автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор энергосберегающих параметров функционирования шахтных компрессорных установок
- доктора технических наук
- Дмитриев, Владимир Трофимович
- город
- Екатеринбург
- год
- 2006
- специальность ВАК РФ
- 05.05.06
- цена
- 450 рублей
Автореферат диссертации по теме "Обоснование и выбор энергосберегающих параметров функционирования шахтных компрессорных установок"
На правах рукописи
Степанов Сергей Федорович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Специальность: 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Саратов - 2006
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Артюхов Иван Иванович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Ерошенко Геннадий Петрович
доктор технических наук, профессор Рогинская Любовь Эммануиловна
доктор технических наук, профессор Худяков Владимир Федорович
Ведущая организация: ФГУП НКТБ «Вихрь», г.Уфа
Защита состоится 1 июня 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.1, ауд.319.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»
Автореферат разослан « А. 8 » апреля 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета ^^ А.А. Казинский
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Актуальность работы.
В настоящее время в России, по оценкам целого ряда организаций, занимающихся проблемами электрификации, от 50 до 60% территорий страны с населением более 15 млн. человек так и остаются не охваченными централизованными электросетями.
Электрификация этих районов осуществляется только в рамках «малой энергетики», основу которой составляют локальные системы электроснабжения с автономными электростанциями (АЭ) малой и средней мощности, так называемыми электростанциями собственных нужд (ЭСН). Под локальными системами электроснабжения понимаются изолированные системы электроснабжения отдельных предприятий или населенных пунктов, содержащие АЭ и распределительные сети ограниченной протяженности. Потребляемая мощность в таких системах не превышает 1-2 МВт, реже 5-10 МВт.
В связи со сложностью строительства и эксплуатации централизованных линий электропередач в северных районах автономные электростанции будут сохранены в этих районах на достаточно большой период времени как основной источник электроснабжения. Особенно это характерно для районов, где расположены предприятия по добыче и транспортировке газа и нефти и в достаточном количестве имеется природный газ.
В ряде районов со сложными природно-климатическими условиями электроснабжение промышленных объектов и населенных пунктов осуществляется одновременно от автономных электростанций и от централизованных» сетей. При этом возникает ряд специфических вопросов по обеспечению совместной работы локальной системы с централизованной сетью. Это вопросы, связанные с необходимой перестройкой параметров уставок систем релейной защиты и автоматики (РЗиА) при переходе от автономного режима к режиму параллельной работы с энергосистемой. Это вопросы взаимного влияния систем друг на друга в нормальных и аварийных режимах работы.
Эффективность работы локальных систем электроснабжения определяется используемым оборудованием и режимами его работы. Так как важнейшим элементом локальных систем электроснабжения являются автономные электростанции, то их технические параметры во многом определяют эффективность работы всей локальной системы электроснабжения.
Вопросы теории и практики электротехнических и преобразовательных комплексов, используемых в локальных системах электроснабжения, нашли свое отражение в многочисленных трудах отечественных и зарубежных ученых. Разработка новых типов оборудования осуществляется на основе фундаментальных исследований по электромеханике и электроэнергетике и неразрывно связана с совершенствованием характеристик электрических машин, пускорегулирующей аппаратуры, систем управления и защиты, увеличением их надежности, расширением функциональных возможностей. Это позволило создать обширную теоретическую базу для данного класса оборудования.
При этом следует отметить, что все способы и возможные технические
решения улучшения классической схемы построения автономных электростан -ций на сегодня практически исчерпаны. Модернизация отдельных узлов и блоков автономных источников электроэнергии идет по пути применения новой элементной базы, при этом не меняется функциональное назначение блоков, а только улучшаются их отдельные технические параметры и характеристики.
Во многих случаях целесообразность перехода к локальным сетям определяется следующими факторами: снижаются потери электроэнергии и тепла в распределительных сетях, затраты на производство электроэнергии и тепла получаются более низкими, появляется возможность формировать наиболее приемлемый график потребления электроэнергии в соответствии со своим технологическим процессом при параллельной работе с централизованной сетью. При этом удельные капитальные затраты на единицу вводимой мощности и сроки окупаемости вложений значительно ниже аналогичных показателей при введении мощностей в большой энергетике.
Однако электротехнические параметры существующих автономных источников электроснабжения (АИЭ), выполненных на базе различных первичных двигателей: дизель-генераторов, газовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинных двигателей и некоторых других типов нетрадиционных источников энергии в большинстве случаев при работе на локальную сеть не позволяют генерировать электроэнергию с параметрами, удовлетворяющими требованиям современных стандартов.
Настоящая диссертационная работа посвящена разработке и созданию новых типов электротехнического оборудования для локальных систем электроснабжения и обеспечению эффективного режима его работы: электрогене-рирующего оборудования, силовых преобразовательных устройств, электротехнических комплексов по выработке электроэнергии на газораспределительных станциях, систем управления режимом работы АИЭ.
В последнее время локальные электрические сети на базе когенерацион-ных энергоустановок (мини-ТЭЦ) стали создаваться в районах с широко развитой структурой централизованных сетей: в городах на отдельных предприятиях, крупных культурно-бытовых объектах, а также в сельских населенных пунктах. Это экономически оправдано и является логическим дополнением к существующим централизованным системам крупных энергокомпаний. О перспективности указанного направления свидетельствует и мировой опыт. В США мощность ежегодно вводимых малых станций составляет 30% от общей вводимой мощности.
Реализация расширенного внедрения локальных систем в практику электроснабжения отдельных потребителей потребовала проведения исследований в следующих направлениях: поиск путей повышения эффективности работы автономных электростанций, минимизации расхода первичного энергоносителя и повышения качества генерируемой электроэнергии на электростанциях малой мощности, минимизации потерь при доставке и распределении электроэнергии, способов организации эффективной совместной работы локальных систем с централизованными сетями.
Здесь имеются определенные успехи в разработке теоретических и прак -
тических вопросов создания основных агрегатов локальных систем электроснабжения: высокоэффективных мини-турбин, высокоскоростных синхронных и асинхронных электрогенераторов, силовых преобразовательных устройств, микропроцессорных устройств контроля, управления и релейной защиты. Общим связующим звеном этих исследований является теория проектирования оборудования для систем малой энергетики. Но в ней отсутствуют такие важные разделы, как принципы построения и структуры автономных систем генерирования электроэнергии, содержащих высокоскоростную двигательно-генераторную часть со свободно меняющейся частотой вращения первичного двигателя и силовой преобразователь частоты, а также методы проектирования многомостовых преобразовательных комплексов, реализующих принцип многоуровневой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения. Отсутствуют исследования новых схемных решений многомостовых преобразователей частоты на основе инверторов тока и инверторов напряжения с многоуровневой системой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения, недостаточно изучены вопросы аварийных режимов работы и электромагнитной совместимости разработанных электротехнических комплексов с питающей сетью.
Все это в конечном итоге не позволяет достичь требуемой эффективности и необходимого уровня показателей по удельному расходу первичного топлива, стабильности частоты и напряжения при переменном характере электропотребления. Указанные показатели в локальных системах электроснабжения остаются относительно низкими и требуют существенного улучшения.
•I Таким образом, имеет место важная народно-хозяйственная проблема — разработка локальных систем энергоснабжения с повышенной эффективностью, достигаемой за счет структурных изменений генерирующей части автономной электростанции, освобождение дизеля от работы с постоянной частотой вращения, применения нового способа регулирования скорости вращения первичного двигателя в функции мощности на валу, введения в структуру АЭ силовой преобразовательной техники и обеспечения основного параметра генерируемого напряжения - частоты, не за счет стабилизации скорости вращения первичного двигателя, а средствами системы управления преобразователя частоты (ПЧ).
Решение указанной проблемы позволит снизить затраты при генерировании электроэнергии и попутной выработке тепла, повысить стабильность частоты и напряжения до уровня, определяемого действующим стандартом для более широкого поля параметров нагрузки и режимов работы.
Целью диссертационной работы является решение комплекса научных и технических проблем, связанных с разработкой нового поколения автономных электрогенерирующих станций для локальных систем электроснабжения, обеспечивающих высокое качество генерируемой электроэнергии и имеющих существенное значение для перевооружения и реконструкции существующих локальных систем электроснабжения.
Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:
1. Разработка новых принципов построения электрогенерирующих сис -
тем для локальных систем, содержащих высокоскоростную двигательно-генераторную часть, силовой преобразователь частоты и микропроцессорную систему управления.
2. Развитие теории многомостовых преобразовательных комплексов на основе автономных инверторов тока и напряжения, реализующих принцип многоуровневой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения:
• в системах с бестрансформаторным суммированием мощности;
• в системах с одним суммирующим трансформатором.
3. Вывод основных аналитических зависимостей для многомостовых выпрямителей с уменьшенным искажающим влиянием на питающую сеть и одним входным трансформатором.
4. Разработка способа управления первичным двигателем автономной' электростанции (АЭ), позволяющего снизить удельные показатели расхода топлива на электростанциях малой мощности при производстве электроэнергии в режимах работы с низким коэффициентом загрузки.
5. Разработка принципов построения электротехнической части газораспределительных станций (ГРС) с детандер-генерирующими агрегатами с целью повышения выработки электроэнергии при редуцировании сжатого газа в режимах неравномерного расхода газа и замене огневой технологии подогрева газа на электроподогрев.
Методы исследования. Для решения сформулированных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В качестве основных методик теоретического исследования применялись: методы теории электрических и магнитных цепей, методы численного анализа, методы компьютерного моделирования электротехнических комплексов и систем, методы теории автоматического регулирования.
Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях и условиях эксплуатации на реальном объекте.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается корректным использованием математического аппарата и результатами лабораторных и эксплуатационных испытаний. Научная новизна
1. Сформулирована и реализована новая концепция построения электро-генерирующих систем широкого применения для локальных систем электроснабжения, имеющая следующие особенности:
• переход к высокоскоростным двигателям и генераторам для производства электроэнергии при меньших массе и габаритах;
• освобождение дизеля от работы с постоянной частотой вращения при изменении нагрузки, что позволяет улучшить технические характеристики дизеля (сократить расход топлива на 30% при работе с резко переменной нагрузкой);
• получение электроэнергии стандартной частоты и заданного качества за счет применения преобразователей частоты с синусоидальной формой кривой
выходного напряжения, устойчивых к коротким замыканиям и обладающих высокими динамическими характеристиками.
2. Разработаны теоретические основы проектирования многомостовых преобразовательных комплексов, в которых реализуется принцип многоуровневой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения для схем с бестрансформаторным суммированием мощности на многоэлементных конденсаторных, индуктивных и комбинированных фазосдвигающих блоках, а также для преобразовательных комплексов с одним суммирующим трансформатором.
3. На основе метода основной гармоники выведены аналитические зависимости для определения параметров входного многообмоточного трансформатора многомостовых выпрямителей с уменьшенным искажающим влиянием на питающую сеть.
4. Разработаны новые схемные решения различных типов оригинального оборудования в виде преобразовательных устройств, а также электротехнического комплекса на базе газоредуцирующей станции с детандер-генерирующим агрегатом, преобразователем частоты и блоком электроподогрева газа, позволяющие создавать локальные энергогенерирующие комплексы, имеющие улучшенные показатели: повышенную стабильность частоты и напряжения при переменном характере загрузки автономной электростанции, уменьшенные удельные показатели расхода топлива, более высокие значения КПД.
5. Новизна технических решений подтверждается авторскими свидетельствами и патентами.
Практическая ценность работы:
1.Реализация принципов построения электротехнических комплексов для локальных систем электроснабжения, разработанных в диссертации, позволяет существенно улучшить их технико-экономические показатели: по массе, габаритам, расходу топлива, качеству генерируемой электроэнергии, стабильности частоты и напряжения, условиям параллельной работы.
2. Разработанные электротехнические комплексы могут быть использованы как базовый материал при разработке серийного мощностного ряда данного класса оборудования.
3. Разработанные математические модели позволяют на этапе проектирования получить все необходимые количественные параметры электромагнитных процессов проектируемых систем электроснабжения.
4. Результаты проведенных исследований разработанных технических решений дают необходимый материал для обоснованного инженерного выбора схемотехнических решений конкретного применения.
Реализация результатов работы.
1. Результаты диссертационной работы использованы при реконструкции систем электроснабжения локальных объектов на предприятиях ОАО «Газпром»: Тюментрансгаз, Пермтрансгаз, Астраханьбургаз, МПП «Энерготех-ника»(г. Саратов), а также при проектировании и создании локальных систем электроснабжения с повышенной частотой питающего напряжения участков и цехов на ряде предприятий подшипниковой промышленности Саратова (СПЗ),
Курска (ГПЗ-20), содержащих в своем составе тиристорные преобразователи частоты мощностью 200 кВА и работающие на распределительную питающую сеть станков с высокоскоростными асинхронными двигателями.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Использование в структуре локальных систем электроснабжения силовой преобразовательной техники: преобразователей частоты, управляемых выпрямителей позволяет оптимизировать режим работы первичного двигателя автономной электростанции, улучшить удельные показатели расхода топлива, а также получить гостированные параметры качества генерируемой электроэнергии при переменных режимах электропотребления.
2. Разработанный принцип многоуровневой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения многомостовых схем инверторов тока и напряжения с бестрансформаторным суммированием мощности на конденсаторных, индуктивных и комбинированных фазосдвигающих блоках, а также в схемах с одним суммирующим многообмоточным трансформатором при произвольном числе мостов т= 2-к, (к= 1,2,3...) позволяет обеспечить синусоидальное выходное напряжение и отказаться от применения силовых пассивных фильтров на выходе преобразовательного комплекса.
3. Выведенные основные аналитические выражения, полученные методом основной гармоники, а также разработанные на основе компьютерных программ математические модели отдельных групп оборудования (автономных электростанций, многомостовых преобразователей частоты, многомостовых выпрямителей, устройств компенсации реактивной мощности) позволяют адек-
•> ватно описывать физические процессы в локальных системах электроснабжения.
4. Проведенное компьютерное моделирование систем генерирования, преобразования и распределения электроэнергии позволило выявить основные закономерности протекания электромагнитных процессов в нормальных, аварийных и переходных режимах работы.
5. Применение в структуре газоредуцирующей станции детандер-генераторного агрегата, преобразователя частоты и блока элетроподогрева газа позволяет реализовать «бестопливную» технологию работы газораспределительной станции, максимально использовать энергию перепада давления газа для выработки электроэнергии, обеспечивая при этом повышенную энергоэффективность и экологическую безопасность. Экономия газа составляет около 1% от количества транспортируемого газа, при дополнительной выработке электроэнергии в размере 75 - 80 % потенциальной энергии сжатого газа, поступающего из магистрального газопровода, и полностью теряемой при обычном дросселировании на существующих газораспределительных станциях.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на V Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов» (Уфа, 1984); V и VI юбилейных Международных научно-технических конференциях «Актуальные про-8
блемы электронного приборостроения» (Саратов, 2002, 2004); VIII Международной научно — технической конференции «Проблемы современной электротехники» (Киев, 2004); Мевдународных научно-технических конференциях «Силовая электроника в решении проблем ресурсо — и энергосбережения» (Харьков, 1993; Крым, Алушта, 1996); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП» (Новосибирск, 2004); Международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь» (Саратов, 2004), XIII Международной научно - технической конференции «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-2005 (Екатеринбург, 2005), а также докладывались и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 88 научных работах, из них 40 авторских свидетельств и патентов, 8 статей опубликованы в центральной печати по списку ВАК, 40 статей — в других научных сборниках и официальных изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, изложенных на 341 стр. основного текста, списка использованной литературы из 363 наименований, 148 иллюстраций и приложения на 20 стр.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы, решению которой посвящена диссертация, обосновывается актуальность, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новые научные результаты, полученные в работе, ее практическая ценность.
В первой главе выполнен общий анализ построения существующих структурных схем и оборудования электротехнических комплексов локальных систем электроснабжения с технической и теоретической точек зрения, выделены основные структурно-функциональные узлы, приведен обзор конструкций автономных электростанций по составу оборудования. Выполнен анализ существующих схем автономных инверторов, отмечены их достоинства и недостатки. Рассмотрены различные типы организации и схемы выполнения локальных систем электроснабжения. В заключение главы поставлены задачи исследования.
