WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |
  1. - испытательный участок трубопровода (потоковая ячейка); 2 - испытываемый клапан; 3 - расходомер ТМР-700 и вычислитель расхода;4 - дифманометр; 5 - вентиль продувки при определении эквивалентной площади клапана; 6,7- электропневмоклапан с дросселирующим устройством; 8 - магистральный воздухопровод; 9 - магистральная задвижка; 10 - галогеновая лампа, U=12 В, Р=100 Вт; 11 - фотодиод, фоторезистор; В1В3 - вентили, Ду50

Для обработки сигналов, поступающих с первичных приборов стенда, предлагается использовать комплекс для измерения параметров выработки и потребления сжатого воздуха, созданный специалистами Центра энергосбережения УГГУ для ОАО “СУБР”. Комплекс позволяет просматривать текущие и архивные значения параметров в минутных, часовых и суточных интервалах, выполнять графики и отчеты за произвольный период времени.

Рассматривается система смазки компрессорных установок, являющаяся важной для эксплуатации компрессоров, так как смазка уменьшает износ движущихся частей и снижает потери на трение, повышает герметичность и охлаждает трущиеся поверхности. Для решения проблемы безопасной экономичной эксплуатации поршневых компрессоров предлагается производить перевод этих компрессоров на работу без смазки цилиндров и сальников. Эта задача может быть решена применением композитных материалов нового поколения, которые имеют более совершенные физико-механические свойства и износостойкость по сравнению с ранее применяемым материалом 4К20. В работе дается методика расчета основных элементов для перевода компрессоров на работу без смазки с учетом использования современных материалов.

Произведен анализ систем регулирования производительности компрессоров. На основе этого анализа дается обоснование применения преобразователей частоты (ПЧ) для регулирования поршневых компрессоров.

При регулировании скорости дви­гателя, приводящего в движение поршневой компрессор, его производительность изменяется прямо пропорционально скорости:

, (17)

где – номинальная производительность, м3/мин; – коэффициент регулирования; – номинальная скорость вращения, рад/с; – скорость вращения при регулировании, рад/с.

Мощность на валу компрессора любого типа складывается из внутренней (инди­каторной) мощности Ni, кВт и мощности потерь на трение Nt.

Индикаторная мощность, кВт при определенной ча­стоте вращения определится уравнением:

, (18)

где – индикаторная мощность при номинальной ча­стоте вращения, кВт;

– коэффициент, учитывающий умень­шение индикаторной работы (площади инди­каторной диаграммы), из-за снижения потерь давления вследствие уменьшения скорости движения газа в клапанах и в межступенчатых коммуни­кациях.

Уменьшение скорости движения поршня приводит, с одной стороны, к увеличению объемных утечек через поршневые кольца, неплотности клапанов и сальниковых уплотнений штоков (для поршневых компрессоров двойного действия), с другой - происходит снижение температуры сжатого воздуха за счет увеличения времени теплообмена и как следствие – увеличение КПД компрессора.

Потери мощности на механическое трение (без учета вспомогательных механизмов) также пропорциональны от­носительному изменению частоты вращения вала:.

Относительный удельный расход электроэнергии на режимах регулирования:

, (19)

где – КПД электродвигателя; – механический КПД компрессора,

. (20)

Приведены расчеты, позволяющие количественно обосновать необходимость стабилизации давления в сети на минимальном уровне для снижения расхода (выработки) сжатого воздуха с целью повышения энергоэффективности пневмохозяйства предприятия.

Завершает третью главу обоснование выбора одного из трех вариантов энергосберегающих программ в сфере производства сжатого воздуха.

Выбранный для реализации вариант развития компрессорного хозяйства включает в себя:

1. Внедрение регулирования производительности компрессоров с применением преобразователей частоты для изменения частоты вращения приводного электродвигателя в функции давления сжатого воздуха в сети.

2. Внедрение антифрикционных композитных материалов для перевода компрессоров на работу без смазки цилиндров и саль­ников.

3. Внедрение клапанов СГИ взамен клапанов ПИК.

