−применения присадки в виде металла в порошке (при сварке под флюсом Wуд снижается на 30 – 40 %);

−применения электрошлаковой сварки при сварке металлов большой толщины;

−введения контактной сварки на жестких режимах;

−правильного выбора режимов работы.

Точечную рельефную и шовную сварку изделий можно производить на мягких и жестких режимах. Расчеты показывают (табл. 14.20), что при сварке на жестких режимах (повышенный ток Iсв, но уменьшенное время сварки tсв) расходы электроэнергии снижаются в 1,5 – 4,0 раза. Поэтому при выборе режимов сварки надо ориентироваться на жесткие.

На потери электроэнергии в электросварочных установках значительное влияние оказывает коэффициент загрузки Кз и активное сопротивление сварочного контура R2. Оптимальный коэффициент загрузки Кз.опт

электросварочной установки, соответствующий максимуму КПД ηэ, равен

Кз.опт = Рх.х/ Рк.з,

где Рх.х, Рк.з – потери холостого хода и короткого замыкания.

Таблица 14.20

Снижение расхода электроэнергии при переходе от мягкого к жесткому режиму сварки

469

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

Если учитывать только электрические потери, то для всех типов сварочных установок Кз.опт = 0,2 – 0,3. Работа электросварочных установок с указанными Кз.опт является явно не оптимальной, поэтому при выборе Кз.опт необходимо учитывать и тепловой КПД.

Наряду с перечисленными мероприятиями можно также рекомендо-

вать:

−замену контактных однофазных машин переменного тока машинами постоянного тока, позволяющую экономить электроэнергию за счет уменьшения мощности машин и индуктивного сопротивления вторичного контура

−периодическую проверку сопротивления вторичных контуров и состояния их контактов, особенно у подвесных сварочных машин;

−применение электрошлаковой сварки для соединения деталей толщиной более 30 – 40 мм вместо дуговой сварки.

Системы снабжения потребителей сжатым воздухом

Сжатие воздуха – неэффективный с энергетической точки зрения процесс, так как КПД этого процесса находится в пределах 10 %.

В установках сжатого воздуха применяются центробежные, осевые, поршневые, винтовые компрессоры.

Снизить затраты электроэнергии в установках сжатого воздуха возможно:

−за счет снижения номинального рабочего давления компрессора и

всети сжатого воздуха;

470

−понижения температуры воздуха, всасываемого компрессорами;

−отключения лишних компрессоров при снижении расходов сжатого воздуха;

−внедрения в поршневых компрессорах прямоточных клапанов;

−уменьшения длины магистральной и распределительной сети подачи сжатого воздуха;

−использования эффекта резонансного наддува поршневых компрессоров;

−подогрева сжатого воздуха перед пневмоприемниками;

−замены компрессоров старых конструкций на новые с более высоким КПД;

−систематического контроля за утечками сжатого воздуха;

−отключения отдельных участков или всей сети сжатого воздуха в нерабочее время;

−замены пневмоинструмента на электроинструмент.

Потребление сжатого воздуха с давлением выше необходимого приводит к непроизводительному расходу электроэнергии. Понижение давления у потребителей сжатого воздуха может быть осуществлено с помощью редуктора, инжектора, дросселированием и регулированием давления. Наиболее эффективно применение регуляторов давления. Потери энергии (кВт·ч/год) при использовании сжатого воздуха при давлении выше номинального определяются как

W = 1,1( A1 − A2 )60Пtр.г , 367200ηсηэηмηпηi

где А1, А2 – работа сжатия 1 м3 при повышенном и номинальном давлении, Дж/м3; П – производительность компрессора, м3/мин; tр.г – время работы компрессора в год, ч; ηi, ηc, ηэ, ηп – КПД индикаторной части, электрической сети, электродвигателя, передачи, ηм – КПД механизма, потребляющего сжатый воздух.

471

Необходимо избегать уровней давления выше 5 бар. Понижение давления на 1 бар дает экономию энергии в 5 – 10 %.

Опыт эксплуатации показывает, что при установке прямоточных клапанов вместо кольцевых (пластинчатых) удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха снижается в среднем на 13 – 15 % при одновременном увеличении подачи компрессоров на 10 %.

Одним из эффективных способов экономии электроэнергии при использовании сжатого воздуха является теплоизоляция воздухопровода, позволяющая подать потребителю сжатый воздух с повышенной температурой. При этом уменьшается расход воздуха и, следовательно, потери электроэнергии.

