Поиск энергоэффективных режимов работы автоматизированного электропривода калориферных и вентиляторных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Мирном

ПОИСК ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА КАЛОРИФЕРНЫХ И ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК

Андросова А.С., ст. гр. ЭА11-4

Волотковская Н.С., к.т.н., доцент

Аннотация

электропривод калориферный вентиляторный воздушный

В данной статье рассмотрена методика определения рационального режима работы электропривода калориферных и вентиляторных установок для обеспечения заданной температуры и нужного объема исходящего воздушного потока. Определены системы автоматического управления угловой скоростью воздуходувок в калориферных системах отопления и вентиляторных установках.

Ключевые слова: автоматизированный электропривод, вентилятор, калориферная установка, подводящие выработки, подземный рудник.

Основная часть

На всех подземных горнодобывающих предприятиях с целью обеспечения безопасности осуществления производственного процесса согласно правилам воздух, подаваемый в воздухоподающие стволы в холодное время года, необходимо подогревать в шахтных калориферных установках (ШКУ) до температуры не ниже +2 °С. В настоящее время широкое применение нашли газовые и водяные, а в условиях Крайнего Севера - электрические ШКУ. В связи с тем, что объемы подаваемого в шахту (рудник) воздуха значительны по своей величине, на его нагрев также требуется затрачивать колоссальное количество энергоресурсов.

Для работы газовых и водяных ШКУ используется природный газ (на нагрев воды в котельной - для водяных; на разогрев теплообменной камеры - для газовых), для электрических - электрическая энергия. При этом нередко наблюдается ситуация, когда температура подаваемого в шахту (рудник) воздуха значительно превышает температуру +2 °С, что вызывает перерасход энергоресурсов, затрачиваемых на подогрев воздуха.

Кроме того, перегрев воздуха вызывает еще одно негативное явление - возникновение отрицательной общешахтной (общерудничной) естественной тяги (тепловой депрессии) между шахтными стволами, вызванной разностью плотностей воздуха в них. Действуя встречно требуемому направлению движения воздуха, общешахтная (общерудничная) естественная тяга препятствует работе главной вентиляторной установки (ГВУ), увеличивая ее энергопотребление.

Регулирование режима работы вентиляторных установок обусловлено, главным образом, сезонными и суточными изменениями температуры, влажностью и плотностью воздуха, его запыленностью и загазованностью, которая преимущественно зависит от характера производств вентилируемого помещения. Для горного производства наиболее характерно именно запыленность и загазованность выработок, а для процессов обогащения - запыленность цехов и помещений обогатительных фабрик.

Регулируемые электропривода вентиляторных установок используются в системах проветривания тупиковых выработок, калориферных установках для обогрева шахтных стволов в холодное время года, калориферных установках для обогрева производственных помещений, воздуходувок в котельных для сжигания топлива и т.д.

Разнообразие ситуаций и факторов не позволяет сформировать автоматическое управление регулируемым электроприводом вентиляторных установок. Здесь возможен вариант регулирования в ручном режиме управления.

Существуют большие перспективы использования систем автоматического управления угловой скоростью воздуходувок в калориферных системах отопления. Такие системы обычно работают в сочетании воздуходувок с теплоносителями. Калориферы могут быть электрическими или водяными. Оптимальное сочетание количества подогретого воздуха с объемом его подачи требует управлять как воздуходувной установкой, так и теплоносителем. Эта задача требует регулировать угловые скорости воздуходувки и теплофикационного насоса в контуре водяного отопления или электрического нагревателя. Задача осложняется тем, что требуется учитывать температуру атмосферного воздуха. Алгоритм управления необходимо строить таким образом, чтобы обеспечить температурный комфорт отапливаемых помещений, цехов, стволов шахт и рудников в холодный период времени при минимальных затратах на теплоносители.

Небольшие вентиляторы главного проветривания с мощностью электродвигателя до 160 кВт, обычно используют низковольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При мощности от 160 до 400 кВт находят применение низковольтные и высоковольтные асинхронные двигатели с фазным ротором, а при больших мощностях используются высоковольтные синхронные двигатели. В вентиляторах местного проветривания, калориферных установках используются низковольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Выбор регулируемого электропривода для вентиляторных установок принципиально не отличается от выбора привода для насосов. Для вентиляторов, оснащенных асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью до 160 кВт, используется преимущественно низковольтный частотно-регулируемый электропривод.

Для мощных вентиляторов с высоковольтными синхронными электродвигателями мощностью до 4000 кВт используются бестрансформаторные высоковольтные частотнорегулируемые электроприводы с автономным инвертором тока.

