Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

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

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

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Николаев Валентин Георгиевич. Энергосберегающие способы выбора параметров и оптимизации управления группой лопастных нагнетателей в нестационарных технологических процессах : диссертация ... доктора технических наук : 03.00.23 / Николаев Валентин Георгиевич; [Место защиты: Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности].- Кашинцево, 2008.- 323 с.: ил.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА 14

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Режимы работы и энергопотребление насосных и воздуходувных установок 14

1.1.1 Насосные установки 15

1.1.2 Воздуходувные установки 16

1.2 Энергопотребление насосных и воздуходувных установок 17

1.2.1 Потребление электроэнергии насосными агрегатами 17

1.2.2 Особенности энергопотребления воздуходувных установок 21

1.2.3 Баланс энергопотребления 23

1.3 Снижение потерь электроэнергии в насосных и воздуходувных установках 23

1.3.1 Научно-обоснованный выбор оборудования 23

1.3.2 Способы регулирования режимов работы насосных установок ,

1.3.3 Способы регулирования режимов работы воздуходувных 35

установок

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 37

Глава 3. РАБОТА ЛОПАСТНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ В НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ И ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЕГО РАБОТЫ 40

3.1. Условия работы лопастного нагнетателя при поддержании нестационарных процессов и составление целевой функции оптимизации (минимизации) потребления энергии 40

3.2. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя и их пересчет в зависимости от частоты вращения рабочего колеса... 43

3.2.1. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя при постоянной частоте вращения рабочего колеса 43

3.2.2. Пересчет характеристик лопастного насоса в зависимости от частоты вращения рабочего колеса 45

3.3. Построение математической модели виртуального лопастного насоса 49

3.4. Исследование влияния статической составляющей требуемого напора и способе управления лопастным насосом на текущее значение его КПД 60

3.5. Оценка влияния отклонения текущей частоты вращения рабочего колеса от номинальной на снижение КПД насоса вдоль кривых подобных режимов и на КПД частотно-регулируемого привода (ЧРП) 65

3.6. Потенциал энергосбережения и его реализация для оценки эффективности работы лопастных нагнетателей с переменной нагрузкой 81

Глава 4. Влияние выбора способа управления лопастным насосным агрегатом и характера распределения нагрузки во времени на определение его оптимальных параметров 100

4.1. Теоретическое определение энергоэффективных параметров насоса при переменной нагрузке путем определения положения оптимума характеристики его КПД 100

4.2. Теоретическое определение оптимальных параметров насоса при переменной нагрузке с использованием кривых подобных режимов 105

4.3. Определение оптимальных параметров лопастного насоса по минимуму затрат энергии численными методами с использованием математической модели виртуального насоса 109

4.4. Сопоставление теоретических и расчетных значений

4 оптимальных параметров подбираемых насосных агрегатов, а также сравнение энергоэффективности применения насосов для традиционного и рекомендуемого способов выбора их

параметров 120

Глава 5. Сравнительный анализ энергоэффективности различных

способов управления насосной установки с одним насосным агрегатом и регулируемым приводом 130

5.1. Дросселирование трубопроводной системы 130

5.2. Стабилизация давления на выходе насосного агрегата 135

5.3. Минимизация избыточных напоров в трубопроводной системе... 142

5.4. Минимизация избыточных напоров с предварительной 148 оптимизацией состава насосного оборудования (оптимизация)

5.5. Сопоставление энергоэффективности различных способов 155 управления

Глава 6. Сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления работой группы параллельно подключенных насосных агрегатов с регулируемым приводом при переменной нагрузке 171

6.1. Особенности работы насосных агрегатов в составе группы при их параллельном подключении 171

6.2. Теоретическое определение оптимальных параметров лопастных насосов в зависимости от их числа и характера распределения нагрузки 176

6.3. Исследование области возможных режимов работы лопастных насосов и оценка влияния ограничений на энергию, потребляемую насосным агрегатом 191

6.4. Оптимальное распределение нагрузки между агрегатами методом неопределенных множителей Лагранжа 205

6.5. Определение минимума потребляемой энергии с использованием оптимизационного метода проекций градиента 225

6.6. Сравнительный анализ энергоэффективности различных' 5 способов управления работой группы параллельно подключенных агрегатов 233

