Система стабилизации напора установок центробежных насосов со скалярным управлением частоты вращения асинхронного двигателя

2. Динамическое гашение колебаний как эффект введения дополнительных связей [Текст] / С. В. Белокобыльский, Ю. В. Ермошенко и др.// Системы. Методы. Технологии / Братский гос. ун-т. - Братск, 2011. - № 12. - С. 9 - 13

3. Елисеев, С. В. Обратные связи в теории динамического гашения колебаний [Текст] / С. В. Елисеев, А. Н. Трофимов, А. А. Савченко // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2012. - № 2 (34). -С.38 - 45

4. Концепция обратной связи в динамике механических систем и динамическое гашение колебаний [Текст] / С. В. Елисеев, А. Н. Трофимов и др. / techomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание. № 5. 2012. URL: http://technomag.edu.ru/doc/378353.html (дата обращения: 10.05.2012).

5. Хоменко, А. П. Динамическая балансировка вращающихся валов как форма динамического гашения колебаний механических систем [Текст] / А. П. Хоменко, С. В. Елисеев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2012. - № 3 (35). - С. 8 - 16.

6. Dynamics of mechanical systems with additional ties / S. V. Eliseev, A. V. Lukyanov and others / Irkutsk State University. - Irkutsk, 2006. - 315 p.

7. Рычажные связи в задачах динамики механических колебательных систем. Теоретические аспекты. [Текст] / С. В. Елисеев, С. В. Белокобыльский и др.; Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2009. - 159 с. - Деп. в ВИНИТИ 27.11.2009, № 737.

8. Елисеев, С. В. Обобщенные подходы к построению математических моделей механических систем с Г-образными динамическими гасителями колебаний [Текст] / С. В. Елисеев, С. В. Белокобыльский // Системы. Методы. Технологии / Братский гос. ун-т. - Братск, 2011. -№ 9. - С. 9 - 23.

9. Елисеев, С. В. Мехатронные подходы в динамике механических колебательных систем [Текст] / С. В. Елисеев, Ю. Н. Резник, А. П. Хоменко. - Новосибирск: Наука. 2011. - 394 с.

10. Хоменко, А. П. Некоторые вопросы обеспечения адекватности расчетных схем и структурные интерпретации [Текст] / А. П. Хоменко, С. В. Елисеев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск,

2012. - № 1 (33). - С. 8 - 13.

11. Елисеев С. В. Сочленения звеньев в динамике механических колебательных систем: Монография [Текст] / С. В. Елисеев, Ю. В. Ермошенко Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2012. - 156 с.

12. Белокобыльский, С. В. Прикладные задачи структурной теории виброзащитных систем [Текст] / С. В. Белокобыльский, С. В. Елисеев, В. Б. Кашуба. - СПб: Политехника,

2013. - 362 с.

13. Хоменко, А. П. Системный анализ и математическое моделирование в мехатронике виброзащитных систем [Текст] / А. П. Хоменко, С. В. Елисеев, Ю. В. Ермошенко / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2012. - 274 с.

УДК 621.396.6

О. А. Лысенко, Р. Н. Хамитов

СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ НАПОРА УСТАНОВОК ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ СО СКАЛЯРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предложена система стабилизации напора в насосных установках со скалярным управлением асинхронным электродвигателем. Расчет переходных процессов в насосной установке с использованием пакета Smulink показал работоспособность системы и устойчивую работу как при пуске двигателя, так и при сбро-се/набросе нагрузки.

№.4!16) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 25

Из соображений энергоэффективности объективно подтверждается необходимость перехода от систем дроссельного регулирования насосных агрегатов к системам автоматического управления ими путем автоматического поддержания необходимого технологического параметра, в частности, напора при изменяющемся расходе воды за счет применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов [1]. Эта проблема имеется как в насосных системах железнодорожных станций, так и в гидравлических системах железнодорожного транспорта.

Турбомеханизмы, к которым относятся центробежные насосы для перекачки воды и других жидкостей, потребляют до 25 % всей вырабатываемой электроэнергии и заключают в себе громадные резервы энергосбережения [1]. Работа этих систем отличается неравномерным потреблением воды, тепловой энергии в зависимости от погодных условий и времени года.

В настоящее время в частотном электроприводе существует два подхода к построению систем регулирования - это векторные и скалярные системы.

Скалярное регулирование, или ^//-регулирование, нашло наибольшее распространение вследствие относительной простоты и надежности.