Экономия электроэнергии за счет теплоизоляции составляет

W =0,22П ΔΘ wудtр.г,

где ΔΘ – разность температур до устройства теплоизоляции воздухопровода и после; wуд – удельный расход электроэнергии на выработку 1 м3 сжатого воздуха, кВт·ч/м3.

Применение компрессоров новых конструкций с более высоким КПД взамен устаревших дает экономию электроэнергии

W = ( P1 − P2 )tр.г 10 −3 ,

где Р1 и P2 – мощности электродвигателей старого и нового компрессора, кВт.

Правильный выбор места забора воздуха и прокладки всасывающего воздуховода (в тени, на северной стороне здания, в отдельности от цехов и стен с большими тепловыми выделениями) снижает расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха на 1 % на каждые 2,5 °С понижения температуры всасываемого воздуха.

Использование эффекта резонансного наддува цилиндров поршне-

472

вых компрессоров путем обеспечения рациональной длины всасывающего воздуховода или включения в воздуховод резонатора определенного объема сокращает удельный расход электроэнергии примерно на 3 – 5 % при одновременном повышении производительности до 5 – 8 %.

Внедрение автоматических регуляторов компрессоров для обеспечения постоянного давления у пневмоприемников дает экономию электроэнергии от 15 до 30 % в зависимости от режима потребления.

Устранение вибрации воздухопроводов и пульсаций в них воздуха путем установки ресивера на вводах в литейные, кузнечно-прессовые и другие цехи с резко пульсирующим потреблением сжатого воздуха может дать до 20 % и более экономии электроэнергии.

Повседневная борьба с утечками сжатого воздуха путем систематического контроля за состоянием сети и оборудования (и устранения дефектов), установки самозапирающихся клапанов, пистолетов, штуцеров, зажимов позволит снизить непроизводительные потери сжатого воздуха на 10 –20 % и более. Снижения потерь воздуха и нерациональных потерь давления можно также добиться:

1)за счет отключения цехов и участков в нерабочее время;

2)разделения питающих воздуходувов для потребителей высокого и низкого давления, а также для потребителей с неравномерным и переменным режимами работы;

3)в отдельных случаях дросселирования воздуха у потребителей низкого давления при отборе из сети высокого давления.

Большую экономию электроэнергии можно получить путем правильного выбора числа и мощности компрессоров, особенно это касается крупных компрессоров, при их работе на односменных и двусменных предприятиях, так как они имеют ограничение по числу возможных пусков. Это приводит к тому, что компрессоры работают непрерывно с частичным снижением нагрузки при дросселировании на всасывании в нерабочее время. Это приводит к потерям электроэнергии до 60 – 70 %.

473

На крупных предприятиях следует идти на децентрализованные системы снабжения потребителей сжатым воздухом, что позволит значительно снизить мощности компрессоров и потери в магистральных сетях.

Для регулирования подачи следует применять параллельно работающие компрессорные агрегаты или регулирование частоты вращения компрессоров (частотное регулирование).

Насосные установки

В зависимости от назначения и рода перекачиваемой жидкости насосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные, мелиоративные, теплофикационные, нефтеперекачивающие и др.

На современных насосных установках наибольшее распространение получили центробежные и осевые лопастные насосы.

Центробежные насосы регулируются изменением частоты вращения рабочих колес или изменением степени открытия задвижки (затвора) на напорной линии. Прикрывая или открывая затвор, изменяют крутизну характеристики G–H трубопровода (рис. 14.1), которая зависит от его гидравлического сопротивления. Прикрывая затвор, увеличивают крутизну характеристики, при этом рабочая точка насоса А1 перемещается в положение А2, подача уменьшается до значения G2, напор, развиваемый насосом, возрастает до значения Н2, а напор на трубопроводе за затвором сни-

жается до значения H′2 за счет потерь напора Hп в затворе.

Увеличивая степень открытия затвора, уменьшают крутизну характеристики трубопровода. Этот способ регулирования считается малоэкономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления в затворе требуются дополнительные затраты энергии.

При изменении частоты вращения насоса изменяется положение его характеристики G–H. Уменьшая частоту вращения, перемещают характеристику вниз параллельно самой себе. При этом рабочая точка, перемеща-

ясь по характеристике трубопровода, занимает положение А′2, следова-

474

тельно, подача уменьшается так же, как и напор в сети и напор, развиваемый насосом.

