XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В данное время использование воды на обогатительных фабриках зачастую происходит многократно, для того чтобы предотвратить нерациональное использование и загрязнения природных источников воды. Существует очень простая и распространенная схема водоснабжения обогатительной фабрики с применением обратного перекачивания отстойной воды с хвостохранилища на фабрику. Действие происходит по схеме: фабрика – хвостохранилище – фабрика. Тем самым предотвращая загрязнение воды, и сокращая потребление природной воды.

На обогатительной фабрике № 12 Удачнинского ГОКа применяется обратное водоснабжение, так как вода используется для измельчения, промывания полезных ископаемых, флотации, а также для гидротранспортирования измельченных материалов требуется большое количество воды.

Одним из основных устройств в системе обратного перекачивания воды является насос. Его выбирают очень грамотно, чтобы повысить эффективность и избежать его преждевременное изнашивания.

Когда регулирование давления воды осуществляется дросселированием при помощи задвижек, это приводит к снижению полезной мощности насоса и изменяет подкачивание воды, так как оно изменяет давление воды. Поэтому этот способ считается не эффективным, так как при его использовании потребляется достаточно много электроэнергии, малая точность регулирования, а также высокая вероятность износа электрического, гидравлического и механического оборудования, и пуски двигателя напрямую высокой мощностью приводит к ударным нагрузкам на передаточные механизмы.

Для устранения такого большого потребления электрической энергии, которое ведет к значительным размерам в финансовых потерях, используют частотно-регулируемый электропривод, при этом облегчается гидравлическая схема установки и делает возможность сэкономить на электрической энергии. А так же для повышения требуемого расхода применяют группу параллельно присоединённых насосов, для обеспечения запрашиваемого уровня расхода измеренный период времени, при подключении или отключении нужного количества насосов.

Прямое подключение насоса к сети в условиях высокой неравномерности расхода влечет за собой дефектный режим работы насоса с малым напором, или же обратно, с недостаточной подачей и высоким давлением. В таких режимах работ и насосы, и сеть водообеспечения не предусматривалась, так как в сети случаются высокие перепады давления, сбои в подаче воды. Подключение к сети водоснабжения преобразователя частоты дает возможность насосу и водопотребителям работать по собственным графикам, к тому же насос постоянно работает в предусмотрено рассчитанном, особо выгодном и правильном режиме.

В этой статье анализируется автоматизация насосной установки гидротранспортирования измельченных материалов обогатительной фабрики № 12 с применением двигателя, к которому подключен частотный преобразователь.

Представлю рассмотрению гидротранспортирующий насос ГрАТ-1800/67. Насосный аппарат оборудован асинхронным высоковольтным электродвигателем АОД-1000-8У1 (6 кВ).

Исследуем автоматизированный электрический привод насосной установки. Его использование позволяет произвести мягкий пуск и отключать работу высокой мощности аппаратов, предотвращая появление гидроударов в трубопроводе при его подключении к нулевому двигателю. Предназначение насоса ГрАТ-1800/67 гидротранспортирование шлаковых и песчанно-гравийных гидротехнологических смесей.

С материями высокоабразивных гидросмесей с pH 6…12. С плотностью до 1600 кг/м3. С объемным скоплением твердых включений до 40%. С колебаниями температуры от 278 до 343 К (от 5 до 70 ºC). Серединный размер некоторых твердых частиц достигают до 6 мм. Самые большие размеры твердых частиц составляют до 12 мм. С твердостью у не которых около 11000 МПа.

В основном насосы грунтовые ГрАТ используются на обогатительных фабриках и металургических предприятиях.

Таблица 1. Технические характеристики гидротранспортируемого насоса

Выбор преобразователя частотного регулирования производится по номинальным значениям мощности приведенного электрического двигателя насоса. В данной работе анализируется высоковольтный двигатель АОД-1000-8У1 мощности 1000 кВт для насоса ГрАТ1800-67. Выбирается частотное регулирование высоковольтного электропривода в систему автоматической регулировки уровня жидкости.

Рис. 1. Графические взаимосвязи подачи, напора, КПД и мощности от угловой скорости насоса (в о.е.)

Вычисление энергопотребления насосного агрегата представлено в таблице 2.

Таблица 2. Почасовой график водозатрат на протяжении месяца

По рис. 1 графически определяем индивидуальное значение мощности, в соответствии индивидуального объема подачи. Индексом i обозначается свойства объема и мощности к каждой из дат, приведенных в таблицу № 1. Индивидуальные значения мощности пересчитываются в абсолютную величину при помощи умножения индивидуальной величины на номинальную мощность. При расчете потребляемой мощности насосной установки требуется учесть КПД электродвигателя и КПД преобразующего устройства, обеспечения регулировку угловой скорости. При том, что КПД электрического двигателя почти не влияет от угловой скорости, поэтому при расчете принимается номинальное значение КПД двигателя. КПД большей части преобразовательного устройства, такое как преобразователь частоты или асинхронно-вентильный каскад, имеют величину = 0,96.

