Режими роботи, вимоги до електропривода та системи керування електроприводами мбд

2.2.1 Конвеєрні установки

Механізми безперервного транспорту (МБТ) використовують для транспортування у чітко визначеному напрямку і на обмежену відстань різних матеріалів: сировини, палива, руди, деталей машин, товарів широкого вжитку, кормів, а також пасажирів. До таких механізмів належать різноманітні конвеєри, канатні дороги, ескалатори [36, 58].

Конвеєри (транспортери) призначені для транспортування без зупинок на завантаження і розвантаження насипних і штучних вантажів за заданою трасою відповідно до технологічного процесу виробництва [30, 55, 59].

Конвеєри складаються з тягового і несучого органа з підтримувальними і напрямними елементами, ведучого і веденого барабанів, натяжного пристрою, завантажувального і розвантажувального пристроїв, рами. Кінематичні схеми стрічкового конвеєра наведені на рисунку 2.1.

Типи і конструкції конвеєрів визначають за характером переміщуваних вантажів, їх масою, необхідними швидкостями і зусиллями. Так, сипучі й кускові вантажі переміщаються стрічковими, пластинчастими, ківшевими конвеєрами; штучні – роликовими чи підвісними [36, 58].

 

1 – рама конвеєра; 2 – мотор-редуктор; 3 – транспортна стрічка; 4 – барабан приводний натяжний; 5 – барабан неприводний; 6 – роликоопори жолобчасті верхні несучі; 7 – роликоопори плоскі нижні зворотні; 8 – ролики дефлекторні

Рисунок 2.1 – Стрічковий конвеєр

 

Основною конструктивною частиною конвеєрів є замкнений тяговий орган, що безупинно рухається в процесі роботи, виконаний зі стрічки спеціального виготовлення (текстильної, прогумованої), ланцюгів або канатів. Серед конвеєрів на промислових підприємствах частіше за інші можна зустріти стрічкові конвеєри (металургійні заводи, гірські розробки, паливоподачі електростанцій, будівельна і харчова промисловість).

Основними вузлами стрічкового конвеєра є: текстильна прогумована стрічка, що рухається по верхніх і нижніх опорних роликах (несуча конструкція), приводна і натяжна станції, що відводять ролики, призначені для збільшення кута охоплення приводного і натяжного барабанів. Натяжна станція, що забезпечує попередній натяг стрічки, складається з барабана, підшипники якого можуть переміщуватись уздовж горизонтальних напрямних, і вантажу. Завантаження конвеєра відбувається через завантажувальну воронку, розвантаження – до бункера.

До основних параметрів стрічкових конвеєрів відносять: ширину та довжину стрічки, швидкість руху стрічки, діаметр барабана, діаметр опорних роликів, потужність двигуна.

Для визначення статичного навантаження на привод визначають сили опору руху і будують діаграми тягових зусиль [36].

Конвеєри, залежно від їхнього призначення і сфери застосування, можна експлуатувати у найрізноманітніших умовах, у тому числі і вкрай несприятливих. Цей факт визначає необхідність використання для даної групи механізмів електрообладнання, яке за типом і виконанням відповідає вимогам безпечності, надійності, простоти обслуговування.

Найбільш поширеним типом ЕП МБТ є нереґульований ЕП змінного струму на основі асинхронних чи синхронних ЕД. Звичайно при потужності установки до 100 кВт використовують асинхронний двигун (АД) з короткозамкненим ротором з подвійною,,білячою кліткою” чи глибоким пазом, які мають підвищений пусковий момент. При потужності від 200 до 500 кВт – АД з фазним ротором з багатоступеневим пуском. При потужності понад 500 кВт – системи АВК, тиристорний перетворювач – двигун (ТП-Д), багатодвигунний ЕП.

Безперервний, односпрямований характер роботи розглянутих механізмів визначає тривалий режим роботи їх ЕП, що виконуються нереверсивними, за винятком деяких випадків, де потрібна зміна напрямку руху.

Конвеєри суто транспортного призначення мають одну незмінну швидкість руху. Для конвеєрів складальних, фарбувальних і сушильних ліній при зміні складального чи оброблюваного виробу потрібна зміна швидкісного режиму з використанням засобів реґульованого ЕП. За технологічними умовами МБТ вимагають неглибокого реґулювання швидкості у діапазоні .

У сучасному потоковому виробництві робота декількох конвеєрів може поєднуватися загальним виробничим процесом у так звану потоково-транспортну систему (ПТС). У цьому випадку рухи окремих конвеєрів мають бути узгоджені між собою за швидкістю.

Важливою загальною вимогою до ЕП механізмів безперервного транспорту є забезпечення плавності пуску й гальмування з надійним обмеженням прискорення і ривка, а також максимального моменту двигуна та його похідної.

 

До шляхів економії електроенергії на конвеєрному транспорті належать: підвищення середнього завантаження конвеєрів до номінального значення; виключення додаткової роботи конвеєрів на неробочому русі; виключення нераціонального використання скребкових конвеєрів; підтримання високого технічного стану конвеєра; застосування регульованого електропривода [29].

