Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов  icon

Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов



Смотрите также:
Реферат по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и...
Положение о рейтинговой системе оценке и знаний студента по дисциплине Автоматизированный...
Аннотация примерной программы учебной дисциплины «Автоматизированный электропривод...
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 220301...
Реферат Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов...
Задачи профессиональной деятельности выпускника Требования к результатам освоения основных...
22. робототехника и мехатроника...
Рабочая программа дисциплины «Математические модели технологических процессов» для специальности...
Методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 140601...
«Электропривод телескопического кормораздаточного транспортера»...
Рабочая программа дисциплины автоматизация технологических процессов и производств для...
Методические материалы по курсу лекций (в двух частях) Часть 2...



страницы: 1   2   3
вернуться в начало
скачать

^ 2.3. Электроприводы центробежных насосов.


Турбомеханизмы, к которым относятся и центробежные насо­сы для перекачки воды и других жидкостей, потребляют до 25 % всей вырабатываемой электроэнер-гии. Работа этих систем отлича­ется неравномерным потреблением воды, тепловой энергии, воз­духа в течение суток в зависимости от погодных условий, време­ни года.

Мощность промышленных насосов лежит в пределах от еди­ниц киловатт до нескольких десятков мегаватт. По назначению различают следующие группы насосов: коммунального и промыш­ленного водоснабжения; погружные для подачи воды или нефти из скважин; циркуляционные; питательные; водоотлива; для транс­порта нефти, пульпы и др.

Насосы, как правило, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор в сети составляет обычно не менее 20 % полного напора. Исключением являются циркуляционные насосы, которые могут работать на сеть трубопроводов, практи­чески не имеющую статического напора.

Обычно насосы оснащаются нерегулируемым электроприводом. Регулирование подачи осуществляется при этом практически един­ственным способом – дросселированием на стороне нагнетания.

Регулирование подачи насосов применяют в следующих слу­чаях.

  1. При необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, по требованиям технологического процесса или в связи со случайным изменением потребности в жидкости. Например, подачу жидкости циркуляционным насосом системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теп­лоты, подлежащей отводу; подача воды насосом должна изме­няться соответственно режиму водопотребления.

  2. Если не требуется во время работы регулирование подачи жидкости насосом, но обеспечение требуемой подачи связано с первоначальной подрегулировкой насоса. Например, для подачи жидкости на определенную высоту Н при постоянных расходе Q и сопротивлении гидросети по каталогу выбирается насос с бли­жайшими, но больше требуемых номинальными напором и рас­ходом воды. Поэтому для работы с заданными параметрами напор и (или) расход воды насоса должны быть снижены до требуемых значений. Если насос работает при неизменной скорости, то про­стейшим способом регулирования его подачи является дроссели­рование, т. е. неполное открытие задвижки на напорном трубо­проводе насоса.

Характерным примером являются станции горячего и холод­ного водоснабжения и системы отопления зданий. Механизмы этих станций, выбранные исходя из максимальной производительно­сти, значительную часть времени работают с меньшей производи­тельностью, что определяется изменением потребности в разные периоды времени. По некоторым данным среднесуточная загрузка насосов холодного водоснабжения составляет 50...55 % максималь­ной. Существующие системы водоснабжения с нерегулируемым электроприводом не обеспечивают заметного снижения потреб­ляемой мощности при уменьшении расхода воды, а также обуслов­ливают при этом существенный рост давления (напора) в систе­ме, что приводит к утечкам воды и неблагоприятно сказывается на работе технологического оборудования и сетей водоснабже­ния.

Проиллюстрируем хорошо известную энергетическую и техно­логическую неэффективность дроссельного регулирования пода­чи воды насосом. Мощность, потребляемая насосом, определяет­ся по формуле

, (2.11)

где Р – мощность, кВт; Q – подача, м3/с; Н – напор, м; g – ускорение свободного падения, м/с2; ρ – плотность жидкой среды, кг/м3; η – КПД насоса.