4. Децентрализация производства сжатого воздуха.

5. Создание и внедрение автоматизированной системы контроля, регистрации параметров и защит компрессорных установок с функцией управления компрессорной станцией с целью поддержания давления сжатого воздуха в сети на минимальном уровне в автоматическом режиме.

6. Модернизация систем охлаждения для повышения термодинамического КПД компрессоров.

Целью модернизации является снижение потребления электроэнергии на производство сжатого воздуха минимум в 1,5 раза.

В четвертой главе рассмотрена практическая реализация результатов исследования.

Рис. 8. Производительность с клапанами ПИК-220 (1) и СГИ-220 (2)

Произведены сравнительные испытания компрессоров 4ВМ10-100/8 с клапанами ПИК и СГИ.

На основании результатов этих испытаний (рис. 8) можно сделать вывод о том, что производительность компрессора с клапанами СГИ увеличилась, а

удельный расход электроэнергии уменьшился. Важным преимуществом клапана СГИ является минимум вдвое больший срок работы, лучшая ремонтопригодность и возможность улучшения конструкции.

Для перевода компрессоров на работу без смазки был выбран оппозитный компрессор находящийся в эксплуатации 10 лет. Были проведены испытания этого компрессора до модернизации, после установки поршневых колец и сальников из композитного материала “БАРС-502” и через один год работы.

Графики (рис. 9), построенные по данным испытаний, отчетливо отображают положительный эффект внедрения колец из композиционного материала. Разница в удельном расходе электроэнергии при практически одинаковом среднем давлении 0,639 МПа до установки и 0,632 МПа – после составила 0,0047 кВтч/м3. Экономия электроэнергии за 8 000 часов и производительности 102 м3/мин:

кВт·ч

Рис. 9. Удельный расход электроэнергии компрессором № 2 и давление сети:

1 давление сжатого воздуха;

2 удельный расход электроэнергии до модернизации;

3 удельный расход электроэнергии без смазки ЦПГ через 1 год после модернизации; 4 удельный расход электроэнергии без смазки ЦПГ после 1 месяца работы после модернизации

Первый опыт применения преобразователей частоты (ПЧ) для поршневых компрессоров реализован на шахте “Черемуховская” ОАО “СУБР”. Из широкой гаммы ПЧ отечественного и зарубежного производства лишь немногие предназначались для синхронного привода. Был выбран ПЧ “Perfect Harmony” фирмы “AsiRobicon”, построенный на базе многоуровнего транзисторного (IGBT) инвертора напряжения для регулирования скорости высоковольтных двигателей переменного тока. В схемах с последовательным соединением однофазных низковольтных инверторов напряжения в каждой фазе нагрузки увеличение количества инверторов позволяет увеличить мощность преобразователя и повысить напряжение на выходе нагрузки при использовании сравнительно низковольтных приборов. Улучшается также качество напряжений и токов на выходе и входе. За счет высокой несущей частоты широтно-импульсного модулирования (ШИМ) (до 1500 Гц) и преобразовательного трансформатора получен различный сдвиг входного напряжения на низковольтных инверторах напряжения, на двигатель подаются практически синусоидальные ток и напряжение (искажения менее 5 %). Необходимость в фильтрах высших гармоник по входу и выходу преобразователя отсутствует. Пульсации момента двигателя практически отсутствуют, что полностью исключает опасность механического резонанса. Улучшается также качество напряжения и тока на входе преобразователя (искажения менее 0,8 %).

При расходе сжатого воздуха менее 300 м3/мин в течение смены и в межсменные перерывы ПЧ обеспечивает стабилизацию давления в сети в диапазоне не более 0,03 МПа и позволяет поддерживать давление без включения-отключения компрессоров. Изменение давления сжатого воздуха в сети и скорости компрессора с ПЧ отображены на графике (рис. 10) при совместной работе с двумя компрессорами.