Формула для вычисления потребляемой мощности при регулировке угловой скорости насоса аппарата для каждой из выбранных дат имеет общий вид:

Произведенные данные заносятся в таблицу 2.

Общая мощность .

Рассчитываем среднюю потребляемую мощность:

где i = 30 - число дат измерения расхода воды.

Ежегодное потребление электрической энергии при урегулированной угловой скорости насоса:

где час/год - количество часов работы насоса в год.

При определении экономической выгоды затраты на электроэнергию определяются при неурегулированном варианте электропривода насосного агрегата:

Ежегодная экономия электроэнергии с применением урегулированного электропривода:

что составило 47,9 % экономии электрической энергии.

Ежегодное перекачивание насоса при неурегулированном варианте:

Ежегодное водопотребление при урегулированном варианте:

где = 12 - численность месяцев в году.

Суммарная затрата электрической энергии с неурегулированным вариантом электропривода:

Суммарный расход электроэнергии с урегулированным вариантом электропривода:

На предоставленном рисунке 2 видны механические характеристики частотно-регулируемого электропривода насоса ГрАТ-1800/67 с двигателем АОД-1000-8У1.

Рис. 2. Механические характеристики электропривода с частотным регулированием в насосной установке ГрАТ-1800/67 (с вентиляторным законом частотного регулирования)

В заключении был сделан вывод, что насос ГрАТ-1800/67 с электродвигателем АОД-1000-8У1 выходит преимущественно энергоэффективным, поскольку при неурегулированном режиме работы электропривода насосной установки у которого затраты на энергопотребление составляет , что гораздо выше, чем с регулируемым электроприводом – . А это значит, что при использовании частотно-регулируемого электропривода затраты на электроэнергию снижаются на

Список литературы:

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

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

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

4. Матвеев М.А. Водо-воздушное хозяйство обогатительных фабрик: учебное пособие для вузов. – М.: Горная книга, 1961. – 282 с.

5. Москаленко В.В. Электрический привод: учебник для студ. сред. проф. образования. – 5-е изд., стер. – М.: Академия, 2009. – 368 с.

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

7. Егоров А.Н., Парфенов В.О., Семёнов А.С. Оценка энергосбережения при применении частотно-регулируемого электропривода на пульпонасосных установках в условиях обогатительных фабрик // Актуальные проблемы электроэнергетики: сборник научно-технических статей, посвященный 80-летию со дня рождения проф. С.В. Хватова. (Нижний Новгород, 2018 г.). – Н. Новгород : Издательство НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018 – С. 174-180.

8. Семёнов А.С. Моделирование режимов работы системы электроснабжения насосной станции // Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум-2016» (15.02.2016-31.03.2016). URL: http://www.scienceforum.ru/2016/1745/21450 (дата обращения: 01.03.2016).

9. Семёнов А.С. Сравнение нефтяных насосов и их электроприводов // Молодежь и научно-технический прогресс в современном мире : сборник докладов VI-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 16-17 апреля 2015 г. – М. : Издательство «Спутник +», 2015. – С. 137-142.

10. Семёнов А.С. Сравнение нефтяных насосов и их электроприводов // Студенческий научный форум-2015: Материалы VII Международной студенческой электронной научной конференции (15.02.2015 – 01.04.2015 г.). URL: http://www.scienceforum.ru/2015/902/16183 (дата обращения: 08.03.2015).

11. Саввинов П.В., Семёнов А.С. Модификация электроприводов насосов малой мощности на горных предприятиях // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5 (часть 1). С. 232. URL: http://www.top-technologies.ru/pdf/2014/5-1/33872.pdf (дата обращения 30.04.2014).

12. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Федоров О.В. Энергоэффективность и энергосбережение в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2019. № 3 (78). С. 52-62.

13. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Харитонов Я.С., Федоров О.В. Анализ эффективности применения частотно-регулируемого электропривода в условиях алмазодобывающих предприятий // Горный журнал. 2019. № 2. С. 77-82. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.16

14. Бебихов Ю.В., Егоров А.Н., Матул Г.А., Семёнов А.С., Харитонов Я.С. Поиск путей повышения эффективности применения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода в условиях горного производства // Естественные и технические науки. 2018. № 8 (122). С. 228-234.