по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов (стр. 6 из 10)
Если считать, что Мсmax = Мном (Мном – номинальный момент двигателя, Мном = =Рном/ωном), 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 μ0с, а, Sном, а при частотном регулировании – от hс, μ0с, 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 μ0с = 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 (μ0с) на потребляемую мощность в табл. 2.4 приведены зависимости Р1* = f(Q*) для дроссельного и частотного регулирования при μ0с = 0 и hc = 0.
Таблица 2.4
Потребляемая электроприводом центробежного насоса мощность для разных способов регулирования при начальном статическом моменте μ0с=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 μ0с 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 μ0с=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.