Вентиляторные установки

Повышение эффективности работы технологических установок и механизмов

Суммарная установленная мощность приводных двигателей вентиляторов, компрессоров, насосов составляет около 20% от мощности всех электростанций СНГ; при этом только вентиляторы потребляют около 10% от всей энергии, вырабатываемой в содружестве.

Установки c вентиляторным характером нагрузки подразделяются на лопастные и объемные в зависимости от их конструкции. Особенностью лопастных машин является наличие вращающегося колеса с лопастями. Лопастные установки подразделяются на центробежные, осевые и вихревые.

В качестве привода турбомеханизмов небольшой мощности используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, при средней - большой мощности – синхронные.

Особенностью объемных машин является изменение объема рабочей полости. К таким установкам относятся поршневые и роторные.

Наиболее широкое распространение получили центробежные вентиляторы с подачей до 6000м³/мин и осевые вентиляторы с подачей 50 - 100м³/мин.

Большинство мощных вентиляторных установок (горные предприятия) имеют КПД значительно ниже нормы (0,6, а в некоторых 0,3…0,4). Фактически удельный расход мощности в 1,5…2 раза превышает допустимую величину, а общая стоимость перерасхода электроэнергии приводами главных вентиляторов составляет четвертую часть расхода электроэнергии всеми установками за год.

Вентиляторы эксплуатируется вне зоны экономичной работы, т.е. режим работы установок не соответствует параметрам вентиляционных сетей (несоответствие фактических значений эквивалентных отверстий их проектным значениям; наличие больших подсосов воздуха; оборудование вентиляторов нерегулируемым приводом и т.д.).

Причиной низких энергетических показателей вентиляторов являются:

· переменное аэродинамическое сопротивление сети. Вентилятор выбирается на максимальные значения производительности и давления, которые достигаются только через несколько лет работы;

· отличие реальных величин параметров вентиляции (протяженность и сечение выработок, утечки воздуха и др.) от расчетных приводит к тому, что фактический режим работы вентилятора значительно отличается от расчетного;

· изменение величины естественной тяги по времени года, а иногда и в течение суток в зависимости от температуры воздуха.

Пути повышения эффективности работы в вентиляторных установках: согласование режима работы вентилятора с характеристикой вентиляционной сети, повышение КПД вентиляционной сети, повышение эксплуатационного КПД вентиляторных установок; регулирование производительности вентиляторных установок.

Рабочая точка вентилятора определяется как рабочая точка пересечения напорной характеристики вентилятора с характеристикой вентиляционной сети. Она должна лежать на устойчивой части характеристики вентилятора и быть по возможности ближе к точке, соответствующей максимальному КПД вентилятора. Если имеет место неэффективная работа вентилятора, то рабочую точку можно переместить в зону экономической работы как с помощью изменения рабочих параметров вентилятора, так и изменением характеристики вентиляционной сети.

Повышение КПД вентиляционной сети обеспечивается за счёт снижения подсосов (утечек) воздуха через каналы вентилятора и снижением сопротивления (депрессии) вентиляционной сети.

Мощность, потребляемая из сети двигателем вентиляторной установки

, кВт.

Так, если подается Q = 200м³/с воздуха при η_в=0,65, η_д=0,85 и за счет реконструкции вентиляционной сети снизить депрессию на 400Па, то получим годовую экономию (за Т _в=8760ч работы вентилятора)

ΔW=400∙200∙8760∙/(0,65∙0,85)≈1270,

тыс.кВт×ч/год.

Повышение эксплуатационного КПД вентиляторных установок достигается:

· устранением работы осевого вентилятора с перевернутым колесом;

· обеспечением нормативных зазоров рабочего колеса;

· наличием обтекателя перед входом рабочего колеса осевого вентилятора;

· обеспечением нормативных параметров диффузора на выходе осевого вентилятора;

· точной установкой лопаток направляющего аппарата.