Глава 7. ОБСУЖДЕНИЕ 272

7.1 Энергосберегающие методы выбора оптимальных параметров лопастных нагнетателей и способов управления ими в нестационарных технологических процессах 272

7.1.1 Методика выбора оптимальных параметров лопастных нагнетателей на основе математического моделирования.. 275

7.1.2 Методика выбора оптимальных способов управления лопастными нагнетателями в эксплуатации 289

7.2 Практические рекомендации, по модернизации систем энергоснабжения 297

Выводы 311

Литература 314

Приложения 333

Приложение 1. Технические характеристики выбранных насосных агрегатов. Характеристики трубопроводных систем и распределение подач в статистических интервалах 334

1.1 - Технические характеристики выбранных насосных агрегатов

1.2 - Характеристики трубопроводных систем и распределение подач в статистических интервалах (Характеристики 5-й насосов)

Приложение 2. Вычисление оптимальных параметров виртуальных насосных агрегатов 338

Приложение 3. Расчет энергопотребления и параметров насосных агрегатов на границах интервалов регулирования подач: 342

3.1. Дросселирование трубопроводной системы

3.2. Стабилизация давления на выходе насосной устанровки.

3.3. Минимизация избыточных напоров (давлений) в

трубопроводной системе.

3.4. Минимизация избыточных напоров в трубопроводной системе с предварительной оптимизацией параметров насосных агрегатов

Приложение 4. Результаты вычисления параметров насосов и энергоэффективности для различных типов агрегатов и способов управления ими при изменении соотношения статической составляющей и полного напора 348

4.1. Насосный агрегат Д-1250-65

4.2. Насосный агрегат СР-3531/865

4.3. Насосный агрегат КМ-100-65-250

4.4. Насосный агрегат Д-3200-75

4.5. Насосный агрегат 600В-1,6/100-0

Приложение 5. Диапазон изменения коэффициента частоты вращения рабочего колеса и критерия подключения (отключения) дополнительного насосного агрегата для различных способов управления 354

Приложение 6. Технические параметры насосных агрегатов, расчет потребляемой мощности и дифференциальных характеристик в зависимости от подачи при фиксированных значениях напоров 356

6.1. Технические параметры насосных агрегатов

6.2. Потребляемая мощность и дифференциальная характеристика насосного агрегата Д-1600-90

6.3. Потребляемая мощность и дифференциальная характеристика насосного агрегата Д-3200-75

Приложение 7. Метод снижения энергопотребления технологического оборудования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод агропромышленного комплекса, (утв. РАСХН 04.12.2007г) 360

Введение к работе

Актуальность.

Защита окружающей среды от загрязнений промышленными и бытовыми стоками требует создания эффективных систем биологической обработки, обеспечивающих высокое качество очистки до ЦЦК, устанавливаемых природоохранными органами к водам, сбрасываемым на природные водные объекты.

В настоящее время наиболее широкое применение получили системы аэробной биологической очистки сточных вод населенных пунктов и предприятий различных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Кроме необходимости обеспечения эффективной и надежной работы этих очистных сооружений все большую остроту и актуальность приобретают вопросы энергосбережения ресурсов и, прежде всего, электроэнергии, необходимой для эксплуатации технологического оборудования сооружений биологической очистки.

Статистика показывает, что на перекачку центробежными насосами чистых и загрязненных вод в России расходуется 120-130 млрд кВт-ч электроэнергии. Стоимость электроэнергии в общей сумме эксплуатационных расходов на водопроводно-канализационных предприятиях при использовании поверхностных вод составляет 40-50%. При использовании подземных вод этот показатель увеличивается до 80%. Несмотря на это, обеспечению экономичных режимов работы насосных установок пока еще уделяется недостаточно внимания. В результате не менее 15% энергии нерационально теряются в процессе перекачки питьевых и сточных вод. В отдельных случаях этот показатель колеблется в пределах 25-50% . Не менее энергоемкими объектами являются воздуходувные установки, обеспечивающие подачу воздуха для технологических целей (воздуходувки станций аэрации).

Суммарное электропотребление насосных и воздуходувных установок в настоящее время оценивается в 20-25% общей выработки электроэнергии в стране.

