XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время в горной промышленности, чаще на обогатительных фабриках оборотную воду используют несколько раз, так как это снижает загрязнения и потребление природных вод. Самой распространенной схемой оборотного водоснабжения является использование оборотной воды после отстаивания (без дополнительной очистки) во всех циклах и переделах. Такая схема водоснабжения оборотной водой состоит из насосной станции для транспортировки.

На обогатительной фабрике №3 оборотное водоснабжение является основной частью, так как гидротранспорт измельченного материала требует большого количества воды. А также используют для промывки полезных ископаемых измельчения и флотации.

Основным устройством в системе оборотного водоснабжения является насос. Долговечность, энергоэффективность и безопасность его использования зависят от выбора насоса, поэтому к выбору насоса нужно подходить серьезно.

Давление воды раньше регулировали с помощью клапанов, что неэффективно и приводит к уменьшению КПД, полезной мощности и изменению подкачки воды. Этот метод также приводит к увеличению энергопотребления, к износу механического, гидравлического и электрического оборудования, к снижению точности управления, к прямым пускам двигателей большой мощности который приводит к ударным нагрузкам в трансмиссии.

Частотно-регулируемый электропривод упрощает гидравлическую схему, а также экономит электроэнергию, что приводит к большой экономии финансовой прибыли предприятия. Также можно использовать группу насосов, вместо одного при увеличении требуемого расхода, которая будет в определенный период времени обеспечивать требуемый уровень расхода путем отключения и включения необходимого количества насосов.

Если подключить насос без преобразователя частоты непосредственно в сеть в условиях неравномерного расхода воды приводит к ненормальной работе насоса с малой подачей и большим давлением или же с недостаточным напором.

В сети происходят перебои в подаче и перепады давления воды, так как на такие режимы работы насосы и сеть не рассчитаны. Включение в сеть водоснабжения преобразователя частоты позволяет насосу и потребителям воды работать по своим графикам, причем насос всегда работает в конструктивном, наиболее выгодном и правильном режиме.

В данной статье рассматривается автоматизация насосной станции оборотного водоснабжения обогатительной фабрики №3 с использованием двигателей, которые работают с преобразователем частоты.

В системе используется четыре насоса: три могут питаться от сети, так и входить в режим частотного регулирования для всех четырех двигателей, а один работает с преобразователем частоты.

Рассматривается один насосный агрегат, который работает с преобразователем частоты, так как все насосные агрегаты с одинаковыми параметрами.

Рассмотрим центробежный насос 1Д-1250-125. Насосный агрегат оснащен асинхронным высоковольтным двигателем (6) типа А4-400У-4МУ3.

Предметом исследования является автоматизированный электропривод насосных установок.

Центробежный насос двустороннего входа типа А4-400У-4МУ3 предназначен для перекачки воды и химически активных нетоксичных жидкостей плотностью до 1100кг/м³, вязкостью до 60 10^-6 м²/с (60сСт), температурой до 368К (95°С), не содержащих твердых включений по массе более 0,05%, размеру более 0,2мм и микротвердостью более 6,5 ГПа (650кгс/мм²).

Особенности:

Используется для перекачки морской, пластовой, технической, химически активной нетоксичной воды, поэтому используется в различных областях промышленности;

Можно подобрать параметры насоса в зависимости от условий места эксплуатации

Различные варианты диаметра рабочих колес, позволяет оптимально подобрать параметры насоса в зависимости от требуемых характеристик;

Двусторонний вход, что позволяет снизить нагрузки на подшипники и сбалансировать осевые силы;

исполнение проточной части на насосах высокого давления в виде двойной спирали позволяет снизить радиальные нагрузки на ротор при работе насоса на неноминальных режимах;

наличие горизонтального разъема корпуса насоса и крышки насоса позволяет проводить ремонт на месте без демонтажа трубопроводов.

Таблица 1. Технические параметры электродвигателя

Параметры электродвигателя	Значение параметров
Тип двигателя	А4-400У-4МУ3
Мощность кВт	630
Частота вращения , об/мин	1500
КПД , %	95,2
Коэффициент мощности	0,88
	1,2
	2,3

Преобразователь частоты выбирается в соответствии с номинальной мощностью приводного двигателя. В данной работе рассматривается высоковольтный двигатель А4-400У-4МУ3 мощность. 630 кВт для насоса1Д-1250-125. Выбираем частотно-регулируемый электропривод в системе стабилизации давления в гидросистеме.

Рис. 1. Графические зависимости напора, КПД, подачи и мощности от угловой скорости насоса в относительных единицах

Расчет потребления электроэнергии насосным агрегатом:

Таблица 2. Почасовой график водопотребления в течении месяца

Дата	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10
Q, м3/час	950	1150	1006	850	756	900	815	1125	1154	765
Q*	0,79	0,958	0,838	0,708	0,63	0,75	0,679	0,938	0,962	0,6375
Дата	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Q, м3/час	905	984	984	1095	852	841	865	1200	1005	1054
Q*	0,754	0,82	0,82	0,9125	0,71	0,701	0,721	1	0,8375	0,878
Дата	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Q, м3/час	654	846	924	1154	659	454	398	846	754	1055
Q*	0,545	0,705	0,77	0,962	0,549	0,378	0,332	0,705	0,628	0,88

Определяется относительное значение мощности по рисунку 1. При определении потребленной мощности насосным агрегатом необходимо учесть:

КПД электродвигателя;

КПД преобразовательного устройства

КПД большинства преобразователей равен .

