Post on 06-Mar-2020
transcript
53AUTOMA 11/2010
pohony a akční členy
Regulované pohony s měniči frekvence mají v porovnání s tradičním uspořádáním po-honů mnoho předností, díky nimž se neza-držitelně prosazují v praxi. Článek informu-je o úspěšně realizovaném projektu moder-nizace pohonu čerpadel splavovací vody v úseku odsíření elektrárny a jeho přínosech.
Společnost Tespo engineering s. r. o. dodá-vá komplety pohonářské techniky způsobem „na klíč“. Pro své zákazníky nejenže připra-vuje v tomto oboru studie, návrhy a projek-ty, ale své projekty také realizuje a zajišťuje i následnou diagnostiku a servis zařízení. Na-vrhuje a dodává jak mechanické části poho-nů (elektromotory, převodovky, spojky a další mechanické komponenty), tak části elektric-ké a elektronické (měniče frekvence, systé-my řízení technologických procesů, elektric-ké rozváděče atd).
V letošním roce společnost vyřešila pro firmu Elektrárny Opatovice a. s. zajímavou úlohu s názvem Řízení a regulace výkonu čerpadel splavovací vody v technologii odsíření pomocí měničů frekvence. Cílem bylo nahradit dosavadní energeticky neefektivní a velmi poruchový (velké náklady na údrž-bu a opravy) systém regulace výkonu čerpa-del pomocí elektricky ovládaného škrticího ventilu systémem regulace výkonu čerpadel prostřednictvím měničů frekvence.
Řízené technologické zařízení
Celkový pohled na část provozního zaří-zení elektrárny, která byla v daném případě předmětem zájmu, je ukázán na obr. 1. Pří-slušné základní technologické schéma uka-zuje obr. 2. Čerpadla Č1A a Č2A jsou urče-na pro větvě 1 a 2 míchacího centra odsíření. Čerpadla Č1B a Č2B, o kterých bude v dal-ším textu řeč, jsou čerpadla odseparované vody. Čerpadla Č1C a Č2C zaskakují v přípa-dě poruchy jak čerpadel ČA, tak čerpadel ČB.
Odseparovaná voda, jež obsahuje části-ce popela a strusky, je čerpadly ČB čerpána do prostor kotelny (vždy pracují současně čerpadla Č1B i Č2B). Zde je použita k dopl-ňování hladiny vody ve vynašečích strusky pod jednotlivými kotly a také k ostřiku chou-lostivých částí vynašečů, na které se struska nalepuje. Množství odseparované vody do-dávané z míchacího centra do kotelny bylo původně regulováno pomocí elektricky ovlá-daného regulačního ventilu na základě úda-je průtokoměru. Vzhledem k tomu, že pře-pravovaná voda obsahuje abrazivní částice popela a strusky, bylo nutné regulační ven-til několikrát ročně nákladně opravovat. Na-víc je tento způsob regulace energeticky vel-mi nehospodárný.
Pohony čerpadel s měniči frekvence v praxi
Obr. 1. Pohled na míchací centrum odsíření, v němž byl modernizován způsob řízení čerpadel
míchací centrum větev 1
míchací centrum větev 2
regulační ventil průtokoměr
Č1B
Č1C
nádrž 1 nádrž 2
Č2A Č2B
Č2C
kotelna
zařízení pro filtraci a čištění vody z kotelny od strusky
Obr. 2. Zjednodušené technologické schéma úseku čerpadel míchacího centra odsíření
Č1A
Regulace výkonu čerpadel při použití měničů frekvence
S ohledem na uvedené potíže s dosavad-ním systémem regulace byl zákazníkem při-jat návrh použít k regulaci výkonu čerpadel odseparované vody měniče frekvence. Při re-alizaci návrhu bylo nutné vyřešit dva ne zcela
obvyklé technické problémy. Jeden se týkal umístění měničů frekvence a druhý způsobu regulace výkonu čerpadel.
Umístění měničů frekvence
Čerpací stanice obou technologických vět-ví se nachází ve venkovním prostředí, mimo
54 AUTOMA 11/2010
pohony a akční členy
budovu, ve které je strojovna, rozvodna elek-třiny a velín. K zamezení šíření elektromag-netického rušení (jehož vydatným zdrojem je zejména silový kabel mezi měničem frekven-ce a elektromotorem) bylo rozhodnuto umís-tit měniče frekvence do venkovního prostředí do blízkosti čerpadel. Délka silového kabelu mezi měniči a elektromotory čerpadel je řá-dově jednotky metrů (obr. 3). Při takto krát-kém kabelu je intenzita elektromagnetického rušení minimální. Použity jsou měniče frek-vence od firmy Vonsch, typ Uniferm 400 075/ /IP55. Jde o novou generaci měničů frekvence s moderními výkonovými prvky, které opro-ti dosud běžně používaným prvkům vykazu-jí asi poloviční ztráty. K dosažení vysokého stupně krytí IP55 mají použité měniče zdo-konalenou konstrukci využívající k chlazení přímo okolní vzduch, bez instalace jakých-koliv filtrů (chladicí část měniče je odděle-na od výkonové a řídicí elektroniky – obr. 5).
