Оптимизация электропривода центробежных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Зиновьев, Алексей Юрьевич

• Зиновьев, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зиновьев, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СТРУКТУРЫ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ,

УПРАВЛЕНИЕ КООРДИНАТАМИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН.

1.1 Структуры вентиляторных установок.

1.2.Массовые насосные агрегаты.

1.3. Обзор способов регулирования координат центробежных машин.

1.4. Результаты и выводы.

Глава 2. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН ПРИ УПРАВЛЕНИИ СКОРОСТЬЮ.

2.1. Общие сведения.

2.2. Организация эксперимента.

2.3. Анализ экспериментальных.данных. Граничные режимы.

2.4. Связь между технологическими и электрическими координатами агрегатов с центробежными машинами.

2.5. Результаты и выводы.

Глава 3. ЭЛЕКТРОПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН

ПО СИСТЕМЕ "ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ-АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ".

3.1. Общие сведения.

3.2. Оценка возможностей способа для промышленных центробежных машин.

3.3. Параметрическое регулирование маломощных бытовых вентиляторов.

3.4. Результаты и выводы.

Глава 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ.

4.1. Общие сведения.

4.2. Энергетическая модель ременной передачи.

4.3. Экспериментальная установка.

4.4. Экспериментальное определение параметров модели и ее статистический анализ.

4.5. Модели резонансных явлений в системе двигательременная передача-вентилятор.

4.6. Результаты и выводы.

Глава 5. КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА "РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ".

5.1 Общие сведения.

5.2 Структурные блоки программы.

5.3 Организация программы.

5.4 Результаты и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация электропривода центробежных машин»

Центробежные машины, типичными представителями которых являются вентиляторы и насосы, являются одной из важнейших составляющих парка современных машин. По некоторым оценкам насосные агрегаты и вентиляторы, находящие применение в различных технологических процессах, а также в сфере водоснабжения и вентиляционных системах, составляют около 30% машинного парка и потребляют более 40% производимой энергии. До настоящего времени в них преобладает нерегулируемый электропривод с короткозамкнутым асинхронным двигателем, а управление напором и производительностью осуществляется крайне неэффективным способом- дросселированием.

Появление на широком рынке электронных средств регулирования-преобразователей частоты и возросшая необходимость рационально использовать энергию остро поставило проблему перехода к регулируемому электроприводу массовых центробежных машин.

Диссертация выполнена в рамках этой большой проблемы, и ее основная цель- обеспечить научно-техническую поддержку расширяющемуся использованию регулируемого электропривода массовых центробежных машин посредством решения следующих актуальных задач.

1. Сравнительный анализ возможных способов управления технологическими координатами центробежных машин средствами регулируемого электропривода; обоснование областей применения различных систем.

2. Исследование характеристик системы преобразователь частоты -асинхронный двигатель-центробежная машина, обоснование граничных режимов и новых структур информационных каналов преобразователя частоты.

3. Оптимизация ременных передач вентиляторов по энергетическому критерию.

4. Разработка алгоритмов компьютерных программ, поддерживающих рациональное проектирование электропривода вентиляторной установки.

В основу работы положены результаты исследований регулируемого привода центробежных машин на стендах завода "ЭНА", на кафедрах гидромашиностроения и автоматизированного электропривода МЭИ и на кафедре электропривода технического института г. Билефельд (Германия). Обработка экспериментальных данных велась с использованием аппарата математической статистики. При организации и проведении экспериментальных исследований использовались приемы теории эксперимента.

Работа выполнялась на основе договоров с городскими коммунальными службами, фирмой АО "Союзгидропоставка", а также контракта с фирмой "ИМОФА" (Голландия).

Центробежным машинам- насосам и вентиляторам посвящено громадное количество публикаций Это, в первую очередь, книги и статьи, относящиеся к проектированию, конструированию, оптимизации собственно машин- [10], [12] и многие другие. Имеется весьма обширная справочная литература-[25], [26], [27], [30].

Существенно меньше работ - [20], [7], [8], [23] относится к способам управления центробежными машинами средствами электропривода, поскольку эта возможность лишь недавно стала реальной и эффективной.

