1225

Данные зависимости широко используются для расчета характеристик турбомеханизмов при регулировании скорости и при

Нст 07.

Рассмотрим пример. На рис. 15.7 даны характеристики турбомеханизма при работе с номинальной скоростью Н = f (Q), = f (Q), P = f (Q). Определить мощность на валу турбомеханизма в точке В при работе на пониженной скорости.

Через начало координат проводится кривая Н = СQ2 до пересечения

7см. Онищенко Г.Б. Электропривод турбомеханизмов / Г.Б. Онищенко, М.Г. Юньков. М.: Энергия, 1972.

361

Используют также регулирование подачи насосов и компрессоров перепуском части подаваемой жидкости или газа через байпас на вход насоса (рис. 15.8). При этом общая подача насоса Qн увеличивается, но подача в сеть Q2 уменьшается. Применение байпаса снижает общее сопротивление сетевой магистрали, может привести к перегрузке насоса и электродвигателя. Указанный способ экономичен для вихревых насосов, у которых при увеличении подачи мощность уменьшается.

Иногда на канализационных насосных станциях применяют способ регулирования путем впуска воздуха во всасывающий патрубок насоса. Характеристика насоса становится более пологой аналогично регулированию направляющих аппаратом. Этот способ

Рис. 15.8. Регулирование производительности насоса байпасированием

экономичнее регулирования задвижкой. Его достоинство – насыщение кислородом стоков для развития биологических очищающих

363

процессов, недостаток – снижение срока службы рабочих колес под воздействием кавитационного износа.

15.4. ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ТУРБОМЕХАНИЗМОВ

Среди центробежных насосов выделяют:

–коммунального и промышленного водоснабжения,

–погружные для подачи воды и нефти из скважин,

–циркуляционные (практически не имеют статического напора),

–питательные, водоотлива,

–транспортирующие нефть, порошковые материалы и т.д.

Для регулирования производительности насосов с учетом статического напора не менее 20 % от полного напора обычно требуется регулировать скорость 30–35 %.

Пуск насосов обычно производится на закрытую задвижку (статический момент чисто вентиляторный с максимальным моментом 40–80 % от номинального).

Вентиляторы, воздуходувки, эксгаустеры потребляют существенное количество электроэнергии (4–7 % общей электроэнергии по разным оценкам). Основное их количество – сантехнического назначения (кондиционирование воздуха). Обследования показывают, что только 10–20 % работают в оптимальных условиях (толь-

50 %, пуск, как правило, облегченный, при закрытом направляю-

щем аппарате (Мmax 0,4 Мн).

Турбокомпрессоры используются для сжатия воздуха, газов, транспортировки газа. По характеристикам они близки к насосным установкам, но при регулировании скорости изменяется наклон напорных характеристик (при более высоких скоростях повышается степень сжатия газа и их плотность). Различают: воздухогазодувки

364

возможность максимально эффективно адаптировать работу электродвигателей и нагрузки к требованиям технологического процесса;

частотно-регулируемые электроприводы не требуют текущего обслуживания со стороны персонала цехов, а установка и внедрение возможны по частным техническим решениям без выполнения проекта (в течение одного рабочего дня выполняется монтаж, наладка, прокладка интерфейсного кабеля в помещение управления с монтажом пульта дистанционного управления).

Например, в АСУ насосными агрегатами центрального теплового пункта (ЦТП), предлагаемой ЗАО «Sterling Group» (Москва), российского партнера корпорации «Rocknell Automation», для электроприводов сетевых циркуляционных насосов и насосов горячего водоснабжения используются устройства плавного пуска, преобразователи частоты и программируемые контроллеры фирмы «Allen Bradley» (США). В результате автоматизации были сделаны следующие достижения:

уменьшается износ подшипников электродвигателей и насосов (большую часть времени агрегат работает при пониженном напоре);

уменьшаются протечки теплоносителя, в том числе через сальник насосов (большую часть времени работы насоса задвижки полностью открыты, поскольку регулирование расхода теплоносителя осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя);

уменьшается износ коммутационной аппаратуры; снижаются величины токов, протекающих в силовых цепях

в переходных и установившихся режимах (пусковые токи электродвигателей при частотном управлении и плавном пуске не превышают рабочих, а токи установившихся режимов уменьшаются вследствие снижения напора насоса);

уменьшается опасность аварий на трубопроводах вследствие гидроударов, поскольку при частотном управлении и плавном пуске давление в переходных режимах изменяется плавно и с заданной интенсивностью (по имеющемуся опыту в коммунальной

367

сфере количество мелких ремонтов основного оборудования снижается в 2 раза);