На рис. 2.5 показаны характеристики производительности цен­тробежного насоса при дроссельном и частотном регулировании. Кривая 1 характеризует работу нерегулируемого электропривода на номинальной частоте вращения, кривая 3 характеризует рабо­ту магистрали при полностью открытой заслонке. Значения расхо­да и напора воды приведены на рис. 2.5 в относительных единицах при использовании в качестве базовых величин номинального расхода Qном и номинального напора Нном. При номинальном рас­ходе и напоре насос работает в точке А, а мощность, потребля­емая насосом, пропорциональна площади прямоугольника 0KAL. С уменьшением расхода при нерегулируемом электроприводе (на рис. 2.5 для примера показан расход воды, составляющий 0,6Нном) за счёт дроссельного регулирования происходит изменение сопротивления магистрали (кривая 4), насос работает в точке В кривой 1, что приводит к возрастанию напора, который становится больше номинального, а мощность насоса, пропорциональная площади прямоугольника 0DBF, несущественно отличается от мощности, потребляемой при номинальном расходе, следовательно, и энергопотребление при уменьшенном расходе изменяется незначительно или практически не изменяется.




Рис. 2.5. Характеристики производительности центробежного насоса при дроссельном и частотном регулировании.


На то обстоятельство, что при дроссельном регулировании расхода (подачи) воды возрастает напор (давление) в системе и практически не удаётся снизить энергопотребления, следует обратить особое внимание. Экспериментальные данные по структуре себестоимости перекачки 1 м3 воды по годам показаны на рис. 2.6 [3]. Диаграмма наглядно подтверждает увеличение доли электроэнергии в общих затратах на поднятие и перекачку воды. Учитывая, что возрастание стоимости электроэнергии носит опережающий характер по сравнению со стоимостью других затрат, проблема энергосбережения при ра­боте насосов холодного и горячего водоснабжения приобретает первостепенный характер. Дополнительным аргументом в пользу необходимости внедрения на насосных станциях энергосбере­гающих технологий являются существенные потери (утечки) воды в системе водоснабжения, чему способствует повышение давле­ния (напора) в системе при дроссельном регулировании насосов. В пользу этого говорят и конкретные цифры, приведенные в табл. 2.2, в которой показан расход воды в России на одного жи­теля [3].




Рис. 2.6. Доля электроэнергии (□) в себестоимости перекачки 1 м3 воды.


^ Таблица 2.2

Расход воды на одного человека в России и сопутствующие ему потери



Год

Расход воды на одного человека, л/сут

Потери, %

Всего

В том числе горячей

1994

235

100

65

1999

400

160

40



Таким образом, приведенные соображения объективно подтвер­ждают необходимость перехода от систем дроссельного регулиро­вания насосных агрегатов к системам автоматического управления ими путем автоматического поддержания необходимого техноло­гического параметра, в частности, напора (давления) при изме­няющемся расходе воды за счет применения частотно-регулиру­емых асинхронных электроприводов [5, 7, 8, 9].

Возможности энергосберегающего управления при регулирова­нии скорости электропривода по сравнению с дроссельным регу­лированием проиллюстрированы на рис. 2.5. За счет уменьшения скорости насос работает при снижении расхода в точке С на кри­вой 2 при неизменной характеристике магистрали (кривая 3). Мощность, потребляемая электроприводом в этом случае, пропорци­ональна площади прямоугольника 0ECF, что наглядно иллюстри­рует возможности существенного снижения энергопотребления при внедрении регулируемых электроприводов насосов. Наряду с этим уменьшается при снижении расхода воды и напор в системе, что приводит к уменьшению потерь (утечек) воды.

Приведем методики для приближенной сравнительной оценки энергопотребления при изменении подачи центробежных насосов за счет дроссельного регулирования (ДР) и частотного регу­лирования (ЧР) скорости АД насоса [6].

Как указывалось выше, установившийся режим работы насос­ной установки при постоянной скорости приводного электродви­гателя определяется точкой пересечения характеристики насоса, соответствующей этой частоте, и характеристики магистрали, под­ключенной к насосу. Характеристикой насоса является зависимость напора Н от расхода Q, которую с достаточной степенью точно­сти можно представить в виде:

, (2.12)

где ^ Н – напор насоса при Q = 0 и ω = ωном; ωном – номинальная скорость электродвигателя; С – конструктивный коэффициент насоса, С = (Н-Нном)/Qном2; Qном и Нном – номинальные расход и напор.

Характеристика магистрали определяется следующим выражением:

, (2.13)

где ^ Нс – статический напор (противодавление), соответствующий Q = 0 (закрытой задвижке); R – коэффициент сопротивления магистрали, R=(Нном-Нс)/Qном2.

Характеристики способов регулирования центробежного насоса и магистрали приведены на рис. 2.7.