Существенное отличие гидравлических насосов и воздуходувных машин состоит в том, что если насосы перекачивают несжимаемую жидкость, то воздуходувные машины — сжимаемый газ (воздух). В то же время насосы и воздуходувки имеют много общего, т.к. относятся к одному классу турбомашин, подчиняющемуся общему принципу подобия, что позволяет использовать для них общие принципы и методики регулирования рабочих режимов.

Применение регулируемого электропривода для насосов является эффективным с точки зрения энергосбережения, а для воздуходувок в ряде случаев неоправданно экономически. Однако для воздуходувок весьма эффективно применение другого способа регулирования - плавного пуска (особенно для воздуходувок большой мощности). Поэтому применительно к этим машинам целесообразно использование устройств плавного пуска в системах автоматизированного управления (САУ) режимами работы воздуходувок.

В последние годы научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями водоснабжения и водоотведения РФ:

созданы энергосберегающие системы управления, которые обеспечивают эффективные режимы работы разнотипных насосных агрегатов с различного вида регулирующими приводами, подающих воду в общую систему водоводов;

- разработаны объединенные системы управления несколькими насосными станциями, подающими воду в общую водопроводную сеть. В этих разработках использованы новые принципы управления агрегатами и применены более совершенные управляющие устройства (новые типы микропроцессорных контроллеров и промышленных компьютеров).

Важнейшая задача научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций Министерства сельского хозяйства состоит в том, чтобы преломить результаты этих исследований к специфическим условиям сельскохозяйственного производства, а конкретно - к системам очистки сточных вод и утилизации отходов производства предприятий АПК, на долю которых приходится значительная часть потребляемых энергоресурсов.

Разработанные методы позволит на основе анализа режимов работы и особенностей энергопотребления технологического оборудования создать технологические модели и выдать рекомендации по внедрению систем энергосберегающего регулирования насосными и воздуходувными установками сооружений аэробной биологической очистки сточных вод предприятий АПК.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы являлось энергосбережение путем регулирования насосными и воздуходувными установками в системах водоснабжения и водоотведения (в сооружениях аэробной биологической очистки)

При выполнении работы были поставлены следующие задачи.

1. Обобщить существующую информацию по системам управления электроприводов энергоустановок в очистных сооружениях населенных пунктов и предприятий АПК.

2. Выполнить анализ технологических режимов работы насосных и воздуходувных установок и способов регулирования группой лопастных нагнетателей в условиях эксплуатации современных систем аэробной биологической очистки.

3. Разработать математическую модель функционирования лопастного нагнетателя в нестационарном технологическом процессе.

4. Оценить влияние выбора способа управления лопастным насосным агрегатом и характера распределения нагрузки во времени на определение его оптимальных параметров.

5. Провести комплекс расчетно-экспериментальных исследований по разработке методов выбора оптимальных технических решений при создании систем энергоснабжения и регулирования технологическим оборудованием сооружений аэробной биологической очистки сточных вод.

6. Разработать и обосновать способы снижения потребления электроэнергии при реализации биотехнологических процессов переработки отходов (очистки сточных вод).

7. Провести сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления работой насосной установки с одним насосным агрегатом с регулируемым приводом.

8. Провести сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления при работе группы параллельно подключенных насосных агрегатов с регулируемым приводом при переменной нагрузке.

9. Разработать практические рекомендации по снижению потребления электроэнергии насосными и воздуходувными установками в процессе эксплуатации сооружений аэробной биологической очистки сточных.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель функционирования насосного агрегата с регулируемым электроприводом при переменной нагрузке в нестационарных технологических процессах.

2. Разработаны методы определения оптимальных параметров насосного агрегата при переменной нагрузке по минимуму затрат энергии с использованием численных методов и математической модели виртуального насоса.

3. Научно обоснованы способы снижения потребления электроэнергии технологическим оборудованием при реализации биотехнологических процессов очистки сточных вод.

4. Разработаны рекомендации по оптимизации параметров работы группы лопастных насосов в зависимости от их числа и характера распределения нагрузки с использованием современных теоретических методов расчета.

5. Разработаны методики выбора оптимальных параметров и способов управления лопастными нагнетателями в эксплуатации на основе прогнозирования с использованием математических моделей.

