой сфере сводится, по существу, к снижению потерь энергии. Анализ структуры потерь в сфере производства, распреде­ления и потребления электроэнергии показывает, что определяющая доля потерь (до 90 %) приходит­ся на сферу энергопотребления, тогда как потери при передаче электроэнергии составляют лишь 9— 10 % (в США — 8 %, в Германии и Японии — 4— 5 %). Очевидно, что основные усилия по энергосбе­режению должны быть сконцентрированы именно в сфере потребления электроэнергии.

Из общепринятой структуры потребителей электроэнергии, где электропривод занимает 60 %, электрический транспорт — 9 %, электротермия и электротехнология — 10%, освещение и прочие потребители — 21 %, следует, что основной эф­фект энергосбережения может быть получен в наи­более энергоемкой сфере — сфере электропривода. Из всей электроэнергии, потребляемой элек­троприводом, 40 % приходится на электроприво­ды насосов и вентиляторов; примерно половина потребляется электроприводами мощностью до 100 кВт. Это определяет наиболее перспективное направление энергосбережения в сфере электро­привода: установки мощностью до 100 кВт, глав­ным образом насосы и вентиляторы. Последняя об­ласть особенно перспективна, поскольку здесь за­ключены громадные резервы экономии электро­энергии и других ресурсов.

По данным европейских экспертов цена элек­троэнергии, потребляемой ежегодно средним дви­гателем в промышленности, в 5 раз превышает це­ну двигателя [59.13]. Очевидно, что за время служ­бы двигателя (10—20 лет) энергетическая состав­ляющая в десятки раз превысит составляющую, связанную с капитальными затратами, в связи с чем забота об оптимизации именно энергетической со­ставляющей является особенно важной.

Ежегодное потребление электроэнергии элек­троприводом в Западной Европе должно вырасти с 630 ТВт • ч в 1992 г. до 870 ТВт • ч в 2010 г., однако предполагается, что более 60 % ожидаемого при-роста — 150 ТВт • ч будет покрыто за счет энерго­сбережения, в основном при переходе к регулируе­мому электроприводу [59.13]. Экспертные оценки показывают, что регулируемый электропривод экономически эффективен в 25—50 % всех техно­логических установок, хотя используется сейчас лишь в 10% [59.13].

Диаграмма передачи мощности от источника (например, трансформаторной подстанции) к по­требителю (например, системе водоснабжения зда­ния) в сильно упрощенном виде, отражающем лишь главные черты энергетического процесса, представлена на рис. 59,41, а. В энергетический ка­нал входит несколько обязательных элементов:

питающий трансформатор Тр со счетчиком от­пускаемой энергии Сч.эн.;

подводящая линия Лин.;

электродвигатель Дв.;

рабочая машина (насос) Нас.;

технологический орган (гидравлическая маги­страль Маг.) с измерителями потребляемой энер­гии — расходомером Расу, и манометром Ман.

Каждая ступень преобразования и передачи энергии независимо от способа реализации сопро­вождается потерями Д/¹, значение которых сущест­венно зависит от конкретного оборудования и ре­жимов его работы.

Эффективность любого энергетического про­цесса определяется двумя факторами:

соответствием задаваемой у потребителя регу­лируемой координаты требованиям оптимального технологического процесса (в примере — насколько удачно выбрано давление на входе системы: его должно хватать для комфортного недопотребления в любой квартире, и оно не должно быть сильно избы­точным во избежание лишнего потребления мощ­ности, разрывов труб, лишних утечек воды и т.п.)!

потерями, сопровождающими процесс (в при­мере — в нерегулируемом электродвигателе насоса потери при малом расходе могут быть в ночные ча­сы относительно невелики, поскольку КПД двига­теля в широком диапазоне нагрузки на валу высок — 86—91 %, тогда как потери в насосе, бесполезно перемешивающем воду, очень большие).

Полную оценку фактической энергетической эффективности любой системы можно сделать только сравнением необходимой полезно исполь­зованной энергии за некоторый срок W_ПОЛ с энер­гией, потребленной от источника за это же время W_потр; в качестве времени оценки при циклических процессах удобно брать время цикла (в примере — сутки, месяц, год), т.е.

где Д W_ц — потери энергии за цикл.

Отметим, что в ряде случаев непросто оценить необходимую полезную энергию, и приходится пользоваться лишь фактической оценкой, которую удается получить по измерительным приборам на входе и выходе и которая может отличаться от не­обходимой (в примере — неверно выбранное дав­ление на выходе насоса).

Оценки энергетической эффективности услож­няются при неоднонаправленных потоках энергии (подъем — спуск, разгон — торможение и т.п.).

