Энергосберегающие способы выбора параметров и оптимизации управления группой лопастных нагнетателей в нестационарных технологических процессах

• Автор: Николаев, Валентин Георгиевич
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Кашинцево
• Количество страниц: 323 с. : 49 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Режимы работы и энергопотребление насосных и

воздуходувных установок.

1.1.1 Насосные установки.

1.1.2 Воздуходувные установки

1.2 Энергопотребление насосных и воздуходувных установок

1.2.1 Потребление электроэнергии насосными агрегатами

1.2.2 Особенности энергопотребления воздуходувных

установок.
1.2.3 Баланс энергопотребления
1.3 Снижение потерь электроэнергии в насосных и воздуходувных
установках.
1.3.1 Научнообоснованный выбор оборудования
1.3.2 Способы регулирования режимов работы насосных установок
1.3.3 Способы регулирования режимов работы воздуходувных
установок
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Глава 3. РАБОТА ЛОПАСТНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ В
НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ И
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЕГО
РАБОТЫ.
3.1. Условия работы лопастного нагнетателя при поддержании нестационарных процессов и составление целевой функции оптимизации минимизации потребления энергии.
3.2. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя и их
пересчет в зависимости от частоты вращения рабочего колеса
3.2.1. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя
при постоянной частоте вращения рабочего колеса.
3.2.2. Пересчет характеристик лопастного насоса в зависимости от
частоты вращения рабочего колеса
3.3. Построение математической модели виртуального лопастного насоса.
3.4. Исследование влияния статической составляющей требуемого напора и способе управления лопастным насосом на текущее значение его КПД
3.5. Оценка влияния отклонения текущей частоты вращения рабочего колеса от номинальной на снижение КПД насоса вдоль кривых подобных режимов и на КПД частотнорегулируемого привода ЧРП.
3.6. Потенциал энергосбережения и его реализация для оценки эффективности работы лопастных нагнетателей с переменной нагрузкой.
Глава 4. Влияние выбора способа управления лопастным насосным агрегатом и характера распределения нагрузки во времени на определение его оптимальных параметров
4.1. Теоретическое определение энергоэффективных параметров
насоса при переменной нагрузке путем определения положения
оптимума характеристики его КПД.
4.2. Теоретическое определение оптимальных параметров насоса при переменной нагрузке с использованием кривых подобных режимов
4.3. Определение оптимальных параметров лопастного насоса по минимуму затрат энергии численными методами с использованием математической модели виртуального насоса
4.4. Сопоставление теоретических и расчетных значений
оптимальных параметров подбираемых насосных агрегатов, а также сравнение энергоэффективности применения насосов для традиционного и рекомендуемого способов выбора их
параметров.
Глава 5. Сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления насосной установки с одним насосным агрегатом и регулируемым приводом.
5.1. Дросселирование трубопроводной системы
5.2. Стабилизация давления на выходе насосного агрегата
5.3. Минимизация избыточных напоров в трубопроводной системе
5.4. Минимизация избыточных напоров с предварительной
оптимизацией состава насосного оборудования оптимизация
5.5. Сопоставление энергоэффективности различных способов
управления.
Глава 6. Сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления работой группы параллельно подключенных насосных агрегатов с регулируемым приводом при переменной нагрузке
6.1. Особенности работы насосных агрегатов в составе группы при их
параллельном подключении
6.2. Теоретическое определение оптимальных параметров лопастных насосов в зависимости от их числа и характера распределения нагрузки
6.3. Исследование области возможных режимов работы лопастных насосов и оценка влияния ограничений на энергию, потребляемую насосным агрегатом.
6.4. Оптимальное распределение нагрузки между агрегатами методом неопределенных множителей Лагранжа
6.5. Определение минимума потребляемой энергии с использованием оптимизационного метода проекций градиента
6.6. Сравнительный анализ энергоэффективности различных
способов управления работой 1руппы параллельно
подключенных агрегатов
Глава 7. ОБСУЖДЕНИЕ
7.1 Энергосберегающие методы выбора оптимальных параметров лопастных нагнетателей и способов управления ими в нестационарных технологических процессах.
7.1.1 Методика выбора оптимальных параметров лопастных нагнетателей на основе математического моделирования
7.1.2 Методика выбора оптимальных способов управления
лопастными нагнетателями в эксплуатации.
7.2 Практические рекомендации, по модернизации систем
энергоснабжения
Выводы
Литература