6. Научно обоснованы оптимальные пути снижения затрат электроэнергии в условиях биотехнологической переработки отходов предприятий сельскохозяйственного сектора.

Практическая ценность.

Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований энергосистем современных промышленных и сельскохозяйственных предприятий и позволяют с высокой степенью достоверности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих систем энергоснабжения сооружений аэробной биологической очистки сточных вод коммунального и промышленного происхождения.

Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечивает возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конструктивно-технологических характеристик энергетических систем комплексов аэробной биологической очистки сточных вод. Апробация работы.

На основании проведенных исследований разработаны научно-методические рекомендации по основам метода снижения энергопотребления технологического оборудования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод агропромышленного комплекса.

Результаты и материалы выполненной работы использованы ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» г. Москва, Внедрено ОАО «Органический синтез» г. Казань по Системам оборотного водоснабжения для обеспечения охлаждающей водой заврда по производству Бифенола-А; ООО «Рузские тепловые сети» г. Руза Московская обл. при пуско-наладочных работах (ДІЛ) № 2 г. Руза; ЗАО «Кузнецовский» Московская обл.; Каголымское МУЛ «Водоканал» г. Каголым по реконструкции и пусконаладочных работах канализационной очистной станции КОС г. Калолым;

Материалы диссертационной работы доложены на Всероссийской выставке-форуме «Энергосбережение в регионах России», М. 2003; Международной выставке «Доркоммунэкспо-2005», М, 2005; Всероссийском научно-практическом семинаре «Проблемы водоснабжения и водоотведения», г. Кагалым, 2006; Международной выставке «Доркоммунэкспо-2006», М, 2006; Научно-технической конференции «Современные проблемы инженерных систем экологии городов и населенных пунктов», МГСУ, М.2006; Международном семинаре «Экология селитебных территорий» МГСУ, М. 2006; VII Международном конгрессе «Вода: экология и технология», М., 2007; Выставке-семинаре «Москва-энергосберегающий город. Современные; информационные технологии в городском хозяйстве», М., 2007; VH Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», Пенза 2007; Международной научно-практической конференции «Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов» ВНИТИБП, Щелково 2007; УШ Международном конгрессе «Вода: экология и технология», М., 2008.  

Режимы работы и энергопотребление насосных и воздуходувных установок

Проблема использования регулируемого привода в насосных или воздуходувных установках является важной и актуальной, но до последнего времени на энергосбережение в отечественных насосных и воздуходувных установках обращалось недостаточно внимания [29, 47, 132, 136].

В настоящее время произошел перелом в отношении к плавному и экономичному регулированию режимов работы насосных установок.

Наличие крупных и средних воздуходувных установок и насосов в составе сооружений биологической очистки сточных вод и значительного количества вентиляторных градирен в системах оборотного водоснабжения потребовало рассмотрения проблемы использования регулируемого электропривода в воздуходувных и насосных установках различного вида[49, 61, 71, 111, 113, 127, 128, 129, 172].

На основе выполненных исследований разработана методика определения экономии энергии в воздуходувных установках при использовании регулируемого электропривода [7, 12]. С использованием этой методики выполнен ряд исследований, определяющих возможности применения регулируемого электропривода в воздуходувных установках, оснащенных вентиляторами, воздуходувками и компрессорами в системах водоснабжения и водопотребления [49-62].

Характеристиками насоса, определяющими его основные параметры, являются зависимости основных параметров (напора Н, мощности N, коэффициента полезного действия п и допустимой вакуумметрической высоты всасывания Н " или кавитационного запаса Дпдоп) от подачи насоса Q при определенной частоте вращения п рабочего колеса диаметром D.

Напорные характеристики Q-H центробежных насосов в пределах рекомендуемых подач описываются уравнением участка квадратичной параболы:

фиктивный напор при нулевой подаче, м; Бф - гидравлическое фиктивное сопротивление насоса, м(с/л) или с /м в зависимости от того, в каких единицах измеряется подача Q. Значения параметров Нф и 8ф для отечественных насосов приводятся в [58, 59], либо определяются по каталожным или экспериментальным характеристикам насосов.

