Регулирование скорости лопастных машин.
Центробежные механизмы для подачи жидкостей и газов (вентиляторы, насосы, нагнетатели, компрессоры) являются основными общепромышленными механизмами, обладающими в масштабах страны наибольшими потенциальными возможностями для значительного сокращения удельного расхода электроэнергии. Особое положение центробежных механизмов объясняется их массовостью, большой мощностью, как привило, длительным режимом работы.
Указанные обстоятельства определяют значительный удельный вес этих механизмов в энергетическом балансе страны. Суммарная установленная мощность приводных двигателей насосов, вентиляторов, компрессоров составляет около 20% от мощности всех электростанций, при этом только вентиляторы потребляют около 10% от всей электроэнергии, вырабатываемой в стране.
Эксплуатационные свойства центробежных механизмов представлены в виде зависимостей напора Н от расхода Q, так и мощности Р от расхода Q. В установившемся режиме работы напор, создаваемый центробежным механизмом, уравновешивается напором гидро- или аэродинамической сети, в которую он подает жидкость или газ.
Статическая составляющая напора, определяется для насосов — геодезической разностью уровней потребителя и насоса; для вентиляторов — естественной тягой; для нагнетателей и компрессоров — давлением сжатого газа в сети (резервуаре).
Точка пересечения Q—H-характеристик насоса и сети определяет параметры Н—Нn и Q—Qn. Регулирование подачи Q насоса, работающего с постоянной скоростью, обычно осуществляется задвижкой на его выходе и приводит к изменению характеристики сети, в результате чего точке ее пересечения с характеристикой насоса соответствует подача QA*< 1.
Рис. 2. Q—H-характеристики насосной установки
По аналогии с электрическими цепями регулирование расхода задвижкой подобно регулированию тока путем увеличения электрического сопротивления цепи. Очевидно, что такой способ регулирования с энергетической точки зрения не эффективен, так как сопровождается непроизводительными потерями энергии в регулирующих элементах (резисторе, задвижке). Потеря на задвижке характеризуются заштрихованной областью на рис. 1.
Так же как и в электрической цепи, более экономично регулирование источника энергии, а не ее потребителя. В электрических цепях при этом ток нагрузки снижается за счет уменьшения напряжения источника. В гидравлических и аэродинамических сетях аналогичный эффект получается при уменьшении напора, создаваемого механизмом, что реализуется снижением скорости его рабочего колеса.
При изменении скорости рабочие характеристики центробежных механизмов видоизменяются в соответствии с законами подобия, которые имеют вид: Q* = ω*, H* = ω*2, P* = ω*3
Скорость рабочего колеса насоса, при которой его характеристика будет проходить через точку А:
Выражение для потребляемой насосом мощности при регулировании скорости имеет вид:
Квадратичная зависимость момента от скорости характерна в основном для вентиляторов, так как статическая составляющая напора, определяемая естественной тягой, существенно меньше Нх. В технической литературе иногда используют приближенную зависимость момента от скорости, которая учитывает это свойство центробежного механизма:
М* = ω*n
где n=2 при при Нс = 0 и nHс>0. Расчеты и эксперименты показывают, что n=2 - 5, причем большие его значения характерны для компрессоров, работающих на сеть со значительным противодавлением.
Анализ режимов работы насоса при постоянной и регулируемой скорости показывает, что избыточный расход энергии при ω=const оказывается весьма существенным. Для примера ниже показаны результаты расчета режимов работы насоса с параметрами Hx* = 1,2; Рх*=0,3 на сеть с противодавлением при различных Hс:
Приведенные данные показывают, что регулируемый электропривод позволяет значительно сократить расход потребляемой электроэнергии: до 66% в первом и до 41% во втором случае. На практике этот эффект может оказаться еще более высоким, так как по различным причинам (отсутствие или неисправность задвижек, ручной привод) регулирование задвижками вообще не применяется, что приводит не только к повышению расхода электроэнергии, но и к избыточным напорам и расходам в гидравлической сети.
Выше рассмотрены вопросы энергетики одиночно работающих центробежных механизмов на сеть с постоянными параметрами. На практике встречается параллельная работа центробежных механизмов, а сеть часто имеет переменные параметры. Например, аэродинамическое сопротивление шахтной сети изменяется при изменении протяженности забоев, гидродинамическое сопротивление сетей водоснабжения определяется режимом водопотребления, который изменяется в течение суток, и т. д.
При параллельной работе центробежных механизмов возможны два случая:
1) одновременно и синхронно регулируется скорость всех механизмов;
2) регулируется скорость одного механизма либо части механизмов.
Если параметры сети постоянны, то в первом случае все механизмы могут рассматриваться как один эквивалентный, для которого справедливы все приведенные соотношения. Во втором случае напор нерегулируемой части механизмов оказывает на регулируемую часть такой же эффект, как противодавление, причем оно весьма существенно, поэтому экономия потребляемой мощности здесь не превышает 10—15% от номинальной мощности машины.
Переменные параметры сети существенно усложняют анализ совместной работы центробежных механизмов с сетью. Энергетическую эффективность регулируемого электропривода в этом случае можно определить в виде области, границы которой соответствуют предельным значениям параметров сети и скорости центробежного механизма.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 228; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!