Во второй главе рассматриваются вопросы повышения эффективности работы АЭ в составе локальных систем электроснабжения. Представлены результаты исследования характеристик электрогенерирующих комплексов, в которых в качестве первичных двигателей используются ДВС, газопоршневые двигатели, газовые турбины.
Анализируя годовые, сезонные и суточные графики нагрузок локальных электрических сетей, питающих разнородную нагрузку, а также годовой график продолжительности использования активной мощности, можно отметить, что продолжительность максимальной нагрузки во многих случаях в течение года не превышает 870 часов (10 %), нагрузки величиной 25% имеют продолжитель-
ность 400-1000 часов. Остальной период времени автономная электростанция работает с коэффициентом загрузки К, — 0,35 — 0,5.
Для группы приемников, состоящей из подгрупп приемников с разными режимами работы, средневзвешенные коэффициенты использования активной и реактивной мощности Кщв>с, KuPtC определяются с достаточным для практических расчетов приближением по формулам:
-Л",, „ , — "
5Х 1
к
у р
/ t на
S k Р
и,р НОМ
2Л
где п — число подгрупп приемников с разными режимами работы, входящих в данную группу; рсм — средняя мощность подгруппы; рном — номинальная мощность подгруппы приемников; кир- средневзвешенные коэффициенты реактивной мощности подгрупп приемников.
При этом следует учитывать, что для обеспечения работы электростанции в наиболее щадящих режимах и экономии ее ресурса проектировщики выбирают номинальную мощность электростанции с запасом не менее чем на 20-30%.
Для АЭ это означает, что значительную часть времени она работает с нагрузкой, значительно ниже номинальной, вследствие этого, режим ее работы с точки зрения удельного расхода топлива является неоптимальным. Удельный расход топлива при этом, по сравнению с работой электростанции при постоянной нагрузке, равной номинальной, увеличивается на 15-25 %.
На рис. 1 представлены внешняя и частичные скоростные характеристики две.
Внешняя — это характеристика, снятая при полностью открытой дроссельной заслонке, графики Ne(I), М,ф(1), ge(I), частичные - при не полностью открытой заслонке, графики Ne(II), MKP(II), ge(II), Ne(III), MKp(III), ge(III). Здесь Ne- мощность двигателя; М,ф- момент, развиваемый двигателем; g,.- удельный расход топлива (г/кВт- ч).Из графиков видно, что при работе двигателя в составе АЭ со строго постоянной скоростью, удельный расход топлива сильно зависит от величины нагрузки (прямая «А»). Для снижения показателей удельного расхода топлива при переменной нагрузке необходимо с изменением нагрузки менять и величину оборотов двигателя, то есть работать по кривой «В».
Для минимизации расхода топлива при работе в режимах, отличных от номинального, необходимо обеспечить управление работой
IUOU моо 1Н00 22UO 2ЫА 3000 3440 П, Об/МКН
Рис. 1. Внешняя и частичные скоростные характеристики ДВС
дизеля со свободной частотой вращения при изменении нагрузки.
Для этого необходима разработка соответствующего регулятора управления ДВС и введение в состав автономной электростанции преобразователя частоты с целью получения генерируемой электроэнергии стандартной частоты и необходимого качества. В работе предложена двухканальная электромеханическая система управления работой ДВС, реализующая режим минимального потребления топлива.
Общепринятая схема управления, построенная на принципе регулирования: Уатга- Ползунова (регулирование по отклонению), дополнена вторым каналом управления, осуществляющим регулирование по нагрузке (принцип Понселе). Структурная схема представлена на рис.2.
Рис.2. Структурная схема управления ДВС
В состав схемы входят одиннадцать звеньев: ДВС — двигатель внутреннего сгорания (дизель); ТНВД — топливный насос высокого давления распределительного типа; ШД — шаговый двигатель с редуктором; СГ — синхронный генератор; СВ — система возбуждения синхронного генератора; ТГ — тахогенера-тор; МП — микропроцессорный блок управления шаговым двигателем и системой возбуждения СГ; ДМ - датчик мощности; ПЧ - преобразователь частоты; ДОС — датчик обратной связи.
Применение в автономных электростанциях устройств преобразовательной техники позволяет эффективно решать не только проблемы электротехнического плана, но и проблемы энерго- и ресурсосбережения, хотя это и связано с дополнительными затратами.
При проектировании автономных систем электроснабжения следует учитывать то обстоятельство, что производство только электроэнергии является малоэффективным процессом с точки зрения использования энергии первичного топлива. КПД данного процесса имеет величину 25 - максимум 40%. Максимальной эффективности использования энергии первичного топлива можно добиться только при совместном производстве тепла (холода) и электроэнергии на когенерационных (тригенерационных ) установках.
Когенерационная установка представляет собой двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором и устройством для утилизации теплоты уходящих газов и охлаждающих жидкостей. Топливная эффективность систем коге-нерации может достигать 90%. Кроме уменьшения потребления топлива, системы когенерации позволяют снизить экологическую нагрузку на окружающую
среду. Процесс выработки электроэнергии возможно совместить не только с процессом выработки тепла, но и холода. Данная технология называется три-генерацией.
Тригенерация дает возможность эффективно использовать в летний период утилизируемое тепло. Это качество особенно важно для многих промышленных предприятий и учреждений, где летняя потребность в отоплении помещений и нагреве воды может быть минимальной, а потребность в холоде, например, для кондиционирования помещений может быть значительной. Применение в когенерационных системах абсорбционных устройств, преобразующих тепловую энергию в холод, позволяет исключить затраты электричества как на получение горячей воды, так и на кондиционирование воздуха помещений и тем самым значительно повысить экономическую эффективность работы АЭ в течение всего года(рис.З).
ищи 8%
электро-
зпаорознергия 32%
генератор
абсорбционный мата 18%
холодильник
Ш1ери32%
Рис.3. Энергетическая эффективность применения системы тригенерации
Коэффициент использования теплоты сгорания топлива (71т) определяется выражением:
где IV,- количество электроэнергии, вырабатываемой за определенный отрезок времени; ¡2у количество тепловой энергии, передаваемой потребителю от коге-нерационной установки; Тдес- расход топлива за рассматриваемый отрезок времени; (?уд.тая- удельная теплота сгорания топлива. Выражение для электрического КПД автономной электростанции имеет вид
1}э= IV,/(ТЦВС' Яуб.то.т) •
При этом отношение тепловой энергии к электрической можно выразить следующим образом
= Уит !
Лэдкс
Данное отношение является одной из основных характеристик когенера-ционной АЭ.
Применение преобразователей частоты в таких АЭ, в условиях освобождения дизеля от работы с постоянной частотой вращения, позволяет в определенных пределах менять соотношение между количеством вырабатываемой тепловой и генерируемой электрической энергии в зависимости от потребности 12
того или иного вида энергоносителя в данный момент времени.
В третьей главе представлена обобщенная теория структурного и параметрического синтеза составных многоуровневых силовых схем, инверторов тока и напряжения на базе Ы-мостовых схем с бестрансформаторным суммированием выходной мощности. Для построения преобразовательных комплексов с синусоидальной кривой выходного напряжения сформулирован принцип построения п-мостовых Б-фазных бестрансформаторных схем многоуровневых инверторов тока. Принцип заключается в построении структурно-симметричной схемы многомостового инвертора тока, представляющего собой многоуровневую «пирамиду».
В качестве базовой ячейки схемы выбрана одномостовая тиристорная схема с шестиэлементной конденсаторной батареей, соединенной в кольцо (рис.4). -
Эта схема обладает свойствами, аналогичными свойствам параллельно-последовательного инвертора. Однако ей присущи и существенные отличия, заключающиеся в том, что конденсаторная (Т) батарея выполняет две функции. Во - первых, является коммутирующей. Во - вторых, выполняет роль фазосдвигающего устройства. В - третьих, при коротком замыкании нагрузки все конденсато- Н ры остаются в работе.
Назовем данную схему исходным модулем, а,батарею конденсаторов — фазосдвигающим конденсаторным блоком (ФСКБ).
3
У V
V
№
\7
V
ш
Рис.4. Схема исходного модуля
Выражения для определения действующих значений фазного тока Л и напряжения на выводах переменного тока тиристорного моста Ш, а также напряжения на нагрузке С/2, полученные методом основной гармоники, имеют вид:
лШ ■
J\ = -
(В1 + Й2 + Ш)
(г-В1-вг+тт + В2УН)
ш=(1/18 71
112=
■ГбШ),
V
ли.
где
с!с11-уж((р)с12) кусоз(<р)еИ+<1сй у
—¡=---М<1б-(12-(11-со С1)2+(с16-с11+й) с12-С1)2 ,
з4б{усоз(<р)с11+(1-с12ук ' х '
В1=1ы С1; В2:=1и С2; УН=усо^(ф)-у1зт(ф): а=-1/2+щП(3/2)1; ¿=(ы С1+ оз -С2-у5т(ф)); (11=(3- оз г-С1С2- оз •С1узт(ф)- оз -С2у^Ы(ф)); ¿2=(- оз -С1-у-сох(ф)- со -С2-усо.ч(ф)); с13=усо.<;(фус11/с!4; с14=(с112-\-с12 ); с1б=(и С2-1/2оз С1).
Угол запирания тиристоров инверторного моста находится из выражения:
(I ■ р1-Ш ■ с1\/((</3 + (! - (12/(14) ч14)- у- со$(<р) -р| •{/</■ ¿2 /((</3 + ■ </2/</4) • ¿4 18(£) - у ,р1.ш.(П /((¿з + ^. ¿2 /¿4) • ¿4) + а ■ р1 Ш-<12 /((¿3 + <1 ■ (¡2/(14) ■ (14))'
Аналогичные выражения (значительно более громоздкие) получены для двух- и четырехмостовых схем и приведены в диссертации. При анализе свойств схем инверторов тока с большим числом тиристорных мостов резко увеличивается объем вычислений. Расчет таких схем проводился с применением ЭВМ.
Одним из параметров фазосдвигающих конденсаторных блоков является отношение составляющих емкостей Х=С]/С2. Данное отношение определяет величину фазового сдвига между напряжением на нагрузке и напряжением на выходных выводах тиристорного моста.
При X два модуля с взаимно-обратными значениями X можно объединить на зажимах нагрузки только в том случае, если фазные напряжения на зажимах первого моста равны по величине и фазе, соответствующим напряжениям и фазе второго моста. Добиться этого можно, вводя угол фазового рассогласования е между тиристорными мостами 1 и 2. Выражение, связывающее параметры X и €, при котором обеспечивается равномерная загрузка тиристорных
„ /2) + 4З
мостов, имеет вид X = ——--—¡=-.
¡В(е /2) + 4з
В многомостовых схемах соответствующим выбором е и X можно влиять на формирование желательного гармонического состава выходного напряжения. Анализ разработанных схем показывает, что для двухмостовой схемы при е =30, 90,150,210,270,330 эл.град.(и соответствующем выборе X ) происходит полная компенсация 5-й и 7 -й гармоник. Причем для углов 30,150 и 270 эл.град. значение Х = у/3—1,а для углов 90,210,330 эл.град.
Х = (у/3-1)/(1 + ,/3).
Объединение данных модулей с помощью дополнительных ФСКБ в единую схему позволяет создать л-мостовую ¿-фазную бестрансформаторную схему многоуровневого инвертора тока. Структура дополнительных ФСКБ аналогична структуре конденсаторной коммутирующей батареи базовой ячейки.
Структура многоуровневого инвертора тока, представляющего собой Ы-мостовую схему с расщепленной конденсаторной батареей,, имеет вид пирамиды. В связи с этим принцип построения таких схем был назван «принципом пирамиды».
Вершиной «пирамиды» является нагрузка. Выводы нагрузки соединены с объединенными между собой выходными выводами двух фазосдвигающих конденсаторных блоков (ФСКБ) первого уровня компенсации.
Каждый уровень «пирамиды» (уровень компенсации) содержит четное число ФСКБ.
Каждый следующий от вершины «пирамиды» (от нагрузки) вниз уровень
компенсации содержит вдвое больше ФСКБ, чем верхний. То есть, каждой паре ФСКБ нижнего уровня соответствует один ФСКБ верхнего уровня.
ФСКБ каждого уровня объединены в пары, выходные выводы которых соединены между собой и подключены к входным выводам соответствующего ФСКБ верхнего уровня.
Входные выводы самого нижнего уровня соединены с выводами переменного тока тиристорных мостов. Количество тиристорных мостов является четным числом и равно количеству ФСКБ нижнего уровня.
Каждый ФСКБ выполнен в виде шестиэлементной конденсаторной батареи, соединенной в кольцо по схеме С[ — С2-С1 — С2-С1- С2.
Отношение составляющих емкостей СкХ/Скг в ФСКБ каждого уровня определяется из выражения
х -1%(£к/2) + 4з
к 18(ек/2) + ^3 '
где к — текущий номер уровня компенсации, к = 1, 2, N - количество
уровней компенсации; ек - угол сдвига ФСКБ, для каждого уровня компенсации определяется как
ек =е{/-к,
здесь ек - угол сдвига между одноименными импульсами соседних тиристорных мостов.
Для выбранного количества уровней компенсации имеется два разных по значению угла сдвига , при которых реализуется режим взаимной компенсации высших гармоник
_ 60 ( _90ч Е" ~ 2лг и Геи -
От выбора значения ек будет зависеть величина отношения конденсаторов в ФСКБ Хк и, как следствие этого, величина выходного напряжения при одинаковой величине напряжения и^ источника постоянного тока.
На рис.5 представлена структурная схема восьмимостового инвертора тока, поясняющая принцип объединения исходных модулей (принцип «пирамиды»).
Схема содержит восемь тиристорных модулей и четырнадцать конденсаторных блоков и имеет три уровня компенсации высших гармоник. На первом уровне компенсируются 5 - я и 7 - я гармоники, на втором —11- я и 13 - я, а на третьем — 23 — я и 25 — я. Первой значащей гармоникой в кривой выходного напряжения является 47 — я гармоника.
Рассмотренная выше процедура формирования структуры п- мостового фазного инвертора тока может быть применена и для формирования аналогичной структуры и-мостового я- фазного инвертора напряжения, путем замены тиристоров на полупроводниковые приборы с полной управляемостью — транзисторы, зашунтированные встречными диодами, конденсаторов на индуктивности и удалением реактора из цепи постоянного тока.
Все суждения, высказанные относительно равномерного распределения
15
3 —й уровень компенсации
2 -й уровень компенсации
1 -й уровень компенсации
Рис.5. Структурная схема восьмимостового инвертора тока
токов между мостами инвертора тока и гармонического состава выходного напряжения, справедливы и в отношении схемы инвертора напряжения.
Выражения для выходного напряжения и напряжения на выходе транзисторного моста четырехмостового автономного инвертора (для всех мостов оно одинаковое), полученные методом основной гармоники, имеют вид: .,
с Ш (2к2 к8 + 2к2 с! к4 + Ук8 + Уе! к4)
" — 4к2к1 — 2 к22 — 2 У к! — Ук2 + кбк.7 + кб е2 к5
ин___(к8 + е!к4) Ш (к7 + е2 к5)_
" -4к2к!-2к2г-2Ук1-Ук2 + к6к7 + кбе2к5
где к! := В1+В2; к2 := ВЗ+В4; кЗ :=В2+а2*В1; к4 := В1+а1*В2;
к5 := ВЗ+а1*В4; кб := В4+а2*ВЗ; к7 := В4+а1*ВЗ; к8 := В2+а1*В1;
К;= т*(со!(а)-1*зт(а)); е1 .= С05(тг/2)-I*Бт(лг/2); е2* 105)-/*Бт(л-/180* 105).
На рис.6 представлены результаты моделирования восьмимостового инвертора напряжения с тремя уровнями компенсации высших гармоник, полученные с помощью математической модели.