Мощность, потребляемая насосной установкой из сети:

,

где Рмех – мощность на валу двигателя насоса, Рмех = Мсω; Мс – статический момент нагрузки на валу двигателя; η1 – КПД двигателя.

Регулирование подачи дроссельной заслонкой основано на измене­нии сопротивления магистрали. В этом случае при ω = ωном = const рабочая точка механизма перемещается по Q–Н-характеристике, соответствующей номинальной скорости двигателя, в сторо­ну снижения подачи до точки пересечения с новой характе­ристикой магистрали (точки 1, 2, 3 на рис. 2.7).

При электрическом способе регулирования подачи рабочая точка перемещается по неизменной характеристике магистрали (точки 4, 5, 6, 7 на рис. 2.7). При этом с уменьшением подачи уменьшается и требуемый напор, что приводит к снижению ста­тической мощности, необходимой для работы насоса с задан­ным расходом воды, по сравнению с дроссельным регулирова­нием.




Рис. 2.7. Характеристики способов регулирования центробежного насоса:

1, 2, 3 – рабочие точки при дроссельном регулировании подачи; 4, 5, 6, 7 – рабочие точки при регулировании подачи за счет изменения частоты вращения двигателя


Рассмотрим КПД двигателя при различных способах регулирования подачи без учета потерь в стали и потерь от тока холостого хода.

При частотном управлении, осуществляемом при постоянстве абсолютного скольжения,

,

где ^ Sном – номинальное скольжение двигателя; а – отношение активных сопротивлений фазы статора R1 и ротора R2, a = R1/R2.

При регулировании дроссельной заслонкой, когда ω = ωном = const, КПД двигателя постоянный и вычисляется по формуле η1 = (1-Sном)/(аSном+1).

Чтобы получить расчётные выражения в функции от расхода, скольжение двигателя можно выразить через расход. Для этого в формуле (2.12) заменим (ω/ωном)2 на [(1-S)/(1-Sном)]2 и, решив его совместно с выражением (2.13) относительно S, получим

, (2.14)

где hc = Hc/H; Q* = Qном; .

Зависимость выраженного в относительных единицах момента на валу турбомеханизма при работе его на сеть с постоянными параметрами имеет вид

, (2.15)

где μ – относительный момент на валу турбомеханизма, μ = М/Мсmax (Мсmax – максимальный статический момент на валу механизма, который имеет место при ω= =ωном); μ – статический момент на валу (М) при Q* = 0 (закрытой задвижке), выраженный в относительных единицах, μ= М/Мсmax.

Выражения (2.14) и (2.15) позволяют выразить момент, КПД, скорость и мощность, потребляемую из сети, в функции от расхода воды при заданном противодавлении. Для универсального использования расчётных формул целесообразно определять мощность Р1 в относительных единицах (Р1* = Р1/Рб), приняв в качестве базового значения мощности Рб максимальную статическую мощность на валу двигателя Рсmax при ω = ωном, т.е. Рб = Рсmax= Мсmaxωном.

Если считать, что Мсmax = Мном (Мном – номинальный момент двигателя, Мном = =Рномном), то базовая мощность Рб = Рном.

Выражения для расчёта Р1* при различных способах регулирования подачи насоса принимают следующий вид:

при дроссельном регулировании

, (2.16)

при частотном регулировании

. (2.17)

Выражения (2.16) и (2.17) позволяют рассчитать потребляемую насосом мощность при дроссельном и частотном регулировании в зависимости от расхода жидкости Q* и произвести сравнительную оценку для рассматриваемых способов регулирования. Как следует из (2.16) и (2.17), при дроссельном регулировании для заданного значения Q* потребляемая мощность Р1* зависит от μ, а, Sном, а при частотном регулировании – от hс, μ, а, Sном. Задавая эти параметры для конкретных условий работы насосного агрегата и выбранного двигателя или отрезка серии двигателей, можно рассчитать значения Р1* = f(Q*). В табл. 2.3 приведены относительные значения потребляемой мощности Р1* в функции относительного расхода Q* для дроссельного и частотного регулирования при μ= 0,4; а = 1; Sном = =0,04.

