Технико-экономическая оптимизация АВО

24.11.09 Технико-экономическая оптимизация АВО

В последнее время особенно возросло применение аппаратов воздушного охлаждения для жидких и газообразных продуктов в разных отраслях промышленности.

 Главные достоинства аппаратов воздушного охлаждения, сконструированных из лопастного вентилятора и стандартных теплообменных секций с оребренными трубами – это доступность охлаждающего агента (атмосферного воздуха) и простота конструкции.
 
Многие АВО, использующиеся в различных целях, потеряли свою новизну и на сегодняшний день имеют недостатки. Это может быть неусовершенствованные аэродинамические контуры воздушных каналов и лопастей, тяжелые рабочие колеса, большие пусковые токи.

Устаревшая система автоматического управления, вызывает повышенные затраты на электроэнергию и требует постоянного ремонта оборудования, и соответственно ведет к снижению срока службы аппарата воздушного охлаждения.

Чтобы исключить перечисленные недостатки, не требуется существенно менять конструкцию аппаратов, а просто воспользоваться предложением по поставке аналогичных систем и комплектующих.

Факторы, которые негативно влияют на работу АВО можно разделить на две группы:

Конструктивные и технологические.

Конструктивные факторы:

К ним относится расположение рабочего колеса (РК), форма рабочих лопастей, обводы диффузора и коллектора.

 В начале, все, кроме лопастей, изготавливали из металла, и их аэродинамика была далека от совершенства. Плюс ко всему, рабочее колесо находилось в непосредственной близости от секций теплообмена.

Оптимальной конструкции свойственно, что РК находится на значительном расстоянии от секций, для снижения аэродинамических потерь.

Лопасти колеса присуще существенная крутка и хорда по длине лопасти. Пластиковый диффузор и коллектор имеет аэродинамически подходящую и обтекаемую форму, которая намного легче и заметно дешевле обходится при монтаже.
Благодаря использованию композитных, стеклопластиковых материалов, вместо металлов, стало возможным появление такого вентилятора. Для изготовления лопастей используют стеклопластик с демпфирующей прослойкой из пенопласта. Эта структура материала дает право на создание легкой и жесткой бесшовной оболочки лопасти. Передние ее кромки более всего подвержены эрозии и защищены сменными защитными носками из усиленного пластика или титана. Использование металла остается только для конструкций ступицы к креплениям РК на валу и для обжатия хвостиков лопастей с помощью пластиковых хомутов.

В рамках применения композитных материалов-стеклопластиков - вместо стали, получен такой результат:

- уменьшение массы РК, в среднем в 4 раза, приводит к большему межремонтному пробегу вентилятора и к меньшей пусковой нагрузке на электродвигатель.

- быстрый монтаж в короткий срок благодаря удобному креплению колеса и сниженной массе.

- облегченные теплообменные секции за счет крышки изготовленной из стеклопластика, которая облегчает и монтаж секций.  
 
- отсутствие концентраторов напряжения в виде сварных швов.  
Благодаря наличию сэндвичевой структуры стеклопластиковой лопасти, гасятся вибрации агрегата, продлевая ресурс работы АВО.

- увеличение КПД вентилятора, больше чем на 15% за счет внедрения более сложной формы клееной лопасти, соответствующей точным геометрическим параметрам.

- увеличение срока службы и КПД при отсутствии коррозии, благодаря применению пластиковых конструкций для диффузора, коллектора, крышки.

- за счет увеличения КПД вентилятора (с 0,6 до 0,8) при переходе на стеклопластик, происходит снижение энергетических затрат.

Технологические факторы:
 
-Это неполадки в регулировке расхода воздуха с целью поддержать заданную температуру охлаждаемого продукта на выходе АВО при колебаниях температуры в атмосфере.

- Пиковые нагрузки на приводе вентилятора при пуске-остановке.

-Сбои в автоматизации управления крупными аппаратами воздушного охлаждения ввиду оптимизации производственных затрат.