Způsob regulace výkonu
Výchozím údajem při regulaci výkonu čerpadel (jejich otáček) je údaj průtokoměru, který měří množství vody dodávané do kotel-ny. Požadovaná hodnota průtoku závisí např. také na tom, kolik kotlů je zrovna v provo-zu. Dále musí mít operátor možnost udržo-vat v nádržích větví 1 a 2 míchacího centra přibližně stejnou hladinu. Zde již vstupují do regulačního procesu i drobné nesrovnalosti hydraulického systému, jako např. míra opo-třebení čerpadel Č1B a Č2B či malé rozdíly v potrubním systému obou čerpadel. Tento problém je vyřešen tím způsobem, že operá-torům je umožněno čerpadla trochu „rozvá-žit“ v rozmezí ±5 % aktuálních otáček. Roz-vážení mohou operátoři nastavit ručně, po dle potřeby a zkušeností.
Základní regulace
Základní regulace výkonu čerpadel probí-há v daném případě tak, že obě čerpadla pra-cují na stejných otáčkách. Tímto se zamezí jejich „přetlačování“ v hydraulickém systé-mu a riziku, že jedno čerpadlo tlakově uza-vře a nepustí do systému čerpadlo druhé (mo-hou být zničeny ucpávky a následně mecha-nicky poškozena čerpadla). Operátor má dále možnost použít ruční „rozvážení“ v mezích ±5 % otáček, což je pro provoz dvou čerpadel v hydraulickém systému bezpečné.
Energetická náročnost systému s regulačním ventilem a systému regulace pomocí měničů frekvence
Na obr. 4 je ukázána přibližná Q-H cha-rakteristika (závislost dopravní výšky H na průtoku Q) spolupracujících čerpadel při různých otáčkách a přibližná zatěžovací cha-rakteristika hydraulického systému. Hydrau-lický systém se totiž chová poněkud jinak, než si představoval dodavatel odsiřovacího
zařízení, a není proto re-levantním způsobem po-psán. Uvedené charakte-ristiky byly získány z úda-jů nashromážděných při zaměřování a následném uvádění čerpací stanice do provozu. Zatěžovací charakteristika hydraulic-kého systému je také zjed-nodušena. Při změně otá-ček (průtoku a tlaku) se mění i zatěžovací charak-teristika. Pro názornost a jednoduchost je uvažo-vána křivka podle obr. 4.
Podle počtu kotlů, kte-ré jsou v provozu, se z mí-chacího centra dopravu-
Obr. 3. Měniče frekvence jsou z důvodu minimalizace elektromagnetického rušení umístěny ve venkovním prostředí v bezprostředním sousedství čerpadel
1 500 min–1
1 350 min–1
1 200 min–1
1 050 min–1
900 min–1
zátěž
Obr. 4. Q-H charakteristiky jednoho čerpadla a zjednodušená zatěžovací charakteristika hydraulického systému (m. v. s. – metr vodního sloupce) H (m. v. s.)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Q (m3/h)
H (
m. v
. s.)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Obr. 5. Použité měniče frekvence Vonsch Uniferm 400 075/IP55 mají zdokonalenou konstrukci využívající k chlazení přímo okolní vzduch
55AUTOMA 11/2010
pohony a akční členy
je asi 400 až 600 m3/h vody. Při paralelním provozu při jmenovitých otáčkách a při zcela otevřeném regulačním ventilu jsou obě čer-padla společně schopna dodávat do kotelny asi 660 m3/h vody.
Příkon absorbovaný čerpadlem (výkon elektromotoru) lze určit podle vztahu
***rovnice 1***
g
abs
kHQSP (1)
(1)
kdePabs je příkon absorbovaný čerpadlem (kW),H dopravní výška (m. v. s., tj. metr vodního
sloupce),Q průtok (m3/h)
Sg specifická hmotnost přepravované směsi (–), v daném případě Sg = 1,1,
η účinnost čerpadla (–),k konstanta umožňující určit výkon v kilo-
wattech při zadání průtoku v krychlových metrech za hodinu, zde k = 1/360.Vztah (1) lze použít k základnímu porov-
nání energetické náročnosti systému se škrti-cím regulačním ventilem a systému pro regu-laci výkonu (otáček) čerpadel s použitím mě-ničů frekvence. Výsledky výpočtu pro jedno soustrojí motor-čerpadlo jsou uvedeny v tab. 1. Celkové množství odseparované vody dodáva-né do kotelny je přitom pro jednoduchost roz-loženo rovným dílem na obě čerpadla.