Используя формулы (2.16) и (2.17), можно получить известные зависимости, иллюстрирующие выигрыш в потреблении активной энергии при частотном регулировании по сравнению с дроссельным регулированием. На рис. 2.8 приведены зависимости Р1* = f(Q*) при дроссельном и частотном регулировании, построенные по данным табл. 2.3 для hс = 0. Задавая расход (Qi*) можно рассчитать потребляемую мощность при дроссельном (P1i*1) и частотном регулировании (P1i*2) и определить выигрыш в потребляемой мощности ΔP1*I = P1i*1 - P1i*2, что позволяет рассчитать снижение годовых затрат по стоимости электроэнергии при частотном регулировании асинхронных электроприводов насосных агрегатов по сравнению с дроссельным регулированием.

Как следует из табл. 2.3, с увеличением статического напора hс снижается экономия электроэнергии при внедрении частотно-регулируемого асинхронного электропривода, однако при любых значениях hс система технологической автоматизации обеспечивает поддержание постоянного давления в системе независимо от расхода, что позволяет избегать ненужных избытков давления, свойственных дроссельному регулированию. Это очень важно, так как в коммунальной сфере для существующих систем, не находящихся в аварийном состоянии, каждая лишняя атмосфера, а это давление 10 м водяного столба, вызывает дополнительно 2…7 % потерь воды за счёт утечек [6].


Таблица 2.3


^ Потребляемая электроприводом центробежного насоса мощность при дроссельном и частотном регулировании в зависимости от расхода жидкости и статического напора


Расход

Q*

Р1*

Дроссельное

регулирование

Частотное регулирование

hс=0

hс=0,2

hс=0,4

hс=0,6

hс=0,8

0

0,43

0

0,04

0,11

0,2

0,31

0,2

0,56

0,01

0,08

0,18

0,3

0,42

0,4

0,69

0,08

0,16

0,28

0,41

0,55

0,6

0,82

0,24

0,35

0,45

0,58

0,7

0,8

0,95

0,56

0,64

0,71

0,8

0,87

1

1,08

1,08

1,08

1,08

1,08

1,08



Рис. 2.8. Зависимости P1* = f(Q*) при дроссельном (кривая 1) и частотном (кривая 2) регулировании.


Для оценки влияния начального статического момента (μ) на потребляемую мощность в табл. 2.4 приведены зависимости Р1* = f(Q*) для дроссельного и частотного регулирования при μ= 0 и hc = 0.


Таблица 2.4

Потребляемая электроприводом центробежного насоса мощность для разных способов регулирования при начальном статическом моменте μ=0 и статическом напоре воды hc=0


Способ регулирования

Q*

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Р1* при дроссельном регулировании

0

0,22

0,44

0,66

0,88

1,08

Р1* при частотном регулировании

0

0,01

0,08

0,24

0,56

1,08


Сравнивая данные табл. 2.3 и 2.4, видим, что при снижении μ выигрыш потребляемой мощности при использовании частотно-регулируемых электроприводов уменьшается.

Приведённые выше выражения (2.16) и (2.17) получены в предположении, что КПД насоса равен единице и остаётся неизменным при всех режимах работы. На самом деле КПД насоса меньше единицы и снижается практически при любых отклонениях от номинального режима работы.

Отметим, что при вентиляторном моменте статической нагрузки (при μ=0 и квадратичной зависимости μс от скорости) относительные значения расхода, напора, момента и мощности на валу двигателя (при использовании в качестве базовых единиц их номинальных значений) могут быть выражены в функции угловой скорости следующими выражениями, которые иногда называют законами подобия:

; (2.18)

; (2.19)

; (2.20)

, (2.21)

где ωном, Мном, Рном – номинальные скорость вращения, момент и мощность двигате-ля соответственно.

КПД насоса при этом считается постоянным.


^ 2.4. Электроприводы вентиляторов и турбокомпрессоров.


Вентиляторы занимают среди турбомеханизмов второе место после насосов по распространению в промышленности. Основное их число приходится на вентиляторы санитарно-технического на­значения, осуществляющие кондициониро-вание воздуха в произ­водственных и других помещениях. Несмотря на относительно небольшую мощность этих вентиляторов (до 100 кВт) на их долю приходится значительная суммарная потребляемая энергия.

Мощные вентиляторы используются для увеличения интенсив­ности охлаждения воды в градирнях химических и металлургиче­ских комбинатов. Они имеют невысокую частоту вращения рабо­чего колеса, обычно не более 600 об/мин.

