ENERGOCHŁONNOŚĆ ZESTAWU POMPOWEGO PODCZAS ZMIAN PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ POMPY

Transkrypt

1 Zszyty Problow Maszyy Elktrycz Nr 73/ Lszk Szychta Politchika Radoska, Rado ENERGOCŁONNOŚĆ ZESTAWU POMPOWEGO PODCZAS ZMIAN PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ POMPY ENERGY CONSUMPTION PUMPING SET AS A FUNCTION OF VARIABLE ROTATIONAL SPEED Abstract: Thr is giv a dfiitio of watr pup fficicy durig paralll coctd uits i th articl. Th thod of fficicy aalysis for ivrtr cotrol syst is dscribd. Th cotiuous or itrittt pup ruig for a day watr dad is assud. Th coputr calculatio rsults of pup fficicy for ral dad ar prstd.. Wprowadzi Jdostkowa rgochłoość popowaia () zalży od wysokości podoszia oraz sprawości zspołu popowgo η ηη η. Sprawość η z jst iloczy sprawości popy η, silika idukcyjgo η s oraz prika częstotliwości η f. i 367 η z kwh 3 i s f () Sprawość stosowaych prików częstotliwości zalży od takich czyików jak: częstotliwość kluczowaia trazystorów IGBT, toda strowaia (p. PWM, DTC) oraz wartość prądu wyjściowgo. W pracy założoo, ż w zakrsi a częstotliwości z apięcia wyjściowgo oraz podczas zasilaia obciążogo silika zspołu popowgo, sprawość prika częstotliwości przyjuj stałą wartość 95%. Przykładowo zbadaa sprawość silika,kw, pracującgo przy y obciążiu popy, ulga zijsziu aksyali o około 7% w porówaiu do wartości oialj η 80% w przdal a częstotliwości z apięcia zasilającgo silik idukcyjy [6,7]. Na podstawi wyików badań przyjęto do obliczaia jdostkowj rgochłoości, ż sprawość aalizowago silika idukcyjgo jst w przybliżiu stała w zakrsi f35 50z i wyosi 75%. Z wprowadzoych założń wyika, ż ay jdostkowj rgochłoości () zalżą od a sprawości popy η. Przyjęto rówiż, ż sprawości η s oraz η f i ulgają ao dla ogóli stosowaych tod strowaia pracą popowi. Możliw przy tych założ- iach dokoai wstępj aalizy porówawczj rgochłoości popowaia dla tgo sago typu popy stosując opisa tody strowaia poprzz wyzaczi współczyika jdostkowj rgochłoości popowaia. Dokłada aaliza porówawcza rgochłoości popowaia wyaga jdak uwzględiia a sprawości wszystkich urządzń zspołu popowgo.. Charaktrystyki przpływu popy w zalżości od a prędkości obrotowj popy Schat połączń urządzń lktryczych i hydrauliczych zstawu popowgo, wykorzystującgo syst strowaia przz aę prędkości obrotowj, przdstawioo a rys.. P4 P3 P Prztworik ciśiia P Strowik PLC M M Prik częstotliwości Wjścia Aalogow M3 Wyjścia Cyfrow M4 Rys.. Struktura połączń hydrauliczo - lktryczych popowi stosującj syst strowaia poprzz aę prędkości obrotowj popy K K. K K. K3 K3. K4 K4.

