CC BY
17
В.А. Трегубое, профессор, д.т.н.
О.В. Замыцкий, к.т.н.
Криворожский технический университет
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
/~\дним из обязательных видов энергии ^'железорудного производства является сжатый воздух. Этот вид энергии используется для работы основных забойных машин и различного вспомогательного оборудования при подземной добыче руды, а также в технологических процессах обогащения полезных ископаемых. Всего на эти цели по Кривбассу потребляется около 0,5 млн. м3 воздуха в час.
Источниками сжатого воздуха для горнорудных предприятий являются центральные компрессорные станции. Поскольку компрессоры это машины, преобразующие электрическую энергию в энергию сжатого воздуха, то неизбежные при этом тепловые потери увеличивают стоимость последней, а с учетом всех потерь в трубопроводах стоимость энергии сжатого воздуха оказывается на порядок выше электрической. В последние годы из-за резкого падения объёмов производства был потерян баланс между производимым и потребляемым сжатым воздухом. Нарушение баланса привело к повышению непроизводительных потерь от стравливания сжатого воздуха в атмосферу и увеличению количества «пуск-остановок» компрессоров, а, следовательно, их износа. Все это привело к возрастанию издержек эксплуатации пневматического хозяйства.
Для установления возможности повышения надежности турбокомпрессорных агрегатов выполнены статистические, аналитические и экспериментальные исследования.
Процесс запуска турбокомпрессора предполагает трогание с места и разгон, до синхронной частоты вращения ротора приводного электродвигателя. Это требует значительных затрат энергии, обусловленных преодолением моментов инерции больших вращающихся масс, статических и аэродинамических моментов. Кроме того, до достижения синхронной частоты вращения, электродвигатель работает в не экономичном асинхронном режиме, что еще более увеличивает непроизводительные затраты энергии.
Тяжелый запуск компрессорного агрегата негативно сказывается на его надежности. В краткосрочный период от включения двигателя и до его выхода на синхронную частоту вращения происходит нагрев пусковой обмотки до высокой температуры и, соответственно, ускоренный износ изоляции. Потребляемая при этом мощность, значительная часть которой расходуется на нагрев, настолько велика, что снижается напряжение питающей сети, что в свою очередь может нарушить нормальную работу другого технологического оборудования.
На повреждение изоляции в значительной мере влияют механические и термомеханические факторы. При пусках двигателя увеличивается концентрация механических нагрузок, перенапряжения, вибрации и пр. Механические перегрузки - это следствие действия электродинамических сил, ударов и толчков. В результате расша-
тываются клинья в обмотках и имеют место другие отрицательные явления.
Достоверно установлено, что 70% от общего числа выходов из строя синхронных двигателей происходит вследствие разрушения пусковой обмотки и коротких замыканий в статорной обмотке.
Поскольку каждый запуск сокращает срок службы изоляции, то число их, по рекомендации завода-изготовителя, ограничивается десятью за один год эксплуатации. При этом условии наработка двигателя до среднего ремонта составляет два года. Если же число пусков турбокомпрессорного агрегата превышает рекомендуемую величину то, соответственно, сокращается межремонтный срок и увеличиваются материальные затраты на обслуживание. Величина возрастания материальных затрат может быть определена исходя из трудоемкости одного среднего ремонта примерно в 570 человеко-часов.
Частые остановки и пуски турбо-компрессорных агрегатов отрицательно сказываются и на долговечности подшипниковых узлов, а также зубчатых зацеплений редуктора и муфты.
Негативные последствия, связанные с операцией запуска турбокомпрессора, очевидно, могут быть полностью устранены
при предварительном раскручивании ротора до скорости, при которой обеспечивается подсинхронная скорость вращения электродвигателя. При этом приводом для раскручивания ротора может служить сам турбокомпрессор, переведенный в режим турбины.
Возможность работы турбокомпрессора в таком режиме известна из случаев раскручивания ротора при поступлении сжатого воздуха из магистрали через обратный клапан. Однако в таких случаях вращение ротора происходит в обратном направлении. Очевидно, если искусственно создать движение потока сжатого воздуха в направлении от всасывающего патрубка в сторону нагнетания, то будет обеспечена необходимая направленность вращения ротора. В результате лабораторных исследований и промышленных испытаний установлено, что при давлении равном 1 атм. время разгона до подсинхронной скорости составляет не более 120 с при этом расход сжатого воздуха около 4,2 м3/с.
Разработана принципиальная схема переоборудования типовой компрессорной станции для реализации пневмозапуска турбокомпрессорных агрегатов.
Схема станции с пневмозапуском приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема типовой компрессорной станции с пневмозапуском.
Турбокомпрессорный агрегат состоит из компрессора 1, электродвигателя 2, редуктора 15 и пускорегулирующей аппаратуры. На станции имеется напорный коллектор 3, по которому сжатый воздух подается потребителям, всасывающие магистрали 4 компрессоров с регулируемой дроссельной заслонкой 5. Напорный коллектор 3 связан трубопроводами 6 через задвижки 7 с всасывающими магистралями 4 компрессоров. Кроме того, напорный коллектор связан трубопроводами 8 через задвижку 9 с выхлопными трубами 10 думмиса. В напорных магистралях 11 до обратного клапана 12 установлены отводы 13 в атмосферу с задвижкой 14.
Первый пуск турбокомпрессорного агрегата выполняется в штатном режиме от приводного электродвигателя. При этом задвижка 7 закрыта, задвижка 9 открыта (выхлопная труба 10 думмиса сообщена с атмосферой), задвижка 14 закрыта (запорная магистраль 11 отключена от отвода 13). По такой схеме достаточно запустить один компрессорный агрегат. Остальные агрегаты запускаются с предварительным раскручиванием ротора сжатым воздухом. В процессе пневмозапуска задвижка 7 ставится в положение, обеспечивающее поступление сжатого воздуха из напорного коллектора 3 во всасывающую магистраль 4 запускаемого агрегата. Предварительно полностью прикрывается дроссельная заслонка 5. Одновременно заслонка 14 ставится в положение, когда напорная магистраль 11 через отвод 13 соединена с атмосферой, а заслонка 9 ставится в положение, когда коллектор 3 соединен с выхлопной трубой думмиса. При таких положениях за-
слонок компрессор переводится в турбинный режим работы, то есть сжатый воздух из напорного коллектора 3 поступает во всасывающую магистраль 4 запускаемого агрегата и далее в рабочую полость компрессора, при этом ротор компрессора начинает раскручивается. Когда частота вращения ротора приводного двигателя 2 достигнет подсинхронной частоты, системой управления производится подключение двигателя к электрической сети, задвижки 7, 9, 14 закрываются, а дроссельная заслонка 5 постепенно открывается, и агрегат переводится в компрессорный режим.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы пневмозапуска составит не менее $ 0,75 млн. в год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мурзин В.А., Цейтлин Ю.А., Турбокомпрессоры в горной промышленности СССР. Госгор-техиздат, 1962.
2. Гречко Э.Н., Родькин Д.И. Исследования и пути повышения эффективности пусковых систем синхронных двигателей в электроприводах промышленных механизмов. Киев, АН Украины, 1963.
РЕФЕРАТ
Проанализированы негативные последствия штатных операций запуска турбокомпрессоров и предложен метод запуска с предварительным раскручиванием ротора путем использования компрессора в качестве турбины. Разработаны основы пневмозапуска и выполнена его техникоэкономическая оценка, подтвердившая целесообразность практического использования.