Ограничение допустимой скорости концов лопаток рабочего колеса вынуждает с увеличением диаметра колеса снижать его но­минальную частоту вращения. Вентиляторы имеют большой мо­мент инерции, иногда на порядок и более превышающий момент инерции приводного двигателя, что затрудняет их пуск, а в неко­торых случаях требует применения электрического торможения для быстрой остановки рабочего колеса.

Вентиляторы в отличие от других турбомеханизмов всегда ра­ботают на сеть без противодавления, вследствие чего зависимость момента статического сопротивления на валу приводного двига­теля от скорости носит квадратичный характер, а подводимая к вентилятору мощность без учета потерь на трение в подшипниках пропорциональна кубу скорости. Поэтому для расчета режимов работы вентиляторов можно использовать выражения для закона подобия (2.18)...(2.21).

Вентиляторы разделяются на центробежные и осевые. Характе­ристики центробежных вентиляторов аналогичны характеристи­кам центробежных насосов. Из аэродинамических способов регу­лирования для центробежных вентиляторов широко используется регулирование поворотом лопастей направляющего аппарата. Регулирующий эффект при этом достигается вследствие уменьше­ния сечения входного канала и закручивания потока на входе в рабочее колесо.

Аэродинамическая характеристика дымососа типа ДН – 12,5-1 при регулирова-нии изменением угла θн.а поворота лопастей на­правляющего аппарата и nном = 1000 об/мин показаны на рис. 2.9. Очевидно, что при таком регулировании подачи КПД вентилято­ра будет существенно падать. Поворот лопастей направляющего аппарата может осуществляться как вручную по мере необходимо­сти, так и оперативно с помощью исполнительного двигателя. Одна­ко на практике устройства изменения угла установки направляюще­го аппарата в системах автоматического регулирования использу­ются редко из-за сложности эксплуатации и низкой надежности.

Еще менее экономичным способом регулирования производи­тельности вентиляторов является регулирование шибером сечения выходного канала вентилятора, аналогичное дроссельному регулиро­ванию насосов. При этом происходит не изменение характеристики вентилятора, как в предыдущем случае, а меняется характеристи­ка магистрали, как это происходит в насосных установках.



Рис. 2.9. Аэродинамические характеристики дымососа типа ДН – 12,5-1 при регулировании направляющим аппаратом и nном=1000 об/мин.


Если подачу вентилятора регулировать изменением скорости, то характеристика сети соответствует формуле (2.13) при Нс = 0, т.е. Н = RQ2, а КПД вентилятора во всем диапазоне регулирова­ния остается постоянным.

Мощность, потребляемую из сети двигателем вентилятора (без учёта КПД вентилятора), можно оценить по выражениям, полученным из (2.16) и (2.17) при hс = = 0 и μ= 0. Так, при регулировании шибером

, (2.22)

а при частотном регулировании

. (2.23)

Зависимости потребляемой мощности, построенные по фор­мулам (2.22) и (2.23), показаны на рис. 2.10. Пунктирной линией даны графики мощности двигателя с учетом КПД вентилятора. На рис. 2.10 видно, что потребляемая мощность в частотно-регу­лируемом электроприводе вентилятора значительно ниже, чем при регулировании шибером почти при любых значениях расхода Q*, за исключением точки номинального режима.




Рис. 2.10. Зависимости изменения мощности, потребляемой из сети электроприводом вентилятора, при регулировании шибером (1) и частотном регулировании (2)



Рис. 2.11. Эксплуатационные характеристики осевого вентилятора серии В


Осевые вентиляторы [1] имеют характеристики, показанные на рис. 2.11, которые по форме отличаются от характеристик цент­робежных машин. Отличие состоит в том, что левая часть характе­ристик осевого вентилятора имеет провалы и является неустойчи­вой, из-за чего его работа возможна только в области ниже гра­ничного напора. Правая (рабочая) часть характеристики осевых машин крутопадающая.

Регулирование подачи осевых вентиляторов осуществляется изменением угла установки лопаток рабочего колеса. Обычно по­ворот лопаток производится при остановленном вентиляторе и занимает относительно большой промежуток времени. Этот спо­соб регулирования оказывается практически непригодным для систем автоматического управления. Разработанные конструкции поворота лопаток на ходу существенно усложняют конструкцию вентилятора и снижают его надежность.

Кривые равных КПД осевого вентилятора (см. рис. 2.11) при регулировании поворотом лопаток располагаются перпендикулярно характеристикам Н = f(Q), причем с уменьшением напора КПД заметно падает, в то время как у центробежных машин кривые равных КПД при регулировании направляющим аппаратом рас­полагаются параллельно характеристикам Н = f(Q).