 

2.2.2 Насоси, вентилятори, компресори

Насоси, вентилятори і компресори належать до числа найбільш поширених і енергоємних механізмів на промислових підприємствах, ЕП яких споживає близько 25 % електроенергії, що виробляється в країні. Встановлена потужність приводних електродвигунів складає від часток одиниць до десятків тисяч кіловат [18, 29, 33, 34, 39-41, 45].

За принципом подачі робочого середовища та конструкцією розрізняють такі види механізмів [7, 66]:

насоси – відцентрові, осьові, поршневі, ротаційні, гвинтові і шестеренні;

вентилятори – відцентрові та осьові;

компресори – відцентрові, осьові (турбокомпресори), поршневі, ротаційні і гвинтові.

Найбільшого поширення набули механізми відцентрового типу. На рис. 2.2 наведена схема відцентрового насоса, який знайшов широке застосування в промисловості та комунальному господарстві.

Насосні станції (НС) різноманітного призначення є найважливішими об'єктами життєзабезпечення людини, її господарської та виробничої діяльності. Незважаючи на важливість цих установок, приділяється мало уваги їх удосконаленню, зниженню енергетичних витрат.

Насосні установки (промислового і міського водопостачання, шахтного та кар'єрного водовідливу) – це енергоємні споживачі переважно з незмінною швидкістю обертання робочого колеса, що характеризуються великою продуктивністю, тривалим режимом роботи, обмеженим діапазоном реґулювання швидкості. Насоси належать до класу механізмів, що працюють на загальну гідравлічну мережу з протитиском [39-41, 44, 54].

 

1 – корпус; 2 – робоче колесо; 3 – вал; 4 – лопаті; 5 – патрубки

Рисунок 2.2 – Схема одноступеневого відцентрового насоса

 

На сучасних НУ найбільшого поширення набули лопатеві насоси: відцентрові й осьові. Відцентрові насоси можуть бути як одноступеневі (з одним робочим колесом), так і багатоступеневі (з кількома колесами). Конструктивно, залежно від розташування вала, вони поділяються на горизонтальні й вертикальні насоси.

Як незалежний змінний параметр при побудові робочих характеристик турбомеханізму беруть подачу насоса, тому що вона безпосередньо пов'язана з витратою рідкого середовища в системі трубопроводів насосної установки. Зміна інших гідравлічних параметрів насоса залежить від зміни подачі. Таким чином, до характеристик насоса належать залежності напору Н, потужності Р, коефіцієнта корисної дії від подачі насоса при визначеній частоті обертання робочого колеса діаметром .

В ЕП насосів застосовуються двигуни потужністю від одиниць кВт до декількох МВт. У більшості випадків це електропривод змінного струму – асинхронні та синхронні двигуни.

Вибір системи ЕП визначається, у першу чергу, потрібністю реґулювання подачі установки. Реґулювання може бути як незначним, так і глибоким. Кожен з методів характеризується своїми технологічними можливостями та енергетичними показниками. Найбільш енергетично раціональним є реґулювання параметрів частотою обертання електродвигуна насоса.

У процесі експлуатації режим роботи насосних агрегатів (НА) необхідно змінювати через змінний характер водоспоживання, який не піддається попередньому досить вірогідному прогнозуванню [41].

Відомі способи реґулювання продуктивності НА впливом на комунікаційну мережу (дроселювання), на турбомеханізм (поворот лопаток робочого колеса), ступеневе реґулювання подачі (зміною числа працюючих одночасно турбомашин) належать до простих, але енергетично збиткових методів, оскільки спрямовані лише на розв’язання технологічних задач і не торкаються енергетичних аспектів транспорту води [39, 40]. Істотний економічний ефект виходить за рахунок економії електроенергії шляхом використання реґульованого ЕП, а також за рахунок раціонального керування промисловими установками відповідно до технологічних вимог, що враховують усі аспекти функціонування насосних станцій і енергопостачальних мереж.

Хоча безперечним є факт підвищення ефективності турбомеханізмів при використанні реґульованого ЕП, однак існує цілий ряд факторів, що дозволяє вважати зазначене положення не завжди правильними. При груповому характері навантаження (паралельній роботі декількох аґреґатів) необхідний діапазон реґулювання частоти обертання реґульованого насоса складає всього 7–10 % нижче номінальної швидкості, а при збільшенні числа одночасно ввімкнених аґреґатів – звужується до 3 %, що пояснюється визначеними закономірностями формування гідравлічних режимів у мережі [39, 41]. У таких умовах очевидне недовикористання реґульованого ЕП за своїми регулювальними можливостями. Крім того, при роботі електропривода в області швидкостей, близьких до номінальної, реґульований ЕП виявляється менш ефективним, ніж нереґульований, через наявність втрат енергії в перетворювальних пристроях (до 5 %) [41]. При великому числі працюючих НА ефективною системою ЕП може бути керований за пуском привод, що забезпечує плавний запуск ЕД насоса, а також почерговий запуск інших працюючих турбомеханізмів до підсинхронної швидкості та здійснює реґулювання швидкості в обмежених діапазонах без небезпеки теплового і механічного перевантаження всіх елементів електрифікованого аґреґата.