Рассмотренная энергетическая диаграмма, ха­рактерная для любого процесса преобразования и потребления энергии, указывает пути энергосбе­режения:

подача конечному потребителю энергии (в примере — вход водопроводной системы), не­обходимой в данный момент (или оптимальной) мощности Р_вых;

выбор рационального с технической и экономи­ческой точек зрения способа управления координа­тами, образующими потребляемую технологиче­скими машинами мощность. Так, можно управлять давлением в гидросистеме путем дросселирования или путем регулирования частоты вращения вала насоса. Энергетическое различие в этих способах радикальное: потери в насосе ∆Pнас и потребление электрической мощности могут отличаться в не­сколько раз;

выбор рационального с технической и экономи­ческой точек зрения типа регулируемого электро­привода, позволяющего управлять скоростью в нужном диапазоне с минимизацией потерь ∆Pдв и прочих затрат.

В электроприводе насосов в рассматриваемом примере обычно используется короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, скорость которого, как известно, целесообразно регулировать, влияя на частоту и амплитуду питающего напряжения (час­тотное регулирование),

Указанные три пути энергосбережения, вооб­ще говоря, не зависят от конкретных технических реализаций энергетического канала и вида конеч­ного технологического процесса, поскольку сво­дятся к снижению энергетических затрат на сам процесс и уменьшению сопровождающих процесс потерь в рабочей машине (насосе) и вращающем ее электродвигателе.

Кроме того, иногда удается реализовать энерго­сберегающие мероприятия, связанные с конкрет­ной технической реализацией энергетического ка­нала. К таким мероприятиям относится правиль­ный выбор силового оборудования — исключение неоправданного завышения установленной мощно­сти, уменьшающего КПД агрегата, а также ее зани­жения, снижающего надежность. При использова­нии асинхронного электропривода иногда удается снизить потери в нерегулируемом по скорости дви­гателе и в питающей линии, снижая при малых на­грузках на валу напряжение, приложенное к двига­телю, используя приемы компенсации реактивной мощности и т.п. Э~и и подобные полезные приемы не могут, разумеется, заменить рассмотренные вы­ше основные направления энергосбережения.

Следует подчеркнуть также, что наибольший ре­альный эффект может быть достигнут лишь при ком­плексном подходе к решению каждой задачи с уче­том технических, экономических, надежностных и других критериев. Практически бесполезно эконо­мить в одном месте, не заботясь о том, что происхо­дит в других звеньях энергетического канала.

По аналогии с диаграммой на рис. 58.41, а мож­но представить идеально решенную задачу преоб­разования и использования энергии в технологиче­ских целях в виде аналогичной диаграммы на рис. 58.41, б, в которой двигатель питается от элек­трического Pпреобразователя Эл.пр., благодаря чему P_Вых(t)=Pопт(t), все потери ∆Р - ∆Рmin, т.е. Pвых (t)/Pвх(t) стремится к максимуму при всех режимах и для лю­бого момента времени.

Итак, целесообразным подходом к энергосбе­режению во всех технологиях, в которых используется электромеханическое преобразование энер­гии, следует считать применение регулируемого электропривода, поскольку при этом реализуются все основные пути энергосбережения при одновре­менной оптимизации основного технологического процесса. Именно этот подход и используется тра­диционно в технологиях, неосуществимых без ре­гулирования технологических координат (метал­лургия, металлообработка, кабельное, текстильное производство и др.)

Вместе с тем более 50 % всей электроэнергии преобразуется в механическую работу посредст­вом самого массового нерегулируемого электро­привода с короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями (насосы, вентиляторы, ком­прессоры, транспортеры, конвейеры, агрегаты пи­щевой промышленности и т.п.). В этой сфере ос­новным направлением энергосбережения является переход от нерегулируемого электропривода к ре­гулируемому [59.50, 59.51]. Это направление ин­тенсивно развивается, чему способствуют два сов­павших по времени события: наметившийся дефи­цит и ощутимый рост стоимости энергоресурсов в мире и успехи силовой электроники и микроэлек­троники, обусловившие появление в последние го­ды на мировом и отечественном рынках совершен­ных и доступных электронных преобразователей электрической энергии.

До середины 80-х годов, по существу, единст­венным доступным решением регулируемого элек­тропривода был электропривод постоянного тока. Его общеизвестные недостатки — дорогая машина и необходимость в обслуживании — ограничивали использование случаями, когда без регулируемого электропривода обойтись было нельзя, — в стан­ках, металлургических агрегатах, мощных экскава­торах и т.п. Электропривод постоянного тока прак­тически не использовался в массовых агрегатах (насосах, вентиляторах и т.п.) — там абсолютно преобладал нерегулируемый электропривод с ко­роткозамкнутыми асинхронными двигателями.

Сейчас ситуация радикально изменилась: на широком рынке появились совершенные и доступ­ные электронные преобразователи частоты. Имен­но эти устройства произвели переворот в совре­менном электроприводе: резко (до 15 %) снизили долю электроприводов постоянного тока в общем парке регулируемых электроприводов, стали ос­новным и пока практически единственным средст­вом, реализующим высококачественный регули­руемый асинхронный электропривод в областях массового применения.

Становятся мало эффективными и многоскоро­стные асинхронные двигатели — они тяжелы, до­роги, требуют много контактной аппаратуры, стои­мость привода соизмерима, а иногда и больше стоимости системы преобразователь частоты — се­рийный двигатель.

