Введение к работе
Актуальность работы. Одним из определяющих направлений современной государственной технической политики является энергосбережение. Это обуславливает необходимость разработки и внедрения в промышленное производство передовых технологий и новейших научных достижений обеспечивающих не только требуемое качество протекающих технологических процессов, но и минимизацию затрачиваемых сырьевых и энергетических ресурсов.
Станции перекачки жидкости (СПЖ) являются одним из крупнейших широко распространенных энергопотребителей. В тоже время они представляют собой сложную электротехническую систему, в которой процесс энергопреобразования состоит из физически разнородных подпроцессов: электронных, электрических, магнитных, механических, гидравлических, тепловых, газодинамических. Причем указанные составляющие процесса энергопреобразования здесь глубоко взаимосвязаны при одновременно высоких требованиях к качеству подаваемой потребителю нефти, воды и т.д.
Затраты энергии на обеспечение требуемого качества в значительной мере определяются системой управления взаимосвязанным электроприводом (ЭП) центробежных турбомеханизмов (ЦТ) СПЖ. Существующие системы в полной мере не удовлетворяют предъявляемым требованиям, т.к. обеспечивают получение заданного напора при расходе жидкости, определяемом потребителем, без учета, в должной мере, взаимного влияния элементов СПЖ на процесс энергопреобразования.
Отмеченные обстоятельства определяют актуальность задачи разработки специализированных энергосберегающих систем управления взаимосвязанным ЭП ЦТ СПЖ.
Целью работы является повышение энергетической эффективности станций перекачки жидкости с последовательно соединенными центробежными турбо-механизмами путем разработки специализированных систем управления взаимосвязанным электроприводом, построенных с учетом основных свойств процесса передачи и преобразования основных составляющих потока энергии.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Построение математических моделей для установившихся и динамических режимов работы взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ при последовательном соединении насосов;
-
Разработка методик анализа установившихся и динамических режимов работы взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ при последовательном соединении насосов;
-
Построение энергосберегающих законов регулирования взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ при последовательном соединении насосов в установившихся и динамических режимах работы;
-
Разработка датчиков косвенного контроля момента и скорости для системы управления взаимосвязанным ЭП ЦТ СПЖ;
5. Создания технических средств для управления элементами взаимо
связанного ЭП ЦТ СПЖ.
Идея работы заключается в разработке специализированных систем управления взаимосвязанным ЭП ЦТ СПЖ, на основе учета взаимного влияния на выходной напор и потребляемую суммарную мощность последовательно соединенных насосов, а также упруговязких свойств течения жидкости и распределенных параметров трубопровода при регулировании давления жидкости.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
—разработана математическая модель взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ с последовательно соединенными насосными установками, в которой учтено взаимное влияние насосных установок на выходной напор и потребляемую мощность;
—получены законы регулирования скорости и напора каждой последовательно соединенной насосной установки, обеспечивающие минимальное энергопотребление взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ при требуемом значении напора в заданной точке трубопровода и произвольном значении расхода жидкости;
разработана методика определения закона регулирования скорости взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ, обеспечивающего максимальное быстродействие при заданном перерегулировании по давлению с учетом упруговязких свойств течения жидкости и распределенных параметров трубопровода;
получен закон изменения угловой частоты взаимосвязанного ЭП ЦТ СПЖ при переводе системы из одного режима минимального энергопотребления в другой, обеспечивающий минимальное время регулирования при заданном перерегулировании по давлению на выходе трубопровода;
получены зависимости момента и скорости ротора от напряжений и токов обмоток статора асинхронного электродвигателя ЦТ СПЖ, на основе которых разработаны датчики косвенного контроля момента и скорости.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректным использованием при теоретическом анализе методов, базирующихся на фундаментальных положениях теории автоматического управления и регулирования, теории автоматизированного электропривода, а также применением математического моделирования динамических систем, численных методов решения задач многомерной оптимизации;
результатами экспериментальных исследований на опытно-промышленной установке.
Значение работы. Научное значение работы состоит в выявлении основных закономерностей энергопреобразования и показателей качества регулирования сложных электротехнических комплексов, содержащих взаимосвязанный ЭП ЦТ СПЖ, что является дальнейшим развитием теории автоматизированного электропривода.
Практическое значение работы заключается в разработке системы управления взаимосвязанным ЭП последовательно соединенных ЦТ, которая обеспечивает снижение потребления электроэнергии и создает предпосылки для повышение надежности работы СПЖ.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Система управления асинхронным электроприводом с косвенным измерением скорости и момента внедрена при модернизации насосно-канализационной станции ГКГП "Тепло-водоканал" г. Экибастуз. Ожидаемый экономический эффект от ее внедрения составляет 1986,45 тыс. тенге.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на Международных конференциях "ДАТЧИК-93" и "ДАТЧИК-95", г. Барнаул, "ДАТЧИК-97" г. Гурзуф; на I Международной (XII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу г. Санкт-Петербург, 1995 г.; на Международных конференциях "Проблемы Энергетики Казахстана" (1994 г.) и "Проблемы комплексного развития регионов Казахстана" (1996 г.), г. Павлодар; II Межвузовской отраслевой конференции "АПТ-99" г. Но-воуральск (1999 г.), III Международной конференции "Динамика систем, механизмов и машин" г. Омск (1999 г.).
Диссертация одобрена на расширенном заседании кафедры "Электромеханика и электропривод" Павлодарского государственного университета им. С.Торай-гырова (1998 г.), на расширенном заседании кафедр "Электрическая техника", "Теоретическая электротехника" и "Электроснабжение промышленных предприятий" Омского государственного технического университета в 1999 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 18 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 140 наименований, и 3-х приложений. Общий объем работы составляет 177 стр.
Автор благодарит Ковалева В.З. за научные консультации по диссертационной работе.
