Новости
Научная статья. Разработка энергосберегающих систем электропривода механизмов центробежного действия
2 ноября 2017, 15:55

Автор статьи: Мустафин Марат Аскарович, доктор технических наук, профессор кафедры электропривода и автоматизации Алматинского университета энергетики и связи.

 

         

Механизмы центробежного действия (МЦД) на сегодня являются наиболее существенным резервом в промышленности для проведения энергосберегающих мероприятий как на стадии проектирования, так и при модернизации действующих объектов. Это объясняется, во-первых, их массовостью и значительной установленной мощностью. На долю центробежных насосов, вентиляторов, воздуходувок и т.д. приходится, по разным источникам, 20..35% электроэнергии, потребляемой в промышленности

Практически во всех указанных областях МЦД проектируются с запасом «на развитие», в результате чего агрегаты работают недогруженными и требуют регулирования производительности, то есть режимов работы. На большинстве действующих агрегатов регулирование осуществляется, в основном, с помощью регулирующей запорной арматуры – задвижек, заслонок и пр. (дросселированием) -  при постоянной скорости приводного двигателя. Это приводит к значительным потерям мощности в регулирующих элементах, связанных с преодолением дополнительных гидравлических сопротивлений. Величина таких потерь зависит от глубины регулирования выходных параметров  - напора и подачи и могут достигать  50% потребляемой механизмом мощности. Современный уровень развития автоматизированного электропривода позволяет передать функции управления непосредственно электроприводу центробежного агрегата и исключить указанные потери.

Первый и наиболее важный аспект перевода ЦМ на регулируемый привод известен давно и очевиден [1,2,3 и др.]. Применяя регулируемый привод, можно напрямую плавно управлять скоростью вращения рабочего колеса ЦН и тем самым обеспечить требуемые значения расхода и подачи без использования дросселирующей арматуры. Последняя устанавливается только для вспомогательных целей и в процессе перекачки полностью открыта, что снижает гидравлическое сопротивление сети. В этом случае снижение подачи происходит за счет уменьшения напора, создаваемого насосом, при этом исключаются дополнительные потери мощности в гидрорегуляторе.

Кроме снижения уровня энергопотребления, при работе насосного агрегата в режиме регулирования производительности, применение регулируемого электропривода позволяет поддерживать оптимальной частоту вращения агрегата в соответствии с заданным напором и подачей. Это приводит к значительному снижению износа запорно-регулирующей аппаратуры и кинематической части привода и насоса, утечек транспортируемой жидкости, так как значительную часть времени агрегат будет работать на пониженной частоте вращения. Возможность изменять давление в переходных режимах плавно и с заданной интенсивностью уменьшает опасность аварий на трубопроводах вследствие гидравлических ударов. Упрощается задача включения автоматизированного электропривода насосов в системы автоматического управления технологическими процессами.

  Внедрение регулируемого электропривода на МЦД должно сопровождаться решением ряда научно-технических задач.

        Первая из них –  создание методов расчета и анализа функциональных взаимозависимостей основных гидравлических, механических и электрических параметров режимов работы трубопровода, насоса, двигателя и преобразователя, как составляющих единой системы. В процессе исследований, проводимых кафедрой электропривода и автоматизации АУЭС, получены аналитические соотношения для энергетического (силового) канала насосного агрегата, позволяющие по параметрам насоса и трубопровода оценить различные варианты регулирования напора и подачи ЦН на этапе проектирования или модернизации.

       Разработаны методики, aлгоритмы и составлены пакеты программ рaсчетa электромaгнитных и электромеханических процессов в электроприводе центробежных механизмов. Это позволило создать математические модели объектов, а также провести исследовaние и aнaлиз процессов и энергетических покaзателей МЦД с регулируемым электроприводом [4,5,6]. Получен аппарат для определения энергоэффективности модернизации существующих и проектирования новых насосных агрегатов центробежного действия.

На этой базе может решаться следующая задача - создание объектно - ориентированных систем электропривода, максимально учитывающих параметры и специфику работы МЦД.

Необходимо определить рaциональные схемы силовых преобразователей для построения приводов МЦД с уче­том существующего уровня рaзвития силовой элементной бaзы. Учеными кафедры проведен сопостaвительный aнaлиз возможных систем регулируемого электроприводa МЦД. Наиболее перспективные схемы, «преобразватель частоты – асинхронный двигатель» и «машина двойного питания», определены объектами дальнейших исследований. Обоснованы области возможного использования этих систем электропривода.

 Разработка энергосберегающих систем электропривода в значительной степени сводится к определению законов и алгоритмов управления, минимизирующих потери в отдельных элементах этих систем во всех режимах их работы.

Разработаны математические модели для аналитического и численного исследования частотно-управляемого электропривода ЦН, на которых получены параметры оптимального, по минимуму потерь, управления АД, учитывающего нелинейность системы, геометрию и материал сердечника машины и другие факторы [7,8]. Полученная методика позволяет повысить точность расчета оптимального закона изменения магнитного потока регулируемого по частоте АД, учесть параметры ЦН,  трубопровода и двигателя, может служить основой для проектирования систем электропривода агрегатов центробежного действия.

Результаты теоретических исследований и накопленный практический опыт позволяют ученым кафедры обоснованно подходить к решению важной и своевременной для промышленности страны задачи - разработке энергосберегающих систем электропривода механизмов центробежного действия.

 

Литература

 

          1. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов.-М.:    Энергия, 1972.

       2. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов // Электротехника. 1995. №7 с3-8.

          3. Лезнов Б.С. Частотно-регулируемый электропривод насосных установок.-М.: Машиностроение, 2013.

4.           Мустафин М.А. Математическая модель и программа расчета переходных процессов асинхронного электропривода привода центробежных механизмов // Труды университета КарГТУ, 2006, №4, с. 86 – 92.

          5. Мустафин М.А. К расчету энергетических показателей насосных агрегатов // Вестник Павлодарского государственного университета 2006, №4

          6. Мустафин М.А. Расчет энергетических характеристик электроприводов центробежных механизмов в динамических режимах // Труды университета КарГТУ, 2007, №1, с. 80 - 86

7.                 МустафинМ.А., Алмуратова Н.К. International Journal of Pharmacy & Technology. Calculation of transient processes of electric drives of centrifugal mechanisms. IJPT| Sep-2016 | Vol. 8 | Issue No.3 | Indian.

        8.Алмуратова Н.К. Регулируемый электропривод центробежных агрегатов. Аспекты энергосбережения. Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП – 2016. Пермь, 3-7 октября 2016г.