В работе подробно представлены результаты аналитического исследования одно-, двух-, четырехмостовых схем автономного инвертора, полученные методом основной гармоники. Выявлено влияние угла фазового сдвига между тиристорными мостами е на характеристики инвертора. От выбора величины угла е зависит коэффициент передачи инвертора по напряжению и гармонический состав выходного напряжения. Проведен анализ совместной работы двух-мостового инвертора тока и тиристорного компенсатора реактивной мощности.
Показано влияние параметров нагрузки и угла управления компенсатором на внешнюю характеристику инвертора. Определена область параметров нагрузки, при которых обеспечивается абсолютная коммутационная устойчивость многомостового инвертора.
.........................................................................................11*1*11111^М11И||Ц|[|| 1[С]
Рис.6. Результаты моделирования восьмимостового инвертора напряжения с тремя уровнями компенсации высших гармоник
Разработанный принцип построения многоуровневых силовых схем, инверторов тока и напряжения на базе Ы-мостовых схем без суммирующего трансформатора с улучшенным гармоническим составом выходного напряжения позволяет:
•„ повысить выходную мощность преобразователя частоты в единице оборудования;
• осуществить режим компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения (в четырехмостовых схемах до 23 — й гармоники, в восьмимостовых — до 47 — й);
• повысить динамические свойства схемы, за счет уменьшения времени чистого запаздывания с г = Тг/б - для одномостовых схем до г = ТУб к -для многомостовых. Здесь Т0- период основной частоты; к — количество тиристорных мостов;
• обеспечить работоспособность схемы в аварийных режимах работы: при коротких замыканиях в нагрузке, при выходе из строя отдельных конденсаторов, при пробое тиристоров одного из инверторных мостов. Выполнение фазосдвигающих блоков в виде шести конденсаторов (ин-
дуктивностей), соединенных в замкнутое кольцо, позволяет производить суммирование мощности инверторов тока (напряжения) без суммирующего трансформатора.
В четвертой главе приведены материалы разработки и исследования многомостовых схем инверторов тока и напряжения с суммированием выходной мощности на одном трансформаторе при реализации режима взаимной компенсации высших гармоник и уменьшенном искажающем влиянии на питающую сеть (рис.7).
Рассмотрен принцип построения таких преобразователей, обеспечивающий компенсацию высших гармоник в кривой выходного напряжения за счет суммирования магнитных потоков, наводимых в единой системе многообмоточного трансформатора.
Рассматривается суммирующий трансформатор с инверторными обмотками, состоящими из двух частей, соединенными по схеме «зигзаг». При этом
с одним выходным трансформатором
выбран вариант попарно-симметричного расположения векторов напряжений инверторных мостов относительно векторов напряжений нагрузки, что позволяет выполнить обмотки одинаковыми по конструкции и с одинаковым количеством витков в парных обмотках. Величина фазового сдвига между напряжениями инверторных мостов определяется следующим образом:
гг = я-/3-ЛГ,
где N=2,4,8..- количество инверторных мостов.
Величина углов сдвига между одноименными векторами напряжений инверторных мостов и нагрузки определится из выражений:
• для мостов, имеющих положительный сдвиг: срт = е/2 + (т -1)- е;
• для мостов с отрицательным сдвигом: фт = —е/2 + (т — 1)- е, где т = 1,2...N12.
Значения напряжений на инверторных полуобмотках и W2, соединенных по схеме «зигзаг», определяются из выражений:
'Г-) "
Для исследования статических и динамических режимов четырехмос-
тового ПЧ с трансформаторным суммированием мощности разработана математическая модель с использованием пакета прикладных программ МАТЬАВ.
Обеспечение полной взаимной компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения в рассмотренной схеме преобразовательного комплекса возможно только в абсолютно симметричной схеме. На практике это условие не всегда можно выполнить из-за межмостовой асимметрии вследствие параметрического разброса полупроводниковых вентилей и асимметрии управления ими, а также по причине того, что соотношение между количеством витков ин-верторных обмоток трансформатора и может быть реализовано только приближенно.
Пусть Ям — эквивалентное активное сопротивление цепи постоянного тока Аг-го инвертора. Для мощных инверторов сопротивления Я^ весьма малы и поэтому напряжения питания инверторов иак незначительно отличаются друг от друга. Следовательно, мощности, потребляемые инверторами, равные
Ц Р1 = Ё Ш!М! - Ш ^ И £ Л = " Ш '
> = 1 У = 1 ./=1
практически пропорциональны потребляемым токам.
Здесь т.1, Ш2 - количество инверторов первой и второй групп, соответственно (в нашем случае ТП1,= 2); pj, рк — номинальные мощности инверторов, образующих эти группы. Задачи равномерного распределения нагрузки между инверторными мостами различаются в основном выбором управляющего воздействия на величину потребляемых токов Щ, /^.Особенностью рассматриваемого четырехмостового преобразователя частоты является применение в нем в качестве входного звена несимметричных трехфазных выпрямителей.
При этом регуляторы постоянного напряжения одной группы выполнены с анодной неуправляемой группой вентилей, а другой - с катодной неуправляемой группой вентилей. Данная схема обладает свойствами, аналогичными свойствам двенадцатифазного выпрямителя. Суммарные токи, потребляемые инверторами групп, имеют близкие значения:
£ М, « 2 Ы, « Мг ■
Выражения для токов, потребляемых одноименными фазами регуляторов, могут быть записаны в виде:
т, тг
ц = К (со /)/. - X р\№ J и Ь = 2 р1к <>2* - О'ь,
у-1
где ¡а, 4 — токи диодов; //у. Ьк — токи тиристоров регуляторов первой и второй групп соответственно, а Ру((Л), Ра (Ш), Рь(ы() - переключающие
функции тиристоров и диодов.
Для тока потребляемого преобразователем, справедливы следующие выражения: =+ '2;
= -//и (р^Угк) - Ра(рхУа .если Я < 0)1 < 2л;
ы
Ъ,(а>0 = Г,(а>0,и = 1.....Щ); = , О =
Р2(0) 0 = ^(0)1+Я) ; /^(¿У 0 = ^0»'+Л").
Исходя из того, что кривые токов, потребляемых инверторами, достаточно хорошо сглажены, выражение для определения тока окончательно можно записать так:
I, +/^(а*, если 0<со1<л\
= -[/^ (ш/) + Рь («а/)] , если л<аЯ< 2л.
Разложение в ряд Фурье функции имеет вид:
и 4 /э
'л (а1) = 2-" со5(Ла/2) ^¡п Ьг/2 • 51пА(сШ - а/2).
где а—угол управления выпрямителем.
Отсюда видно, что при выполнении принятых допущений из спектрального состава входного тока преобразователя исключаются четные гармоники. Однако при асимметрии загрузки инверторных блоков в разложении входного тока группового преобразователя появляются четные гармоники. Введем относительный показатель асимметрии:
т2 / п
Г=(2>,-Х^/И1^ •
у-1 / («1
Нетрудно показать, что зависимость амплитуд гармоник входного тока от показателя у имеет вид:
• для нечетных к- gk=8Idcos (к?г/6) со&(к / кл;
• для четных = 4Му5т(кл)8т(ка/2)/кя.
В заключение главы рассмотрены результаты исследования зависимости коэффициента искажения X и коэффициента мощности х потребляемого тока от угла управления входными выпрямителями а. Приведены типичные зависимости коэффициента искажения X и коэффициента мощности х потребляемого тока от параметра 7— показателя асимметрии входных токов инверторных мостов.
В пятой главе приводятся математические модели и результаты теоретических исследований разработанных схем автономных инверторов при нормальных и аварийных режимах работы.
Приводимые результаты получены путем математического моделирования на ЭВМ с использованием пакета компьютерных программ МАТЪАВ-7 с приложением 81МиЬГЫК-4, МАРЬЕ-10. Представленная на рис.8 модель четы-рехмостового автономного инвертора с компенсаторами выпрямительного типа позволяет исследовать переходные, установившиеся и аварийные режимы ра -
Рис.8. Структура визуализированной математической модели для исследования переходных и аварийных режимов
четырехмостового компенсированного АИТ
боты с получением графиков электромагнитных процессов во всех блоках системы. Построены внешние характеристики четырехмостового инвертора тока при различных сочетаниях параметров ФСКБ, входного дросселя компенси рующего дросселя Ьк и углах управления тиристорными компенсаторами реактивной мощности.
На рис. 9-10 приведены графики действующих значений напряжений на конденсаторах С1, С2, СЗ, С4, линейного напряжения на выводах переменного тока тиристорного моста и фазного напряжения нагрузки, мощности нагрузки в зависимости от величины Ля-
Необходимым требованием, предъявляемым к любой системе электроснабжения с несколькими потребителями, является обеспечение селективного отключения места повреждения при возникновении аварии у отдельных потребителей без нарушения работы системы электроснабжения в целом.-
При наличии в системе электроснабжения преобразовательного комплекса важным свойством является устойчивость его работы при выходе из строя отдельных силовых элементов.
В качестве внешних КЗ исследовались трехфазные КЗ на выходных выводах преобразовательного комплекса.
В, Ом
1Ш во 60 <0 21
>4
*
а• 1 2 Э 4 6 7 8 9 ю 11 Й '1*
1Ш 90 аэ 70 60 90 40 Я 20 10 6 1 05 а.1
.....•"■ЧЛагр. 45.в 45.34 44.64 44.11 43.42 42,42 40,3 3757 29 Д1 1851 4.86 22» 3.474
1122,3 1Ш£ 101,2 1И] ,6 99£ 93,81 97,6 96Д7 94,12 Э2.Т1 94.44 1025 1С» 10Г£
1 УС1 Т 1,82 74.56 74,23 Т3.9 73,44 72.91 72^4 71,39 7004 68 Д2 56£б 65 £6 70,11 71,36
ис2 23,75 23.58 35,39 28,16 27^9 27,69 71 2< 263 26£3 2В.16 32.3 35,32 39 Рб 40,18
' 1 ИсЗ 43,5 49.65 (9.41 49.26 48.98 48,63 48 ДЭ 4722 45,42 «адз 3255 24,62 23 .ТТ 23,26
8,212 8,339 8,499 8.716 9 9,422 10 Р5 1 <.1 1ЭД1 16 Э5 19.7 6 22,19 22^9 23
К-нагр
Рис.9. Графики действующих значений напряжений на конденсаторах С1, С2, СЗ, С4, линейного напряжения на выводах переменного тока тиристорного моста и фазного напряжения нагрузки
Проведенные исследования аварийных режимов работы показали, что преобразователь частоты сохраняет работоспособность при КЗ в нагрузке, при КЗ на выводах переменного тока тиристорных мостов, при КЗ в конденсаторных батареях С2, СЗ, С4. Время переходного процесса не превышает 3-6 периодов выходной частоты.
Применение разработанного комбинированного компенсирующего устройства для одномостовых схем позволяет ограничить напряжения на тири-
сторах и конденсаторах в режимах трехфазных замыканий на выходе преобразователя на уровне 1.5-1.8 напряжения источника питания.
при углах компенсации а = 280,290,300 эл.град. На рис.11 представлены графики переходного процесса при возникновении трехфазного КЗ на выводах нагрузки.
Цс]
Рис. 11. Графики переходных процессов фазных напряжений и токов нагрузки при трехфазном КЗ на выводах нагрузки
Приведенные результаты исследований позволяют считать, что применение многомостовых схем является действенным средством повышения надежности и нагрузочной способности силовых комплексов с одновременным улучшением качества генерируемого напряжения при ограниченной установленной мощности оборудования.
В шестой главе предложен новый принцип построения электротехнической части газораспределительных станций (ГРС), имеющих в своем составе
высокоскоростной безредукторный детандер-генерирующий агрегат, преобразователь частоты и регулируемый электроподогреватель газа, позволяющий повысить выработку электроэнергии в режимах неравномерного расхода газа и заменить огневую технологию подогрева газа на электроподогрев.
Одним из специфических видов энергии является потенциальная энергия сжатого природного газа, подаваемого из магистральных газопроводов системы ОАО «ГАЗПРОМ» различным категориям потребителей.
Снижение давления газа происходит в редукционных клапанах с потерей потенциальной энергии потока, при этом газ перед подачей в редуцирующий клапан подогревается за счет сжигания части газа или за счет внешнего источника тепла.
Одним из известных направлений решения задачи по утилизации этой энергии с получением положительных эффектов является применение детан-дерно-генераторных установок (ДГУ) для выработки электроэнергии на ГРС крупных котельных, где есть в наличии достаточное количество низкопотенциального пара для подогрева газа.
В то же время в системе газоснабжения страны имеется огромное ко -личество небольших ГРС и крупных ГРП, где редуцирование газа (например, с 1,2 до 0,3 МПа) также идет с потерей потенциальной энергии. Однако до настоящего времени широкого применения ДГУ еще не получили при всей казалось бы, очевидности их высокой эффективности.Практическая их реализация неизвестна, что может быть объяснено отсутствием расширительных машин, способных работать в указанных выше пределах давления при относительно небольших расходах газа, а также сложностью получения в этих условиях электроэнергии с соответствующими качественными показателями.
ДГУ включает две основные части - газорасширительную турбину и электрический генератор. Уровень полезной мощности, вырабатываемой ДГА, определяется расходом газа через турбину и перепадом давления на ней. Чем больше эти величины, тем больше вырабатываемая электрическая энергия. В существующих ДГА соединение детандера с генератором осуществляется через редуктор, так как скорость вращения стандартной турбины гораздо выше скорости вращения генератора. Расход газа через ГРС носит неравномерный характер и зависит от графика потребления газа. В этих условиях сложно обеспечить строго постоянную скорость вращения детандерной турбины.
Для устранения этого недостатка в структуру ГРС введен преобразователь частоты. Основным преимуществом предложенной системы для редуцирования газа является то, что в ней максимально используется энергия газа высокого давления для выработки электроэнергии. На рис.12 представлена структурная схема ГРС.
Отличительной особенностью ГРС является наличие в ее структуре ДГУ, преобразователя частоты и электроподогрева газа. В связи с тем, что в составе устройства используется преобразователь частоты, то сняты ограничения по скорости и стабильности вращения общего вала детандер-генератора. Частота генерируемого напряжения и его стабильность при этом определяются систе-
мой управления преобразователя частоты. Данное техническое решение позволяет выполнить ДГУ без редуктора.
Рис.12. Структурная схема ГРС
Наиболее перспективными устройствами для этих целей являются микротурбины — это турбины, в основе которых лежат высокооборотные турбо-машины радиального типа, выполненные по схеме единый вал с высокочастотным электрогенератором.
Снижение массы электрогенератора при выполнении его на более высо- " кую скорость вращения можно проследить по выражению:
т = тскгвкгкк^ ¡АкАВ5 п,
где от*—удельная масса электрогенератора, кг/кВт; п — скорость вращения, об/мин.; В6 — индукция в зазоре; А — толщина токового слоя со средней плотностью тока]ср\ - средняя плотность активных материалов; ^-коэффициент заполнения машины активными материалами; кц- конструктивный коэффициент; кр— коэффициент, зависящий в основном от количества полюсов машины.
По сравнению с газопоршневыми детандерными установками в микротурбинах резко сокращено число движущихся деталей. Отсюда значительное сокращение эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание. Турбину отличает высокая удельная мощность, вследствие этого габариты машины относительно малы. Наличие преобразователя частоты в структуре ГРС позволяет иметь гостированные параметры генерируемой электроэнергии и максимально просто решать вопросы синхронизации напряжения преобразователя частоты и энергосистемы при совместной работе.
Использование электроподогрева газа позволяет исключить огневые технологии из работы ГРС, что дает возможность не тратить на эти цели транспортируемый газ и повысить экологические характеристики ГРС за счет отсутствия выбросов продуктов сгорания в атмосферу и снижения теплового загрязнения окружающей среды.
Оценку электрической мощности детандер-генерирующего агрегата проведем, используя выражение из теории теплового расчета турбин.
Так, удельная изоэнтропийная работа расширения газа будет равна: i = кг - т ■ \пр1/р2 ,
где р1§ р2 - соответственно, давление природного газа на входе и выходе из турбодетандера, Па; т - температура природного газа в начале процесса расширения, К; кг — газовая постоянная природного газа, Дж/(кг-К).
