Рагинов Н.М. (г. Набережные Челны, ООО "РАБИКА-Энергосбережение)

Автором разработан комплекс решений, использование которых позволит снизить себестоимость производства сжатого воздуха на машиностроительных предприятиях в 2 раза. Наиболее эффективным из предложенных решений является Устройство плавного запуска, благодаря которому возможно осуществить идеально-теоретический пуск электродвигателей большой мощности, отключать и включать эл.двигатели неограниченное количество раз.

Сжатый воздух является одним из самых дорогих видов энергии, используемых в современной промышленности: 1 кДж энергии, получаемой в пневмоприводах машин и механизмов, использующих сжатый воздух, обходится в 7-10 раз дороже, чем тот же 1 кДж, получаемый при работе электропривода. На производство сжатого воздуха расходуют в среднем около 20% всей потребляемой машиностроительной промышленностью электрической энергии. Поэтому вопросы сокращения энергетических потерь и расходов при производстве сжатого воздуха чрезвычайно актуальны.

Оптимизация работы существующих компрессорных станций, снабженных высокопроизводительными турбокомпрессорами, позволяет сократить расходы электроэнергии на производство сжатого воздуха до 50%. Оптимизация работы компрессоров происходит за счет:

• обеспечения эффективной и безопасной возможности отключения и плавного запуска электродвигателей большой мощности;
• автоматического поддержания необходимого для технологии давления в пневмосистеме с высокой точностью;
• воздействия на начальную температуру и начальное давление всасываемого воздуха;
• подогрева отходящего к потребителю сжатого воздуха за счет утилизации тепла сжатия.

Наиболее существенным решением проблемы энергосбережения при эксплуатации компрессорных и насосных установок, вентиляторов и дымососов с мощными эл.двигателями является применение Устройств плавного запуска (УПЗ)

Устройство плавного запуска электродвигателей большой мощности

Существует несколько направлений снижения затрат, вызванных неоптимальной работой централизованных пневмосистем. Например, на многих заводах предлагается использовать вместо пневмоприводов электро- и гидроприводы, потребляющие меньше энергии. Другое решение - установка локальных компрессоров меньшей производительности, которые снабжали бы сжатым воздухом отдельные цеха и агрегаты. Для привода таких компрессоров можно использовать двигатели малой мощности, что делает возможным их включение и выключение по мере необходимости. Все вышеперечисленные решения требуют значительной реконструкции существующих систем производства, а значит, огромных капиталовложений.

Больших энергопотерь при работе централизованных пневмосистем можно было бы избежать за счет обеспечения плавного пуска электродвигателей большой мощности (от 200 до 10 000 кВт), приводящих компрессоры. Всем известны негативные последствия прямого (мгновенного) пуска, из-за которых большинство машиностроительных предприятий не имеют возможности отключать электродвигатели большой мощности в периоды остановок производства. Известные до последнего времени решения по устранению этой проблемы, как правило, недостаточно эффективны.

Для предотвращения прямого пуска и его последствий применяют устройства плавного пуска (запуска) - УПП (УПЗ), софт-стартеры. Их основное назначение - добиться постепенного разгона электропривода и не допустить возникновения высоких пусковых токов. По принципу действия до сих пор выделяли следующие два типа УПП:

Электронно-электрические УПП:

Предотвращают возникновение пусковых токов за счет электрических и электронных средств. К этой группе можно отнести:

Высоковольтное пусковое устройство на базе тиристорных регуляторов напряжения (ВПУ) - Квазичастотный мягкий пуск (г. Харьков), устройства плавного пуска фирмы "Сименс" (Германия), "Ален Бредли" (Канада).

Устройство безударного пуска высоковольтных двигателей (УБПВД, г. Чебоксары).

Недостатками УПП на базе тиристорных устройств являются высокая стоимость (например, УПП фирм "Сименс" и "Ален Бредли" стоят свыше 1 млн. долларов), низкая надежность, сложность подбора тиристоров по характеристикам, необходимость постоянного обслуживания и/или больших затрат на сервис от поставщика. Пусковые токи сокращаются, но все-таки остаются относительно большими.

К группе электрических УПП можно также отнести Преобразователи частоты для высоковольтных электродвигателей (ПЧСВ) и Автотрансформаторные устройства. Однако, они также сравнительно ненадежны, дороги и требуют значительных расходов на сервисное обслуживание.