Итак, система электронный преобразователь частоты — короткозамкнутый асинхронный двига­тель становится главным на ближайшие годы тех­ническим решением массового регулируемого электропривода. Она особенно привлекательна на стадии модернизации: сохраняется все существую­щее оборудование, но между сетью и двигателем включается новый элемент — преобразователь час­тоты, радикально меняющий весь технический и экономический облик системы.

Интенсивно развивается новый тип регулируе­мого электропривода — вентильно-индукторный электропривод, имеющий очень простую, техноло­гичную, дешевую и надежную машину, простой и надежный в сравнении с преобразователем частоты электронный коммутатор, что позволяет этому приводу превосходить по основным свойствам электроприводы других типов.

Наряду с изложенным выше основным направ­лением энергосбережения средствами электропри­вода в мировой практике с середины 70-х годов су­ществует и другое — использование энергосбере­гающих двигателей.

Идея этого энергосберегающего мероприятия состоит в следующем: в короткозамкнутый асин­хронный двигатель закладывается на 25—30 % больше активных материалов (железа, меди, алю­миния), за счет чего на 30 % снижаются потери и возрастает КПД — на 5 % в небольших двигате­лях (единицы киловатт) и на 1 % в двигателях мощностью 70— 100 кВт. Цена двигателя увеличивается на 20—30 %, срок окупаемости по данным европейских экспертов составляет около 2 лет.

Особенно широкий размах кампания по про­движению ЕЕМ на рынок приобрела в последние годы в США. Десятки фирм — производителей ЕЕМ используют развитую прикладную компью­терную программу «Мо1ог Ма81ег+», облегчаю­щую пользователям выбор нужных энергосбере­гающих двигателей для замены установленных или использования в новых разработках [59.13]. Широко рекламируется достигаемый эффект — экономия около 5 % электроэнергии.

Вместе с тем это направление содержит ряд не­очевидных обстоятельств. Во-первых, речь идет о нерегулируемом электроприводе, т.е. при экономии в несколько процентов на потерях в двигателе в электроприводе, применяемом в самых, массовых и энергоемких областях (насосы, вентиляторы и т.п.), потери энергии окажутся в десятки раз больше.

Во-вторых, расчетная экономия будет дости­гаться лишь при мало меняющейся и близкой к но­минальной нагрузке. При резкопеременной на­грузке, например при значительной доле холосто­го хода в цикле, экономия будет существенно меньше расчетной.

И, в-третьих, экономия может быть заметной (рекламируемые 4—5 %) лишь в том случае, если все элементы силового канала правильно выбраны и настроены. Так, потери в ременной передаче, час­то используемой, например, в электроприводе вен­тиляторов, варьируются от 5 до 12 % только за счет нерационального выбора параметров передачи и могут резко возрастать при неверно выбранном на­тяжении ремней.

Еще один аспект энергосбережения связан с потерями в электрических сетях, питающих элек­тропривод. Проблема возникает из-за низкого, особенно при малых нагрузках, коэффициента мощности.

Для компенсации реактивной мощности приме­няются различные технические решения (переклю­чаемые конденсаторные батареи, синхронные ком­пенсаторы, фильтрокомпенсирующие устройства и т.п.), однако большинство этих приемов ориенти­ровано на нерегулируемый, а иногда и сильно не­догруженный электропривод с короткозамкнутыми асинхронными двигателями. Достигаемый эффект может оказаться несопоставимо меньше показан­ных выше убытков от использования нерегулируе­мого электропривода.

Важным и еще очень мало использованным ре­зервом энергосбережения служит правильный вы­бор основного электрооборудования в простейшем, самом массовом и энергоемком нерегулируемом электроприводе.

Европейские эксперты считают, что средний коэффициент использования двигателей (отноше­ние средней мощности за цикл к номинальной) со­ставляет 0,6 [59.13].

Существенный эффект в подобных случаях мо­жет дать замена оборудования (двигателей). Для решения подобных задач эффективны прикладные компьютерные программы, ориентированные на широкий круг специалистов, связанных с электро­приводом, и способствующие принятию рацио­нальных решений.

Основная идея энергосбережения — переход в массовых применениях от нерегулируемого элек­тропривода к регулируемому — продемонстриро­вана на насосных станциях центральных тепловых пунктов.

Выбор насосных агрегатов системы водоснаб­жения зданий в качестве первоочередных объек­тов энергосбережения был обусловлен, во-первых, их массовостью, во-вторых, непрерывной кругло­годичной работой, в-третьих, экономией не только электроэнергии, но также воды и теплоты. Резуль­таты работ показывают, что экономия электро­энергии может составить 50 %, воды около 25 %, теплоты около 10 %.

Изложенная концепция энергосбережения, реа­лизованная на практике в ходе натурного экспери-мента и получившая развитие в деятельности хо­зяйственных служб Москвы, нашла отражение в нормативных документах [59.15].