В зависимости от состава природного газа изменение газовой постоянной Яг может быть учтено по формуле:
п
где — массовая доля ¡-го ингредиента в составе природного газа;
Я,— газовая постоянная ¡-го ингредиента в составе природного газа, Дж/кг-К.
Внутренняя работа процесса расширения с учетом необратимых потерь определяется как:
/„=/•'1ы,
где т]а1 — внутренний относительный КПД процесса расширения.
В абсолютных единицах внутренняя мощность детандера (т.е. мощность на силовом валу) и эффективная мощность детандер-генерирующего агрегата определяются соответственно по формулам:
и ме=м.Птю(,
где — количество природного газа расширяющегося в проточной части турбодетандера, кг/с; т]тзх - механический КПД.
Следует также учитывать некоторое количество теплоты, которое расходуется на разогрев редуцируемого природного газа.
Так, удельное количество теплоты определяется как:
где Д/ — перепад температур между «холодным» и «горячим» газом, °С; СРг -массовая изобарная теплоемкость природного газа, Дж/кг-К.
Влияние изменения состава газа на его теплоемкость учитывается свойством аддитивности:
п /=1
где Ср> — массовая изобарная теплоемкость ¡-го ингредиента в составе природного газа, Дж/кг-К.
Для оценочных расчетов были выбраны ГРС производительностью 10 ООО...30 ООО м3/ч, как наиболее распространенные. В составе природного газа было принято содержание метана не менее 94% (Уренгойское месторождение). Предварительные расчеты проводились при следующих исходных данных: давление на входе ГРС в пределах 2,0 - 4,5 МПа, на выходе подцержива-26
лось на уровне 0,25 МПа, средневзвешенные температуры природного газа 0...20°С, в необходимых случаях подогрев составлял 40°С.
Расчетным путем было установлено, что при этих исходных данных эффективная электрическая мощность детандер-генерирующей установки изменялась в пределах 245... 1240 кВт(Э) при собственном потреблении электроэнергии на подогрев газа 100...300 кВт(Т).
В седьмой главе анализируются режимы работы системы электроснабжения с мощными выпрямителями. Приводятся результаты разработки и исследования нового схемного решения многомостового выпрямительного агрегата с одним входным трансформатором, обладающего минимальным искажающим влиянием на питающую сеть.
Выпрямители переменного тока широко применяются как самостоятельные устройства, так и в качестве входного звена преобразователей частоты.
Принципы построения 24-и 48-фазных схем выпрямителей с использованием нескольких входных и фазосдвигающих трансформаторов общеизвестны.
В данной главе рассматривается четырехмостовая схема выпрямителя с одним многообмоточном трансформатором. Выпрямленное напряжение имеет 24-кратную частоту пульсаций. Вентильные мосты имеют равномерную загрузку, во вторичных обмотках трансформатора протекают токи с оптимальной длительностью 2х/3, как в трехфазно-мостовой схеме. В кривой потребляемого тока отсутствуют гармоники до 23 включительно.
На рис.13 представлены один из вариантов схемы двадцатичетырехфаз-
а) б)
Рис.13. Схемачетырехмосгового выпрямителя содним входным трансформатором: а - принципиальная схема; б - векторная диаграмма Коэффициент трансформации и линейные напряжения вторичных обмоток первого (второго) и третьего (четвертого) выпрямительных мостов определяются выражениями:
и„2=ифн "(sinp, +л/3-cosio,);
^»■4 = • (sin^z + • cosp2);
= + = ифн (3sin iz>, + л/3 cos p,);
^,2 = £/„, + = ^ (3sin9>2 + лУз cos«52) ;
„ _ {/,, _ О] +a>2 _ Збш^ + Уз cos у,
Л. у — — — I--)
^л2 ®3+<»4 3sin^2 + V3COS9?2
где-C/^i, - напряжения вторичных полуобмоток, формирующих системы напряжений с фазовыми сдвигами ф, и — ф^, и„г, Uwi - напряжения вторичных полуобмоток, формирующих системы напряжений с фазовыми сдвигами фг и — ф2\ ифн — фазное напряжение нагрузки; <р1 — угол сдвига между одноименными фазами нагрузки и первого выпрямительного моста; фг — угол сдвига между одноименными фазами нагрузки и второго выпрямительного моста; £/л1 - линейное напряжение первого выпрямительного моста; Uл2 — линейное напряжение второго выпрямительного моста, Кт — коэффициент трансформации.
На рис.14 представлены результаты расчета переходного процесса при сбросе 80% нагрузки, выполненные на математической модели.
.нагр
Рис.14. Результаты расчета, выполненные на математической модели
В главе исследуются вопросы совместной работы мощного выпрямителя, собранного по схеме Ларионова, и линии передачи значительной протяженности. Показано, что при мощности выпрямителя, соизмеримой с пропускной мощностью линии передачи, ее параметры во многом определяют характер электромагнитных процессов, протекающих в системе выпрямитель-линия передачи, и влияют на возникновение резонансных явлений на канонических гар-
мониках, генерируемых выпрямителем (5, 7, 11, 13 — я..). Применение условно-многофазных схем позволяет исключить данную проблему.
Восьмая глава посвящена системным вопросам работы автономных электростанций (АЭ) в составе локальных систем электроснабжения, их совместной работы с централизованной системой электроснабжения, задаче компенсации реактивной мощности, вопросам электромагнитной совместимости.
Проблема компенсации реактивной мощности особо актуальна в автономных системах электроснабжения ограниченной мощности компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов. Это объясняется тем, что значительную долю (до 2/3 установленной мощности КС) в электропотребляющем оборудовании КС составляют тихоходные электродвигатели систем охлаждения газа серии ВАСО, имеющие из-за своих конструктивных особенностей низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме cosp= 0,65 - 0,68. Время пуска этих двигателей составляет 18 — 20 секунд. Поддержание оптимального баланса реактивной мощности в этих системах является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятия.
Суммарные потери в элементах локальной сети на интервале времени [0,Т] определяются из выражения:
Д^ = ¿ aw;*" + £ Д W*~ + A WT =
]l2At)dt + ll ■Tl) + AP^-T0 + 3RúT]ll(t), t J *■=' V o ) o *
N N
где У, A, y^ AlV*1" -суммарные потери электрической энергии в кабель-
ib *
ной линии и коммутационных аппаратах k-го двигателя в пусковых и установившихся режимах работы электродвигателей за время Т0; /„„ /„ /„-пусковой, установившийся токи двигателей и вторичный ток трансформатора. R*, - активное сопротивление двигателя; R^ — линии передачи и трансформатора;
Го
AWT= ДPxr ■T0 + 3-R0 |/02(í), где ДРХ Х — мощность потерь в трансформаторе и о
кабельной линии на холостом ходу; mh тпк, тк - соответственно суммарное количество включений электродвигателей ABO и общая продолжительность их работы в пусковом и установившемся режимах.
Минимизация потерь за счет компенсации реактивной мощности позволяет не только снизить общую величину потерь, но и дает возможность максимально использовать генератор для выработки активной мощности.
При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий различают по функциональному признаку две группы нагрузок: нагрузка с постоянным или медленно меняющимся режимом электропотребления и нагрузка со специфическими, несимметричными и резкопеременными режимами электропотребления.
Решение задачи компенсации реактивной мощности для обеих групп различно. Наиболее эффективными с технической точки зрения для компенсации реактивной мощности нагрузок 1-й группы являются батареи конденсаторов, а для нагрузок 2-й группы - устройства динамической компенсации. Величина генерируемой конденсаторами реактивной мощности пропорциональна квадрату напряжения и определяется из выражения:
.отн / Qhqm '
где UomH- относительное напряжение сети в месте присоединения; U6,K,omn-отношение номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети; QHOM- номинальная реактивная мощность конденсаторов. Поэтому незначительные колебания напряжения приводят к значительному разбалансу по реактивной мощности.
Использование устройств динамической компенсации реактивной мощности для аппаратов воздушного охлаждения (ABO) газа на КС магистральных газопроводов позволяет снизить ток, потребляемый в процессе пуска от источника в два раза при сохранении номинального времени разгона электродвигателей. Это позволяет произвести запуск всех электродвигателей ABO газа за строго нормируемое время в послеаварийный период, что выгодно отличает эти устройства от устройств плавного пуска. Применение устройств плавного пуска (с целью снижения пусковых токов) увеличивает время разгона этих двигателей в 2-2,5 раза. В работе приводится описание одного из вариантов разработанной установки динамической компенсации реактивной мощности для систем электроснабжения КС магистральных газопроводов.
Следующим чрезвычайнЪ важным вопросом является вопрос совместной 1 работы локальной системы электроснабжения отдельного предприятия и централизованной системы электроснабжения.
При создании собственного источника электроэнергии предприятие преследует цель решить следующие задачи:
• повышение независимости электроснабжения;
• выравнивание графика потребления электроэнергии;
• снижение стоимости потребляемой электроэнергии.
Существенно снизить плату за электроэнергию можно, уменьшив мощность, потребляемую предприятием в часы максимума нагрузок.
Однако со стороны энергосистемы имеется определенное негативное отношение к широкому внедрению локальных систем электроснабжения, работающих совместно с энергосистемой. Причины этого кроются в следующем. Во-первых, если предусматривается возможность работы АЭ как в автономном режиме, так и совместно с энергосистемой, то при каждом изменении режима работы требуется перестройка ряда параметров систем РЗиА. Причем перестройка порой связана с изменением не только уставок защит, но и принципов их действия (введение блокировок по направлению мощности, по напряжению прямой и обратной последовательностей и пр.).
Во - вторых, наличие дополнительного электрогенерирующего оборудования, хотя и небольшой мощности, может стать причиной возникновения об-
ширных аварий и сбоев в работе РЗиА систем внешнего электроснабжения. В — третьих, с ростом количества собственных АЭ на предприятиях, работающих совместно с энергосистемой, значительно усложняются вопросы диспетчерского управления. Быстрое развитие современной микропроцессорной техники и создание на ее основе принципиально новых, интеллектуальных систем РЗиА, автоматики, и схем диспетчерского управления позволяет успешно решать возникающие задачи, в том числе и связанные с присоединением малых генераторов к энергосистеме.
Сравнивая различные способы решения возникающих проблем при организации параллельной работы АЭ и СЭ, следует признать, что наиболее эффективным (с технической точки зрения) решением является путь объединения на основе применения силовой преобразовательной техники в форме вставок постоянного тока.
В связи с тем, что процесс передачи электрической энергии по линии постоянного тока носит принципиально иной характер по сравнению с передачей по линии переменного тока, то снимается ряд важных проблем связанных с передачей электрической энергии. Необходимым и достаточным условием передачи активной мощности является наличие только перепада напряжений по концам линии. Максимальная мощность, которая может быть передана по линии постоянного тока, зависит от величины напряжения линии и ее активного сопротивления Ртах=I?но\/ Ы- Благодаря этому пропускная способность линии постоянного тока оказывается выше, чем линии переменного тока. При этом предел передаваемой мощности не зависит от длины линии электропередачи. Сняты ограничения по длине кабельной линии электропередачи. Существенным обстоятельством является то, что полностью снимаются понятия статической и динамической устойчивости, характерные для электропередач переменного тока. Кроме того, наличие цепи постоянного тока позволяет наиболее легко ввести в схему аккумуляторную батарею, получив при этом новые возможности. Во — первых, аккумуляторная батарея, инвертор и генератор могут выполнять функции стартёра или пускового устройства для первичного двигателя, что важно при использовании в качестве первичного двигателя дизеля или газовой турбины. Во — вторых, в связи с тем, что в автономных электрогенераторах масса вращающихся частей невелика, то при резких сбросах и набросах нагрузки возникают недопустимо большие провалы и забросы напряжения, сопровождающиеся значительными колебаниями частоты, так как первичный двигатель не успевает отработать возникающие возмущения со стороны нагрузки. Наличие аккумуляторной батареи в звене постоянного тока полностью снимает эту проблему, так как аккумуляторная батарея при набросе нагрузки играет роль дополнительного источника мощности, а при сбросе нагрузке играет роль поглотителя избыточной мощности первичного двигателя. На рис.15 представлена схема подключения высокоскоростного дизель-генераторного агрегата, работающего по схеме когенерационной установки, к системе электроснабжения через вставку постоянного тока.
Внутренняя сеть
ВГУ- выеокооборггтная генераторная установка; В,, Вг-выпрямители; И, - инвертор
0,4 кВ; 50 Гц
Рис. 15. Схема подключения высокоскоростного дизель-генераторного агрегата, работающего по схеме когенерационной установки, к системе электроснабжения через вставку постоянного тока
Следующей проблемой, имеющей место в локальных системах электроснабжения, является проблема электромагнитной совместимости. В условиях быстрого увеличения в существующих системах электроснабжения количества вычислительной и другой оргтехники, имеющей в своем составе входной выпрямитель с емкостным фильтром, несинусоидальная форма потребляемого тока вызывает ряд негативных последствий, которые приводят к серьезным проблемам при эксплуатации систем электроснабжения в зданиях офисного типа. При проведении энергоаудита административных зданий управлений Перм-трансгаз, Тюментрансгаз, Астраханьбургаз, СГТУ было выявлено, что перегружаются нулевые проводники (загрузка нулевого провода составляет 90 и более % от загрузки фазных проводов), происходят ложные срабатывания РЗиА, увеличиваются потери в элементах системы электроснабжения. Причина тому заключается в большом количестве высших гармоник в кривой потребляемого тока данного вида оборудования. Для исключения или уменьшения негативного влияния высших гармоник требуется проведение реконструкции систем электроснабжения. В работе на математических моделях исследуются режимы работы таких электросетей и предлагаются мероприятия по их модернизации.
Особое место в электроснабжении территории страны занимают вопросы электроснабжения сельских территорий. Их особенностью является значительная протяженность при незначительной нагрузке отдельных населенных пунктов и сельхозпредприятий.
Основу реконструкции большинства сельских населенных пунктов могут и должны составить системы распределенного производства электроэнергии (РПЭ) в виде локальных систем электроснабжения, в основу которых положено комбинированное производство электроэнергии и тепла (и холода) непосредственно в месте потребления. Применение силовой преобразовательной техники, микропроцессорных систем релейной защиты и управления в системах РПЭ открывает широкие возможности применения высокоэффективных
высокоскоростных двигателей и генераторов в составе когенерационных (и тригенерационных) установок с обеспечением технической возможности работы как в автономном режиме, так и совместно с централизованными электросетями.
Сочетание традиционных способов электроснабжения сельских территорий с технологией РПЭ позволяет наиболее эффективно решать проблемы электро — и теплоснабжения этих территорий, а также значительно повысить надежность электроснабжения этих районов при одновременном обеспечении качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97
Заключение.
В представленной диссертационной работе решены сформулированные задачи и достигнута поставленная цель, при этом получены следующие результаты:
1. На основании анализа проблем генерирования электроэнергии АЭ малой и средней мощности и режимов их работы в составе локальных систем электроснабжения определены основные направления повышения основных параметров АЭ и эффективности их работы, к числу которых относятся:
- улучшение массогабаритных показателей за счет перехода к высокоскоростным двигателям и электрогенераторам, что позволяет отказаться от редуктора и улучшить удельные показатели по массе в 2 - 5 раз (в зависимости от выходной мощности и рабочей скорости вращения мотор-генератора) по сравнению с электрогенераторами, генерирующими электроэнергию с частотой 50 Гц;
• - повышение стабильности частоты и генерируемого напряжения за счет применения в структуре автономных электростанций ПЧ;
- улучшение удельных показателей расхода топлива ДВС в режимах нагрузок ниже номинальных за счет применения переменной скорости вращения ДВС в этих режимах и передачи частотозадающей функции ПЧ;
- значительное упрощение вопросов синхронизации и равномерного распределения мощности при параллельной работе однотипных генераторов и при совместной работе с централизованной сетью за счет использования преобразователей частоты, выполненных по схеме с явным звеном постоянного тока.