2 90 Zszyty Problow Maszyy Elktrycz Nr 73/005 W zstawi ty istij jda popa, którj ay prędkości obrotowj powodują dostosowai wydajości popowi do aktualgo zapotrzbowaia, zachowując przy ty aą wysokość podoszia w kolktorz tłoczy. Pozostał popy ogą pracować z stałą oialą prędkością obrotową, uzyskując wydajość z przy wysokości podoszia (rys. ). Dla chwilowgo poboru wody ijszgo od z, w zstawi pracuj jda popa z ą prędkością obrotową, zwaa popą prowadzącą,. Jżli chwilowy pobór jst większy od wydajości z, to w zstawi pracują popy dodatkow z stałą oialą prędkością obrotową oraz jda popa prowadząca. Zgodi z tą zasadą słusza jst zalżość [0]: + ( ),,K () z popy prowadzącj zajduj się a charaktrystyc przpływu wyzaczoj dla aktualj prędkości obrotowj popy (rys. ). Wydajości odpowiada η, którj wartość powia Pukt pracy (, ) sprawość wyikać z daych zawartych a wykrsi uszlowy popy. Z uwagi a powszchy brak wykrsów uszlowych dla stosowaych pop przyjęto, ż w pirwszy przybliżiu sprawość ( ) η oblicza się wykorzystując współczyik korygujący ( ) k ( ) ( ) 0, 09 η k η [4]: (3) prędkości obrotowych. Ziay wydajości zgodi z torią podobiństwa spłiają zalżość: (4) Zgodi z torią podobiństwa słusza jst zalżość: dla i,, K, j (5) i gd: i wysokość podoszia zajdująca się a charaktrystyc przpływu wyzaczoj dla oialj prędkości obrotowj. Charaktrystyka przpływu popy dla oialj prędkości obrotowj cost opisaa jst zalżością: 0 A B (6) Z rówań oraz (6), dla (, ), wyika zalżość okrślająca wydajość odpowiadającą wydajości : A B + B + A (7) Rys.. Charaktrystyka przpływu popy dla oialj prędkości obrotowj Na rysuku 3 przdstawioo algoryt a wydajości i wysokości podoszia służący do przliczaia sprawości popy dla różych Rys.3. Graficzy algoryt przliczaia sprawości dla różych prędkości obrotowych popy

3 Zszyty Problow Maszyy Elktrycz Nr 73/ Współczyik jdostkowj rgochłoości podczas ciągłj pracy popy Wprowadzoo pojęci ciągłj pracy popy prowadzącj, która polga a stały dostosowaiu wydajości popy do zapotrzbowaia, poprzz aę prędkości obrotowj, bz jj zatrzyywaia w cały przdal oblicziowy t. Założoo, ż podczas ciągłj pracy popowi i występują ograiczia zakrsu a prędkości obrotowj. Z zalżości (), dla wydajości, okrśloa jst jdostkowa rgochłoość zc (t ) popowaia wody, dla ciągłj pracy tylko jdj popy, przy strowaiu o-obrotowy: zc ( t ) 367 η ( z ) (8) Jżli wartość poboru chwilowgo jst większa od wydajości z (rys.), to w popowi pracują popy dodatkow z stałą oialą prędkością obrotową, zgodi z zalżością (). Pukt pracy dodatkowj popy zajduj się a charaktrystyc przpływu, wyzaczoj dla oialj prędkości obrotowj, przy wysokości podoszia. Na podstawi rówaia (6), dla wysokości podoszia, otrzyuj się wydajość tj popy z. Wydajości z odpowiada wartość sprawości η. Jdostkową rgochłoość zd (t ) z pracy pop dodatkowych (bz popy prowadzącj) pracujących z oialą prędkością obrotową, w chwili t, okrśla zalżość: gd: zd d i 367 η d i z ( ) (9) wydajość i-tj popy pracującj z oialą prędkością obrotową. Na podstawi rówaia (), ltary wydajościo i odpowiadają wydajości poszczgólych pop, atoiast staowi całkowitą wydajość zstawu popowgo. Całkowita jdostkowa rgochłoość z podczas ciągłj pracy wszystkich pop, to jst popy prowadzącj i (-) pop dodatkowych, okrśloa jst astępująco: z 367η z + ( ) 367 i ηz (0) gd: i i 4. Współczyik jdostkowj rgochłoości podczas przrywaj pracy popy Praca popy przy ałych prędkościach obrotowych wiąż się z jj iską