Выбор рациональных режимов работы и эксплуатации технологических установок и их электроприводов

и их электроприводов Л6 Теоретические основы экономии электроэнергии в турбомеханизмах

Турбомеханизмы (нагнетатели, лопастные машины) – центробежные насосы, вентиляторы, турбокомпрессоры и др.

Назначение – увеличение кинетической и потенциальной энергии потока жидкости или газа воздействием лопаток рабочего колеса на поток.

Особенность – вентиляторная МХ

Потребляют не менее 25 - 40 % вырабатываемой электроэнергии и заключают в себе громадные резервы энергосбережения

Особенности ТМ по условиям работы ЭП
- Мс=f(ω)
- длительный РР
- отсутствие реверсов и торможений
- ограниченный диапазон регулирования скорости
- отсутствие перегрузок

- вал, 4 - лопасти, 5 - патрубок всасывающего трубопровода,

6 - патрубок напорного трубопровода

Осевой насос

1 — корпус;
2 — направляющий аппарат;
3 — рабочее колесо; 4 — лопасти

движущейся жидкости (газу) в единицу времени
т = SVр- масса жидкости,

проходящая через нагнетательную трубу, кг/с; V - скорость жидкости, м/с; S - поперечное сечение нагнетательного трубопровода, м2; р - плотность жидкости, кг/м3.

мощность

С учетом SV=Q - подача насоса, рV2/2=H – напор, мощность и момент на валу двигателя

Принимая, что скорость движения жидкости V=ωR, где: R — радиус колеса

Зависимости момента и мощности

моделей

1. напор Н = р/ρg (ρ — плотность жидкости или

газа; g — ускорение сво­бодного падения), определяемый как разность напоров на выходе и входе насоса (вентилятора) при неизменной номинальной скорости, не будет зависеть от расхода Q в пределах его изменения от нуля до номинала, т. е.
Н=Нном=const,

в относительных величинах Н*=1 Q*=0...1 при ω*=1 (характеристика 1)

обобщенные характеристики:
2 — насосов типа КМ
3 вентиляторов с лопастями, загнутыми назад
4 —вентиляторов с лопастями, загнутыми вперед, полезной мощностью 10...15 кВт

расхода:

Рмех = а + bQ,
в относительных единицах
Pмex*=c + (1-c)Q*,

а, b,

с, — постоянные, зависящие от типа центробежной машины.

допущение хорошо выполняется для насосов (с = 0,4), хуже — для вентиляторов (с = 0,2...0,6 ). В общем случае с = 0,4.

центробежных машин справедливы соотношения подобия.
Для конкретной машины, работающей со

скоростями ωа и ωь:

Из первых двух уравнений с учетом 1-го допущения получены характеристики насоса (вентилятора) напор—расход при регулировании скорости (горизонтальные линии)

М — момент на валу машины,
М= PMex/ω

подобия, применительно к структурам магистрали.
Обобщенная зависимость Н= aQ2.
а —

перекачка жидкости (газа) без подъема

б — перекачка жидкости с подъемом на высоту h

характеристики магистрали при ее постоянном сопротивлении, соответствующем номинальному 1 и половинному 2 расходу

нерегулируемом приводе переход от номинального расхода к половинному происходит за

счет увеличения сопротивления магистрали (крутизны характеристики), т.е. переход от 1 к 2 (дросселирование);
при этом избыток напора ΔН* = 0,75

При регулируемом приводе режим Q* = 0,5 в соответствии с 1-й формулой подобия достигается заданием скорости ω* = 0,5 без какого-либо избытка напора.
.

Гибкость управления технологическими координатами (напором и расходом) достигается при радикальном снижении энергетических затрат ( в 8 раз) в соответствии с 3-й формулой подобия

соответствовало бы уменьшение мощности от 1,0 до 0,7 при дросселировании

согласно

Pмex*=0,4 + (1-0,4)Q*,

при регулировании угловой скорости уменьшение мощности от 1 до 0,125 согласно

Идеализированные энергетические модели центробежных машин позволяют оценивать в любых конкретных условиях эффективность их регулирования.
Если требуются более детальные оценки, то следует пользоваться характеристиками конкретных агрегатов.

при двух способах регулирования расхода

способа регулирования (1 – ВЦД-3,5 и 2 – ВЦД-32 –

регулирование направляющим аппаратом; 3 – ВОД-30 - регулирование направляющим аппаратом и поворотом лопаток колеса; 4 – ВЦД-32 – регулирование скорости вращения с помощью регулируемого электропривода)

экономичность регулирования вентиляторных установок различными способами:
1 – дроссельное регулирование;
2 – направляющим аппаратом; 3 – муфтами скольжения;
4 – реостатное с АД;
5 – каскадными схемами с АД.

может привести к выходу рабочих точек насоса из рабочей зоны,

т.е. к снижению КПД, а в ряде случаев к кавитационному или помпажному режиму.
При снижении частоты вращения развиваемое насосом давление становится равным и ниже давления, создаваемого работой параллельных насосов, или геометрического подъема

КПД зависит как от частоты вращения, так и текущих координат насоса, водовода и противодавления в сети

В какой мере снижение КПД насоса при уменьшении оборотов компенсируется снижением напоров при движении по траектории водовода?

зависимости относительных удельных затрат электроэнергии W* на перекачку единицы объема воды от относительной частоты вращения (ni/nн) насоса при различных значениях противодавления в сети