Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В городских насосных станциях часто используются насосы, которые напрямую подключены к питающей сети и неизбежно эксплуатируются с постоянной частотой вращения. При такой работе, функции энергосбережения и ресурсосбережения - экономии электроэнергии и воды - невозможно реализовать, т.к. двигатель постоянно включен на определенную мощность вне зависимости от нужд в данный момент.

Приведу основные способы регулирования подачи жидкости для сравнения с ними способа частотного регулирования.

Дросселирование - достаточно распространенный способ управления работой насосной станции в настоящее время. Регулирование напора происходит за счёт физического изменения поперечного сечения трубопровода при помощи различных устройств (шибер, дроссель-клапан, задвижка и т. п.) При этом рост давления на выходе насоса при закрытии задвижки приводит к сокращению срока службы запорных устройств, уплотнений и т.д., что в свою очередь приводит к увеличению утечек и потерям перекачиваемой жидкости. Также следует отметить необходимость регулярной замены дроссельной заслонки, стоимость которой высока и требует замены ежегодно. Другим недостатком этого способа является очень низкий КПД и однонаправленность (возможность регулирования только в сторону уменьшения) напора насосной станции.

Если насос работает при неизменной частоте вращения, то самым простым и, как правило, повсеместно применяемым способом регулирования его подачи является дросселирование, т.е. использование дроссельной заслонки: неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса, и изменение её положения в зависимости от нужд в данный момент времени, см. рисунок 2.1.

При использовании дроссельных элементов происходит распределение напора на элементах системы. Это распределение напора показано на рисунке 2.1, где ∆H_Д — падение напора на дроссельном элементе. Для поддержания заданного давления в сетевом трубопроводе при изменении расхода жидкости приходится изменять гидравлическое сопротивление регулирующего элемента.

При этом общая гидравлическая характеристика будет иметь более крутой вид. Величина ∆Hд с таким регулированием неуклонно увеличивается.

Рисунок 2.1 – Характеристика насосного агрегата и сети с дроссельным регулированием

Таким образом, чем глубже производится дросселирование регулирующим элементом, тем больше энергетических потерь имеет весь технологический процесс.

Перепуск части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной. Перепуск осуществляется за счёт отведения части потока жидкости с выхода насоса на его вход с помощью задвижки, так производится управление напором. Данный способ затрачивает энергию на циркуляцию жидкости по холостому кругу, при этом, энергия не создает полезной работы, еще больше снижается КПД насосной станции.

Также, к минусам относится однонаправленность (подача регулируется только в сторону уменьшения). Наличие циркуляции безусловно требует устройства циркуляционного трубопровода и установки дополнительной арматуры, что неизбежно усложняет коммуникации трубопроводов в помещении насосной станции. Поэтому данный способ не получил распространения в практике городского водоснабжения.

Ступенчатое регулирование. Ступенчатое регулирование подачи насосной станции осуществляется за счет подключения или отключения насоса. Данный способ является простым в управлении, т.к. не требует дополнительных регулирующих устройств. Однако этот метод не позволяет обеспечить непрерывное и качественное поддержание параметра при изменении потребления и вызывает частые пуски и остановы двигателей, что уменьшает срок службы работы оборудования и требует строительства промежуточного аккумулирующего резервуара для сглаживания колебаний подачи насосной станции.

Изменение угла наклона лопаток рабочего колеса. Управление осевыми насосами можно осуществлять путем изменения угла наклона лопаток рабочего колеса. Данный метод управления насосами обеспечивает возможность изменения расхода в пределах 3-5% от номинального значения. Управление насосами в данном случае можно осуществлять как с остановом, так и без. В случае управления насосами без останова они должны быть оснащены гидравлическими или электрическими приводами для изменения угла наклона лопаток.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насосной установки позволяет осуществить непрерывное регулирование производительности насосной станции с наименьшими затратами электроэнергии, чем в предыдущих вариантах. Но, в свою очередь, оно требует больших затрат на регулирующее оборудование, особенно для установок с большими мощностями, и приводит к ухудшению электромагнитной совместимости с питающей сетью. Но, несмотря на данные недостатки, снижающаяся стоимость регулируемых электроприводов и реальный положительный экономический эффект от применения данного способа, делает частотное регулирование самым перспективным методом регулирования.

В подавляющем большинстве случаев электроприводы насосных устройств водопроводно-канализационных хозяйств являются нерегулируемыми, что не позволяет обеспечить режим рационального электропотребления в условиях переменной нагрузки, определяемой изменением потребности в разные периоды времени. В таких системах водоснабжения (с нерегулируемым электроприводом) регулирование производительности, как правило, осуществляется изменением положения дроссельной заслонки. Данный способ не обеспечивает заметного снижения электропотребления при уменьшении производительности, и приводит к увеличению напора в сети, сокращая эксплуатационный ресурс сетей водоснабжения и технологического оборудования. Поэтому вопрос об энергосбережении на насосных агрегатах тесно связан с правильным выбором способа и устройств регулирования электропривода. Далее мною будет рассмотрен способ изменения частоты вращения рабочего колеса насосной установки более подробно.

3 РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Регулирование скорости вращения рабочего колеса насосной установки можно осуществлять применением в системе специального устройства – частотного преобразователя.