sprawością. Wprowadzoo więc dfiicję graiczj prędkości obrotowj gr, poiżj którj praca popy i jst zalcaa: α () gr gd: α gr współczyik graiczj prędkości obrotowj. Zgodi z torią podobiństwa wydajość graicza gr wyrażoa jst: gr () gr i Miiala wydajość i występuj a charaktrystyc przpływu wyzaczoj dla oialj prędkości obrotowj. Wydajości i odpowiada rzczywista iiala wydajość gr występująca dla graiczj prędkości obrotowj gr, przy wysokości podoszia. Z charaktrystyki przpływu wyzaczoj dla (6) oraz z rówaia α gr otrzyuj się wyrażi okrśla- jąc iialą wydajość i : i A gr + 4B 0 α gr B A (3) Z zalżości (), (3) wyzacza się wydajość gr, która okrśla graicę iędzy przdał ciągłj i przrywaj pracy popy. Jdostkowa rgochłoość popy podczas przrywaj pracy okrśla astępująca zalżość: v + w ij (4) ij pk t + + i j v w ηz ij gd: v - liczba jdakowych odcików czasowych zawartych w przdal pracy popy z stałą prędkością obrotową, w - liczba jdakowych odcików czasowych zawartych w przdal pracy popy z ą prędkością obrotową.

4 9 Zszyty Problow Maszyy Elktrycz Nr 73/005 Z rówań (), (0), (4) otrzyuj się zalżości wyzaczając jdostkową rgochłoość z (t ) podczas pracy o-obrotowj, w zalżości od rlacji iędzy wydajościai oraz gr. Jdostkowa rgochłoość popowaia z po uwzględiiu współczyika korygującgo sprawość popy 0, 09 kη wyrażoa jst wzor: z v + w v + w + i η z kη j ( ) ij ij dla < gr ηz ij kη z dla 367η z( z ) kη 5. Koputrow obliczai jdostkowj rgochłoości popowaia gr a) b) Zalżości okrślając jdostkową rgochłoość są stosukowo złożo, totż opracowao progra koputrowy BEP Badai Ergochłoości Popowaia, z wykorzystai dytora DELPI. Przyjęto oialą wysokość podoszia zstawu popowgo rówą 0[], chociaż w większości popowi wyosi oa około 40 50[]. Taki założi wyika z trudości w uzyskaiu wykrsu uszlowgo, w który ay sprawości zawart są w szroki zakrsi dla arastającj i opadającj gałę oraz wysokości podoszia około 40 []. Podczas ralizacji obliczń w prograi BEP przyjuj się astępując założia: zaa jst charaktrystyka przpływu popy, wyzaczoa dla oialj prędkości obrotowj p. a podstawi daych katalogowych, którj postać jst wczytywaa do prograu w postaci trzch puktów wyzaczających wydajość oraz wysokość podoszia (rys.4), zaa jst charaktrystyka sprawości popy wyzaczoa dla oialj prędkości oblicziowj w postaci aksyali dwięciu puktów ( η,) (rys.4), zaa jst charaktrystyka poboru dobowgo, która okrśla całkowitą wydajość popowi w dowolj chwili czasu t. Założoo ożliwość wczytaia rozbioru w postaci 440 puktów (co iutę, rys.5), podczas strowaia prikowgo występuj obszar przrywaj pracy popowi. Zakrs a wysokości podoszia a wyjściu popowi zajduj się poiędzy wartościai oraz i, przyjęto, ż owalająca dokładość obliczń a ijsc dla 000 puktów oblicziowych. (5) Rys.4. Da wjściow do prograu BEP w postaci a) charaktrystyki sprawości oraz b) charaktrystyki przpływu popy o wyróżiku szybkobiżości q 4 [4] Rys.5. Dobowy pobór wody (przykładowy poiar dokoay w stacji wodociągowj Nojwo gia Piwy) Podczas strowaia prikowgo charaktrystyczy paratr wjściowy jst współczyik graiczj prędkości obrotowj α gr, wyzaczający dopuszczalą iialą prędkość obrotową. Wyiki obliczń przdstawia są w postaci stablaryzowaj oraz w postaci wykrsów. Na podstawi dobowgo poboru wody dokoywaa jst itrpolacja wydajości popowi z kroki wyikający z liczby cykli oblicziowych w ciągu doby. Jdoczśi, dla każdj chwili oblicziowj t, przdstawiaa jst ilość pobiraj rgii przz popę w okrśloy przdal czasu.