З огляду на те, що реальний графік подачі при почерговому вмиканні/вимиканні турбоаґреґатів відрізняється від необхідного, у межах одного ступеня необхідне підреґулювання продуктивності до необхідного рівня, що звичайно здійснюється системою реґулювальних засувок. Таке реґулювання супроводжується непродуктивними втратами електричної енергії через наявність втрат у дроселюючому органі (до 30 %). Більш доцільним є реґулювання параметрів зміною частоти обертання двигуна насоса, що дозволяє заощадити до 30–50 % електроенергії, підвищити надійність роботи технологічного обладнання.

Вентиляція має важливе значення у виробничому процесі на підприємствах, оскільки можливість проведення робіт, здоров'я і продуктивність праці робітників значною мірою залежать від стану провітрювання виробничих приміщень і шахт. У вугільній і гірничорудній промисловості експлуатується велика кількість вентиляторних установок (ВУ) головного провітрювання із загальною встановленою потужністю електродвигунів понад 1 млн кВт, а потужність приводів окремих вентиляторів досягає 4000 кВт. ВУ витрачають більше 30 % від споживаної шахтами електроенергії. Разом з тим, переважна більшість установок вентиляторів головного провітрювання працює з ККД меншим за 0,6. Для підвищення ефективності роботи устаткування ВУ необхідно здійснювати реґулювання кількості та тиску повітря, що подається [18, 29, 66].

Реґулювання продуктивності ВУ щодо шкідливих речовин, які виділяються у рудничну атмосферу, є ефективним засобом зниження непродуктивних втрат електроенергії на вентиляцію. Для керування режимами ВУ з мінімізацією споживання електроенергії можна використовувати програмне керування зі стабілізацією режимів засобами привода чи напрямного апарата. Застосування зазначених технічних рішень дозволить знизити витрати електроенергії на 20–25 %.

Таким чином, основними шляхами економії електроенергії в вентиляторних установках є: узгодження режиму роботи вентилятора з характеристикою вентиляційної мережі, підвищення ККД вентиляційної мережі, підвищення експлуатаційного ККД вентиляторних установок; регулювання продуктивності ВУ.

Компресорні установки (КУ) складають основу технологічного обладнання хімічних виробництв, використовуються при видобуванні та переробці нафти, транспортують природний газ по газопроводах, закачують його в підземні сховища, широко застосовуються у холодильній техніці та системах розділення газів, у всіх видах транспорту, подають стиснене повітря для привода пневматичного устаткування та ін. Стиснене повітря є одним з найдорожчих видів енергії, використовуваної в сучасному промисловому виробництві. Витрата електроенергії на виробництво стисненого повітря на багатьох машинобудівних підприємствах складає 20–30 %, а на деяких доходить до 50–70 % від загальної кількості енергії, яку витрачає підприємство. Тому питання підвищення ефективності пневматичного обладнання на даний момент є надзвичайно актуальними. Економічність роботи КУ залежить від багатьох факторів, серед яких особливе місце посідають охолодження аґреґату та утилізація теплоти стиску. Стиск газу є термогазодинамічним процесом, що пов’язаний із процесом охолодження. Необхідність у керуванні охолодженням пов'язана з питанням підвищення економічності виробництва стисненого повітря. Основними причинами низьких енергетичних показників КУ є невиробничі втрати повітря, нераціональні режими охолодження компресорів при виробництві стисненого повітря, нераціональне використання чи невикористання енергії тепла, що відводиться від КУ [49, 52, 66].

Важливе місце у народному господарстві посідають також поршневі компресори. Потужність сучасних поршневих компресорів досягає 4000–5000 кВт. У більшості випадків поршневі машини тихохідні, причому зі збільшенням потужності частота обертання їх нижча. Наявність у кінематичній схемі кривошипно-шатунного механізму та необхідність використання маховика зумовлює наступні особливості поршневих машин як об’єкта електропривода: пульсуючий характер моменту навантаження, залежність пульсацій від частоти обертання привода, підвищений момент інерції, що ускладнює пуск привода, та ін. Для реґулювання частоти обертання поршневих машин можуть використовуватися різні системи реґульованого ЕП на базі системи тиристорний перетворювач–двигун постійного струму, асинхронно-вентильних каскадів.

Економія електроенергії в компресорних установках досягається за рахунок: періодичного контролю ККД компресорів; застосування резонансного наддування поршневих компресорів; зниження наднормативних витоків стисненого повітря і втрат тиску в пневматичних мережах шахт; узгодження режимів роботи компресорної станції з режимом споживаного стисненого повітря; заміна пневматичного обладнання на електрообладнання; використання регульованого електропривода [11, 29].

Практичне заняття № 5