2. Разработаны теоретические основы двух систем построения многомостовых преобразовательных комплексов, реализующих принцип многоуровневой компенсации высших гармоник в кривой выходного напряжения:
- для систем с бестрансформаторным суммированием мощности на многоэлементных конденсаторных, индуктивных и комбинированных фазо -сдвигающих блоках и обладающих синусоидальной кривой выходного напряжения, устойчивых к коротким замыканиям в нагрузке, обладающих высокими динамическими характеристиками;
- для систем с одним суммирующим трансформатором.
3. Выведены основные аналитические зависимости для определения параметров многомостовых выпрямителей с уменьшенным искажающим влиянием на питающую сеть и одним входным многообмоточным трансформатором. Это позволяет проектировать многомостовые выпрямительные устройства с
практически синусоидальным потребляемым током и иметь уменьшенные массу и габариты за счет использования в схеме одного трансформатора.
4. Разработан способ управления двигателем внутреннего сгорания, позволяющий уменьшить удельный расход топлива при производстве электроэнергии на электростанциях малой мощности в режимах работы с низким коэффициентом загрузки.
5. Разработан принцип построения электротехнической части газораспределительной станции с детандер-генерирующим агрегатом, преобразователем частоты и блоком электроподогрева газа, позволяющий обеспечить повышение выработки электроэнергии при редуцировании сжатого газа и неравномерном расходе, а также заменить огневую технологию подогрева газа на электроподогрев и тем самым получить экономию газа и дополнительный экологический эффект, заключающийся в отсутствии выбросов продуктов сгорания газа.
6. Предложены математические модели электротехнических комплексов для генерирования электроэнергии, которые позволяют проводить исследования динамических и квазистационарных режимов вновь разработанных комплексов, выявлять для каждого из возможных состояний системы генерирования электроэнергии критические значения токов и напряжений, необходимые для контроля, прогнозирования и диагностики режимов работы, а также формулирования необходимых требований для устройств защиты.
7. Разработаны микропроцессорные блоки управления для автоматизированных конденсаторных установок компенсации реактивной мощности, позволяющие поддерживать режим компенсации реактивной мощности в локальной системе электроснабжения на максимально возможном уровне.
В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы на предприятиях и в проектных организациях, занимающихся разработкой, изготовлением и эксплуатацией оборудования для «малой энергетики». Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при выполнении дипломных проектов по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий».
Основные публикации по теме диссертации
¡.Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ
1. Степанов, С.Ф. Динамическая компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения аппаратов воздушного охлаждения газа / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Аршакян // Промышленная энергетика. - 2004. - №6. - С.47 - 50.
2. Степанов, С.Ф. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабже ния аппаратов воздушного охлаждения / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Аршакян // Вестник Саратовского государственного технического университета,- 2004. - №1(2). - С.90 -98.
3. Некоторые аспекты применения силовой преобразовательной техники в автономных источниках электроснабжения / С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, A.B. Короткое, Н.В. Погодин // Вестник Саратовского государственного технического университета,- 2004. - №4(5) -С.91-96.
34
4. Степанов, С.Ф. Адаптируемый преобразовательный комплекс / И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов // Вестник Саратовского государственного технического университета,- 2005. - №3(8) - С. 104 - 109.
5. Степанов, С.Ф. Компенсация высших гармоник в преобразовательных комплексах с суммированием выходной мощности на одном многообмоточном трансформаторе / С.Ф. Степанов // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2005. - №5 - 6. - С. 16 - 20.
6. Степанов, С.Ф. Многомостовой преобразователь частоты с автоматической системой равномерного распределения токов между мостами / С.Ф. Степанов // Промышленная энергетика. - 2005. - №10. - С.34 - 38.
7. Степанов, С.Ф. Реконструкция сельских систем электроснабжения на основе технологии распределенного производства электроэнергии / С.Ф. Степанов // Вестник СГАУ. -
2005. - №5. - С.48- 53.
8. Перестраиваемая по структуре автономная система электроснабжения технологического комплекса с многодвигательным электроприводом / И.И. Артюхов, И.И. Аршакян, С.Ф. Степанов и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. -
2006. - №1(10).-С.20-29.
II. Публикации в других изданиях
9. Степанов, С.Ф. Метод и исследование мощных тирисгорных преобразователей с учетом параметров линии передачи переменного тока / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов // Материалы науч. - техн. семинара. Саратов, 1977 г. - Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1977. -С.137- 141.
10. Степанов, С.Ф. Автоколебания в асинхронном электроприводе с тиристорным преобразователем частоты / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, М.С. Зубрилов // Материалы науч. -техн. семинара. Саратов, 1977 г. - Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1977. - С.104 - 108.
11. Степанов, С.Ф. Исследование автоколебаний в системе преобразователь частоты -асинхронная машина / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, М.С. Зубрилов // Сб. докл. Всесоюзн. науч. - техн.конф. Москва, 1977 г. - М.: МЭИ, 1977. - С.162 - 165.
12. Степанов, С.Ф. Расчет и исследование влияния управляемого выпрямителя на энергетическую систему с учетом линии передачи / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов // Тирисгорные преобразователи частоты для индукционного нагрева: межвуз. науч. сб. -Уфа: 1978.Уфа: Уфимский авиационный институт, 1987.-С.12- 14.
13. Степанов, С.Ф. Исследование переходных процессов регулируемого частотного электропривода с учетом параметров сети с двигательной нагрузкой / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов // Электроустановки повышенной частоты: науч. сб. - Кишинев: «Шти-инца», 1978.-С.29-37.
14. Степанов, С.Ф. Пути улучшения массогабаритных и энергетических показателей тирисгорных преобразователей частоты для питания групповой двигательной нагрузки / С.Ф. Степанов // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1979. - С.58 - 59.
15. Степанов, С.Ф. Анализ совместной работы двухмостового инвертора с конденсаторным суммирующим устройством и тиристорного компенсатора реактивной мощности / Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов, М.В. Анисимов // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. науч. сб.-Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1981.-С.97- 109.
16. Степанов, С.Ф. Переходные процессы в системах электроснабжения с мощными тиристорными преобразователями / С.Ф. Степанов // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1981. - С.46 -57.
17. Степанов, С.Ф. Многомостовые преобразователи частоты с конденсаторным суммированием выходных сигналов / С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. науч. сб. - Саратов:
Сарат. политехи, ин-т, 1983. -С.87 - 92.
18. Автономные инверторы тока с конденсаторным суммированием выходных сигналов / И.И. Каптер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин // Материалы докл. V Все-союзн. науч.-техн. конф. Уфа, 1984 г. — Уфа: Уфимский авиационный институт, 1984. - С. 165 - 166.
19. Создание системы централизованного электроснабжения на базе параллельного включения преобразователей частоты с автономными инверторами тока / И.И. Кан-тер, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов и др. // Сб. докл. 4 -й Всесоюзн. науч.-техн. конф. Киев, 1987 г.-Киев: 1987. - 4.1-С.96-97.
20. Степанов, С.Ф. Организация режима параллельной работы в системе централизованного электроснабжения, образованной группой тиристорных преобразователей частоты / И.И. Кантер, Ю.Б.Томашевский, С.Ф. Степанов // Сб. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. Уфа, 1987 г. - Уфа: Уфимский авиационный институт, 1987. - С. 129 - 130.
21. Степанов, С.Ф. Вопросы теории многомосговых преобразователей с конденсаторными расщепителями / Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. науч. сб. — Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1987. -С.20 - 25.
22. Степанов, С.Ф. К вопросу о распределении нагрузки между преобразовательными блоками в системе централизованного электроснабжения / Ю.Б. Томашевский, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов // Деп. в Информэнерго 15.02.88. - N 2744 — эн 88.
23. Степанов, С.Ф. Источник питания промышленной установки СВЧ нагрева на базе трехфазного инвертора тока / С.Ф. Степанов, В.А. Серветник, И.И. Артюхов // Сб. докл. Ме-ждунар. науч. - техн. конф. Харьков, 1993 г. - Харьков : Изд-во Харьк. ун-та, 1993. - С.2-9.
24. Степанов, С.Ф. Оптимизация пускового режима асинхронного двигателя в электроприводе насосной станции / И.И. Артюхов, Ю.Б. Томашевский, С.Ф. Степанов // Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: сб. трудов Междунар. науч. -техн. конф. Алушта, 5-9 окт. 1996 г. - Харьков: Основа, 1996. - С.8 - 16.
25. Степанов, С.Ф. Источники питания для экспериментального исследования генератора озона / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В В. Иванова // Актуальные проблемы электронного приборостроения: сб. трудов V - юбилейной Междунар. науч. - техн. конф. Саратов, 18 - 19 сент. 2002 г. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - С. 311 - 316.
26. Степанов, С.Ф. Моделирование и расчет непосредственных преобразователей частоты для питания индукционных нагревателей / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.Н. Пятни-цын // Проблемы точной механики и управления: сб. науч. трудов - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - С. 212 - 217.
27. Степанов, С.Ф. Источники питания для нагрева алюминиевой ленты в бегущем магнитном поле / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.Ф. Шимчук // Актуальные проблемы электронного приборостроения: сб. науч. ст. VI Междунар. науч. - техн. конф. Саратов, 2002 г. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. — С. 170 - 173.
28. Степанов, С.Ф. Применение микропроцессорных устройств в системах электроснабжения компрессорных станций магистрального транспорта газа / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, А.В. Короткое // Актуальные проблемы электронного приборосгроенияхб. трудов V - юбилейной Междунар. науч. - техн. конф. Саратов, 18 - 19 сент. 2002 г. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т,2002. - С.386 - 391.
29. Степанов, С.Ф. Регулируемый высоковольтный генератор для экспериментального исследования озонатора / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.А. Сысуев // Электро- и теплотех-нологические процессы и установки: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. -С.ЗЗ -37.
30. Степанов, С.Ф. Некоторые аспекты влияния оргтехники на системы электроснабжения / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, А.Д. Тютъманов // Энергосбережение в Саратовской области. - 2003. - № 6(12). - С.43 - 52.
31. Степанов, С.Ф. О влиянии современной оргтехники на питающую сеть / И.И. Ар -
тюхов, С.Ф. Степанов, А.Д. Тютьманов // Функциональные устройства низких и сверхвысоких частот: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. - С.12 - 16.
32. Степанов, С.Ф. Источники питания промышленных озонаторов большой мощности на основе высокочастотных транзисторных преобразователей / С.Ф. Степанов // Электротехнологические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. - С.55 - 60.
33. Автономная система электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.И. Ар-тюхов, С.Ф. Степанов, A.B. Коротков, Н.В. Погодин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С.9 - 14.
34. Анализ затрат электрической энергии на привод вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Аршакян, И.П. Крылов // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С.39 -45.
35. Динамическая компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения ABO газа / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Аршакян и др. // О реализации программы внедрения и строительства электростанций и энергоустановок ОАО «Газпром» и основные технические решения по энергоснабжению месторождений полуострова Ямал: материалы НТС ОАО Газпром ( Москва, ноябрь 2003 г.). - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - С. 122 -133.
36. Степанов, С.Ф. Математическая модель высоковольтного источника питания для промышленных электротехнологических установок / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов,
B.В. Иванова // Актуальные проблемы электронного приборостроения: сб. науч. ст. по материалам Междунар.конф. Саратов, 2004 г. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С.381 -386.
37. Степанов, С.Ф. Математическая модель для исследования динамических режимов в автономной системе электроснабжения / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Аршакян // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. -
C.23 — 31.
38. Высшие гармоники в системах электроснабжения административных зданий / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, А.Д. Тютьманов, М.В. Жабский // Техшчна електродинамша: Тематичнийвипуск. Проблемисучасно!електротехнша. -2004. - Ч.4.-С.28-31.
39. Переходные процессы в системе электроснабжения многополюсных асинхронных двигателей с вентиляторной нагрузкой / И.И. Артюхов, И.И. Аршакян, С.Ф. Степанов // Техшчна електродинамжа: Тематичний випуск. Проблеми сучасно! електротехнша. - 2004. -4.4. - С.65 - 68.
40. Степанов, С.Ф. Применение силовой преобразовательной техники в автономных источниках электроснабжения / С.Ф. Степанов // Электротехнологические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С.39 - 42.
41. Степанов, С.Ф. Высоковольтные источники для промышленных электротехнологических установок на основе транзисторных преобразователей / С.Ф. Степанов, В.В. Иванова, М.В. Жабский // Техшчна електродинамша: Тематичний випуск. Проблеми сучасно! елек-тротехнии. - 2004. - 4.4. - С.99 - 102.
42. Степанов, С.Ф. Комплекс «преобразователь частоты - групповая нагрузка» как система массового обслуживания / С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004.-С.199-206.
43. Степанов, С.Ф. Экспериментальное исследование влияния блоков питания с промежуточным звеном повышенной частоты на системе электроснабжения / И.И. Артюхов, В.В. Иванова, С.Ф. Степанов // Функциональные устройства низких и сверхвысоких частот: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С.6 - 11.
44. Степанов, С.Ф. Силовая преобразовательная техника в структуре автономных источников электроснабжения локальных электросетей / С.Ф. Степанов // Актуальные пробле-
мы электронного приборостроения АПЭП: сб. трудов VII Междунар. конф. Новосибирск, 2004 г. - Новосибирск: Изд-во Новосиб.ун-та, 2004. - Т.6. - С.106 - 107.
45. Степанов, С.Ф. Автономные источники электроэнергии для питания радиотехнических комплексов / С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, A.B. Короткое // Радиотехника и связь: материалы Междунар.конф. Саратов 12-17 апр. 2004 г. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004.-С.286-289.
46. Степанов, С.Ф. Сотовая энергетика как стратегическая инновация / С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов // Электротехнологические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун - т, 2005. - С. 99 - 102.
47. Степанов, С.Ф. Применение преобразователей частоты на газоредуцирующих станциях с детандер-генерирующими агрегатами / С.Ф. Степанов // Электротехнологические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун - т, 2005. - С. 26 - 28.
48. Степанов, С.Ф. Составные многоуровневые инверторы тока на базе N-мостовой схемы с расщепленной конденсаторной батареей/ С.Ф. Степанов // Проблемы энергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2005. - С. 107-111.
III. Авторские свидетельства и патенты
49. Патент на полезную модель №47441 РФ, МПК 7 F01D 15/08. Газораспределительная станция с электрогенерирующим устройством / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, A.B. Васильев, P.E. Агабабян; заявитель и патентообладатель: НПФ «ЛОТОС-Т» СГТУ. -
№ 2005115432/22; Заявл. 20.05.2005; опубл. 27.08.2005, Бюл. №24 -2с.:ил.
50. Патент на полезную модель № 49658 РФ, МПК7 Н 02 М 7/515. Двадцатичеты-рехфазный выпрямитель / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.В. Иванова, А.Д. Тютьманов; заявитель и патентообладатель: НПФ «JIOTOC-T» СГТУ.-№ 2005121000/22; заявл. 04.07.2005.; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 3.-2 е.: ил.
51. Патент на полезную модель № 44372 РФ, МПК7 F 24 F 3/16. Система для озонирования помещений / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.В. Иванова; заявитель и патентообладатель: НПФ «ЛОТОС-Т» СГТУ. -№ 2004136131/22; заявл. 09.12.2004.; опубл. 10.03.2005. Бюл. № 7. - с.2: ил.
52. A.c. 720656 СССР. МКИ Н02 Р 7/42. Устройство для пуска асинхронных двигателей многодвигательного привода / И.И. Кантер, А.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов. - Опубл. 15.03.80. - Бюл. № 9.
53. A.c. 782099 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов. -Опубл.23.11.80. - Бюл. №43.
54. A.c. 788309 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Преобразователь постоянного напряжения в многофазное переменное / И.И. Кантер, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов, В.И. Лазарев. -Опубл. 15.12.80. - Бюл. №46.
55. A.c. 797025 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / С.Ф. Степанов. -Опубл. 15.01.81.-Бюл. №2.
56. A.c. 815819 СССР. МКИ Н02 Н 3/08. Устройство для защиты цепей постоянного и прерывистого токов / С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов. - Опубл. 23.03.81. - Бюл. №11.