Для электроприводов вентиляторных установок мощностью свыше 2000 кВт, оснащенных синхронными электродвигателями возможно применение вентильного двигателя. Следует отметить, что в горной промышленности отсутствуют примеры использования электропривода вентиляторных установок по системе вентильного двигателя. Синхронный частотно-регулируемый электропривод оказывается значительно сложнее и дороже, чем электропривод по системе вентильного двигателя. Поэтому имеются значительные перспективы использования такой системы для вентиляторных установок

Энергетический эффект в вентиляторных установках можно получить, если требуется обеспечение переменной подачи для оптимизации технологического процесса. В этом случае экономически оправдано применение регулируемого электропривода, который в большинстве случаев является дорогостоящим и требует квалифицированного персонала.

Анализ режимов работы вентиляторных установок выполняется для определения основных технологических параметров, необходимых для проектирования систем автоматического управления этих установок. К числу этих параметров относятся:

- наибольшая подача вентилятора за расчетный период (сутки, месяц или год);

- наименьшая подача за расчетный период;

- необходимое давление, соответствующее наибольшей подаче; - необходимое давление, соответствующее наименьшей подаче; - средний диапазон колебаний подачи или давления.

Определяемые технологические параметры и другие исходные данные, используемые для построения системы автоматического управления вентиляторным агрегатом, должны в наибольшей степени соответствовать их фактическим значениям. Значительная часть исходных данных определяется путем построения графиков совместной работы вентиляторов и сети. При этом используются напорные характеристики вентиляторов, характеристики воздуховодов или сети. При работе вентиляторов на воздуховоды или сеть пользуются понятием эквивалентного отверстия.

Результаты построения графиков совместной работы вентилятора и воздуховодов во многом зависят от степени соответствия этих характеристик фактическому состоянию вентиляторов и воздуховодов, что особенно важно для вентиляторных агрегатов большой мощности.

При выполнении анализа режимов работы вентиляторных установок систематизируются данные о годовом потреблении электроэнергии и годовой производительности, об удельных расходах электроэнергии, затрачиваемой на подачу воздуха. Эти данные позволяют подготовить технико-экономическое обоснование на выполнение энергосберегающих проектов.

Принципиальные режимы работы вентиляторных установок регулируются следующими способами:

- дросселирование воздушного потока на всасывающей линии установки с помощью заслонок и задвижек;

- закручивание входящего в рабочее колесо воздуха с помощью специальных направляющих аппаратов, диффузоров и прочих устройств;

- ступенчатое регулирование частоты вращения рабочего колеса механическим или электромашинным способом (изменением числа пар полюсов многоскоростного электродвигателя);

- плавное регулирование частоты вращения рабочего колеса средствами регулируемого электропривода.

Используются в вентиляторных установках и комбинированные способы регулирования режимов их работы, например, закручивание потока воздуха с помощью осевого направляющего аппарата и изменение частоты вращения многоскоростным электродвигателем.

Список литературы

1. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 228-229.

2. Голубцов Н.В., Ефремов Л.Г., Федоров О.В. // Вестник Чувашского университета. 2014. № 2. С. 18-22.

3. Грунтович Н.В., Грунтович Н.В., Ефремов Л.Г., Федоров О.В. // Вестник Чувашского университета. 2015. № 3. С. 40-48.

4. Егорова А.А., Семёнов А.С., Петрова М.Н. // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. С. 840.

5. Каледина Н.О. Вентиляция производственных объектов / учебное пособие. 4-е изд., стер. М.: Издательство МГГУ, 2008. 193 с.

6. Петрова М.Н., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3-2. С. 312-314.

7. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 20. С. 3441.

8. Семёнов А.С. // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2014. Т. 11. № 1. С. 51-59.

9. Семёнов А.С. // Естественные и технические науки. 2013. № 4 (66). С. 296-298.

10. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9-2. С. 29-34.

11. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 5-3. С. 391-395.

12. Семёнов А.С. // Мир современной науки. 2013. № 1 (16). С. 12-15;.

13. Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3-2. С. 314-319; 14. Семёнов А.С. Моделирование автоматизированного электропривода / методические указания по выполнению лабораторных работ. М.: Издательство «Спутник+», 2012. 60 с.; 15. Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232-236.

16. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы электроприводов горного оборудования / монография. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2013. 112 с.

14. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. // Фундаментальные исследования. 2013. № 8-5. С. 1066-1070.

15. Семенов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. 2014. № 3 (71). С. 165-171.

16. Семёнов А.С., Хазиев Р.Р. // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 55. С. 694-698.

17. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. // Фундаментальные исследования. 2015. № 10-3. С. 523-528.

18. Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий / учебное пособие. М.: Издательство «Горная книга», 2011. 260 с.; 22. Хубиева В.М., Петрова М.Н., Семёнов А.С. Проектирование электропривода подборщика путем моделирования. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2015. 96 с.

19. Черенков Н.С., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-4. С. 417-419.

20. Шевчук В.А., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-4. С. 419-423.

21. Semenov A.S. Lower the economic losses in electric networks // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 12. С. 57-59.

Размещено на Allbest.ru