Регулирование производительности осевого вентилятора изме­нением скорости двигателя связано с определенными затрудне­ниями, которых нет в центробежных машинах. Если установить угол поворота лопаток равным, например, θн.а = 47°, то работа на сеть с характеристикой, такой как 0А1, (см. рис. 2.11), т.е. с любой ха­рактеристикой, проходящей левее 0А2, окажется невозможной, так как вентилятор попадает в зону неустойчивой работы.

Работа на сеть с характеристикой, лежащей правее 0А2, напри­мер 0А3, неэкономична, так как несмотря на регулирование ско­рости КПД вентилятора не превысит 0,5. Поэтому зона рацио­нальной работы осевого вентилятора с регулированием только скорости довольно узка и в ряде случаев требуется комбиниро­ванное регулирование: периодическое при значительных измене­ниях характеристики сети посредством поворота лопаток с одно­временным изменением скорости и непрерывное в небольшом диапазоне изменения только скорости. Учитывая сказанное, к ре­гулированию осевых вентиляторов нужно подходить более внима­тельно, чем к регулированию центробежных, проводя предвари­тельный анализ возможных режимов работы.

Особое значение для ряда вентиляторов имеет применение регу­лируемого электропривода, так как по некоторым данным утвер­ждается, что КПД вентиляторов при регулируемом электропри­воде должно быть больше, чем при нерегулируемом, в среднем на 12 % [1]. Кроме повышения КПД применение регулируемого при­вода вентиляторов позволяет в некоторых случаях упростить кон­струкцию турбомашин, исключив направляющий аппарат, а так­же обеспечить одновременную работу двух и более вентиляторов.

В настоящее время тенденции перехода к регулируемому при­воду для вентиляторов стали более очевидными.

Вентиляторы являются механизмами с режимом длительной нагрузки с большой продолжительностью работы в течение года; нагрузка на валу приводного двигателя спокойная, перегрузок не возникает. Вентиляторы обладают большим моментом инерции, что необходимо учитывать при расчете пусковых характеристик электроприводов.

Необходимый диапазон регулирования скорости для вентиля­торов обычно не превышает 2:1. Более глубокое регулирование используется редко, если учитывать кубическую зависимость (см. формулу (2.21)) потребляемой мощности от частоты вращения.

Пуск вентилятора может производиться как при разгруженной машине, т.е. при закрытом направляющем аппарате, так и при полностью открытом. В первом случае максимальный момент при пуске двигателя вентилятора равен примерно 0,4 номинального, во втором – номинальному. При пуске мощных вентиляторов с большим диаметром рабочего колеса обычно требуется ограниче­ние ускорений при пуске во избежание появления чрезмерных динамических напряжений в лопатках рабочего колеса.

Перечисленным требованиям наиболее полно соответствует частотно-регулируемый асинхронный электропривод вентилято­ра. При этом, как правило, можно ограничиться использованием простых и недорогих систем частотного регулирования. Примене­ние этих систем характерно более высокому, чем вентиляторы, классу турбомашин, к которому относятся турбокомпрессоры.

Мощность турбокомпрессоров достигает 18 000 кВт, а в перс­пективе достигнет 25 000 кВт и более. Эти машины предназначе­ны для повышения давления газа и транспортирования его по магистральным трубопроводам.

Турбокомпрессоры в зависимости от степени сжатия газа раз­деляются на воздуходувки со степенью сжатия ниже 1,15; нагне­татели, степень сжатия которых выше 1,15; компрессоры, пред­ставляющие собой машины со степенью сжатия газа более 1,15.

К типичным областям применения турбокомпрессоров отно­сятся генерирование пневматической энергии (энергетические турбокомпрессоры); транспортирование газа по магистральным газопроводам; сжатие воздуха для получения кислорода методом разделения; подача воздуха и кислорода в доменную печь, холо­дильная техника.

Регулирование производительности турбокомпрессоров осуще­ствляется в основном дросселированием на стороне нагнетания, КПД турбомеханизма при этом снижается пропорционально ре­гулированию производительности. Для компрессоров разработана система регулирования путем поворота лопаток направляющего аппарата. КПД при таком регулировании будет выше, чем при дросселировании. Однако применение направляющего аппарата существенно усложняет конструкцию турбокомпрессора и сни­жает его надежность, поэтому этот способ регулирования не по­лучил широкого распространения. Наиболее совершенным спосо­бом регулирования производительности турбокомпрессоров яв­ляется изменение скорости их двигателей.