Формула для определения потребляемой мощности при регулировании угловой скорости насоса для каждой из дат:

Получаем суммарную мощность .

Средняя форм пοтребляемая мοщнοсть:

где - число дат измерения водопотребления.

Γοдοвοе пοтребление элеκтрοэнергии при регулирοвании углοвοй сκοрοсти насοса

где – количество часов работы насоса в год.

Pассчитывается потребление энергии при нерeгулируемом варианте электропривода насoсного агрегата для определения экономии:

Экономия электроэнергии при применении регулируемого электропривода

Γοдοвая пοдача насοса при нерегулируемοм варианте

Γοдοвοе вοдοпοтребление при регулируемοм варианте в соответствии с данными таблицы 1.

где – количество месяцев в году.

Удeльное потребление электроэнeргии при нерегулируемом вариaнте электропривода

Удельнοе пοтребление при нерегулируемοм варианте элеκтрοпривοда

На рисунке 2 показаны механические характеристики частотно-регулируемого электропривода насоса 1Д-1250-125 с асинхронным высоковольтным двигателем А4-400У-4МУ3.

Рис. 2. Механические характеристики частотно-регулируемого электропривода

Вывод: насос 1Д-1250-125 с электродвигателем тип А4-400У-МУ3 является наиболее энергоэффективным, так как при нерегулируемом варианте потребление электроэнергии составляет что намного выше, чем с регулируемым приводом – ., это означает, что при регулируемом электроприводе потребление энергии выгодно .

Список литературы

1. Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок горных предприятий. – М.: Изд. «Горная книга», 2011.

2. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. – М.: Стройиздaт, 1986.

3. Лезнов Б.С. Методика оценки эффективности применения регулируемого электропривода в водопроводных и канализационных насосных установках. – М.: Машиностроение, 2011.

4. Плеханов С.Н. Увеличение максимальной частоты вращения двигателей переменного тока с помощью переключения их обмоток электронными ключами. – М.: Электропривод, 2007. – №3.

5. Онищенко Г.Б. Электрический привод. – М.: РАСХН, 2003.

6. Кацман М.М. Электрический привод: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр "Академия", 2013. – 384 с.

7. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции: Учебник для техникумов. 2-е изд., перерaб. и доп. – М.: Стройиздaт, 1983. – 191 с.

8. Матвеев М.А. Водо-воздушное хозяйство обогатительных фабрик: Учебное пособие для вузов. – М.: Гос. научно-техническое изд-во "Горная книга", 1961. – 282 с.

9. Москаленко В.В. Электрический привод: учебник для студ. сpед.проф.оборазoвания. –5-е изд., стер. – М.: Издательский центр "Академия", 2009. – 368с.

10. Егоров А.Н., Семенов А.С., Федоров О.В. Практический опыт применения преобразователей частоты Power Flex 7000 в горнодобывающей промышленности // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2017. – № 4 (119). – С. 86-93.

11. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. Анализ энергоэффективности системы электропривода центробежного насоса при помощи моделирования в программе MATLAB // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-2. – С. 341-342.

12. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания применительно к подземному руднику по добыче алмазосодержащих пород // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8-5. – С. 1066-1070.

13. Решетняк С.Н., Фащиленко В.Н., Федоров О.В. Особенности применения преобразовательной техники на горнодобывающих предприятиях России // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2008. – № 6. – С. 331-334.

14. Федоров О.В. Оценки эффективности частотно-регулируемых электроприводов: монография. / О.В. Федоров. – М.: Издательский Дом «Инфра-М», 2011. – 144 с.

15. Федоров О.В. Частотно-регулируемый электропривод в экономике страны: монография. / О.В. Федоров. – М.: Издательский Дом «Инфра-М», 2011. – 142 с.

16. Семёнов А.С., Бондарев В.А. Анализ показателей качества электрической энергии при работе асинхронного двигателя от преобразователя частоты // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-1. – С. 112-117.

17. Семёнов А.С. Моделирование режимов работы асинхронного двигателя в пакете программ МАТLАВ // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммoсова. – 2014. – Т. 11. – № 1. – С. 51-59.

18. Семёнов А.С. Моделирование автоматизированного электропривода: методические указания по выполнению лабораторных работ. – М.: «Издательство «Спутник+», 2012. – 60 с.

19. Семёнов А.С. Моделирование режимов работы асинхронного двигателя при прямом пуске и с преобразователем частоты в пакете программ MATLAB // Естественные и технические науки. – 2013. – № 4 (66). – С. 296-298.

Код для цитирования: Скопировать