Tab. 1. Výkon absorbovaný jedním čerpadlem v závislosti na způsobu regulace průtoku a pra-covním režimu čerpadla
Způsob regulace Průtok celkem Q (m3/h)
Průtok jedním
čerpadlem Qč (m3/h)
Dopravní výška H (m. v. s.)
Otáčky motoru/ /čerpadla
(min–1)
Účinnost čerpadla
η (%)
Výkon absorbovaný
čerpadlem Pabs (kW)
regulační ventil 600 300 55 1 500 73 69
měnič frekvence 40 1 270 74 51
regulační ventil 500 250 58 1 500 70 64
měnič frekvence 28 1 050 72 31
regulační ventil 400 200 59 1 500 65 56
měnič frekvence 19 890 70 19
Z výsledků uvedených v tab. 1 je patrné, že systém s měniči frekvence uspoří v po-rovnání se systémem se škrticím regulačním ventilem při Q = 600 m3/h asi 18 kW·h, při Q = 500 m3/h a Q = 400m3/h asi 30 kW·h elektrické energie a u jednoho čerpadla za ho-dinu. Pro provoz celé čerpací stanice, tedy dvou čerpadel, se vše násobí dvěma. Zave-dení měničů frekvence tudíž nejenom spoří náklady na údržbu systému dopravy odsepa-rované vody, ale také významně spoří elek-trickou energii.
Závěr
Z úvah a výsledků výpočtů předložených v článku je zřejmé, že přechodem na moder-ní, energeticky efektivní metody řízení chodu čerpadel lze uspořit značné množství elektric-ké energie. Autor je názoru, že by bylo vhod-nější podporovat použití moderní techniky tohoto druhu všude, kde to připadá v úvahu, než nesmyslně dotovat neefektivní a nehez-ké monstrózní stavby solárních elektráren, které začaly hyzdit dokonce i úrodná pole a louky Moravy.
Ing. Radek Strnad,Tespo engineering s. r. o.
Program konference● 9:00–9:15Zahájení – úvodní slovoIng.JiříKohutka,šéfredaktorElektro● 9:15–9:45Informace o činnosti Rady vlády pro BOZP– vyhláška73/2010,JaroslavBek,PRE 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 10:00–10:30Působnost a poslání SÚIP(pracovnínázev)– Ing.JanŠobora,SÚIP 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 10:45–11:15Jak projektant dostane RT do maléru– Ing.MiloslavValena,soudníznalec(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 11:30–12:00Revize, Konkrétní příklady z praxe RT –Frant.Spálovský(ESČ) 15 min. – otevřená diskuse účastníků oběd(zajištěnvpřímovKDLádví)● 13:00–13:30Problematika projektové činnosti elektro– Ing.JiříRichter(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 13:45–14:15Problematika revizní činnosti z pohledu inspektora EZ– JiříLukš(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 14:30–15:00Otázky k legislativě BOZP –Ing.JaroslavMelen,(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 15:30Závěr konference
CYKLUS KONFERENCÍ
18. listopadu 2010, 9 – 15 hod., KD Ládví, Praha 8
www.odbornecasopisy.cz www.elektrika.cz
Téma 1: Soudní znalec – bezpečnost práce a revize elektrických zařízení
Vstupnénakonferenci:840Kč,propředplatiteleElektroačlenyKlubupřáteltechnickéliteraturysníženona672Kč
Pořádá FCC Public s. r. o., redakce Elektro, elektro@fccgroup.cz
NOVÝ termín!!!
TECHNIKA POHONŮ VE VŠECH PRŮMYSLOVÝCH OBORECH Studie, projekty, dodávky, montáže, rekonstrukce:
Výhradní zástupce průmyslových měničů frekvence VONSCH
Převodovky, elektromotory, profesionální servis a mnohem víc…
Hydraulické rozběhové a regulační spojky TRANSFLUID
Pružné a zubové spojky CMD
O vysoké kvalitě naší práce se můžete
přesvědčit na www.tespo-eng.cz
TESPO engineering s.r.o.Roubalova 7a, 602 00 Brno tel.: 543 331 296–7e-mail: info@tespo-eng.cz
TECHNIKA POHONŮ VE VŠECH PRŮMYSLOVÝCH OBORECH Studie, projekty, dodávky, montáže, rekonstrukce:
Výhradní zástupce průmyslových měničů frekvence VONSCH
Převodovky, elektromotory, profesionální servis a mnohem víc…
Hydraulické rozběhové a regulační spojky TRANSFLUID
Pružné a zubové spojky CMD
O vysoké kvalitě naší práce se můžete
přesvědčit na www.tespo-eng.cz
TESPO engineering s.r.o.Roubalova 7a, 602 00 Brno tel.: 543 331 296–7e-mail: info@tespo-eng.cz