Характеристики турбокомпрессора типа К–3250-41-1 [1] при различной частоте вращения показаны на рис. 2.12.

Особенность работы турбокомпрессоров состоит в том, что каждой частоте вращения соответствует определенная критиче­ская подача машины, ниже которой ее работа становится неустой­чивой. Причиной неустойчивой работы турбокомпрес-соров является повторяющийся срыв потока с рабочих и направляющих лопаток, что приводит к сильным пульсациям давления, открыванию и закрыванию обратного клапана и возникновению аварийных коле­баний в системе. Такой режим называется помпажным. Работа тур­бокомпрессоров в режимах левее границы помпажа (пунктирная линия на рис. 2.12) недопустима. Отметим, что с уменьшением частоты вращения область помпажных режимов сокращается, вследствие чего при регулировании путем изменения частоты вра­щения становится возможной работа турбокомпрессора с пони­женной подачей.



Рис. 2.12. Характеристики турбокомпрессора типа К–3250-41-1 при различных частотах вращения.


Технологическая необходимость регулирования подачи турбокомпрессорных машин связана с их назначением. Так, режим рабо­ты нагнетателей магистральных газопроводов определяется графи­ком потребления газа на конце газопровода. Задачей регулирова­ния подачи компрессоров в данном случае является обеспечение транспортирования требуемого количества газа при минимальных энергетических затратах. При сокращении потребления газа необ­ходимо снижение его подачи во избежание излишнего повыше­ния давления в трубопроводах. Так как турбокомпрессоры на ма­гистральных газопроводах объединяются в станции, состоящие из нескольких последовательно и параллельно работающих компрес­соров, то регулирование подачи газа ведется ступенчато: измене­нием числа работающих машин. Для плавного регулирования этот метод дополняется дросселированием на стороне нагнетания.

Исследования [1] показали, что применение электроприво­да, обеспечивающего плавное экономичное регулирование ско­рости, дает увеличение КПД компрессорной установки на 25 % по сравнению с регулированием посредством дросселирования и на 12% по сравнению с регулированием с помощью направляю­щего аппарата.

Турбокомпрессоры, нагнетатели и воздуходувки, как правило, являются машинами с режимом длительной нагрузки, вследствие чего их электроприводы должны быть рассчитаны на длительную работу. Они являются быстроходными механизмами с частотой вращения рабочего колеса 3000...20000 об/мин, что определяет целесообразность применения для их приводов высокоскорост­ных двигателей. В тех случаях, когда требуется большая частота вращения рабочего колеса, между двигателем и компрессором устанавливается повышающий редуктор.

Все турбокомпрессоры, за исключением воздуходувок, рабо­тают на сеть с сопротивлением, что определяет зависимость мо­мента сопротивления на валу от частоты вращения.

Пуск турбокомпрессора обычно производится без нагрузки пу­тем соединения полости нагнетания с атмосферой или с полос­тью всасывания, из-за чего максимальный момент при пуске не превышает 0,4 номинального.

Наиболее совершенным способом регулирования производи­тельности турбокомпрессоров является изменение их частоты вра­щения. Основной проблемой при этом является то, что большин­ство двигателей компрессоров являются высоковольтными маши­нами (3, 6 кВ и более). В настоящее время лишь несколько заводов-изготовителей предлагают высоковольтные преобразователи час­тоты, стоимость которых, как правило, намного выше, чем пре­образователей, питающихся от сети 380 В. Кроме того, часто пред­лагаются преобразователи с двойной трансформацией, когда на вход и выход обычного низковольтного преобразователя устанав­ливаются соответственно понижающий и повышающий трансфор­маторы. Такое решение нельзя признать экономичным, так как КПД преобразователя частоты при этом снижается, возрастают материалоемкость и габаритные размеры преобразователя. Исходя из сказанного, следует признать целесообразным либо использо­вание непосредственных преобразователей частоты на основе обы­чных тиристоров, либо двухзвенных высоковольтных преобра­зователей частоты со звеном постоянного тока на основе запира­емых тиристоров.





оставить комментарий
страница2/3
К.Е. Швыткин
Дата30.04.2012
Размер0,66 Mb.
ТипРеферат, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх