Энергоаудит насосных, вентиляторных и компрессорных установок Материал подготовлен Ларионовым В.Н., профессором кафедры «Систем автоматического управления. - презентация

1 Энергоаудит насосных, вентиляторных и компрессорных установок Материал подготовлен Ларионовым В.Н., профессором кафедры «Систем автоматического управления электроприводами»

2 Доля потребления электроэнергии наиболее массовыми потребителями по данным экспертов Европейского Союза Крупные потребители электроэнергии, такие как насосные установки, по стране ежегодно расходуют около 300 млрд. кВт*ч электроэнергии, т.е. примерно 20% всей электроэнергии вырабатываемой энергосистемами страны. Из них на перекачку чистых и сточных вод в России расходуется 12 млрд. кВт·ч электроэнергии.

3 Типы установок H [м] Q [л/с] H [м] Q [л/с] 1. Преодоление высоты 2. Преодоление противодавления плоская характеристика установки: p Пример: водонапорная башня напорный бак подача грунтовых вод Пример: компрессор химические процессы питательные насосы

4 Типы установок H [м] Q [л/с] H [м] Q [л/с] крутая характеристика установки: p потер. ~ 1/d 4 Зависимость от диаметра при одинаковом объеме подачи: 3. Преодоление сопротивления потока Пример: теплообменник отопительная установка p потер. ~ Q 2 p потер. ~ v 2 d x 0,5 p Verlust x 16 Hx 16 H ~ Q 2

5 Типы установок H [м] Q [л/с] Крутая характеристика установки: 4. Ускорение жидкости Пример: вентилятор насосы в открытой системе без разности высот H ~ Q 2 Контроль влажности

6 Семейство характеристик H [м] Q [л/с] 1. высота 2. Противо- давление 3. Сопротивление потока 4. ускорение жидкости Q [л/с] уровень Примеры изменения характеристики установки, обусловленные спецификой эксплуатации фильтр без нагрузки фильтр под нагрузкой H [м]

7 Режимы кондиционер / сушилка > различный объем подача сжатого воздуха водоснабжение > различный расход Пример режима частичной загрузки химия, техника процессов > различное сырье > различная температура > различная концентрация > различные конечные продукты При использовании механического исполнительного элемента (например, дросселя): периодическое неэкономное использование энергии! p

8 Режимы расчет с запасом > из соображений безопасности при проектировании > нежелательные вторичные эффекты (кавитация, газы, увеличение давления...) водоснабжение > запланированное расширение сети насос > промывка линий, фильтров насос > Дополнительные фильтры и решетки > износ крыльчатки (потери в зазоре) > крустификация труб PNPN t t t t обслуживание расширение промывка PNPN PNPN PNPN При использовании механического исполнительного элемента (например, дросселя): Расточительное использование электроэнергии! Пример режима постоянной частичной загрузки

9 Вытесняющая машинаПоточная машина идеально при большом давлении, высоте подачи лучшая производительность возможность самостоятельного всасывания колеблющийся поток жидкости (особенно, при использовании поршней) хорошее решение при большом расходе недорого небольшой объем и вес поршневая машина винтовой компрессор центробежный насос Рабочая машина

10 Рабочая машина. Характеристики M [Нм] n [1/min] квадратичная нагрузочная характеристика M [Нм] n [1/min] различные нагрузочные характеристики постоянный момент в диапазоне регулировки частоты вращения или M ~ n 2 M ~ n M = пост. Машины вытесняющего типаМашина поточного типа используются гораздо чаще по сравнению с машинами вытесняющего типа редко используется в сочетании с крупными приводами