Значения фиктивного напора зависят от конструктивных параметров насоса. Отношение фиктивного напора к номинальному напору Нф/Нном так же, как и коэффициент быстроходности, дают представление о крутизне напорной характеристики насоса. Так как при правильном подборе насосов Нном = Нб (где Нб - напор, соответствующий наибольшей подаче QG), ТО Нф/Нном = Нф/Нб = Нф . Для большинства наиболее распространенных отечественных центробежных насосов для чистой воды относительный фиктивный напор Н ф 1,25, а для насосов динамических для сточной жидкости Н ф 1,45,

Наибольшую крутизну имеют характеристики Q-H осевых насосов, а также некоторых центробежных насосов (1000В-6,3/40 и др.), для которых Н ф = 2. Кроме того, характеристики этих насосов имеют точки перегиба на характеристиках Q-H. Крутизна характеристик Q-H существенно влияет на вид характеристик Q-N. Как известно, мощность, потребляемая насосом, определяется формулой где у - плотность жидкости, кг/м ; Q - подача насоса, м/с; Н - напор насоса, м; ц - КПД насоса.

Из (1.5) следует, что в центробежных насосах, имеющих пологую характеристику Q-H, мощность, потребляемая насосом, при увеличении подачи Q непрерывно возрастает, так как напор Н в этом случае снижается в меньшей степени, чем увеличивается подача Q.

У осевых насосов, имеющих очень крутую характеристику, напор Н, снижается в большей степени, чем увеличивается подача Q, поэтому у осевых насосов характеристика Q-N непрерывно снижается.

Характеристика Q- т\ центробежных и осевых насосов при уменьшении диаметра рабочего колеса и при снижении его частоты вращения смещается в сторону более низких подач.

Материалы и методы

Более 20% энергии, производимой в нашей стране, потребляется лопастными нагнетателями (насосами, вентиляторами, дымососами, воздуходувными машинами). В большинстве случаев поддерживаемые нагнетателями процессы являются нестационарными и достаточно часто носят случайный, вероятностный характер. Это обстоятельство приводит к работе оборудования с переменной нагрузкой, что значительно затрудняет выбор его оптимальных параметров и способа управления.

В качестве примера, на рис. 3.1 приведена динамика изменения основных параметров насосного агрегата в режиме реального времени. Насосный агрегат был установлен на станции подкачки системы водоснабжения г. Зеленограда (Московская область). На рисунке приведены графики изменения напоров на выходе насосного агрегата (кривая 1), напора на его входе (кривая 2), а также подачи насоса (кривая 3).

Энергия, потребляемая насосным агрегатом, в нестационарном технологическом процессе, приведенном на рис. 3.1, может быть вычислена по формуле:

где у - удельный; вес жидкости (н/м3); QM; Нм - мгновенное значение подачи (м/ч) и напора (м), зависящее от времени; г]нм\т]дм nrjmt мгновенное значение КПД насоса, электродвигателя привода насоса и частотного преобразователя, зависящие от времени.

С учетом формулы (3.2), энергия, потребляемая насосным агрегатом, может быть вычислена по формуле;

В связи с тем, что аналитические зависимости подачи, напора и: КПД от фактора времени в явном виде отсутствуют, вычисление энергии по формуле (2-3) является весьма затруднительным.

Анализ записи реальных процессов, приведенных на рис. 3.1 показывает, что подача и напор насосного агрегата изменяются во времени незначительно. Поскольку изменения происходят достаточно медленно можно считать технологический процесс подачи воды квазистационарным: Это позволяет, пренебрегая силами инерции разбить все время процесса на отдельные статистические интервалы, в пределах которых с достаточной степенью точности можно считать подачу, напор и КПД постоянными.

Использование статистического распределения подачи во времени позволяет заменить процедуру непосредственного интегрирования (33) на численное интегрирование. В этом случае встает вопрос построения статистического ряда наблюдений потребления воды или ее отведения. Известно, что число разрядов,, на которые следует группировать статистический материал должно определяться в зависимости от характера . протекания процесса во времени [18; 28].