Сравнительно немного работ посвящено рациональному проектированию установок с центробежными машинами- насосных станций, вентиляторных агрегатов и т.п. -[12], [14]. В частности, практически отсутствуют (кроме каталогов и справочников) работы по оптимальному выбору с учетом энергетического критерия ременных передач, используемых во многих вентиляционных установках и существенно влияющих на общий КПД агрегата.

В данной работе сделана попытка восполнить отмеченный выше недостаток информации в области создания современных установок с центробежными машинами.

Научная новизна данной работы состоит в получении базы экспериментальных данных, дающей обобщенное представление об энергетических показателях системы преобразователь частоты-асинхронный двигатель- центробежная машина.

Показано, что частотно-регулируемый электропривод- универсальное средство для решения задач оптимизации привода центробежных машин; использование регулирования изменением напряжения не пригодно для работы в длительном режиме при мощностях более 1 кВт и может быть использовано лишь для вентиляторных установок небольшой мощности (сотни ватт) при работе в определенном диапазоне скоростей.

Установлено, что между расходом (производительностью) центробежной машины и током двигателя существует линейная зависимость, что может эффективно использоваться кэк для управления производительностью вентилятора, так и для измерения текущего расхода.

Определена область допустимой работы частотно-регулируемого привода центробежной машины в координатах потребляемая мощность-расход и показано, в частности, что при снижении скорости и давления может быть допущена работа в зоне расходов больше номинального.

Разработана полиномиальная модель ременной передачи вентиляторной установки, связывающая потери в передаче с диаметрами шкивов, длиной ремня, количеством ремней, частотой вращения и моментом на валу двигателя. Установлена связь между зонами резонансных явлений и параметрами вентиляторной установки.

Разработан алгоритм компьютерной программы, поддерживающей выбор и проверку электропривода вентилятора с ременной передачей; результаты оптимизации привода вентиляторной установки представлены в виде прикладной компьютерной программы, созданной по контракту с фирмой ИМ О ФА.

Компьютерная программа используются фирмой ИМОФА при проектировании ременных передач и может быть использована в качестве поддержки продажи компонентов вентиляторной установки с использованием ременной передачи.

Выводы, сформулированные в результате исследований, используются при проектировании современных регулируемых электроприводов центробежных машин.

По теме диссертации опубликованы статьи в журналах "Электротехника". "Вестник МЭИ", "Информатика в машиностроении", проведен ряд выступлений на семинарах по энергосбережению и научно-технических конференциях.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Зиновьев, Алексей Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что частотно-регулируемый электропривод- универсальное средство для решения задач оптимизации привода центробежных механизмов с точки зрения оптимизации энергопотребления. Использование регулирования изменением напряжения не пригодно для работы в длительном режиме и может быть использовано лишь для вентиляторных установок небольшой мощности (сотни ватт).

2. Показано, что между расходом (производительностью) и током двигателя при любой частоте, существует линейная зависимость, позволяющая по легко доступной для измерения величине судить о мгновенном или текущем значении расхода, что может эффективно использоваться для управления режимами центробежной машины.

3. Определена область допустимой работы частотно-регулируемого привода центробежной машины в плоскости потребляемая мощность-расход. Показано, что при снижении скорости и давления может быть допущена работа в зоне расходов больше номинального.

4. Предложена энергетическая модель ременной передачи, используемой в ременной передаче и экспериментальным путем определены коэффициенты полиномиальной зависимости, связывающей величину потерь в ременной передаче с рядом влияющих факторов- диаметры шкивов, длина ремня, количество ремней, частота вращения и момент на валу двигателя. Установлена связь между зонами резонансных явлений и параметрами вентиляторной установки с ременной передачей.