Говоря о регулировке расхода воздуха, обратимся к тому, что на большинстве АВО регулирование происходит путем включения и выключения отдельных вентиляторов. Выключение одного из вентиляторов позволит снизить температуру охлаждаемого продукта, сэкономив при этом электроэнергию. При этом происходит уменьшение общего расхода воздуха через аппараты воздушного охлаждения и оттока тепла от охлаждаемого продукта, что приведет к повышению температуры последнего. Но вместе с этим, может произойти повышение температуры до недопустимой величины. И чтобы этого не произошло, нужна постепенная регулировка оттока тепла, при которой не требуется отключать вентилятор в целях применения рециркуляции теплого воздуха. Рециркуляция приведет к увеличению средней температуры охлаждаемого воздуха при входе в АВО и тем самым, повысит температуру охлаждаемого продукта.

Таким образом, учитывая присутствие в оборудовании агрегата АВО возможности рециркуляции теплого воздуха, реальным является стабилизировать конечную температуру продукта на заданном уровне.

Разработанная система, включающая в себя жалюзи с приводом от специального исполнительного механизма МЭО (механизм однооборотный), служит для автоматизации управления расходом рециркулирующего воздуха. МЭО воздействует на систему створок жалюзи путем преобразования управляющего электросигнала в перемещение рабочего органа и включает автоматическое, дистанционное и ручное управление с информацией о промежуточных положениях рабочего органа.

Перемена частоты вращения привода вентилятора с помощью преобразователя частоты переменного тока, подпитывающего асинхронный электродвигатель привода, является альтернативным способом стабилизации конечной температуры охлаждаемого продукта в изменяющихся условиях температуры наружного воздуха. На изменение частоты вращения вала двигателя и расхода воздуха через АВО влияет меняющаяся частота переменного тока.

Такой способ регулировки удобен, но надо учитывать, что при небольших оборотах двигателя может возникнуть охлаждение, связанное с уменьшением скорости воздуха, обтекающей двигатель на входе в АВО. Поэтому такой способ больше всего подходит для зимних условий.

В виду высокой инерционности привода при пуске и остановке вентиляторов с асинхронными двигателями, возникают большие нагрузки на двигатель и резкое увеличение пускового тока, что приводит к провалу напряжения, т.е., другими словами, происходит дефицит реактивной мощности, необходимой для того, чтобы компенсировать возникшую высокую нагрузку. Эти следствия ведут к большому росту затрат электроэнергии.

 Чтобы реактивная мощность (РМ) компенсировалась, применяют устройства плавного пуска, благодаря которым в момент пуска присутствовало на клеммах двигателя соответствующее напряжение.

Система динамической компенсации реактивной мощности (ДКРМ) – это то, самое, устройство, которое работает в режиме реального времени и позволяет создать эффективность и надежность в работе электроприводов АВО.

Используя устройства плавного пуска, типа ДКРМ, можно уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева двигателя, увеличить срок его службы, устранить недостатки в механической части привода в виде рывков в момент пуска и остановки двигателя, снизить нагрузки в электродвигателе на подшипники. Также, устройства плавного пуска помогают в снижении реактивной мощности, шума, нагрева и вибрации электродвигателя, тем самым, снижая затраты электроэнергии на работу привод

Перечисленные устройства имеют основания к активному использованию в рамках единой системы автоматического управления (САУ) аппаратами воздушного охлаждения, которые нацелены на оптимизированный процесс охлаждения продуктов, и обеспечивают согласованную работу всех систем управления.

Эти системы качественно проработаны и выполняют следующие функции:

Ручной режим действует:
-при открытии-закрытии жалюзи с индикацией их положения;
- при включении-выключении вентиляторов;
-при изменении частоты вращения вентиляторов, применяя преобразователи частоты.

Автоматический режим действует:
-при поддержании заданной температуры охлаждаемого продукта за счет режима включения-выключения и изменения частоты вращения вентиляторов при летнем режиме.

Современный аппарат воздушного охлаждения, где рабочие стальные узлы заменены пластиковыми, и который имеет автоматизированное управление и выход на оптимальный режим, можно легко назвать аппаратом нового поколения.

 Такой режим сможет осуществить повышение рабочего ресурса и эффективность рабочего процесса; получить более качественный продукт технологической цепи в АВО в результате точной регулировки температуры охлаждаемого продукта; облегчить монтаж; снизить энергетические затраты и существенно уменьшить затраты на обслуживание.
 
Все ранее указанное оборудование автоматизации и комплектующих, а также теплообменное оборудование, производится и поставляется компанией ООО «Химмаштехнологии».