С одной стороны, число разрядов не должно быть слишком малым, -поскольку свойства: случайной величины будут описываться достаточно грубо. С другой стороны, оно не должно быть слишком большим, так как ряд становится невыразительным и частоты обнаруживают незакономерные колебания. Для систем водоснабжения (водоотведения) и других инженерных систем число разрядов при построении статистического ряда может быть принято равным 24. Если принять период наблюдение за процессом работы лопастного нагнетателя равным одному году, а число разрядов статистического ряда равным 24, то для каждого часа времени суток в течение года будем иметь 365 наблюденных значений. Проведенная нами обработка данных водопотребления одного из микрорайонов г. Москвы показала, что для каждого конкретного часа (например с 18 до 19 часов) в случае достаточно длительного времени наблюдений (не менее одного года) может быть получен нормальный закон распределения подачи, как случайной величины. Это позволяет в пределах каждого разряда статистического интервала принимать значение подачи равное его среднему арифметическому значению [18].

Условия работы лопастного нагнетателя при поддержании нестационарных процессов и составление целевой функции оптимизации (минимизации) потребления энергии

При выборе насосного оборудования осуществить его подбор таким образом, чтобы напорная характеристика насоса Н = f(Q) проходила через точку с заданными координатами Qmax и Нтзх, как правило, не удается.

Поэтому насосный агрегат подбирается с некоторым запасом по подаче AQ и напору АН. Однако значение запаса может существенно повлиять на расчет энергоэффективности применяемого оборудования. Для оценки влияния запаса по подаче и напору на значение потребляемой насосом энергии, в качестве примера, рассматривалось математическое моделирование работы насоса Д-6300-80 с переменной нагрузкой. Нагрузка изменялась в диапазоне от Qmn =650 м /ч до Qmax =4790 м /ч. Насос был подобран с запасом по подаче Д) = 360 м /ч и напору АН = 2,1 м. Затраты энергии за год при этом составили Siy = 5493 тыс.кВт-ч. Обрезка рабочего колеса с диаметра Д2 = 980 мм до Д2 = 940 мм позволило свести запас по подаче к нулю, что привело к снижению затрат энергии до 5300 тыс.кВт-ч, а экономия энергии при этом составила ASfV =193 тыс.кВт-ч.

Для исследования влияния значения КПД насоса на его энергопотребление при неизменных значениях подачи и напора рассмотрим работу насоса Д-6300-80 с переменной подачей. В табл. 3.2, в качестве примера, приведены результаты расчетов энергопотребления этого насоса

Приведенные в таблице результаты исследования влияния значения КПД насоса на его энергопотребление показывают, что корректность сравниваемых вариантов оборудования, отличающегося по напору и подаче, может быть обеспечена только в том случае, если КПД для сравниваемых вариантов будет одинаковым, т.е. г]тах = idem. Ввиду ограниченной номенклатуры выпускаемых промышленностью насосов, обеспечить на практике такой подбор не представляется возможным. Поэтому для обеспечения возможности варьирования параметрами оборудования в широком диапазоне вне привязки к существующим конструкциям, необходимо иметь математическую модель насоса, параметры которого на оптимальном режиме (Qopl,Hopt и rj ) могут быть заранее определены в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации и заданного характера распределения нагрузки.

Для этого представляет интерес изучение форм напорных характеристик лопастных насосов. Определенному значению быстроходности лопастного насоса ns присуще своя специфическая форма напорной характеристики

H = f(Q) [5, 13, 31-33, 67, 69, 107, 112, 118, 142, 150, 152, 163, 202]. Всякое искусственное изменение формы кривой H = f(Q), как правило, вызывает снижение КПД насоса. В общем случае эта кривая представляет собой параболу, максимум которой располагается в точке В, представляющая вершину параболы, которая может быть расположении либо в 1-м либо во II-м квадранте (рис. 3.3). Для насосов с вершиной В в 1-м квадранте {QB Q ) имеется западающий участок характеристики, расположенный в области: 0 ) (0,25-r0,3) Qopt. Данный тип характеристики Н = f(Q) присущ лопастным насосам с быстроходностью и5 120. У насосов с западающей левой ветвью напорной характеристики возможны пересечение с характеристикой трубопроводной системы в двух точках. Возможность возникновение 2-х рабочих точек может привести при снижении нагрузки к возникновению явления помпажа, поэтому для насосов с QB снижение подач ниже QB не допустимо и должно быть учтено при определении области возможных ограничений.

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