Методы и технические средства энерго- и ресурсосберегающего управления турбомеханизмами

• Автор: Гоппе, Гарри Генрихович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 326 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Функциональные схемы систем управления производительностью турбомеханизмов

1.1. Общие положения.

1.2. Функциональные схемы систем управления производительностью

турбомеханизмов с использованием метода дросселирования.

1.3. Функциональные схемы систем управления производительностью

турбомеханизмов с использованиехМ метода байпасирования.

1.4. Функциональные схемы систем управления производительностью

турбомеханизмов с использованием регулируемого по частоте вращения электропривода

Выводы.
Глава 2. Математические модели расходов потоков жидкостей и газов в трубопроводных магистралях.
2.1. Общие положения.
2.2. Математическая модель потока жидкости в трубопроводе в статике
2.3. Анализ статической математической модели расхода жидкости в трубопроводной магистрали.
2.4. Понятие о ОЯхарактеристиках трубопроводной магистрали
2.5. Коэффициент полезного действия трубопроводной магистрали
2.6. Математическая модель потока жидкости в трубопроводе в динамике
2.7. Анализ динамической модели при возможных управляющих воздействиях.
2.8. Экспериментальная проверка адекватности математической модели потока жидкости в трубопроводе и реального объекта
Выводы.
Глава 3. Математические модели энергетических процессов в турбомехаиизмах
3.1. Общие положения.
3.2. Математическая модель энергетических процессов в турбомеханизме
3.3. Исследование рабочих характеристик турбомеханизмов
3.4. Искусственные характеристики турбомеханизмов
Выводы.
Глава 4. Совместные характеристики магистрали и турбомеханизма при различных методах управления производительностью и их сравнительные энергетические показатели
4.1. Общие положения.
4.2. Совместные напорные характеристики турбомеханизма и магистрали при отсутствии статического напора
4.3. Сравнительная оценка энергетических затрат двух методов управления производительностью турбомеханизмов при отсутствии статического напора
4.4. Оценка энергетических показателей управления производительностью турбомеханизмов методом дросселирования при наличии статического напора различной величины.
4.5. Оценка энергозатрат при управлении производительностью турбомеханизмов изменением частоты вращения и наличии статического напора различной величины
4.6. Сравнительная оценка энергоэффективности двух способов управления производительностью турбомеханизмов при различных величинах статического напора
4.7. Сравнительная оценка энергоэффективности управления производительностью турбомеханизмов методами дросселирования и байпасирования.
4.8. Статические характеристики двух способов управления производительностью в системе турбомеханизмтрубопроводная магистраль при различных величинах статического напора.
Выводы.
Глава 5. Минимизация энергетических потерь в асинхронном электроприводе гурбомеханизмов.
5.1. Общие положения.
5.2. Анализ энергетических потерь в асинхронном электроприводе при питании от электрической сети
5.3. Исследование характера КПД асинхронного двигателя при изменении нагрузки.
5.4. Оптимизация энергетических потерь в АД при изменении нагрузки вниз от номинальной.
5.5. Количественная оценка энергосберегающего управления при минимизации энергетических потерь изменением питающего напряжения
5.6. Энергетические показатели АД при установившихся режимах на искусственных характеристиках.
5.7. Энергетические характеристики АД при частотном регулировании скорости
5.8. Оценка энергетических показателей преобразователей частоты ПЧ
5.9. Относительное изменение коэффициента полезного действия регулируемого электропривода.
Выводы.
Глава 6. Сравнительная оценка полных энергетических затрат двух методов управления производительностью турбомеханизмов и эффективность предлагаемых решений
6.1. Общие положения.
6.2. Момент нагрузки и величины КПД электропривода при различных режимах работы турбомеханизмов
6.3. Зависимость момента нагрузки от производительности и частоты вращения турбомеханизма
6.4. Сравнительная оценка полных энергетических показателей двух методов управления производительностью турбомеханизмов при различной величине статического напора.
6.4.1. Сравнение энергозатрат при отсутствии статического напора Нст 0
6.4.2. Сравнение энергозатрат при наличии статического напора
6.4.3. Сравнение энергозатрат двух методов управления производительностью турбомеханизмов с использованием средних величин общих КПД в заданном диапазоне изменения производительности
6.5. Экономическая эффективность предлагаемых решений
Глава 7. Автоматические системы управления выходными, переменными для двух методов управления производительностью турбомеханизмов
7.1. Общие положения.
7.2. Возможные виды математических моделей АД и выбор модели для решения конкретных задач.
7.2.1. Математическая модель АД для электромеханических переходных процессов
7.2.2. Математическая модель АД, учитывающая электромагнитные переходные процессы
7.3. Математические модели преобразователя частоты.
7.4. Математическая модель АД для напора в диктующей точке простейшей гидравлической схемы.
7.5. Структурная схема системы управления производительностью турбомеханизмов с использованием метода дросселирования .
7.6. Структурная схема системы управления производительностью изменением скорости вращения турбомеханизма с помощью асинхронного электропривода
7.7. Структурная схема системы управления давлением в диктующей точке с использованием метода дросселирования
7.8. Структурная схема системы управления давлением в диктующей точке при использовании в качестве управления частоты вращения электропривода.
Выводы.
Глава 8. Методы управления электроприводами турбомеханизмов для решения специфических задач ресурсосбережения
8.1. Общие положения.
8.2. Состояние проблемы самозапуска электроприводов
8.3. Корректировка математических моделей к условиям работы устройств технологической схемы
8.3.1. Приведение диаметров участков трубопроводной магистрали к эквивалентному.
8.3.2. Расчет суммарных коэффициентов сопротивления трубопровода
8.3.3. Определение моментов трения и приводимых моментов инерции
вращающихся частей электропривода и турбомеханизма.
8.4. Структурная схема динамической системы, исследуемой с целью обеспечения самозапуска электроприводов.
8.5. Исследование на математических моделях переменных, определяющих энергетические и технологические критерии самозапуска.
8.6. Технические средства самозапуска.
8.7. Использование результатов вычислительных экспериментов с математическими моделями технологических комплексов для организации алгоритмов самозапуска.
Заключение
Список использованной литературы