5 Zszyty Problow Maszyy Elktrycz Nr 73/ Końcowy fkt obliczń prograu BEP jst całkowita izbęda rgia CNE oraz śrdia wartość jdostkowj rgochłoości w okrsi doby śr. Dla popy o wyróżiku szybkobiżości q 4 [4], przy aj wysokości podoszia 7, dobow zapotrzbowai a rgię przz popę wyosi CNE63kWh, śr 0,06[kWh/ 3 ]. Zapotrzbowai a rgię E, w przciągu doby, w chwilach czasu t pokazao a rys.6a. Zapotrzbowai a rgię E wyrażo współczyiki jdostkowj rgochłoości w przdal czasu jdj doby, w chwilach czasu t, został przdstawioy rysuku 6b. a) b) Rys.6. Zapotrzbowai popy a a) rgię E w ciągu doby podczas strowaia prikowgo, b) współczyik jdostkowj rgochłoości w ciągu doby w chwilach czasu t kosztów ksploatacji stosowaych systów strowaia w zstawach popowych. 6. Wioski W artykul przdstawioo todę wyzaczaia współczyika jdostkowj rgochłoości podczas a prędkości obrotowj popy. Na podstawi opisaj tody oblicziowj ożliw jst okrśli rgochłoości popowaia przy iających się poborach dobowych oraz zachowaiu aj wysokości podoszia popy. Elt użytkowy przdstawioj tody jst ożliwość utworzia aalizy porówawczj rgochłoości iędzy ogóli zayi todai strowaia oraz przy takich saych poborach dobowych. Litratura []. Bagiński J., Muszyński P.: Wpływ a obrotów pop a ich wydajość przy stałych wysokościach podoszia, Gaz Woda i Tchika Saitara 3/997 []. Chryczakowski S.: Badai ożliwości zijszia zużycia rgii lktryczj a popowai siciowj wody pitj w gospodarc koualj, 3/996 IPPT PAN [3]. Frig L., i ii,: Pup Lif Cycl Costs a Guid to LCC Aalysis for Pupig Systs, 00 [4]. Jędral W.: Ziaa sprawości popy wirowj przy ai jj prędkości obrotowj, Probly badawcz rgtyki ciplj, Warszawa, -3 grudń 999 [5]. Szychta L.: Wybra zagadiia aalizy rgochłoości pop wodociągowych, Prac Naukow Politchiki Radoskij (6) 003 [6]. Szychta L., Kwiciń R.: Sprawość silika klatkowgo przy j częstotliwości apięcia zasilającgo, MiS 00 Kościlisko [7]. Szychta L., Strowai pracy popowi wdług optyalj charaktrystyki sprawości popy, VI Kofrcja Naukowa Strowai w Ergolktroic i Napęd Elktryczy, SENE Łódź 003 [8]. Zakrzwski K., Porówai charaktrystyk ksploatacyjych silika idukcyjgo przy zasilaiu apięci siusoidaly i apięci falowikowy MSI Przdstawio wyiki obliczń rgochłoości, dla przykładowo obrago rzczywistgo poboru dobowgo, dowodzą, ż stosując todę strowaia PNS uzyskuj się ajijsz zapotrzbowai a rgię lktryczą. Opracoway progra koputrowy BEP oż być waży arzęd oblicziowy dla projktatów popowi do aalizy porówawczj