Регулируемые электроприводы на основе частотных преобразователей
Насосы коммунальных хозяйств являются крупнейшими потребителями энергоресурсов. До 25% электроэнергии, вырабатываемой в стране, расходуется миллионами насосов, которые по миллионам километров труб, через миллионы задвижек, клапанов и регуляторов перекачивают холодную и подогретую воду, бытовые и промышленные стоки, химические и пищевые продукты, топливо и т.д. От экономичности и исправности этих машин зависят затраты топлива и тепла, а иногда и возможность существования жителей целых регионов.
Вот типичная ситуация. Вышел из строя насос, разорвало задвижку или трубу, а дальше – цепная реакция: отключается котельная, промерзают магистрали и батареи отопления. Жители включают электрообогреватели, электросеть из-за перегрузки отключается, поселок или город погружается в морозную мглу. Далее – героические аварийно-спасательные работы. И здесь уже не до экологии и не до экономии. О примерах такого рода сообщается почти ежедневно.
Другой типичный случай. В городе осталось мазута на неделю работы электростанции и котельной. Деньги за мазут давно перечислены, но танкер с мазутом на подходе к порту вмерз в лед. Как назло, – циклон. Ледокол не может выйти к танкеру. Далее – по описанному сценарию: останавливается котельная и т.д.
Обычные оправдания: оборудование сильно изношено, денег на закупку нового нет, деньги на топливо и расчеты с Чубайсом также во время не поступают и т.д. Ну, а погода … Это же стихия. Что тут поделать? Кое-что все же делается: меняют и судят руководителей, выделяют деньги и кредиты на ремонт оборудования и закупку топлива, электроэнергии и прочее. Однако остается без внимания огромный резерв: энергосбережение за счет рационального использования уже имеющихся насосов и сопряженного с ними оборудования. Они есть в любом городе, в любой котельной, на любой водопроводной, канализационной и электрической станции, почти на каждом действующем предприятии, в больницах, стадионах, гостиницах, военных частях, учебных заведениях и т.п. Все, что изложено дальше, имеет, таким образом, отношение не только к предприятиям ЖКХ, но и к множеству других предприятий.
По разным причинам возможности эксплуатирующихся насосов, как правило, превышают потребности гидравлических систем, в которых они работают. Там, где пригоден насос с напором 10 метров, применяется насос с расчетным напором 20 – 25 метров. Это тот случай, когда «запас карман тянет». И очень заметно. Во-первых, расходуется напрасно 30 – 70 % электроэнергии, потребляемой насосными установками. Во-вторых, насосы в таких системах работают с подачей в 1,5-2 раза превышающей расчетную, с низким коэффициентом полезного действия и с нагрузками на детали насоса в 2-3 раза превышающими проектные. Если же такая подача не нужна, то ее приходится уменьшать, прикрывая задвижку. От этого не только непосредственно теряется энергия, но и нагружаются ненужным давлением изношенные бойлеры, трубопроводы и задвижки. Следствием является преждевременный выход из строя насосов, трубопроводов и арматуры не говоря уже о нерациональной трате энергоресурсов. В частности, «cгорают» электродвигатели перегруженных насосов или механизмов задвижек, которые не предназначены для регулирования подачи, подгорают контакты пусковых устройств, перегреваются кабели и т. д. Все это ведет к авариям, простоям для ремонтов, при которых сливаются сотни кубометров воды, теряются гигакалории тепла. Как правило, денег на более подходящие новые насосы нет. И такие насосы никто не ищет, т. к. уже имеющиеся установлены в соответствии с проектом. Аналогичная ситуация существует и с вентиляторами, и с воздуходувками, и пр. Руководители, поверхностно знакомые с указанными проблемами, обычно заявляют: « Как же так? Все это разработано проектировщиками и утверждено в инстанциях. Не может быть! Чепуха какая-то!» И, тем не менее, такое положение вещей типично. О причинах можно долго рассуждать. Но что же делать? Как снизить перечисленные выше потери?
Есть два пути решения проблемы:
Первый – традиционный: обследовать уже эксплуатируемые насосные установки и привести в соответствие параметры насосных агрегатов с потребностями технологических систем. Основные способы такого «приведения в соответствие» известны давно. Это обточка рабочих колес имеющихся насосов, замена электродвигателей на тихоходные и менее мощные, установка дополнительных маломощных насосных агрегатов, обеспечивающих 80 – 90% режимов (кроме пиковых), регулирование центробежных вентиляторов и воздуходувок дросселированием потока на всасывании и т. д. Такие мероприятия осуществляются во время планово-предупредительных ремонтов насосного и другого энергопотребляющего оборудования. Но для этого нужны усилия специалистов, имеющих опыт разработки, эксплуатации и ремонта насосов, а также поддержка технологов и энергетиков предприятий.
Второй – быстрый и эффективный: создать частотно-регулируемый электропривод, т.е. подключить частотный преобразователь (инвертер) к уже имеющемуся трехфазному электродвигателю переменного тока. Такая простая операция уже обеспечит, как минимум, плавный пуск электродвигателя, его остановку, изменение скорости и направления вращения. Возможность подобного регулирования улучшает динамику работы электродвигателя и, тем самым, повышает надежность и долговечность работы технологического оборудования. Более того, наличие инвертера позволит обеспечить автоматизацию практически любого технологического процесса. При этом создается система с обратной связью, где инвертер автоматически изменяет скорость вращения электродвигателя таким образом, чтобы поддерживать на заданном уровне различные параметры системы, например, давление, расход, температура, уровень жидкости и т.п. За счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки, потребление электроэнергии в насосных, вентиляторных, компрессорных и др. агрегатах снижается на 40-50%, а пусковые токи, составляющие 600-700% от номинального тока и являющиеся бичом для пуско-регулирующей аппаратуры, исчезают совсем.
Система управления насосными агрегатами автоматически поддерживает установленное в напорной магистрали давление в соответствии с переменной характеристикой водоразбора у потребителей. Система управления работает в автономном и ручном режимах.
Она обеспечивает:
- плавный пуск и остановку электродвигателей насосных агрегатов;
- регулирование числа оборотов электродвигателя и, тем самым, производительности насоса в соответствии с фактическим водоразбором для обеспечения постоянного давления в напорной магистрали;
- защиту от «сухого» хода и восстановление работоспособности насосного агрегата при появлении давления в питающей магистрали;
- защиту автоматики при неисправностях питающей сети и восстановление работоспособности после перерывов в электроснабжении;
- переключение с основного на резервный насосный агрегат;
- работу в нерегулируемом режиме при выходе из строя элементов автоматики
сигнализацию об аварийных остановках.
Таким образом, применение регулируемых электроприводов на основе частотных преобразователей позволяет создать новую технологию энергосбережения, в которой не только экономится электрическая энергия, но и увеличивается срок службы электродвигателей и технологического оборудования в целом.