5. Результаты оптимизации привода вентиляторной установки представлены в виде прикладной компьютерной программы, созданной по контракту с фирмой ИМОФА.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зиновьев, Алексей Юрьевич, 1998 год

1. Н.Ф. Ильинский. Элементы теории эксперимента. Учебное пособие по курсу Теория инженерного эксперимента.-М.: МЭИ, 1988

2. Вахватов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок. -М.: Стройиздат, 1989

3. Поляков В.В., Скворцов JI.С. Насосы и вентиляторы-М.: Стройиздат, 1990

4. Ключев В.И. Теория электропривода.-М: Энергоатомиздат, 1985

5. Daly В.В. Woods Practical Guide to Fan Engineering/Woods of Colchester Ltd, 1990

6. Каталог Optibelt Power Transmission The Optibelt technical Manual 2 Edition

7. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов.-М.: Вестник МЭИ, 1995.

8. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода. -М.: Вестник МЭИ9. СНиП-П-33-75

9. Бычкова JI.A., Анпилогова Л.И. Повышение эффективности вентиляторных установок.-М.: ЦНИИпромзданий, 1984.-с.65-78.

10. Бычкова Л.И. Рекомендации по расчету гидравлических сопротивлений сложных элементов систем вентиляции.-М.: Стройиздат, 1981.-30с.

11. Бычкова Л.А., Меклер В.Я. Повышение качества проектирования систем вентиляции/ Водоснабжение и санитарная техника, 1982. №8.-с. 27-28.

12. Гримитлин М.И. Новое в проектировании и эксплуатации систем промышленной вентиляции.-Л.: ЛДНТП, 1986.- с.5-11.

13. Огат С. Повышение экономичности вентиляторов и насосов/ Ebara End. Rev.- №108.- 1979.-с.31-37.

14. Ильинсий Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов / Научно-технический семинар.- Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве.-1995

15. Лезнов Б. С. Энергосбережение в насосных установках систем водоснабжения и канализации / Научно-технический семинар.-Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве.-1995

16. Лезнов Б.С. Применение регулируемого привода в насосных установках систем водоснабжения и водоотведения-М.: Вестник МЭИ, 1995.

17. Научно-технический отчет: Разработка рекомендаций по применению регулируемого привода для хозяйственно-пожарных насосов, ТВА, 1995

18. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках-М.: Энергоатомиздат, 1991.

19. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в системах автоматического управления водопроводных и канализационных насосных установках-М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987

20. Кутлер Н.П., Абрамов Б.И. Применение параметрических способов регулирования асинхронных электроприводов насосов / Научно-технический семинар.- Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве.-1995

21. Соломахова Т.С. Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики.- М.: Машиностроение, 1980.176 с.

22. Черкасский В.М. и др. Насосы, вентиляторы, компрессоры.-М.: Энергоатомиздат, 1984.-415 с.27. IMOFA fan cataloque

23. Карелин В.Я. Насосы и насосные станции для водоснабжения pi орошения.-М.: Стройиздат, 1966.

24. Флоринский М.М., Рычагов В.В. Насосы и насосные станции.-М.: Колос, 1967.

25. Воробьев И.И. Ременные передачи.-М.: Машиностроение, 1993.

26. Отчет о научно-исследовательской работе:Проведение испытаний действующих насосных станций и разработка рекомендаций по использованию регулируемого электропривода в системах водоснабжения микрорайонов, МЭИ, 1995.

27. Отчет о научно-исследовательской работе:Проведение испытаний насоса КМ80-50-200/2,5 с регулируемой производительностью с частотно-регулируемым электроприводом. МЭИ, 1994.

28. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. М: Энергоиздат, 1981.

29. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1992.

30. Бычкова Е.В., Прудникова Ю.И. Обзор современных зарубежных преобразователей частоты и опыт их применения / Научно-технический семинар.- Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве.-1995.

31. SIMOVERT MASTER DRIVES Einzel und Mehrmotorantriebe 2,2 bis 2300kW, Cataloge, 1998/99.

32. NSP Siemens-Cataloge, 1998.

33. Товстолес Ф.П. Гидравлика и насосыю. М.-Л.: ГОНТИ НКПТ СССР, 1938.

34. Методические рекомендации по приближенному расчету эффективности применения регулируемого электропривода в насосных установках систем водоснабжения. М.: ВИЭСХ, 1980.

35. Г. Оттерпол, Р. Хюбнер Технические и экономические аспекты применения энергосберегающих электроприводов в насосных и вентиляторных механизмах. М.: Электротехника, 1995.