В подавляющем большинстве случаев электроприводы технологических установок транспорта углеводородного сы­рья являются нерегулируемыми, что не обеспечивает режим рационального электропотребления. Выбранные по максиму­му производительности эти рабочие машины могут значи­тельную часть времени работать с меньшей производитель­ностью и со значительным удельным расходом энергии на транспорт перекачиваемой жидкости или газа.

Существующие в настоящее время системы нерегулируе­мого электропривода турбомашин с регулированием расхода дросселированием (задвижкой) не обеспечивают заметного снижения потребляемой мощности при уменьшении расхода.

Мощность Р (в кВт), потребляемая турбомашиной, опреде­ляется по формуле

Р = 9ИЗР1 (7.13)

Л

где О — расход, м3/с; Н — напор, м; д = 9,8 — ускорение свободного падения, м/с2; р — плотность перекачиваемой жидкости или газа; кг/дм3; г| — КПД установки, г| = Лд'Лт'Лш Лл’ Л т. Лп “ КПД соответственно электродвигателя, турбома­шины и преобразователя частоты.

Определим потребляемую мощность при регулировании расхода (подачи) задвижками для случая, когда привод тур­бомашины нерегулируемый. Регулирование расхода турбо­машины в этом случае можно осуществлять дросселировани­ем с помощью задвижки 1 (рис. 7.3, а) и перепуском с нагне­тания на всас при помощи задвижки 2.

При работе в номинальном режиме (рис. 7.3, б, точка А), т. е. при номинальных значениях расхода Q„ом и напора Нном, мощность, потребляемая из сети, будет пропорциональна площади прямоугольника АВОС. Точка А номинального режи­ма получается в результате пересечения характеристики тур­бомашины (кривая 1) с характеристикой гидравлической сети (кривая 5). Если требуется уменьшить расход до значения 0,6 Оном, то с помощью задвижки 1 (см. рис. 7.3, а) нужно увеличить гидравлическое сопротивление сети, которой те­перь будет соответствовать характеристика 4 (см. рис. 7.3, б). Мощность, потребляемая из электрической сети, будет те­перь пропорциональная площади прямоугольника EF0D.

Расход можно уменьшить, не используя задвижку, а уменьшив скорость приводного двигателя турбомашины. При этом получим регулировочную характеристику турбомашины (кривая 2) и установившийся режим работы в точке К, полу­ченной в результате пересечения характеристик 2 и 3 (см. рис. 7.3, б].

Мощность, потребляемая из сети, в этом случае будет пропорциональна площади прямоугольника KF0C.

При применении регулируемого электропривода и отказе от регулирования задвижкой получили снижение потребляе­мой мощности, пропорциональной площади прямоугольника

F. KGD.

Регулирование задвижкой 1 (дросселирование) является весьма неэкономичным способом регулирования расхода. Кроме того, при таком способе регулирования происходит увеличение напора (точка D), что приводит к дополнительным утечкам и неблагоприятно сказывается на работе запорно- рсгулирующей арматуры.

Еще больше непроизводительные потери будут при регу­лировании перепуском с нагнетания на всас. В этом случае неполностью открывают задвижку 2 (см. рис. 7.3, а), умень­шая общее гидравлическое сопротивление (характеристика 5). Общий расход турбомашины при этом возрастает до Ом, складываясь из требуемого расхода в сети Of и расхода на циркуляцию Ом — 0F. В зтом случае возникают непроизво­дительные затраты энергии, пропорциональные площади прямоугольника LMFK.

Преобразование частоты связано с потерями энергии в выпрямителе и инверторе ПЧ. Возникает вопрос об опреде­лении границы регулирования дросселированием и примене­нии частотно-регулируемого электропривода.

Принимаем допущение, что доля потерь энергии при регу­лировании задвижкой пропорциональна глубине регулирова­ния давления

а — Н3/Нт,

где Н3 — потеря напора на задвижке; Нт — напор, разви­ваемый турбомашиной.

Непроизводительные потери МОЩНОСТИ ДРдз при регулиро­вании задвижкой с учетом потерь в двигателе определяются по формуле

ДРдз = aPf

где Рд — мощность, потребляемая двигателем из сети.

При использовании частотно-регулируемого электропри­вода и отказе от регулирования задвижкой мощность, по­требляемая электродвигателем от ПЧ,

(7.16)

где г|д, г|т — КПД соответственно турбомашины и двигателя,

соответствующие естественным характеристикам; г|т. р, г|д. р — КПД соответственно турбомашины и двигателя на регулиро­вочных характеристиках.

При этом имеется в виду, что относительная глубина регу­лирования давления в обоих случаях является одинаковой.

Мощность, потребляемая частотно-регулируемым электро­приводом из сети,

Рс Рд. р/Лп. чг

где г|п. ч ~ КПД преобразователя частоты.

Потери мощности в ПЧ определяются по формуле

(7.18)

Подставив значение Рд. р из (7.16) в (7.18), получим

(7.19)

С точки зрения снижения потерь энергии при заданной глубине регулирования давления а частотно-регулируемый электропривод будет экономичнее регулирования задвижкой, если

ДРд. з - ДРп. ч > 0.

Воспользовавшись формулами (7.15) и (7.19) и приняв обозначение

(7.21)

ДРдз - ЛРп. ч = [а - /С(1 - а)]Рд> 0.

Неравенство (7.22) справедливо, если а — К( 1 — а) > 0

или

Формулы (7.21) и (7.23) позволяют определить значение КПД ПЧ, при котором для заданной глубины регулирования давления а частотно-регулируемый электропривод с точки зрения потерь энергии будет экономичнее регулирования за­движкой. Поскольку КПД современных ПЧ достаточно вы­сокий (0,96 — 0,98), то частотно-регулируемый электропривод экономичнее регулирования задвижкой при глубине регули­рования давления а > (0,03+0,05).

При применении частотно-регулируемого электропривода может быть достигнута экономия электроэнергии до 20 — 30 % по сравнению с регулированием расхода дросселированием потока. При этом энергосберегающий эффект будет достиг­нут тем выше, чем больше неравномерность графика потреб­ления жидкости (газа).

Помимо энергосбережения применение частотно-регули - руемого электропривода обеспечивает ресурсосберегающий эффект за счет уменьшения утечек перекачиваемого вещест­ва через уплотнения и увеличения в 2 — 3 раза межремонтных периодов перекачивающих агрегатов и запорной арматуры, функционирующих в щадящих режимах.