Рис. 10. Давление (1) и частота вращения (2) двигателя компрессора № 3 при расходе сжатого воздуха менее 300 м3/мин

Достижение необходимой стабилизации давления в сети при большом потреблении сжатого воздуха (300600 м3/мин) возможно при изменении производительности компрессорной станции в диапазоне не менее одной четверти от общего объема потребляемого шахтой сжатого воздуха при диапазоне регулирования, равном 0,010,02 МПа. Это могут обеспечить два компрессора, имеющие частотно-регулируемый электропривод.

Включение второго на шахте “Черемуховская” позволило сузить диапазон регулирования давления до 0,02 МПа (рис. 11). Реально стабилизация давления достигается на заданном уровне с точностью ± 0,005 МПа (на рис. 11 время от 14:09 до 15:09 и от 15:54 до 17:54). Такой результат достигнут после многочисленных настроек преобразователей частоты с последующими снятиями характеристик работы ПЧ и их анализа.

Рис. 11. Давление в сети и частота вращения:

1 давление сжатого воздуха;

2 частота вращения двигателя компрессора № 3;

3 частота вращения двигателя компрессора № 1

К концу 2007 года кроме шахты “Черемуховская” одним преобразователем частоты были оснащены компрессорные станции шахт “Красная шапочка”, “Кальинская” и “Ново-Кальинская”. Два последних преобразователя имеют улучшенные характеристики и другую торговую марку (“Harvest”). Эти преобразователи частоты оснащены промышленным компьютером и сенсорным экраном, что позволяет значительно упростить процесс настройки ПЧ.

Автоматизация процесса регулирования давления сжатого воздуха стала возможной после внедрения систем управления технологическими процессами на компрессорных станциях шахт (АСУТП).

В настоящее время выполнен первый этап внедрения системы управления. В состав системы входит персональный компьютер (РС) на базе Pentium IV, система сбора и обработки сигналов (SCADA), программируемые контроллеры управления, сигнализации и регистрации параметров компрессоров шахты “Черемуховская”, датчики давления и температуры сжатого воздуха, охлаждающей воды и масла, системы смазки механизма движения.

Программное обеспечение РС позволило снять множество характеристик работы компрессорной станции, а их анализ позволил оптимизировать работу компрессоров в энергосберегающем режиме. Для этого опорное напряжение, с которым сравнивается сигнал обратной связи по давлению сжатого воздуха в сети (в микропроцессоре ПЧ), задается АСУТП. На рис. 12 линией 1 показано запрограммированное давление в течение суток, согласно табл. 2, а линией 2 – давление, поддерживаемое в сети при помощи компрессоров с ПЧ.

Таблица 2

Давление сжатого воздуха, задаваемое АСУ для ПЧ в течение суток

Смена

Время, час:мин

1

01:00-03:00

03:00-06:30

06:30-07:30

07:30-09:00

2

09:00-11:00

11:00-14:30

13:30-15:30

15:30-17:00

3

17:00-19:00

19:00-22:30

22:30-23:30

23:30-01:00

Давление, МПа

0,6

0,63

0,6

0,5

Рис 12. Программируемое (1) и реальное (2) давления в сети сжатого воздуха

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

В диссертации, представляющей законченную научно-квалификацион­ную работу, содержится научно обоснованное техническое решение актуальной задачи энерго- и ресурсосбережения при эксплуатации рудничных компрессорных установок.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. РКУ можно считать однородной термодинамической системой, для которой рабочим телом является атмосферный воздух. Несмотря на различие в принципах действия объемных (поршневых и винтовых) и динамических (центробежных) компрессоров, термодинамические процессы, протекающие в них, могут быть приняты одинаковыми.

2. Разработан опытный стенд, оборудованный современной измерительной и регистрирующей аппаратурой с использованием компьютерной обработки данных, для испытания клапанов, позволяющий в динамике наблюдать термодинамические процессы и работу клапана в различных режимах. Программное обеспечение позволяет по результатам испытаний определять параметры замыкающего органа клапана применительно к конкретному типу компрессора и месту установки клапана.

3. Разработана методика расчета элементов пар трения композитный материал – металл цилиндропоршневой группы для перевода компрессоров на режим работы без смазки.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»