Мощность электродвигателя насоса определяется по выражению, кВт

Gн > 100 м3/ч; kзап = 1,1 – 1,5); Hс – статический напор (сумма высот всасывания и нагнетания ), м вод. ст.; Η – потери напора в трубопроводах, м вод. ст.; ηн – КПД насоса; ηэд – КПД электродвигателя; γ – плотность жидкости, кг/м3; Gн – подача насоса, м3/ч.

Рис. 14.1. Регулирование режима работы центробежного насоса: 1 – характеристика G-H насоса при номинальной частоте вращения; 2 – то же при уменьшенной частоте вращения; 3 – характеристика G-H

трубопровода при полном открытии затвора; 4 – то же при уменьшении степени открытия затвора

475

Удельный расход электроэнергии в насосных установках определяется по выражению, кВт · ч/м2:

w = 0,00272( Нс + Н) .

уд ηнηэд

Как видно из данного выражения и рис. 14.1, экономии электроэнергии в насосных установках можно добиться:

1)правильным выбором характеристик насосного агрегата (Gн, Н);

2)повышением КПД насосов и приводных электродвигателей;

3)повышением загрузки насосов и совершенствованием регулирования их работы;

4)уменьшением сопротивления трубопроводов;

5)сокращением расхода и потерь воды.

Исследование насосных станций показывает, что в ряде случаев наблюдается несоответствие паспортных характеристик насосов (Gн, Н) фактическим характеристикам систем водоснабжения.

При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т. е. превышение напора насоса). Из рис. 14.1 видно, что при уменьшении подачи требуемый для сети напор уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность значений этих напоров Hп = Hн – Hс.

Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что значение Hп тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной.

Годовые потери электроэнергии за счет повышения напора составят, кВт·ч:

W = kзапGн Нпγ Тг ,

367200 ηнηэд

476

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 14. Отраслевое энергосбережение

где Тг – годовое время работы насоса с превышением напора на Hп. Если насос работает с переменным напором и давлением, то

интервале времени; Tг – годовая продолжительность i-го интервала; п – число интервалов изменения напоров.

Регулирование работы насосов. В практике неизменных (постоян-

ных) режимов водоснабжения не бывает. Насосы работают в переменном режиме в зависимости от режимов потребления воды (рис. 14.2). Поэтому правильное изменение режимов работы насосов, т. е. рациональное регулирование, обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Регулирование режима работы насосов может осуществляться напорной или приемной задвижкой; изменением числа параллельно работающих насосов; изменением частоты вращения электродвигателя.

477

Анализ этих способов регулирования показывает следующее:

−при регулировании задвижкой с уменьшением расхода воды КПД насоса уменьшается, а значения напора растут. Следовательно, с уменьшением расхода воды удельный расход электроэнергии быстро возрастает;

−при регулировании изменением числа параллельно работающих насосов КПД двигателя и насоса остаются неизменными. Напор из-за уменьшения расхода и потерь в сетях снижается, что приводит к снижению удельных расходов электроэнергии;

−при регулировании изменением частоты вращения насоса КПД насоса и электродвигателя с уменьшением расхода практически не снижается, но снижается напор. Поэтому снижаются удельные расходы электроэнергии.

Частотное регулирование осуществляется с помощью преобразователей частоты. Оно позволяет:

−автоматически поддерживать необходимое давление воды при изменении объема водопотребления;

−в 2 – 3 раза увеличить срок службы электродвигателей и насосов за счет исключения перегрузок при потреблении воды, а также при посадках напряжения в сети;

−увеличить срок службы трубопроводов за счет отсутствия избыточного давления;

−сократить расход воды за счет уменьшения потерь при избыточном давлении (в системах водоснабжения каждая лишняя атмосфера вызывает

врезультате больших утечек дополнительно 7 – 9 % потерь воды);

−сократить трудозатраты на эксплуатацию систем водоснабжения за счет бесперебойной работы насосов, а также автоматического отключения с выработкой командного сигнала на подключение резервного насоса и применения автоматизации управления от АСУТП.

Годовой экономический эффект при применении частотного регулирования складывается из трех составляющих:

478

1)эффекта от снижения потерь электроэнергии за счет повышения КПД насосных агрегатов:

2)эффекта от снижения расходов воды за счет стабилизации давления в системах подачи и распределения воды:

3)эффекта от увеличения срока службы и межремонтных периодов электро- и механооборудования, затрат на приобретение, монтаж и обслуживание запорной арматуры.