При выполнении практических расчетов рекомендуется использовать реальные значения Нф, относящиеся к напорной характеристике РН того насоса, для которого ведется расчет. Для других значений Н зависимости к К Нп могут быть получены с использованием уравнений 1. КПД каскадной схемы. Современные каскадные схемы имеют довольно высокий КПД 0,9 0,. Благодаря этому электроприводы второй группы характеризуются высокими энергетическими показателями. Кроме потерь, зависящих от потерь скольжения, в каскадных схемах имеют место постоянные потери, которые составляют примерно 3 потребляемой мощности. IV IV . Л1 Чк
1. V относительная экономия электроэнергии, зависящая от того, какой способ регулирования применяется и какими насосами оснащена установка. Потери в электроприводах третьей группы, работающих без потерь скольжения, обусловлены потерями в частотных преобразователях, а также снижением КПД электродвигателя изза несинусоидальной формы кривой преобразованного тока. Ког М0Т. С, коэффициент, учитывающий потери за счет несинусоидальности преобразованного тока, С, 0,0, тп КПД частотного преобразователя, гпр 0,,. Европе Г Гц, в США и Японии Гц р число пар полюсов электродвигателя р 1,2,3 . Регулирование частоты вращения многоскоростных электродвигателей осуществляется изменением числа пар полюсов. Поскольку число пар полюсов не может быть дробным, при Гц без учета скольжения частота вращения многоскоростных асинхронных электродвигателей имеет значения , , , 0 обмин и т. Изменяя ступенями частоту вращения электродвигателя, можно дискретно менять положения напорной характеристики насоса. Благодаря этому существенно уменьшаются превышения напоров в режиме минимальных подач. По своему эффекту оснащение насоса многоскоростным электродвигателем равнозначно установке на станции дополнительно небольшого насоса. Хотя этот способ регулирования не ликвидирует превышения напоров полностью, но несколько их уменьшает, обеспечивая более экономичный режим работы насосной установки. В заключение следует еще раз обратить внимание на то, что рассмотренная существующая методика определения экономии электроэнергии, более подробно изложенная в , , является упрощенной, а приведенные формулы являются приближенными, так как при их выводе сделаны некоторые допущения. В частности, не учитывается изменение КПД насоса при изменении частоты его вращения, поскольку при этом экономия электроэнергии, обусловленная снижением напоров, обычно больше, чем потери электроэнергии за счет снижения КПД насоса при изменении его частоты вращения. Тем не менее, эта методика позволяет достаточно быстро и просто оценить прогнозируемую экономию энергии, которая может быть получена при использовании регулируемого электропривода в насосных установках. Сравнение прогнозируемой экономии электроэнергии, определенной по этой методике, с фактической экономией, полученной при внедрении регулируемого электропривода на действующих объектах, показывает, что погрешность вычисления составляет , что может быть приемлемым при разработке практических мероприятий по экономии электроэнергии в насосных установках. Необходимо также отметить, что регулирование частоты вращения требует применения дополнительных устройств, что увеличивает капитальные затраты. Из общей теории подобия физических величин, как упоминалось ранее, вытекает принцип подобия всех турбомашин насосов, вентиляторов, воздуходувок, компрессоров , 6, поэтому способы регулирования режимов работы воздуходувных машин принципиально не отличаются от способов регулирования насосов. Однако конкретные условия работы этих машин различны, режимы потребления воздуха существенно отличаются от режимов водопотребления или режима притока сточных вод или других жидкостей. Кроме того, как уже упоминалось, воздуходувные машины в отличие от насосов перекачивают воздух и другие сжимаемые газы, а не воду и другие несжимаемые жидкости. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе способов рщулирования режимов работы конкретных воздуходувных установок. Но принципиально режимы работы воздуходувных установок регулируются теми же способами, что и насосы.