Большинство из используемых скалярных систем регулирования использует типовые законы вольт-частотных характеристик (U/f = const и U//2 = const). Однако учет гидравлических характеристик магистрали и насоса позволяет построить оптимальные с точки зрения энергоэффективности режимы работы.

Для значительной группы насосных установок экономичный режим обеспечивается стабилизацией напора в системе подачи жидкости [1]. К таким установкам относятся насосные установки железнодорожных станций системы ОАО «РЖД», насосные станции второго и третьего подъемов промышленных и городских водопроводов, насосные станции подкачки, станции закрытых систем орошения и т. д. Необходимость стабилизации напора в сети этих станций обусловлена вероятностным характером режима водопотребления. Переменный характер водопотребления требует непрерывных изменений в режиме работы насосной установки. Изменения должны выполняться так, чтобы поддерживались требуемые значения технологических параметров (расхода, напора) в системе в целом и одновременно обеспечивалось минимально возможное энергопотребление насосной установки [2].

Такая задача решается системой автоматического управления насосной установки, стабилизирующей напор в сети по заданному значению. Во всех точках сложной разветвленной сети стабилизировать напор практически невозможно, поэтому напор можно стабилизировать только в отдельных точках, которые называют диктующими. В качестве диктующих берут точки, обеспечение необходимого напора в которых гарантирует поддержание такого же или более высокого напора в остальных точках сети. Как правило, в качестве диктующих выбираются точки, наиболее удаленные в гидравлическом отношении, а также расположенные на наиболее высоких отметках.

Разработана система регулирования напора (рисунок 1), преимуществом которой является то, что сигнал обратной связи по напору снимается не в диктующей точке гидросети (А), а непосредственно в насосной станции. Система состоит из насосного агрегата, оснащенного регулируемым электроприводом, преобразователей давления и расхода, пропорционально-интегрального регулятора (ПИ) - РН (регулятор напора), пропорциональных регуляторов РПН (регулятор потерь напора) и РЧН (регулятор частоты и напряжения), реализующего оптимальную регулировочную вольт-частотную характеристику.

Структурная схема системы, предназначенная для определения структуры и параметров регуляторов и для расчета переходных процессов в пакете Simulink, приведена на рисунке 2.

Схема (см. рисунок 2) построена с использованием математического описания асинхронного двигателя [3] во вращающейся системе координат (блок AD80M2).

26 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013

= _

~50Гц

Q Q Q

Нз

А

РЧН f ПЧ

U*

Нн

РПН

.А Л

Рисунок 1 - Принципиальная схема стабилизации напора в диктующей точке водопроводной сети с датчиками напора и расхода: ЦН - центробежный насос; М - асинхронный регулируемый электродвигатель; Р - резервуар; ТР - трубопровод; ВР - водоразборные устройства; ПЧ - преобразователь частоты; ДД, ДР - датчики давления и расхода; РПН, РН и РЧН - регуляторы потерь напора,

напора, частоты и напряжения

in 4 out in2 Intense

Rg

Tp Qp Hp

Qp

Pump K8-18 -

Hp

Rg

kH

Ha

RdH Q

HaQH

Ha

Рисунок 2 - Структурная схема системы стабилизации напора в диктующей точке при скалярном управлении асинхронным двигателем

В качестве модели центробежного насоса (Pump K8-18, см. рисунок 2) выступает структурная схема, полученная с помощью электрогидравлических аналогий и соответствующая математическому описанию, использующему вращающиеся пространственные векторы [3]. Адекватность модели АД-ЦН оценивалась с помощью экспериментальной установки [4].

Блок Comp Pump (см. рисунок 2), определяющий текущий напор и расход ЦН через механические параметры двигателя (момент нагрузки и скорость вращения), передает полученные значения на регулятор потерь напора (блок RdH, см. рисунок 2). Значение диктующего напора подается на вход регулятора напора (блок RH, см. рисунок 2). В своем составе блок RH содержит ПИ-регулятор.

w

№ 4(16) лл<« о ИЗВЕСТИЯ Транссиба 27

=2013

В блоке RU-/ в соответствии с заданной относительной частотой вращения а вычисляются необходимые значения питающей частоты и напряжения.

На рисунках 3 - 6 показаны переходные процессы в системе при пуске двигателя мощностью 1,5 кВт и центробежного насоса К-8-18. В момент времени I = 1 с, когда все параметры приняли свои установившиеся значения, с помощью задатчика интенсивности происходит увеличение гидравлического сопротивления нагрузки насоса. Решение задачи производилось с помощью жестких методов численного интегрирования.