эффективность защиты технологического оборудования повышается, так как с помощью электронных узлов преобразователей частоты и плавных пускателей реализуются независимые каналы защиты: от перегрузки асинхронного двигателя, от работы асинхронного двигателя на двух фазах или при пониженном напряжении, от работы при неисправности насоса или запорной арматуры;

контроль состояния ЦТП упрощается, поскольку обеспечивается измерение и обработка текущих значений параметров функционирования оборудования и автоматизированный расчет основных энергетических показателей технологического процесса;

внедрение частотно-регулируемых электроприводов с локальными системами автоматического управления на ЦТП позволяет уменьшить годовое потребление электроэнергии (в зависимости от полноты применяемых энергосберегающих мероприятий и графиков нагрузки) для сетевых насосов – до 30…60 %, для насосов ГВС – до 40…70 %;

комплексная автоматизация технологического процесса на ЦТП и определенные изменения тепловой схемы дают возможность экономить тепловую энергию в объеме 30–40 % в год.

По данным фирмы, регулируемый электропривод, используемый для насосов городских систем горячего и холодного водоснабжения, позволяет на 40–50 % сократить расход электроэнергии, на 20 % – воды и тепла. Срок окупаемости частотно-регулируемого электропривода, в зависимости от мощности двигателя, при мировом уровне цен на оборудование (в среднем 150–250 долл. за кВт) составляет 0,3–1,5 года (отметим, что частотно-регулируемые электроприводы фирмы, как высоконадежные, на конкурсной основе выбраны для лифтового хозяйства Храма Христа Спасителя).

В инструкции по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода, утвержденной в Минтопэнерго в 1999 году, подтверждается, что интегральное потребление электроэнергии на насосах и вентиляторах ТЭС при применении ЧРЭП может быть снижено на 25–40 %, на насосах

368

и вентиляторах систем водо-воздухо-снабжения городских РТС, котельных и ЦТП экономия электроэнергии составляет до 60 %, а в системах водоснабжения экономия потребления холодной воды – до 25 %, горячей воды – до 15 %. Примеры расчета экономической эффективности, приведенные в данной инструкции, показывают, что внедрение ЧРЭП окупается за 1,6–3,5 года только за счет сэкономленной электроэнергии.

15.5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.Регистрируем потребляемую двигателем привода мощность Р0, кВт, при полностью закрытой задвижке на линии нагнетания, его cosφ, давление на линии нагнетания Н0, мм. в. ст.

2.Регистрируем потребляемую двигателем привода мощность Рм, кВт, при полностью открытой задвижке на линии нагнетания, его

cos , давление на линии нагнетания Нм, мм. в. ст., максимальную производительность насоса Qм, м3/час, при средней величине противодавления.

3. По полученным данным строим зависимости P = P0 + (Pм P0) Q/Qм – расход электроэнергии в зависимости от производительности

в существующей системе (кривая 1 на рис. 15.10);

369

Рис. 15.10. Потребляемая турбомеханизмом мощность:

1 – регулирование задвижкой; 2 – регулирование скоростью

Р = Рм (Q / Qм)3 – расход электроэнергии в зависимости от производительности при применении ЧРЭП (кривая 2 на рис. 15.10). Разница между кривыми 1 и 2 равна экономии мощности Р при частотном регулировании скорости.

4.Определяются суточные графики нагрузки электродвигателя рассматриваемого турбомеханизма по суткам, неделям, месяцам, периодам года.

5.В каждом рассматриваемом периоде определяется продолжительность работы с загрузкой Рi, для которой исходя из графиков на

рис. 15.6 определяется экономия мощности Рi.

6. Определяется суммарная экономия электроэнергии за годовой цикл работы оборудования по формуле

k

ЭPt ,

ii

i1

где Рi – экономия мощности за i-й период, кВт; ti – время, в течение которого привод работает с нагрузкой Рi.

7. С учетом фактора экономии воды (воздуха) при снижении напоров магистрали (K = 1,15…1,2) стоимость сэкономленной энергии Стэл = (1,15…1,2)Тэ Э, где Тэ – тариф на электроэнергию в энергосистеме, руб/кВтч.

8. Мощность ЧРЭП с учетом запаса 10 % равна РЧРЭП = 1,1Рм кВт. Удельная стоимость ЧРЭП в настоящий момент колеблется от 100 до

400 долл. США (у отечественных производителей ниже).

9. Окупаемость ЧРЭП: Ток = (dу Kd РЧРЭП) / Стэл, где dу – удельная стоимость 1 кВт ЧРЭП, долл./кВт; Kd – курс доллара, руб.

Отечественные товаропроизводители выпускают ряд ЧРЭП, по своим характеристикам практически не отличающихся от зарубежных, но по стоимости более дешевых.

370