Энергоаудит насосных, вентиляторных и компрессорных установок

Доля потребления электроэнергии наиболее массовыми потребителями по данным экспертов Европейского Союза
Крупные потребители электроэнергии, такие как насосные установки, по стране ежегодно расходуют около 300 млрд. кВт*ч электроэнергии, т.е. примерно 20% всей электроэнергии вырабатываемой энергосистемами страны. Из них на перекачку чистых и сточных вод в России расходуется 12 млрд. кВт·ч электроэнергии.

Типы установок
H [м]
Q [л/с]
H [м]
Q [л/с]
1. Преодоление высоты
2. Преодоление противодавления
плоская характеристика установки:
p
Пример:
водонапорная башня
напорный бак
подача грунтовых вод
Пример:
компрессор
химические процессы
питательные насосы

Типы установок
H [м]
Q [л/с]
H [м]
Q [л/с]
крутая характеристика
установки:
pпотер. ~ 1/d4
Зависимость от диаметра
при одинаковом объеме подачи:
3. Преодоление сопротивления потока
Пример:
теплообменник
отопительная установка
p потер.~ Q2
p потер. ~ v2
d x 0,5
pVerlust x 16
H x 16
H ~ Q2

Типы установок
H [м]
Q [л/с]
Крутая характеристика
установки:
4. Ускорение жидкости
Пример:
вентилятор
насосы в открытой системе
без разности высот
H ~ Q2
Контроль влажности

Семейство характеристик
H [м]
Q [л/с]
1. высота
2. Противо-
давление
3. Сопротивление
потока
4. ускорение
жидкости
Q [л/с]
уровень
Примеры изменения характеристики
установки, обусловленные
спецификой эксплуатации
фильтр без
нагрузки
фильтр под
нагрузкой
H [м]

Режимы
кондиционер / сушилка
> различный объем
подача сжатого воздуха
водоснабжение
> различный расход
Пример режима частичной загрузки
химия, техника процессов
> различное сырье
> различная температура
> различная концентрация
> различные конечные продукты
При использовании механического исполнительного элемента
(например, дросселя):
периодическое неэкономное использование энергии!
p

Режимы
расчет с запасом
> из соображений безопасности при
проектировании
> нежелательные вторичные эффекты
(кавитация, газы, увеличение давления ...)
водоснабжение
> запланированное расширение сети
насос
> промывка линий, фильтров
насос
> Дополнительные фильтры и решетки
> износ крыльчатки (потери в зазоре)
> крустификация труб
PN
t
t
t
t
обслуживание
обслуживание
расширение
промывка
промывка
PN
PN
PN
При использовании механического исполнительного элемента
(например, дросселя):
Расточительное использование электроэнергии!
Пример режима постоянной частичной загрузки

Вытесняющая машина
Поточная машина
идеально при большом давлении, высоте
подачи
лучшая производительность
возможность самостоятельного всасывания
колеблющийся поток жидкости (особенно,
при использовании поршней)
хорошее решение при большом расходе
недорого
небольшой объем и вес
поршневая машина
винтовой
компрессор
центробежный
насос
Рабочая машина

Рабочая машина. Характеристики
M [Нм]
n [1/min]
квадратичная
нагрузочная характеристика
M [Нм]
n [1/min]
различные нагрузочные характеристики
„постоянный момент“ в
диапазоне регулировки частоты вращения
или
M ~ n2
M ~ n
M = пост.
Машины вытесняющего типа
Машина поточного типа
используются гораздо чаще по сравнению
с машинами вытесняющего типа
редко используется в сочетании с крупными приводами

Инструментальное обследование и разработка подробных энергетических балансов технологических объектов
1. Изучение схемы электрической и технологической схемы процесса.
2. Поиск фактических параметров, отражающих технологический процесс:
Подача (расход) Q, куб.м/ч
Создаваемое давление (напор) Н, кгс/см2 (м)
Давление на входе технологической цепи Нвх, кгс/см2 (м)
Фактическая мощность, потребляемая электроприводом из сети Рс, кВт
3. Расчет распределения энергии в технологическом процессе
В основу расчетов должен быть заложен принцип энергетического баланса потребляемой электроэнергии и распределение её на потери и затраты при выполнении технологического процесса.
Для первичного определения технологических параметров используются установленные на технологическом оборудовании манометры и расходомеры.
Для первичного определения показателей работы электродвигателей используются их паспортные данные и фактические показания тока из стационарных приборов (амперметр, киловаттметр и т.д.).

Баланс мощности

Энергосберегающие мероприятия

Схемы способов регулирования подачи
Изменение характеристик магистрали
Реостатное регулирование
Асинхронно-вентильный каскад
Частотное регулирование

Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса
e [кДж/кг]
H [м]
Q [л/с]
цель:
изменение расхода
e [кДж/кг]
H [м]
Q [л/с]
меры:
изменение характеристики насоса
(= изменение частоты вращения)
жидкость получает только необходимую для процесса энергию!
> экономия энергии!
типичный диапазон регулировки :
0,5 ... 1,2 Qn

Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса
e [кДж/кг]
H [м]
Q [л/с]
крутая характеристика
e [кДж/кг]
H [м]
Q [л/с]
плоская характеристика
1
0,5
1
0,5
с дросселем
с DVA
DVA
с дросселем
P [кВт]
Q [л/с]
1
0,5
с дросселем
DVA
P [кВт]
Q [л/с]
1
0,5
с дросселем
DVA
потенциал к экономии есть, но при определенных обстоятельствах невелик
большие возможности для экономии энергии

Регулировка подачи изменением частоты вращения рабочего колеса
e [кДж/кг]
Q [л/с]
e [кДж/кг]
Q [л/с]
Существует единственная оптимальная рабочая точка!
η
η
В диапазоне регулировки 0,5 ... 1,2 · Q
КПД насоса остается оптимальным
n ~ Q
механический
дроссель
привод с
изменяемой
частотой вращения
η
η
n
n
n
n

Потери в преобразователях частоты высоковольтных электродвигателей
0.8-0.87

Энергетические характеристики способов регулирования
Изменение характеристик магистрали (задвижка);
Реостатное регулирование;
Асинхронно-вентильный каскад
Частотное регулирование

Надежность систем электроснабжения при пуске
Асинхронные и синхронные электроприводы:
Прямой пуск от сети;
Колебания электромагнитного момента при прямом пуске от +5Мн до -3Мн;
Амплитуда пускового тока (8-9)Iн;
Все отказы связаны с выходом из строя статорной обмотки из-за механических вибраций в катушках статора.

Прямой пуск от сети
скорость
момент
ток
ток
момент
скольжение
скольжение
Напряжение
на шинах

Как следствие - ограничение числа пусков и уменьшение межремонтного периода

Плавный пуск
момент
ток
При прямом пуске
При плавном пуске

Ограничение тока при пуске
Ток
Момент
Зона прекращения разгона
Разгон невозможен
скольжение

Реализация мероприятий позволит:
Обеспечить плавное, программируемое управление запуском технологического оборудования;
Обеспечить плавное нарастание пускового тока в статоре и ограничение его в пределах от 2,5 до 3 Iн;
Исключить электромагнитные ударные нагрузки в электродвигателях и другом электротехническом оборудовании;
Исключить гидравлические удары в агрегатах и напорной арматуре;
Появляется возможность получения практически неограниченного числа пусков и остановок агрегатов;
Электродвигатели могут быть запущены от сети ограниченной мощности без больших просадок напряжения;
Иметь возможность использования одного устройства для запуска нескольких агрегатов, работающих параллельно.