57. A.c. 838973 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Тиристорный инвертор / С.Ф. Степанов, Б.Ю. Порозов. - Опубл. 15.06.81. - Бюл. №22.
58. A.c. 902174 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Преобразователь частоты для питания преимущественно групповой двигательной нагрузки / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов. - Опубл. 30.01.82.-Бюл. №4.
59. A.c. 920983 СССР. МКИ Н02 М 3/10. Импульсный преобразователь постоянного напряжения / И.И. Кантер, A.B. Кумаков, С.Ф. Степанов, С.В. Безруков, В.И. Лазарев. -Опубл. 15.04.82. - Бюл. № 14.
60. A.c. 1529380 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Ю.Б. Томашевский, Л.В. Щедриков. - Опубл. 15.12.89. -Бюл. № 46.
61. A.c. 771826 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Преобразователь частоты / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, В.И. Лазарев. - Опубл. 15.10.80. - Бюл. № 38.
62. A.c. 866671 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в переменное / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, В.И. Лазарев, И.И. Артюхов. - Опубл. 23.09.81. - Бюл. № 35.
63. A.c. 866672 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный тиристорный инвертор / И.И. Кантер, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов, В.И. Лазарев, И.И. Артюхов. - Опубл. 23.09.81.
- Бюл. № 35.
64. A.c. 868951 СССР. МКИ Н02 М 5/27. Преобразователь частоты / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, В.И. Лазарев, Н.П. Митяшин, В.Н. Пятницын, А.Н. Корнев. -Опубл. 30.09.81. - Бюл. № 36.
65. A.c. 873360 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Инвертор / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, А.И. Печенкин. -Опубл. 15.10.81. -Бюл. № 38.
66. A.c. 881954 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный автономный инвертор / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов. - Опубл. 15.11.81. — Бюл. № 42.
67. A.c. 888306 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин. — Опубл. 07.12.81. - Бюл. № 45.
68. A.c. 896724 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Групповой преобразователь / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, В.Н. Пятницын. — Опубл. 07.01.82. - Бюл. № 1.
69. A.c. 915190 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н. П. Митяшин. - Опубл. 23.03.82. -Бюл. № 11.
70. A.c. 922977 СССР. МКИ Н02Р154. Устройство для пуска многодвигательного электропривода / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин. Опубл.
23.04.82.-Бюл. № 15.
71. A.c. 951606 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный автономный инвертор / И.И. Кантер, Н.П. Митяшин, С.Ф. Степанов, В.И. Лазарев, И.И. Артюхов. — Опубл. 15.08.82.
- Бюл. № 30.
72. A.c. 964849 СССР. МКИ Н02 J 3/18. Статический источник реактивной мощности / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, А.Н. Корнев, И.И. Артюхов. - Опубл. 07.10.82. - Бюл. № 37.
73. A.c. 1001373 СССР. МКИ Н02 М 5/27. Групповой преобразователь частоты / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев. - Опубл.
28.02.83.-Бюл. №8.
74. A.c. 1023621 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Устройство для управления многофазными преобразователями частоты / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, А.Н. Корнев, А. Н. Кумаков. - Опубл. 15.06.83. - Бюл. № 22.
75. A.c. 1056403 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в переменное / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, А. Н. Корнев. - Опубл. 23.11.83. - Бюл. № 43.
76. A.c. 1064401 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин. — Опубл. 30.12.83. - Бюл. № 48.
77. A.c. 1069101 СССР. МКИ Н02 М 7/515, H02J3/00. Устройство для электроснабжения / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, Ю.М. Голембиовский, Н.П. Митяшин, А.Ф. Резчиков, И.И. Артюхов, А.Н. Корнев. - Опубл. 23.01.84. - Бюл. № 3.
78. A.c. 1070673 СССР. МКИ Н02 М 7 /515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, Н.П.Митяшин, С.Ф. Степанов,И.И. Артюхов, В.А. Серветник.-Опубл. 30.10.84.-Бюл. №4.
79. A.c. 1077034 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер. С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, А.Н. Корнев, Л.В. Щедриков. - Опубл. 28.02.84,-Бюл. № 8.
80. A.c. 1173514 СССР. МКИ Н02 Р 1/54. Устройство для пуска многодвигательного электропривода / И.И. Кантер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев. -
Опубл. 15.08.85. -Бюл. № 30.
81. A.c. 1220088 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Тиристорный инвертор / И.И. Кангер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев.-Опубл. 23.03.86-Бюл. № 11.
82. A.c. 1246322 СССР. МКИ Н02 Р 7/742. Способ пуска асинхронного двигателя / И.И. Кангер, И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев, В.А. Серветник. -0публ.23.07.86. - Бюл. № 27.
83. A.c. 1249688 СССР. МКИ Н02 Р 7/42. Многодвигательный электропривод / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев, Ю.Б. Томашев-ский, А.Н. Жуков. - Опубл. 07.08.86. - Бюл. № 29.
84. A.c. 1252884 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кангер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев, В.А. Серветник, М.В. Анисимов. - Опубл. 23.08.86. - Бюл. № 31.
85. A.c. 1261070 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Трехфазный инвертор / И.И. Кантер, И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, В.А. Серветник, Ю.Б. Томашевский. - Опубл. 30.09.86. -Бюл. № 36.
86. A.c. 1265954 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Преобразователь постоянного напряжения в переменное / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, И.И. Кантер, В. А. Серветник, Ю. Б. Томашевский. - Опубл. 23.10.86. - Бюл. № 39.
87. A.c. 1275711 СССР. МКИ Н02 М 7/515. Преобразователь частоты / И.И. Катер, С.Ф. Степанов, Н.П. Митяшин, А.Н. Корнев, И.И. Артюхов. - Опубл. 04.12.86.-Бюл. №45. A.c. 1307521 СССР. МКИ Н02 Р 1/54 Многодвигательный электропривод переменного тока / И.И. Кангер, С.Ф. Степанов, И.И. Артюхов, В. А. Серветник, Ю.Б. Томашевский, А.Н. Корнев, А.Е. Бочков. - Опубл. 30.04.87. -Бюл. № 16.
88. A.c. 1529380 СССР. МКИ Н02 М 7/515 Трехфазный инвертор / И.И. Кангер, Ю.Б. Томашевский, JI.B. Щедриков, С.Ф. Степанов. - Опубл. 20.06.89. - Бюл. № 46.
СТЕПАНОВ Сергей Федорович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Автореферат Корректор О.А.Панина
Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01 Подписано в печать 24.04.06 Формат 60x84 1/16
Бум. офсет. Усл. печ. л. 2,0 Уч.-изд. л. 2,0
Тираж 100 экз. Заказ 172 Бесплатно
Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Дмитриев, Владимир Трофимович
ВВЕДЕНИЕ.
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ШАХТНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК И ОБОСНОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ.
1.1. Исследование и анализ эффективности работы шахтных компрессорных станций Урала.
1.2. Обоснование повышение степени сжатия газа в одноступенчатом поршневом компрессоре.
1.3. Исследование влияния скорости движения поршня в цилиндре компрессора на удельный расход электроэнергии.
1.4. Теплообразование при сжатии газа.
1.5. Оценка работы поршневых компрессорных машин.
Выводы по разделу.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ КЛАПАНОВ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК.
2.1. Конструктивные особенности и сравнительные характеристики клапанов кольцевых и ПИК.
2.2. Теоретические положения для разработки новых конструкций клапанов.;.
2.3. Краткая характеристика клапанов СГИД, СГИЦ и
СГИК.
2.4. Теоретическое обоснование параметров седел клапанов СГИД.
2.5. Теоретическое обоснование параметров седел клапанов СГИЦ.
2.6. Обоснование основных параметров клапанов СГИК.
Выводы по разделу.
3. ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРАБОТАННЫХ КЛАПАНОВ.
3.1. Исследования влияния толщины замыкающих органов клапанов СГИД и СГИЦ на технико-экономические параметры компрессора.
3.2. Исследования оптимальной скорости истечения газа в клапанах СГИД и СГИЦ.
3.3. Теоретическое и экспериментальное обоснование натяга пружин клапанов СГИД и СГИЦ.
3.4. Исследование аэродинамических характеристик клапанов СГИД.
3.5. Исследование удельных утечек воздуха в клапанах
СГИД.
3.6. Исследование влияния различного расположения клапанов СГИД в гнезде на технико-экономические показатели работы компрессора.
Выводы по разделу.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ С КЛАПАНАМИ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
4.1. Критерии сравнительной оценки воздухораспределительных органов поршневых компрессоров.
4.2. Повышение надежности компрессорных установок.
4.3. Исследование влияния клапанов различных конструкций на технико-экономические показатели работы компрессоров.
4.4. Ведомственные испытания воздухораспределительных органов поршневых компрессоров.
Выводы по разделу.
5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
ПРИ ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ.
5.1. Анализ функционирования существующих схем параллельного включения однотипных турбокомпрессорных установок.
5.2. Анализ параллельной работы турбокомпрессорных установок, имеющих различные рабочие характеристики.
5.3. Компоновочные схемы включения турбокомпрессоров при параллельной работе на одну сеть и их расчет.
Выводы по разделу.
6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ШАХТНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ.
6.1. Исследование влияния гидропневматического аккумулятора на работу приемников сжатого воздуха.
6.2. Исследование влияния гидропневматического аккумулятора на наличие влаги в сжатом воздухе.
6.3. Разработка схем гидроизоляции гидропневматических аккумуляторов сжатого воздуха.
6.4. Разработка системы повышения внутренней энергии сжатого воздуха непосредственно перед его использованием.
6.5. Технико-экономическое обоснование применения гидрокомпрессора.
Выводы по разделу.
7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ГАЗА.
7.1. Оптимальный процесс сжатия газа при утилизации термодинамического тепла.
7.2. Эффекты «теплового насоса» при сжатии и расширении газа.
7.3. Разработка схем утилизации тепловой энергии сжатых газов.
Выводы по разделу.
Введение 2006 год, диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению, Дмитриев, Владимир Трофимович
Горнодобывающие отрасли являются основополагающей базой всей промышленности России.
Добыча многих полезных ископаемых (руда, уголь и т. д.) производится с использованием энергии сжатого воздуха. Последнее объясняется тем, что машины, работающие на этой энергии, имеют высокую производительность, надежны в работе, конструктивно просты, сравнительно не дорогие и обеспечивают высокую безопасность труда.
Энергия сжатого воздуха нашла применение при бурении шпуров и скважин, при погрузке полезного ископаемого и его транспортировании, проветривании выработок (в качестве привода вентиляторов), в процессах закладки и т. д.
Вследствие широкого применения поршневых компрессорных машин во всех областях промышленности и их большим энергопотреблением, они всегда находятся в центре внимания как отечественных, так и зарубежных исследователей.
В первую очередь следует отметить труды академиков Федорова М. М., Германа А. П., Доллежаля Н. А., чл.-кор. Академии наук Ильичева А. С., которыми внесен значительный вклад в развитие теории охлаждения компрессорных машин, воздухораспределение, расчет бурильных молотков и пневматических сетей.
Труды докторов техн. наук Фролова П. П., Кабакова А. Н., Докукина А. В., Смородина С. С., Киселева В. Н., Мурзина В. А., Цейтлина Ю. А., Моисеева JL JL, Баранникова Н. М., Носырева Б.
A., Закирова Д. К., Бороховича А. Н., Рыбакова А. Н., Парфенова
B. П., Брусиловского И. В., Миняева Ю. Н. и др. способствовали повышению эффективности работы не только компрессорных установок, но и всего рудничного компрессорного хозяйства в целом.
В области создания и совершенствования воздухораспределительных органов поршневых компрессоров - клапанов - особое место занимают работы докторов техн. наук Френкеля М. И, Дмитриевского В. А., Кондратьевой Т. Ф., Карпова Г. В., Пирумова И. Б., Фотина Б. С., Шелеста П. А., Бараховича А. И., Бабаяна С. А., Беркмана Б. А., Фролова А. П., Шапиро М. Б., Колбасова М. Г., Спектра Б. А. и многих др. исследователей.
Анализ трудов перечисленных выше ученых и сорокалетний опыт автора по исследованию компрессорных станций шахт и заводов показывают на значительные резервы экономии электрической энергии при производстве и транспортировке сжатого воздуха. Так, обычно производительность компрессорных машин ниже паспортной на 15 -20 %, а расход электрической энергии на 1 м сжатого воздуха выше нормы на 15 - 25 %.
Низкие технико-экономические показатели функционирования шахтных компрессорных установок позволяют сделать вывод, что часть как теоретических проблем, так и практических задач, связанных с их работой, решены не полностью.
Так до настоящего времени нет достаточного обоснования определения оптимальной степени сжатия газа в одноступенчатом компрессоре [1, 2], нет научных доказательств, подтверждающих, что повышение внутренней энергии сжатого воздуха происходит за счет скорости движения поршня, отсутствуют теоретические работы, связанные с определением оптимальной скорости движения поршня.
Существующие воздухораспределительные органы поршневых компрессоров не полностью отвечают требованиям, предъявляемым к ним.
Применяемые компоновочные схемы при параллельной работе турбокомпрессорных машин резко снижают их технико-экономические показатели.
Кроме того, в недостаточной степени разработаны вопросы, связанные с гидроизоляцией пневмогидроаккумуляторов, их влиянием на работу потребителей сжатого воздуха и проблемы, связанные с утилизацией тепловой энергии сжатого воздуха.
Приведенная исходная информация по теме исследований показывает, что теоретическое обоснование поставленных задач и практическое их решение является актуальной проблемой, т. к. повышает эффективность функционирования шахтных компрессорных установок.
Связь темы диссертации с государственными программами
Данная работа выполнялась в соответствии с координационными планами Минвуза РСФСР, ГКНТ при СМ СССР в рамках комплексной научно-технической программы «Надежность конструкций» (приказ № 659 от 13.11.81. Минвуза РСФСР) и госбюджетной темы «Развитие теории прогноза технического состояния и надежности сложных механических систем горного оборудования», утвержденной на 1999 - 2001 гг. в соответствии с тематическим планом Министерства образования (раздел 06.02. «Наука», № гос. per. 01990010840).
Объект исследования. Шахтные поршневые и турбокомпрессорные установки, их компоновка и узлы, гидропневмоаккумуляторы.
Цель работы. Научное обоснование рациональных параметров функционирования шахтных компрессорных установок, обеспечивающих повышение их эффективности посредством модернизации конструкции, оптимизации процессов сжатия воздуха и повышения КПД пневматических сетей.
Идея работы. Заключается в использовании комплексного подхода к исследованиям функционирования шахтных компрессорных установок, состоящего в выявления слабых звеньев и изучении процессов их изменения до предельного состояния, отражающих закономерности появления отказов.
Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные (промышленные и лабораторные) методы исследования, базирующиеся на классических законах математики и физики.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Закономерности появления отказов шахтных компрессорных установок, деформационные процессы, протекающие в элементах и материалах за время их эксплуатации.
2. Научно обоснованные зависимости, связывающие расход энергии, потребляемой компрессором, с интервалом времени, за который совершаются работы всасывания, сжатия и нагнетания.
3. Теоретически обоснованное определение механического КПД компрессорной машины без использования индикаторной мощности.
4. Обоснование процессов сжатия воздуха в поршневом одноступенчатом компрессоре до давления 0,8-f0,9 МПа.
5.Комплексные критерии сравнительной оценки клапанов компрессорных установок.
6. Взаимосвязь конструктивно-технологических параметров прямоточных клапанов с условиями их эксплуатации.
7. Компоновочные схемы турбокомпрессорных установок при их параллельной работе.
8. Эффекты «теплового насоса» при сжатии и расширении воздуха и их использование для повышения эффективности работы компрессорных установок.
Научная новизна.
• Предложен метод оценки функциональной эффективности работы шахтных компрессорных установок, и определены рациональные процессы сжатия воздуха, позволяющие производить сжатие газа в одноступенчатой машине, работающей без подачи смазки в цилиндр до 0,8-^0,9 МПа.
• Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена зависимость расхода энергии при совершении работы поршнем от величины интервала времени, за который данный объем работы произведен.
• Исследованы физико-технические закономерности появления отказов (разрушения) слабых звеньев компрессорных установок за время их эксплуатации в широком интервале механических и тепловых воздействий.
• Проведено обоснование конструктивно-технологических параметров клапанов как наиболее слабого звена поршневых компрессорных установок, учитывающих условия их эксплуатации.
• Получены аналитические выражения, описывающие скорость движения поршня в цилиндре, и определена оптимальная скорость, которая обеспечивает минимальные объемные и аэродинамические потери при процессах всасывания, сжатия и нагнетания.
• Предложены комплексные критерии сравнительной оценки воздухораспределительных органов компрессорных машин, учитывающие технико-экономические показатели их функционирования.
• Обоснованы параметры компоновочной схемы турбокомпрессорных установок при их параллельной работе.
• Выявлены эффекты «теплового насоса» при сжатии и расширении сжатого воздуха.
Практическое значение работы.
• Разработана методика оценки функционирования шахтных поршневых компрессорных установок, позволяющая определять потери энергии в цилиндре компрессора без снятия индикаторных диаграмм.
• Показано, что сжатие воздуха в одной ступени компрессора (работающего без смазки) можно производить до давления 0,8*0,9 МПа. Это позволяет использовать двухступенчатые поршневые компрессоры общего назначения для получения давления на нагнетании до 1,2*1,4 МПа, что в буровых машинах приводит к резкому возрастанию скорости бурения шпуров.
• Установлена оптимальная скорость движения поршня в цилиндре компрессора, обеспечивающая снижение как объемных, так и аэродинамических потерь при процессах всасывания, сжатия и нагнетания воздуха.
• Разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами конструкции прямоточных клапанов различных типов для поршневых компрессорных машин.
• Разработана компоновочная схема турбокомпрессорных установок при их параллельном включении, позволяющая повысить их эффективность.
• Исследовано влияние гидропневмоаккумуляторов на работу потребителей сжатого воздуха и предложены схемы их гидроизоляции в трещиноватых породах.
• Разработан способ охлаждения поршневого компрессора, который основан на работе абсорционно-диффузионной машины, превращающей тепловую энергию сжатого воздуха на нагнетании в холод.
• Предложена конструкция гидрокомпрессора, у которого функции поршня выполняет жидкость. Гидрокомпрессор работает без смазки, процесс сжатия идет близко к изотермическому, он пожаровзрывобезопасен и рекомендован для использования в подземных выработках шахт.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием классических и современных методов исследований функционирования поршневых компрессорных машин, хорошей сходимостью результатов теоретического анализа с экспериментальными данными и промышленными испытаниями, а также статистической обработкой результатов экспериментальных и теоретических исследований. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 12 % с доверительной вероятностью 0,95.
Реализация выводов и рекомендаций.
Основные научные положения работы доведены до промышленного внедрения как в горнорудной, так и в других отраслях промышленности. Клапаны СГИ внесены в отраслевой стандарт угольной промышленности СССР (ОСТ 12.25.011-84 «Экономия электрической энергии на угольных шахтах») и внедрены на газомотокомпрессорах типа 1 ОГК 1/23-42, 10ГКН1/16-40 (Мингазпром) и 5Г-100/8,4М10-100/8 (Минуглепром).
По рекомендациям ВНИИГМ им. М. М. Федорова на Горловском рудоремонтном заводе (г. Горловка, Украина) было изготовлено и отправлено на шахты Донбасса свыше 13 тыс. клапанов СГИ. За период 2004 - 2005 гг. предприятием ООО ТД «Уральский завод новых технологий» налажено массовое производство клапанов типа СГИД и их выпущено более 3000 штук. (прил. А).
Годовой экономический эффект от внедрения такого количества клапанов типа СГИД составляет 4000 000 рублей (Приложение Б).
Основные научные, методические и практические результаты работы внедрены в учебный процесс УГГУ при подготовке студентов по специальности 150402 - «Горные машины и оборудование».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на научно-техническом совете СГИ (Свердловск, 1996), научно-технических конференциях ОАО
Севуралбокситруда» (Североуральск, 1999, 2002), совещании ОАО «Уралгипроруда» (Екатеринбург, 2004), совещаниях энергетиков и механиков ОАО «Севуралбокситруда» (Североуральск, 2003), научно-технических конференциях Уральского государственного горного университета ((Екатеринбург, 2003, 2004, 2005), II Международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию кафедры ГМК УГГГА (Екатеринбург, 2004) и IV Международной конференции, посвященной 90-летию В. Р. Кубачека. 15 - 16 мая 2006 (Екатеринбург).
Заключение диссертация на тему "Обоснование и выбор энергосберегающих параметров функционирования шахтных компрессорных установок"
16. Результаты работы использованы при изготовлении, ремонте и модернизации поршневых компрессорных установок с получением экономического эффекта 4 миллиона рублей. Научные, методические и практические результаты работы внедрены в учебный процесс УГГУ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе на основе теоретического обобщения известных и разработанных научных положений, базирующихся на комплексном учете факторов и закономерностей, определяющих условия эксплуатации шахтных компрессорных установок, изложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых существенно повышает эффективность функционирования компрессорных установок, что вносит значительный вклад в развитие экономики горной промышленности.
Проведенные исследования позволили сформулировать следующие основные выводы, результаты и рекомендации:
1. Исследованы физико-технические закономерности отказов, деформаций и разрушения пластин клапанов. На основе анализа условий работы шахтных компрессорных установок выявлено наиболее слабое звено оборудования.
2. Предложены критерии сравнительной оценки эффективности воздухораспределительных органов поршневых компрессорных установок.
3.Выведена зависимость удельного расхода энергии от скорости совершения работы, на основании чего обоснован выбор рациональной скорости движения поршневой компрессорной установки.
4. Проведено обоснование конструктивно-технологических параметров клапанов компрессорных установок, на основе чего разработана серия конструкций прямоточных клапанов (защищенных авторскими свидетельствами и патентами).
5. Показано, что использование конструкций разработанных клапанов позволяет повысить надежность в 1,5 - 5,0 раз и эффективность работы поршневых компрессорных установок в целом на 10 - 15 % как при выпуске новых, так и при ремонте и модернизации действующих компрессоров.
6. Обосновано применение одноступенчатых поршневых компрессорных установок, работающих без смазки, для потребителей сжатого воздуха, рассчитанных на давления до 0,8 МПа.
7. Показано, что при утилизации тепловой энергии сжатого газа наиболее эффективным является адиабатный процесс.
8. Разработана и обоснована схема охлаждения компрессорной установки за счет применения абсорбционно-диффузионной машины, превращающей тепловую энергию сжатого газа в холод.
9. Предложена методика оценки эффективности работы поршневых компрессорных установок при использовании эффекта «теплового насоса».
10. Разработана конструкция гидрокомпрессора, позволяющая значительно снизить капитальные и эксплуатационные расходы, а также существенно повысить энергосбережение предприятий при выработке сжатого воздуха. Поскольку поршнем в такой установке является жидкость (вода), то гидрокомпрессор отличается повышенной пожаровзрыво-безопасностью и может быть рекомендован к использованию в наиболее сложных горно-технологических условиях.
11. Предложена компоновочная схема турбокомпрессоров при их параллельной работе, позволяющая повысить эффективность их работы на 10 -15 %.
12. Показано, что применение гидропневмоаккумуляторов (ГПА) при подземных горных работах повышает давление у потребителей сжатого воздуха в шахтах до 50 кПа, что приводит к увеличению скорости бурения шпуров.
13. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами три схемы гидроизоляции сжатого воздуха в ГПА, позволяющие строить последние в трещиноватых породах.
14. Обосновано использование внутренней энергии газа при уменьшении его объема и разработан термокомпрессор, повышающий внутреннюю энергию сжатого воздуха непосредственно перед потребителем, что способствует значительному энергосбережению шахт.
15.Разработки, выводы и рекомендации работы включены в ОСТ 12.25.011-84 «Экономия электрической энергии на угольных шахтах», где отмечено, что замена кольцевых клапанов на разработанные прямоточные СГИД позволяет:
• повысить производительность компрессорных установок на 10%;
• понизить удельный расход энергии на 15 %;
• увеличить наработку на отказ компрессорных установок в 1,5 - 6 раз, в зависимости от типа компрессора и условий его эксплуатации.
Библиография Дмитриев, Владимир Трофимович, диссертация по теме Горные машины
1. Френкель М. П. Поршневые компрессоры. JL: Машиностроение, 1960, С. 52-65.
2. Захаренко С. Е., Анисимов С. А., Дмитриевский В. А. и др.
3. Поршневые компрессоры. JL: Машиностроение, 1961. С. 63-74.
4. Дмитриев В. Т. О многоступенчатом сжатии газа в поршневых компрессорах // Изв. вузов. Горный журнал, 1985. - № 12. - С. 56-57.
5. Фотин Б. С., Пирумов Н. Б., Прилуцкий И. К., Пластинин П. Н. Поршневые компрессоры. Л.: Машиностроение, 1987. С. 113-128.
6. Зельдович Я. Б., Яглам И. М. Высшая метематика для начинающих физиков и техников. М.: Наука, 1982. С. 289-290.
7. Дмитриев В. Т. Энергетическая оценка работы машин. Депонирование работы ежемесячный библиографический указатель № 3, 1987. С. 64.
8. Дмитриев В. Т., Ситников Н. Б. Выбор оптимальной скорости вращения вала двигателя поршневого компрессора // Изв. вузов. Горный журнал. 1990.-№5.-С. 100- 102.
9. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976, С. 118-119.
10. Heath De and company. Physics. Boston, 1965. C. 225.
11. Дмитрев В. Т. К вопросу о теплообразовании при сжатии газов // Изв. вузов. Горный журнал. 1986. - № 11. - С. 69 - 70.
12. Новиков И. И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1984. С. 1153.
13. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Об оценке работы поршневых компрессорных машин // Изв. вузов. Горный журнал, 1968. № 8. -С. 128- 130.
14. Тимухин С. А. Оценка экономичности главной вентиляторной установки // Изв. вузов. Горный журнал. 1986. - № 4. - С. 81-83.
15. Наркунский С. Е. Влияние вида технологической обработки клапанных пластин на предел усталости. Компрессорные и вакуумные машины. 1968. Вып.1.
16. Отраслевая инструкция по эксплуатации самодействующих прямоточных клапанов на воздушных поршневых компрессорах. Ленинград, 1970.
17. Фролов П. П. Исследование и пути повышения эффективности работы рудничного компрессорного хозяйства. Дис. . д. т. н. Свердловск, 1969.-С. 102-105.
18. Решения первой Всесоюзной научно-технической конференции по компрессорным и вакуумным машинам. Компрессорные и вакуумные машины. Вып. 1. М.: Машгиз, 1966. С. 55.
19. Фролов П. П., Дмитриев В. Т. Повышение эффективности работы компрессорных станций рудников и шахт // Изв. вузов. Горный журнал. -1982.- №7.-С. 92-96.
20. Дмитриев В. Т., Фролов А. П. Потери энергии в узлах трения машин // Изв. вузов. Горный журнал. 1992. - № 9. - С. 128 - 130.
21. А. с. 219069 СССР, МКИ F04K. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 1160287/24-6; Заявлено 02.06.67; Опубл. 30.05.68, Бюл. № 18.
22. А. с. 231704 СССР, МКИ F04C. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 1191724/24-6; Заявлено 21.10.67; Опубл. 28.11.68, Бюл. №36.
23. А. с. 283478 СССР, МКИ F04B 21/02. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 1344712/24-6; Заявлено 30.06.69; Опубл. 06.10.70, Бюл. № 31.
24. А. с. 399620 СССР, МКИ F04B 21/02, F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 1742494/24-6; Заявлено 01.11.72; Опубл. 03.10.73, Бюл. № 39.
25. А. с. 414430 СССР, МКИ F04B 39/06, F25B 15/10. Способ охлаждения компрессора / П. П. Фролов, В. Т. Дмитриев (СССР). № 1790799/24-6; Заявлено 30.05.72; Опубл. 05.11.74, Бюл. № 5.
26. А. с. 440522 СССР, МКИ F16K 15/14, F04B 39/10, F04B 49/02. Прямоточный клапан / П. П. Фролов, В. Т. Дмитриев (СССР). -№ 1801903/24-6; Заявлено 27.06.72; Опубл. 25.08.74, Бюл. №31.
27. А. с. 564481 СССР, МКИ F16K 15/14, F04B 21/02. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 2101736/06; Заявлено 31.01.75; Опубл. 05.07.77, Бюл. № 25.
28. А. с. 577344 СССР, МКИ F16K 15/14, F04B 21/02. Прямоточный клапан / П. П. Фролов, В. Т. Дмитриев (СССР). № 2232579/25-06; Заявлено 09.03.76; Опубл. 25.10.77, Б.И. № 39.
29. А. с. 588394 СССР, МКИ E21F 17/10. Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). -№2334113/22-03; Заявлено 15.03.76; Опубл. 15.01.78, Бюл. № 2.
30. А. с. 987170 СССР, МКИ F04B 39/10, F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 3001533/25-06; Заявлено 06.11.80; Опубл. 07.01.83, Бюл. № 1.
31. А. с. 798352 СССР, МКИ F04B 39/10, F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 2733102/25-06; Заявлено 07.03.79; Опубл. 23.01.81, Бюл. № 3.
32. А. с. 717376 СССР, МКИ E21F 17/10. Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР).- № 2610113; Заявлено 24.04.76; Опубл. 25.02.80, Бюл. № 7.
33. А. с. 998775 СССР, МКИ E21F 17/10. Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР).- № 998775; Заявлено 20.05.80; Опубл. 23.02.83, Бюл. № 7.
34. А. с. 1038669 СССР, МКИ F16K 15/14, F04B 21/02. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 3434117/25-06; Заявлено 05.05.82; Опубл. 30.08.83, Бюл. № 32.
35. А. с. 1041786 СССР, МКИ F16K 15/14, F04B 21/02. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 3431062/25-06; Заявлено 28.04.82; Опубл. 15.09.83, Бюл. № 34.
36. А. с. 1295120 СССР, МКИ F16K 15/16, F04B 39/10. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 3935109/25-06; Заявлено 26.07.85; Опубл. 07.03.87, Бюл. № 9.
37. А. с. 1229423 СССР, МКИ F04KB 39/10, F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов, С. А. Волегов (СССР). -№ 3812391/25-06; Заявлено 10.11.84; Опубл. 07.05.86, Бюл. № 17.
38. А. с. 1420292 СССР, МКИ 4F16K 15/14, F04B 21/02. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, С. А. Волегов, П. П. Фролов (СССР). -№ 4191095/25-06; Заявлено 09.02.87; Опубл. 30.08.88, Бюл. № 32.
39. А. с. 1435880 СССР, МКИ 4F16K 15/14, F04B 49/08. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, С. А. Волегов, П. П Фролов. (СССР). -№ 4165491/25-06; Заявлено 23.12.86; Опубл. 07.11.88, Бюл. № 44.
40. А. с. 1525314 СССР, МКИ F16K 15/16, F04B 39/10. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, С. А. Волегов, П. П. Фролов. (СССР). № 4387113; Заявлено 02.03.88; Опубл. 30.11.83, Бюл. № 44.
41. А. с. 998775 СССР, МКИ E21F 17/10. Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов (СССР). № 2925998/22-03; Заявлено 20.05.80; Опубл. 23.02.83, Бюл. № 7.
42. А. с. 2047804 РФ, МКИ 6F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов, С. В. Дмитриев, А. П. Фролов (СССР). № 92009755/29; Заявлено 07.12.92; Опубл. 10.11.95, Бюл. №31.
43. Пат. 2200237 РФ. Способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания / В. Т. Дмитриев, Г. А. Боярских, Е. В. Иваницкий, М. В. Дмитриев
44. Россия). № 2001102233/06; Заявлено 24.01.01; Опубл. 10.03.03, Бюл.7.