Частотный преобразователь (ПЧ) — электронное устройство для изменения частоты электрического тока (напряжения).

Статический преобразователь частоты представляет собой электронное устройство, которое обеспечивает плавное регулирование скорости трехфазных электродвигателей переменного тока путем преобразования фиксированных значений напряжения и частоты сети в изменяемые величины. Хотя принцип всегда оставался неизменным, в первоначальные ПЧ было внесено много изменений, в частности применены тиристоры, которые в настоящее время управляются с помощью микропроцессора, и цифровые блоки.

С конца 1960-х годов преобразователи частоты изменились коренным образом, в основном, как результат разработки микропроцессорных и полупроводниковых технологий, а также благодаря снижению их стоимости.

Однако, основополагающие принципы, заложенные в ПЧ, остались прежними.

В состав преобразователя частоты входят четыре основных элемента: выпрямитель, промежуточная цепь, инвертор и схема управления. Схема преобразователя частоты изображена на рисунке 3.1

Ниже рассмотрены основные части ПЧ и их назначение и функции в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).

Выпрямитель формирует пульсирующее напряжение постоянного тока при его подключении к трехфазной питающей сети переменного тока. Выпрямители бывают двух основных типов – управляемые и неуправляемые.

Рисунок 3.1 - Блок-схема преобразователя частоты

Промежуточная цепь бывает одного из трех типов:

• преобразующая напряжение выпрямителя в постоянный ток;

• стабилизирующая или сглаживающая пульсирующее напряжение постоянного тока и подающая его на инвертор;

• преобразующая неизменное напряжение постоянного тока выпрямителя в изменяющееся напряжение переменного тока.

Инвертор, который формирует частоту напряжения электродвигателя. Некоторые инверторы могут также конвертировать неизменное напряжение постоянного тока в изменяющееся напряжение переменного тока.

Электронная схема управления, которая посылает сигналы в выпрямитель, промежуточную цепь и инвертор и получает сигналы от данных элементов. Построение управляемых элементов зависит от конструкции конкретного преобразователя частоты.

Общим для всех преобразователей частоты является то, что все цепи управления управляют полупроводниковыми элементами инвертора.

Частотные преобразователи электронного типа часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя или синхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой, в наиболее совершенных преобразователях реализовано векторное управление.

Система частотного регулирования (СЧР) состоит из основного и вспомогательного оборудования преобразовательного звена технических и программных средств, которые служат для выполнения действий по частотному регулированию в технологической инженерной системе или ее отдельных частях.

В состав системы включаются:

• устройства верхнего уровня АСУ ТП, роль которых выполняют промышленные и панельные компьютеры, а также устройства связи обслуживающего персонала с программно-техническим комплексом СЧР;

• устройства нижнего уровня: контроллеры, интеллектуальные реле, устройства связи с управляемым объектом, датчики параметров и так далее;

• устройства и линии связи, необходимые для передачи информации между элементами СЧР;

• дополнительное оборудование: шкафы для размещения элементов (ПТК) программно-технического комплекса, кроссовые шкафы, устройства связи с подсистемами автоматического управления;

• устройства, обеспечивающие электропитание ПТК СЧР;

• программное обеспечение АСУ ТП.

Кроме преобразователей частоты, являющихся основным оборудованием для частотного регулирования, в число оборудования включают:

• силовые трансформаторы, предназначенные для согласования параметров напряжения источника питания, преобразователя и электродвигателя;

• фильтры, установленные на входе и выходе преобразователя частоты;

• силовые высоковольтные и коммутационные и защитные аппараты силовых цепей СЧР, высокого и низкого напряжения.

3.1 Станции частотного регулирования

Станции частотного регулирования (рисунок 3.2) являются основным оборудованием, предназначенным для настройки, мониторинга и автоматической работы насосных агрегатов, включенных в магистраль по обеспечению потребителей горячей и холодной водой, а также для отопления.

Использование такой станции способствует экономии электроэнергии и понижению затрат на эксплуатацию.

Настройка станции позволяет поддерживать параметры работы в автоматическом режиме, разрешает плавный пуск двигателя, служит для защиты оборудования, переводить питание в автоматическом режиме на питание от резервного источника.

Рисунок 3.2 - Блок-модуль, комплексная станция частотного регулирования

Регулирование подачи насосной станции изменением частоты вращения двигателей насосов иллюстрируется рисунком 3.3

Кривая 1 соответствует номинальной (при номинальной частоте вращения привода) напорной характеристике, а кривые 2 - 4 напорным характеристикам при пониженной частоте вращения. Если организовать работу привода насосного агрегата таким образом, чтобы он при изменении параметров технологического процесса (расхода в сети и давления на входе агрегата) изменял частоту вращения, то в итоге можно без существенных потерь энергии стабилизировать давление в сети потребителей.

Рисунок 3.3 - Характеристика насосного агрегата и сети с частотным

регулированием

При таком способе регулирования исключаются потери напора (нет дроссельных элементов), а значит, и потери гидравлической энергии. Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление ещё и по другой причине. Собственно насос, как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия — отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения коэффициента полезного действия насоса _н в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах вращения представлен на рисунке 3.4.

Характеристики

Список файлов ВКР