Заметим, что данный метод изменения производительности используется существенно реже, чем метод дросселирования, поскольку, как будет показано ниже, КПД данного способа сравним с методом дросселирования. Рис. Управление технологическими переменными с использованием для изменения производительности трубопровода метода байпасирования. Для дайной функциональной схемы еще более важной является задача получения математических моделей для расхода потоков, как общего Ой, так и полезного О и обратного . Функциональные схемы систем управления производительностью турбомеханизмов с использованием регулируемого на частоте вращении электропривода. Наиболее перспективным с позиций энерго и ресурсосбережения является способ управления производительностью турбомеханизмов изменением их напора за счет регулирования частоты вращения электропривода. Иногда, для управления скоростью турбомеханизма рассматриваются и альтернативные варианты. В частности, между валом электродвигателя и турбомеханизмом могут устанавливаться механические вариаторы или муфты скольжения гидравлические, электромагнитные. Но это или усложняет конструкцию, или снижает эффект энергосбережения. Поэтому вариант регулируемого по частоте вращения электропривода остается наиболее предпочтителышм. Мы не будем обсуждать все возможные способы управления частотой вращения асинхронных двигателей, сузив их рассмотрением только тех, которые характерны для АД с короткозамкнутым ротором. Да и здесь примем во внимание только те методы, которые связаны с установкой между питающей сетью и электромеханическим преобразователем устройства, называемого электрическим преобразователем. Это могут быть или преобразователь частоты или преобразователь напряжения. В дальнейшем мы обоснуем наибольшую эффективность для этих целей преобразователя частоты, пока же в функциональной схеме управления турбомеханизмами можем подразумевать или первый или второй. АД получается очень высокой и регулятор частоты вращения в системе подчиненного регулирования может не использоваться. Поэтому на рис. В случае же использования вместо ПЧ преобразователя напряжения ПН, система управления частотой вращения АД должна быть замкнутой и регулятор частоты вращения становится обязательной составляющей системы управления. Рис. Управление технологическими переменными с изменением производительности турбомеханизма регулированием частоты вращения электропривода. Они могут использовать больший объем информации и реализовать более сложные алгоритмы управления. Для исследования каждой из приведенных систем на этапе проектирования, качественной оценки энергетических затрат, качества регулирования в статике и динамике, сравнения показателей управления между собой необходимо от функциональных схем перейти к структурным, в которых каждый блок схемы представлен в форме математического описания или математической модели. Взаимоувязка математических моделей отдельных устройств между собой позволяет получить математическую модель всей системы управления, будь то управление только производительностью, или другого, зависящего от нее технологического переменного. При этом следует иметь в виду, что для оценки различных показателей приведенных систем управления производительностью турбомеханизмов требуется и соответствующая детализация математического описания. Так учитывая то, что для рассматриваемого класса механизмов характерен установившийся режим работы, то энергетические процессы в каждом устройстве могут быть оценены на основании уравнений статики. Такие же показатели как, быстродействие, величины перерегулирования, колебательность или монотонность переходных процессов оцениваются с использованием уравнений динамики или временных математических моделей. Последние существенно сложнее в получении и в решении, для них особенно важно такое качество, как адекватность реальным временным процессам в изучаемых объектах. Поэтому вопросам соответствия математического описания рассматриваемого класса объектов реальным процессам в них уделялось постоянное внимание.