Механические УПП:

Основной принцип работы таких устройств заключается в том, что они механическим способом (как правило, с помощью дополнительного привода меньшей мощности) постепенно начинают раскручивать основной двигатель, плавно доводя до определенного числа оборотов. После этого на обмотки запускаемого двигателя подается напряжение, и разгонник отцепляется. Так как старт начинается с малых оборотов, предотвращается интенсивный износ подключенного к приводу оборудования. Пусковые токи минимальны вследствие того, что напряжение подается в тот момент, когда вал двигателя уже вращается в режиме, близком к рабочему. 

Такой принцип уже был описан в специализированной литературе¹, но всегда воспринимался только как теоретически возможный, так как затраты на его внедрение могли оказаться настолько большими, что использование таких устройств становилось нецелесообразным.

Электрика, электроника и механика

Нами было разработано Устройство плавного запуска электродвигателей большой мощности, являющееся абсолютно новым, третьим типом УПП. Данное устройство основано сразу на электрике, электронике и механике. Устройство работает полностью в автоматическом режиме, постепенно доводя число оборотов до заданного. Ходом всех процессов управляет контроллер. Запатентованное технологическое ноу-хау позволяет осуществить идеально-теоретический пуск электродвигателя (пуск в режиме номинального тока) без каких бы то ни было негативных последствий для оборудования.

УПЗ устанавливается индивидуально на каждый эл. двигатель. При этом сохраняется существующая система прямого пуска.

Возможно автоматизированное удаленное управление с компьютера через интерфейсы RS-232 или RS-485. Поставляемое в комплекте с устройством программное обеспечение позволяет полностью настраивать все параметры запуска, производить ручной запуск и программировать автоматический запуск в определенное время. 

Стоимость устройства составляет 300.000 рублей*, что в среднем в 10 раз меньше стоимости популярных УПП. Срок окупаемости одного устройства, в зависимости от условий эксплуатации, - от 1 недели до 1 месяца, экономия эл. энергии - от 15 до 30%

Устройства уже установлены на ОАО "КАМАЗ" (Набережные Челны), ОАО "КАМАЗ-Автоагрегат" (Заинск), ОАО "Автодизель" (Ярославль).

Другим направлением оптимизации работы систем производства сжатого воздуха является технология поддержания постоянного давления в пневмосистеме. Повышение давления говорит о том, что компрессор прокачивает больше воздуха, чем необходимо для производства, что приводит к дополнительным нагрузкам на электродвигатель, а значит повышенному потреблению электроэнергии, ухудшению работы оборудования и качества продукции.

Разработанный нами Регулятор давления - это электронное устройство, позволяющее с высокой точностью поддерживать в пневмо- и гидросистемах любое заданное давление без вмешательства обслуживающего персонала. Принцип действия регулятора заключается в том, что он с заданным интервалом опрашивает датчик давления и при необходимости воздействует на дроссельную заслонку всасывающей линии компрессорной установки. Таким образом, производится корректировка нагрузки электродвигателя, что позволяет компрессору работать в оптимальном режиме, не допуская перерасхода электроэнергии. Экономия электроэнергии достигает от 7 до 15%. В течение многих лет регуляторы эффективно эксплуатируются на машиностроительных и нефтехимических предприятиях, а также очистных сооружениях. Стоимость устройства составляет 60.000 рублей*. Средний срок окупаемости - 4 недели.

У автора имеются и другие технические решения, позволяющие в комплексе снизить расходы на производство сжатого воздуха на машиностроительных предприятиях в 2 раза. Применение этих решений позволит действующим предприятиям не тратить средства на замену централизованных пневмосистем путем дорогостоящего внедрения локальных компрессоров, электро- и гидроприводов к оборудованию и инструменту и т.п. Это позволяет в корне изменить отношение к сжатому воздуху как к чрезвычайно дорогому типу энергоносителей. 

Литература:
1. Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. - М.: Энергия, 1977. - С. 98. 

Краткие сведения об авторе:
Изобретатель Николай Михайлович Рагинов более 20 лет проработал на производстве. Имеет звание "Отличник рационализации и изобретательства". Основная сфера деятельности - снижение производственных затрат за счет оптимизации технологических процессов в крупной промышленности. Имеет около 200 внедренных на ОАО "КАМАЗ" изобретений и рационализаторских предложений, является автором и владельцем 15 патентов на изобретения. С 1994 года вместе с группой единомышленников занимается внедрением собственных разработок на предприятиях России под торговой маркой "РАБИКА".

* - цены указаны по состоянию на июль 2004 года.