45. Пат. 37151 РФ, 7F04B 1/00. Компрессор /В. Т. Дмитриев, Ю. Н. Миняев, М. В. Дмитриев, О. Ш. Айдашев (Россия). № 2002120052/20; Заявлено 22.07.02; Опубл. 10.04.04, Бюл. № 10.
46. Пат. 2257483 РФ, F02 F3/00. Поршень с поршневыми кольцами / В. Т. Дмитриев, Г. А Боярских., О. Ш. Айдашев (Россия). № 21.
47. Пат. 31616 СССР, F04B 39/00, F16K 15/14. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, М. В. Дмитриев, В. В. Дмитриев (Россия). № 2003109572; Заявлено 09.04.03; Опубл. 28.04.03, Бюл. № 23.
48. Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Пути энергосбережения при эксплуатации стационарных компрессорных установок // Вестник энергосбережения. Екатеринбург: 1999. - № 5. С.64 - 65.
49. Дмитриев В. Т. Теоретическое обоснование параметров седел клапанов СГИД // Сборник докладов IV Междунар. конф., посвящ. 90-летию В. Р. Кубачека. 15 16. г. Екатеринбург. - Екатеринбург, 2006. - С. 175 - 179.
50. Дмитриев В. Т., Мальчиков С. Н. Опыт работы прямоточных клапанов СГИ на горнорудных предприятиях // Тр. Свердловского горного института. Свердловск, 1984. - Вып. № 8. - С. 79 - 80.
51. Наркунский С. Е. О работоспособности пластин рабочих клапанов компрессоров. Компрессорные машины. М.: Машгиз, 1968. С.25 - 39.
52. Бекман Б. А. Расчет на прочность пластин самодействующего компрессора // Вестник машиностроения, 1964. № 10. - С. 52 - 54.
53. Колбасов М. Г. Исследования прямоточных клапанов с поворотными пластинками для рудничных поршневых компрессоров. Дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 1968.-С.253.
54. Ильичев С. А. Собрание трудов. Том 1. Рудничные компрессорные установки. Углетехиздат, 1953. - С. 275.
55. Доллежаль Н. А. Прикладная теория всасывающего клапана. Общее машиностроение, 1941. № 1. - С. 50 - 70.
56. Чаплыгин С. А. О газовых струях. Собрание сочинений. Том 2, 1948. -С. 140- 153.
57. Пирумов Н. Б. Некоторые вопросы динамики полосовых клапанов поршневых компрессоров. Энергомашиностроение. Труды ЛГИ, 1966. -№ 264.
58. Бабаян С. А. К теории работы самодействующего клапана поршневого компрессора // Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1959. -№ 5. -С.25 - 40.
59. Кондратьева Т. Ф. Определение потерь энергии в самодействующих клапанах поршневого компрессора. Сборник НИИхиммаш, 1958. Вып. 22.
60. Фролов П. П., Дмитриев В. Т. Оптимальная скорость истечения газа в прямоточных клапанах // Труды Свердловского горного института. 1972. Вып. 27. -С.70.
61. Дмитриев В. Т. Критерии оценки работы воздухораспределительных органов поршневых компрессоров // Химическое и нефтяное Машиностроение. 1986. - № 10. - С. 17 - 18.
62. Плетнев Н. Л., Рембеза А. И., Соколов Ю. А. и др. Эффективность и надежность сложных систем. Информация, оптимальность принятия решений. М.: Машиностроение, 1977. С. 216.
63. Боярских Г. А. Надежность и ремонт горных машин. Екатеринбург, 1998. С.339.
64. Решетов Д. Н., Иванов А. С., Фадеев В. 3. Надежность машин. М.: Высшая школа, 1988. С. 280 .
65. Дубинин М. М. Применение прямоточных клапанов в нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1974. С. 62.
66. Пластинин П. Н. Поршневые компрессоры. Том 1. М.: Колос, 2000. 456 с.
67. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Пути экономии электрической энергии при эксплуатации рудничных компрессорных установок // Колыма. 1987. - № 7. - С. 35 - 37.
68. Дегтярев В. Н. Снижения потерь в шахтных пневмосистемах. Киев: Техника, 1987. С. 158.
69. Цейтлин Ю. А., Мурзин В. А. Пневматические установки шахт. М.: Недра, 1985. С. 350.
70. Павлов В. Д., Мирочниченко В. К. Опыт строительства и эксплуатации гидропневматических аккумуляторов в Финляндии // Горный журнал. 1982. - № 6. - С. 57-59.
71. Павлов В. Д. и др. Опыт строительства и эксплуатации гидропневматических аккумуляторов в Японии //Цветная металлургия. 1985. -№11.- С. 91-94.
72. Миняев Ю. Н. Энергосбережения при производстве и распределении сжатого воздуха на промышленных предприятиях. Екатеринбург, 2002. С. 87- 125.
73. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Влияние гидропневматического аккумулятора на давление в пневматической сети и работу приемников сжатого воздуха // Известия вузов. Горный журнал. -1967.-№8.-С. 105 -107.
74. Ямковой Г. Т. Изыскание возможности применения высокого давления воздуха при перфораторном бурении // Сборник трудов НИГРИ 1, Металлургиздат. 1957. - С.78.
75. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Осушение сжатого воздуха в гидропневматическом аккумуляторе // Горный журнал. Известия вузов. -1971.- №6. С. 119-122.
76. Мурзин В. А. Пути повышения эффективности работы рудничных пневматических установок. Дис. . докт. техн. наук. Днепропетровск, 1964. С. 290.
77. Фролов П. П. О способах охлаждения сжатого воздуха рудничных компрессорных станций // Известия вузов. Горный журнал. 1959. - № 6. -С. 27-29.
78. Калашников Н. Д. и др. Статическое исследование отказов клапанов поршневых компрессоров в процессе эксплуатации // Вопросы прочности и долговечности поршневых компрессоров. Тезисы докладов научно-технической конференции. Сумы.- 1969. С. 134.
79. Фролов П. П., Дмитриев В. Т. Разработка мероприятий по модернизации газомотокомпрессоров типа КГН с целью повышения эффективности и надежности их работы. Отчет по теме № 44-215-74, СГИ, Свердловск, 1978.-С. 25.
80. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Дьяков Н. С. Разработка конструкций прямоточных клапанов СГИ, их изготовление и внедрение на шахтах Минуглепрома Украины. Отчет по теме № 46 204 - 76, СГИ. Свердловск, 1979.-С.29.
81. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Волегов С. А., Абалмасов Н. П. Исследование и повышение эффективности работы поршневых компрессорных установок. Отчет по теме № 46 206 - 84, СГИ. Свердловск, 1984.-С.23.
82. Фролов П. П., Дмитриев В. Т., Волегов С. А., Абалмасов Н. П.
83. Исследование и повышение эффективности работы поршневых компрессорных установок УНПЗ. Отчет по теме № 46 203 - 88, СГИ. Свердловск, 1988.-С.25.
84. Дегтярев В. И., Роговский В. А. Выбор рациональной конструкции клапана для поршневых компрессоров. Шахтные турбомашины // Сб. научн. трудов. Институт горной механики и технической кибернетики им. М. Федорова. 1976. - № 40. - С. 45 - 48.
85. ГОСТ 22.732-77. Методы оценки качества промышленной продукции.
86. ГОСТ 27.003-83. Выбор и нормирование показателей надежности.
87. Носырев Б. А. Насосные установки. Учебное пособие. Екатеринбург, 1997. С. 161.
88. Фролов П. П., Дмитриев В. Т. К вопросу определения наивыгоднейшего процесса сжатия воздуха в компрессорах // Известия вузов. Горный журнал. -1971. № 5. - С.
89. Чаплыгин С. А. О газовых струях. Сборник сочинений. Том 2, 1948.
90. Щербань А. Н. Использование тепла сжатого воздуха шахтной компрессорной установки. Уголь. 1949. - № 7.
91. Мунк Н., Рольф Т. Оценка различных видов энергии и мероприятия, повышающие экономичность пневматического привода в ручной промышленности // Глюкауф. 1965. - № 19.
92. Герасименко Г. П. Утилизация тепла при выработке сжатого воздуха в турбокомпрессорных агрегатах // Известия вузов. Горный журнал. 1968. - № 4.
93. Мартыновский В. С. Тепловые насосы. М.Л.: Гортехиздат, 1965. 190 с.
94. Коссель JI. А. Исследования тепла сжатого воздуха для получения дистиллированной воды // Промышленная энергетика. 1956. - № 7. - С. 82 -85.
95. Дмитриев В. Т. Оценка функциональной эффективности горных машин // Известия вузов. Горный журнал. 2003. - № 3. - С.113 - 116.
96. Дмитриев В. Т. Оценка функциональной эффективности горных машин по энергетическим критериям // Известия вузов. «Горные машины и автоматика». 2004. - № 10. - С. 43 - 44.
97. Миняев Ю. Н., Дмитриев В. Т., Угольников А. В., Молодцов В. В. Децентрализация снабжения пневматической энергией шахтных потребителей// Горный журнал. -2005. -№1. С. 79-80.
98. Кравченко Г. И. Гидравлические машины. М., Энергоиздат, 1983. С.320.
99. Мясников С. П., Осанова Т. Н. Пособие по физике. М., Высшая школа, 1981. С. 391.
100. Дмитриев В. Т., Миняев Ю. Н. Модернизация системы газораспределения поршневых компрессоров // Журнал «Компрессорная техника и пневматика», 2005. № 2, с. 24 25.
101. Дмитриев В. Т. Параллельная работа турбокомпрессорных установок // Сборник докладов IV Междунар. конф., посвящ. 90-летию В. Р. Кубачека. 15-16 мая, г. Екатеринбург. Екатеринбург, 2006. - С. 201 - 205.
102. Энглиш К. Поршневые кольца. Т.1. М: Машиностроение, 1963. С. 365.
103. Френкель М. И. Методика сравнения клапанов по статическим характеристикам. Сборник НИИХиммаш. М: Вып. 18, 1954. С. 125.
104. Общество с ограниченной ответственностью ' производственно-коммерческая фирмаuznt «Уральский завод новых технологий»
105. ОАО «Мотовилихинские заводы»7. ФГУП ПО «СЕВЕР»
106. ФКА ФГУП «Красноярский машиностроительный завод»9. Локомотивное депо г. Орск
107. ОГУП «Ирбитский молочный завод»
108. Кировский завод заточного и деревообрабатывающего оборудования
109. ООО «Завод сборного железобетона №5»
110. ОАО «Чусовской металлургический завод»
111. Петропавловское предприятие электроизоляционных материалов15. ОАО «Череповецкая ГРЭС»
112. ФГУП «Ижевский механический завод»
113. ФГУП МО РФ «360 Авиационный ремонтный завод»
114. Дмитровский завод мостовых железобетонных конструкций19. ФГУП «Уралтрансмаш»
115. ФГУП ПО «Электрохимический завод»
116. ООО «Предприятие «Трубопласт»
117. ООО «Югринский машиностроительный завод»
118. ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение»24. ВОАО «Химпром»25. АО «Востокмашзавод»26. ФГУП «ПО Октябрь»
119. ОАО «Дмитровский завод химического машиностроения»28. ООО «МТЛ-К»
120. ООО «Кузбасскомпрессорсервис»30. ЗАО НПО «Диамаш»
121. Машиностроительный завод им. Воровского
122. ЦДГКХМ ООО «Таркосаленефтегаз»33. ЗАО «Уралэластотехника»34. ЗАО «Фирма «Алев»35. ООО «Компрессор-ресурс»36. ООО «Энергия ЧТЗ»
123. ОАО «Синарский трубный завод»38. ОАО «Транспневматика»39. ОАО «Уфалей-Никель»
124. Локомотивное депо Иркутск-Сортировочный41. ОАО «Пензадизельмаиг»
125. ОАО «Восход» Калужский радиоламповый завод
126. Челябинский завод металлоконструкций44. АО «Казцинк»45. ООО «Лукойл-Энергогаз»46. Качканарский ГОК47. Завод ЦСП г. Стерлитамак48. БАМЗ г. Барнаул49. ООО «Тепло-М»50. ООО «А тон»1. Горбунов С.А.
127. Расчёт годового экономического эффекта от внедрения прямоточныхклапанов типа СГИД
128. Расчет произведен на один клапан для компрессора 4BMI0-100/8, широко применяемого в горнорудной промышленности.
129. Согласно ОСТ 12.25.011 84, замена клапанов ПИК и кольцевых клапанов на комплекты СГИД приводит к снижению удельного расхода электроэнергии до 8-10 %.
130. На компрессор 4BMI0-100/8 устанавливается 29 клапанов.
131. Испытания компрессора показали, что потребляемая компрессором электроэнергия равна W4 = 430 кВ/ч (для условий ОАО «Северобоксид-руда»).
132. Компрессор работает по 20 часов в сутки. Гс = 20.
133. За год потребляет W= Др х Тс х W4 = 365 х 20 х 430 = 3139000 кВт. час.
134. Годовая стоимость электроэнергии составляет 721970,00 руб. на один компрессор.
135. Внедрение клапанов прямоточных СГИД ведет к снижению затрат на электроэнергию, в пересчете на один клапан составит Э = С1 /«= 57757,60/29 = 1991,64 рубля.
136. За период 2003 2006 г.г. Уральским заводом новых технологий выпущено более 3х тысяч клапанов типа СГИД.
137. Ожидаемый ежегодный экономический эффект от внедрения такого количества клапанов (только за счет экономии электроэнергии) составляет шее 4 000 000 руб.
138. Генеральный директор производственно коммерческой фирмы «Уральский завод новых технологий» //„ ч Горбунов С. А.2009.06 г.1. ОСТ 12.25.011-84
139. Годовой нерациональный расход электроэнергии компрессором (кВт-ч) вследствие использования кольцевых и дисковых клапанов вместо прямоточных определяется по формуле1. AW= 0,15-.Рс'Тк
140. Рис. 3.2 Прямоточный клапан конструкции Свердловского горного института (СГИ) для поршневых компрессоров
141. Выводы комиссии по сравнительным испытаниям клапанов СГИ-3 и прямоточных клапанов типа ПИК-155
142. Сравнительные испытания компрессора 10 ГК показали существенное преимущество клапанов СГИ-3 над клапанами ПМК-155 по производительности, надежности и долговечности.
143. Замена применяемых в настоящее время прямоточных клапанов ПИК-155 на клапаны СГИ-3 обеспечивает увеличение производительности компрессоров с 6,5 % при т = 1,6 до 14 % при т = 2,4 при одновременном некотором сокращении удельного расхода мощности.
144. Проверка клапанов на плотность на специальном приспособлении показала, что клапаны СГИ-3 значительно герметичнее клапанов ПИК-155.
145. Критерий плотности более половины клапанов ПИК-155 составляет 11 15 сек. Критерии плотности всех подвергнутых испытанию клапанов СГИ-3 колеблется от 40 до 60 сек.
146. Результаты проведенных испытаний позволяют рекомендовать прямоточные клапаны СГИ-3 конструкции Свердловского горного института к широкому внедрению на газомоторных компрессорах 10 ГК, 10 ГКН и МК 8.
147. В ОСТ 12.25.011-84 указано, что "замена кольцевых клапанов и дисковых (ПИК) на прямоточные СГИД позволила снизить расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха на 13 15 %, при одновременном повышении производительности компрессоров на 10 %.
148. В связи с рекомендацией на внедрение клапанов СГИД ВНИГМ им. М. М. Федорова в течение 1974 1979 гг. на Горловском рудоремонтном заводе (г. Горловка, Украина) их было изготовлено и отправлено на шахты Донбасса свыше 13 тыс. штук.
-
Похожие работы
- Повышение эффективности рудничных стационарных установок
- Методология и техническая реализация реинжиниринга рудничных компрессорных установок
- Оптимизация режимов работы рудничных пневматических сетей при транспортировании сжатого воздуха
- Обоснование и обеспечение энергосберегающих параметров и режимов работы рудничных компрессорных установок
- Обоснование параметров и режимов работы рудничных стационарных установок