Регулирование производительности турбомеханизмов может осуществляться:

· аэродинамическим путем, заключающимся в воздействии на характеристики проточной части (дросселированием или установкой угла атаки лопастей направляющего аппарата). Способ связан с существенным снижением КПД;

· включением и отключением нескольких агрегатов в случае, если работает группа электроприводов;

· изменением скорости вращения с помощью регулируемого электропривода. Это обеспечивает практически неизменный высокий КПД при существенном увеличении капитальных затрат.

Аэродинамическое регулирование осуществляется следующими методами: дросселированием; поворотом лопаток направляющего аппарата; поворотом лопаток рабочего колеса (для осевых вентиляторов) или поворотом закрылок (для центробежных вентиляторов).

Первый способ редко применяется из-за низкой экономичности. Наиболее распространено регулирование направляющим аппаратом. Но у такого метода малая глубина экономичного регулирования. Также появляются пульсации потока и чрезмерные вибрации. Более экономичным способом является третий, но из-за сложности и ненадежности конструкции применяется мало.

Второй вариант регулирования имеет ограничения - по числу пусков нерегулируемых электроприводов из-за опасности выхода из строя электрических машин, с одной стороны, и по числу пусков для технологического механизма ввиду экстремальных технологических нагрузок в пускаемом агрегате при прямом неуправляемом пуске, с другой. Анализ показывает, что при плавном управляемом пуске практически выполняются два приведенных условия. Применительно к приводам переменного тока как вариант схемы управляемого пуска может служить схема с тиристорным регулятором напряжения (ТРН) в цепи статора. Стоимость таких устройств ниже стоимости систем частотно-регулируемого электропривода. Применение пусковых систем повышает время наработки на отказ двигателей в несколько раз, рабочих колес на 15 - 75 % и др.

Наиболее перспективным является регулирование изменением скорости вращения рабочего колеса. Законы эксплуатации турбомашин формулируются: с изменением частоты вращения рабочего колеса турбомашины при постоянной характеристике внешней сети подача (производительность) изменяется пропорционально первой степени, напор - пропорционально квадрату, а потребляемая мощность - пропорционально кубу частоты вращения

Q ₁= Q (n ₁/ n); H ₁= H (n ₁/ n)²; P ₁= P (n ₁/ n)³.

Области экономичной работы центробежных и осевых вентиляторов в зависимости от способа регулирования представлены на рисунке (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). Из рисунка видно, что наибольшая зона экономичной работы у центробежного вентилятора с регулированием скорости.

Анализ кривых Р(Q) показывает, что наиболее экономичным способом регулирования производительности вентиляторов главного проветривания является регулирование посредством изменения скорости вращения, наименее экономичное – дроссельное регулирование. Расчеты показывают, что регулируемый привод позволяет сократить расход потребляемой электроэнергии (до 40%). Более половины этого экономится за счет сокращения потребления в нерабочие дни, когда производительность вентилятора может быть значительно уменьшена.

К достоинствам способа регулирования частоты вращения относятся: высокая экономичность работы; постоянный КПД вентилятора при регулировании с постоянным эквивалентным отверстием; простота конструкции вентилятора за счет исключения направляющего и поворотного устройств; увеличение области экономичной работы и снижение энергопотребления.

Применение регулируемого электропривода дополнительно дает:

· уменьшение числа типоразмеров вентиляторов, повышение серийности и снижение стоимости вентилятора;

· увеличение срока службы вентилятора за счет работы в облегченных режимах при пониженной скорости вращения;

· снижение затрат на производство, передачу и распределение электроэнергии, которое обусловлено сокращением ее потребления почти в два раза.

Дополнительно новая технология энергосбережения в вентиляторных установках с большой суммарной мощностью позволяет регулировать мощность в часы максимума нагрузки и тем самым сократить затраты на электроэнергию при двухставочном тарифе.

Дата добавления: 2014-01-15