0 0,2 0.4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 С 2

а

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 С 2

-^

I

б

Рисунок 3 - Переходные процессы при уменьшении гидравлического сопротивления:

а - гидравлическое сопротивление нагрузки ЦН; б - напор в диктующей точке

а

О 0,2 0,4 в,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 С 2

б

Рисунок 4 - Переходные процессы при уменьшении гидравлического сопротивления: а - скорость вращения АД; б - момент АД

28 ИЗВЕСТИ Я Транссиба №.4!16)

б

Рисунок 5 - Переходные процессы при увеличении гидравлического сопротивления: а - потокосцепление; б - ток статора

б

Рисунок 6 - Переходные процессы при увеличении гидравлического сопротивления: а - расход ЦН

Таким образом, система стабилизации напора со скалярным управлением асинхронным двигателем показывает свою работоспособность и ведет себя устойчиво как при пуске двигателя, так и при сбросе/набросе нагрузки. При этом потокосцепление ротора не стабилизировано,

№ 4(16) 2013

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

а

а

что отрицательно сказывается на энергоэффективности привода. Данную задачу можно решить за счет применения электропривода с векторным управлением асинхронного двигателя.

Список литературы

1. Лезнов, Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках [Текст] / Б. С. Лезнов. - М.: Биоинформсервис, 1998. - 180 с.

2. Лысенко, О. А. Режимы энергосбережения электромеханического комплекса «центробежный насос - асинхронный двигатель» [Текст] / О. А. Лысенко, А. И. Мирошник // Омский научный вестник. - Омск, 2011. - № 2 (98). - С 145 - 148.

3. Лысенко, О. А. Исследование динамических характеристик электромеханического комплекса «центробежный насос - асинхронный двигатель» [Текст] / О. А. Лысенко, А. С. Солодянкин // Омский научный вестник. - Омск, 2010. - № 2 (90). - С 148 - 151.

4. Лысенко, О. А. Гидравлический стенд для исследования авиационных электротехнических комплексов [Текст] / О. А. Лысенко, А. В. Дегтярев, Р. Н. Хамитов // Решетневские чтения: Материалы XVI междунар. науч. конф.: В 2 ч. / Сибирский гос. аэрокосмический ун-т им. академика М. Ф. Решетникова. - Красноярск, 2012. - Ч. 1. - С. 316, 317.

УДК: 629.4.069

Д. Я. Носырев, А. А. Свечников

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

Статья посвящена расчетно-экспериментальным исследованиям газовоздушной системы тепловозного дизеля, усовершенствованной циклоном-электрофильтром. Основное внимание уделяется определению эффективности работы разработанной газовоздушной системы. Построена математическая модель газодинамических процессов газовоздушной системы, которая позволяет оценить влияние геометрической конфигурации и электродинамических воздействий на процесс очистки отработавших газов от твердых загрязнителей. Проведено сравнение полученных расчетных данных с экспериментальными.

В состав отработавших газов тепловозного дизеля входит множество токсичных компонентов. Важное место в общем уровне токсичности занимает сажа, так как ее выбросы значительны (определяют повышенную дымность). Проанализировав нормативные значения выбросов вредных веществ и степень их ужесточения по отношению к требованиям 1996 г., можно заметить, что эта степень непрерывно возрастает. Выполнения требований норм «Евро-V» и «Евро^1» можно добиться совершенствованием газовоздушной системы тепловозного дизеля (Экологическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2015 года и перспективу до 2030 года).

Как один из вариантов совершенствования системы выпуска отработавших газов предлагается оборудовать выхлопную систему дизеля внешним устройством очистки отработавших газов от сажи. Анализ последних достижений в области конструирования устройств очистки выхлопных газов от твердых загрязнителей показывает, что большинство из них сложны в изготовлении и нетехнологичны. Таким образом, для обеспечения экологической безопасности тепловозных дизелей требуется разработать дешевое, надежное и технологичное устройство очистки выхлопных газов от твердых загрязнителей. Устройство должно иметь такую степень очистки, которая обеспечивала бы с запасом требуемый уровень предельно допустимой концентрации сажи. Подобное устройство было разработано на кафедре «Локомотивы» Самарского государственного университета путей сообщения (рисунок 1 ) [1, 2].

30 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013

= _