11 Инструментальное обследование и разработка подробных энергетических балансов технологических объектов 1. Изучение схемы электрической и технологической схемы процесса. 2. Поиск фактических параметров, отражающих технологический процесс: Подача (расход) Q, куб.м/ч Создаваемое давление (напор) Н,кгс/см 2 (м) Давление на входе технологической цепи Н вх,кгс/см 2 (м) Фактическая мощность, потребляемая электроприводом из сети Р с, кВт 3. Расчет распределения энергии в технологическом процессе В основу расчетов должен быть заложен принцип энергетического баланса потребляемой электроэнергии и распределение её на потери и затраты при выполнении технологического процесса. Для первичного определения технологических параметров используются установленные на технологическом оборудовании манометры и расходомеры. Для первичного определения показателей работы электродвигателей используются их паспортные данные и фактические показания тока из стационарных приборов (амперметр, киловаттметр и т.д.).

12 Баланс мощности

13 Энергосберегающие мероприятия

14 Схемы способов регулирования подачи Изменение характеристик магистралиРеостатное регулирование Асинхронно-вентильный каскад Частотное регулирование

15 Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса e [кДж/кг] H [м] Q [л/с] цель: изменение расхода e [кДж/кг] H [м] Q [л/с] меры: изменение характеристики насоса (= изменение частоты вращения) жидкость получает только необходимую для процесса энергию! > экономия энергии! типичный диапазон регулировки : 0,5... 1,2 Q n

16 Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса e [кДж/кг] H [м] Q [л/с] крутая характеристика e [кДж/кг] H [м] Q [л/с] плоская характеристика 10,51 с дросселем с DVA DVA с дросселем P [кВт] Q [л/с]10,5 с дросселем DVA P [кВт] Q [л/с]10,5 с дросселем DVA потенциал к экономии есть, но при определенных обстоятельствах невелик большие возможности для экономии энергии

17 Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса e [кДж/кг] Q [л/с] e [кДж/кг] Q [л/с] Существует единственная оптимальная рабочая точка! В диапазоне регулировки 0,5... 1,2 · Q КПД насоса остается оптимальным n Q механический дроссель привод с изменяемой частотой вращения n n nn

18 Потери в преобразователях частоты высоковольтных электродвигателей I t I t I t

19 Энергетические характеристики способов регулирования 1. Изменение характеристик магистрали (задвижка); 2. Реостатное регулирование; 3. Асинхронно- вентильный каскад 4. Частотное регулирование

20 Надежность систем электроснабжения при пуске Асинхронные и синхронные электроприводы: 1. Прямой пуск от сети; 2. Колебания электромагнитного момента при прямом пуске от +5М н до -3М н ; 3. Амплитуда пускового тока (8-9)I н ; 4. Все отказы связаны с выходом из строя статорной обмотки из-за механических вибраций в катушках статора.

21 Прямой пуск от сети скорость момент ток момент скольжение Напряжение на шинах

22 Как следствие - ограничение числа пусков и уменьшение межремонтного периода

23 Плавный пуск момент ток При прямом пускеПри плавном пуске

24 Ограничение тока при пуске ТокМомент Зона прекращения разгона Разгон невозможен скольжение

25 Реализация мероприятий позволит: Обеспечить плавное, программируемое управление запуском технологического оборудования; Обеспечить плавное нарастание пускового тока в статоре и ограничение его в пределах от 2,5 до 3 I н ; Исключить электромагнитные ударные нагрузки в электродвигателях и другом электротехническом оборудовании; Исключить гидравлические удары в агрегатах и напорной арматуре; Появляется возможность получения практически неограниченного числа пусков и остановок агрегатов; Электродвигатели могут быть запущены от сети ограниченной мощности без больших просадок напряжения; Иметь возможность использования одного устройства для запуска нескольких агрегатов, работающих параллельно.

26 Электропривод насосов (вопросы теории расчета): учеб. пособие /А.К. Аракелян, В.Н. Ларионов. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, – 200 с. Рассматриваются основные физические процессы, происходящие в насосных агрегатах и в распределительной сети при транспортировке жидкости. Приводятся основные характеристики насосных агрегатов, внутренних сетей и энергетические аспекты их совместной работы. Методическое обеспечение