2015-05-20
769
Содержание лекции:
- вопросы экономии энергопотребления при регулировании частоты вращения электроприводов технологических объектов;
- экономичные режимы работы конвейеров;
- режимы работы лопастных машин..
Цель лекции:
- о знакомить студентов с возможностями энергосбережения на объектах с регулированием частоты вращения электроприводов;
- изучить вопросы энергосбережения на конкретных механизмах.
Как правило, необходимость регулирования скорости или момента электроприводов производственных механизмов диктуется требованиями технологического процесса. Например, скорость подачи резца определяет чистоту обработки детали на токарном станке, понижение скорости лифта необходимо для точного позиционирования кабины перед остановкой, необходимость регулирования момента на валу наматывающего устройства диктуется условиями поддержания постоянства усилия натяжения наматываемого материала и т. д.
Однако существует ряд механизмов, для которых изменение скорости по условиям технологии не требуется либо для регулирования используются другие (не электрические) способы влияния на параметры технологического процесса. В первую очередь к ним относятся механизмы непрерывного транспорта для перемещения твердых, жидких и газообразных продуктов: конвейеры, вентиляторы, нагнетатели, насосные установки. Для этих механизмов в настоящее время используются, как правило, нерегулируемые асинхронные электроприводы, которые приводят в движение рабочие органы с постоянной скоростью независимо от загрузки механизмов. При неполной их загрузке как было отмечено ранее, режимы работы с постоянной скоростью характеризуются повышенным удельным расходом электроэнергии по сравнению с номинальным режимом.
|
|
|
Снижение скорости механизмов непрерывного транспорта при недогрузке позволяет выполнить необходимый объем работы с меньшим удельным расходом электроэнергии, т.е. решить чисто экономическую задачу по снижению энергоемкости технологического процесса перемещения продуктов. Обычно при снижении скорости таких механизмов экономический эффект появляется также за счет улучшения эксплуатационных характеристик технологического оборудования. Так, при снижении скорости уменьшается износ тянущего органа транспортера, увеличивается срок службы трубопроводов и арматуры за счет снижения давления, развиваемого машинами для подачи жидкостей и газов, а также устраняется избыточный расход этих продуктов.
Эффект, в сфере технологии часто оказывается существенно выше, чем за счет экономии электроэнергии в самом электроприводе, поэтому принимать решение о целесообразности применения регулируемого электропривода для таких механизмов, оценивая лишь энергетический аспект, принципиально неверно. Оценка эффекта в сфере технологии выходит за рамки данного пособия, поэтому ниже рассмотрены лишь пути снижения расхода электроэнергии механизмами непрерывного действия за счет регулирования скорости их электроприводов и приведено несколько конкретных примеров для сравнения эффектов за счет снижения электропотребления и совершенствования технологического процесса.
|
|
|
Экономия электроэнергии в электроприводе возможна при использовании специфических схемных решений в его силовом канале или применении специальных энергосберегающих законов управления традиционных систем.
Рассмотрены наиболее характерные примеры энергосберегающих технических решений на уровне структурных и принципиальных схем электропривода при его работе в установившихся режимах.
В реальных системах электропривода задача энергетической оптимизации решается, как правило, совместно с другими, традиционными задачами: регулированием скорости, момента, положения и т. п.
В приведенных ниже примерах, как правило, выделены лишь те элементы структуры и принципиальных схем, которые используются для повышения энергетической эффективности электроприводов.
Регулирование скорости конвейеров. Движение ленте конвейера со скоростью J, передается от двигателя через редуктор и барабан. Момент на валу приводного двигателя конвейера
(1)
где F - усилие на приводном барабане;
R - радиус барабана;
ip - передаточное отношение редуктора;
hp - КПД редуктора.
Усилие F на барабане имеет две составляющие:
, (2)
где Fx - усилие, затрачиваемое на перемещение ленты конвейера; Fr - усилие, необходимое для перемещения груза.
Составляющая Fr тянущего усилия и скорость перемещения V конвейера определяют его производительность:
(3)
где Q* = Q/ Qн; Qн - номинальная производительность конвейера. При постоянной номинальной скорости конвейера (J* = 1)
, (4)
поэтому потребляемую с вала двигателя мощность можно записать в виде
(5)
где Р* = Р/Рн; (w* = w / wн = 1; w = Jiр/R);Рн, wн - номинальная мощность и угловая скорость на валу двигателя.
Из (5) следует, что по мере снижения производительности эффективность работы конвейера уменьшается, так как возрастает относительная доля мощности, расходуемой на преодоление момента холостого хода Мх. Более экономичным является режим работы с переменной скоростью, обеспечивающей ту же производительность, но при постоянстве составляющей усилия Fг=1.
В соответствии с (5) скорость в этом случае должна изменяться по закону
, (6)
которому соответствует мощность на валу двигателя,
. . (7)
Рисунок 2 - Зависимость мощности электродвигателя от производительности конвейера
На рисунке 2 показаны зависимости мощности на валу двигателя, для конвейера с моментом холостого хода Мх = 0,3 Мн для постоянной (J = сопst) и регулируемой (F r = сопst) скоростей передвижения грузов. Заштрихованная область на рисунке соответствует экономии мощности, получаемой за счет регулирования скорости.
В общем случае этот эффект выражается следующим образом:
(8)
Из (8) видно, что эффект от регулирования скорости тем выше, чем больше момент холостого хода и чем значительнее снижается производительность конвейера.
Регулирование скорости лопастных машин. Центробежные механизмы для подачи жидкостей и газов (вентиляторы, насосы, нагнетатели, компрессоры) являются основными общепромышленными механизмами, обладающими в масштабах страны наибольшими потенциальными возможностями для значительного сокращения удельного расхода электроэнергии. Особое положение центробежных механизмов объясняется их массовостью, большой мощностью, как правило, длительным режимом работы. Указанные обстоятельства определяют значительный удельный вес этих механизмов в энергетическом балансе страны.
|
|
|
Суммарная установленная мощность приводных двигателей насосов, вентиляторов, компрессоров составляет около 20% от мощности всех электростанций СНГ, при этом только вентиляторы потребляют около 10% от всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.
Эксплуатационные свойства центробежных механизмов представляются в виде зависимостей напора Н от расхода Q (так называемая Q – H характеристика) и мощности Р от расхода Q. Вид этих характеристик весьма разнообразен и в большинстве случаев имеет сложное аналитическое описание. Анализ энергетических показателей центробежных механизмов наиболее удобно провести на примере низконапорного насоса.
Рисунок 3.- Q – H -характеристики насосной установки
С достаточной точностью для инженерных расчетов они описываются соотношениями
,
. (9)
Анализ режимов работы насоса при постоянной и регулируемой скорости показывает, что избыточный расход энергии при (w = сопst) оказывается весьма существенным.
Регулируемый электропривод позволяет значительно сократить расход потребляемой электроэнергии: до 66% в первом и до 41% во втором случае.
На практике этот эффект может оказаться еще более высоким, так как по различным причинам (отсутствие или неисправность задвижек, ручной привод) регулирование задвижками вообще не применяется, что приводит не только к повышению расхода электроэнергии, но и к избыточным напорам и расходам в гидравлической сети.