Мощность преобразователя частоты определяется по выражению

Pп.ч = (1,1 – 1,2)· Рн.

Годовая экономия электроэнергии при внедрении преобразователя определяется как

n

Wг = Н367вых η−нНηнеобэд ∑Gнi Tгi .

i=1

где Нвых – напор на выходе насоса, м вод. ст.; Ннеоб – напор, поддерживаемый в магистрали, за задвижкой, м вод. ст.

Повышение КПД насосов. Замена устаревших насосов на новые с более высоким КПД позволяет получить экономию электроэнергии

Wг = 0,00272ηНэд ηн.н −1ηн.ст GнTгi.

Уменьшение сопротивления трубопроводов. Причины повышенных удельных расходов электроэнергии на подачу воды – неправильная конфигурация трубопровода, когда поток испытывает резкие повороты, засоренность всасывающих устройств и др. Устранение этих причин приводит к уменьшению сопротивления трубопроводов и снижению расхода электроэнергии.

479

где λ – коэффициент трения воды о стенки труб (λ = 0,02 – 0,03); L – длина участка трубопровода, м; G – действительный расход, м3/с; d – диаметр трубопровода, м; ζ – коэффициент местного сопротивления: для задвижек

ζ= 0,5; для закругленного на 90 ° колена ζ = 0,3; для обратного клапана

ζ= 5,0.

Утечки воды через неплотности соединений трубопроводов и арматуры ведут к прямым потерям электроэнергии. Значения этих потерь определяются следующими способами:

1)при наличии расходомеров в начале и конце участка распределительной сети потери определяются разностью замеренных расходов воды за отчетный период в начале и конце участка;

2)при разветвленной сети с большим внутренним объемом потери воды можно определить по точному расходомеру, отключив от сети всех потребителей.

Замеренные потери воды необходимо умножить на фактический удельный расход электроэнергии на подачу воды данной насосной, полученное значение равно потерям электроэнергии, вызываемым плохим состоянием водопроводной сети.

Большое количество воды на промышленных предприятиях используется для охлаждения различных технологических установок. Вода для этих целей может использоваться многократно по замкнутому циклу. Внедрение оборотного водоснабжения может сократить расход первичной воды в 2 раза и обеспечить экономию электроэнергии на 15 – 20 %.

Уменьшить расходы воды и соответственно расход электроэнергии можно совершенствованием систем охлаждения металлургических и термообрабатывающих печей, сварочных аппаратов и высокочастотных установок, а также применением схем автоматического управления подачи воды на охлаждение.

480

Вентиляционные установки

На промышленных предприятиях применяются следующие виды установок:

1)вытяжные, предназначенные для удаления из цеха пыли и газов;

2)приточные, обеспечивающие подачу в цехи свежего воздуха взамен удаленного вытяжной вентиляцией (в зимнее время этот воздух проходит через калориферы и подогревается до определенной температуры);

3)отопительно-циркуляционные, применяемые в относительно чистых цехах, с небольшим выделением вредностей;

4)тепловые завесы, широко применяемые на промышленных предприятиях для сокращения количества холодного воздуха, поступающего в цех при открывании ворот, и его подогрева;

5)производственные, предназначенные для подачи воздуха, без которого невозможен технологический процесс.

Сокращения расхода электроэнергии на вентиляционные установки можно добиться:

• заменой старых вентиляторов новыми, более экономичными;

• внедрением экономичных способов регулирования производительности вентиляторов;

• блокировкой вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот;

• отключением вентиляционных установок во время перерывов в работе цехов;

• устранением эксплуатационных дефектов и отклонений от проекта;

• внедрением автоматического управления вентиляционными установками. Замена вентиляторов старых типов с низким КПД на вентиляторы нового типа дает экономию электроэнергии, кВт·ч:

W = hП(η2 −η1 )tp.г ,

102η1η2ηэηс

481

где η1, η2 – КПД заменяемого и нового вентилятора; h – давление вентилятора, мм вод. ст.; П – подача (производительность), м3/мин.

Регулировать производительность вентиляторов можно следующими способами:

1)применением многоскоростных электродвигателей вместо регулирования шиберами в напорной линии вентиляционной установки (экономия электроэнергии до 20 – 30 %);

2)регулированием подачи воздуходувок шиберами на всасе вместо регулирования на нагнетании (экономия электроэнергии до 15 %);

3)регулированием вытяжной вентиляции шиберами на рабочих местах вместо регулирования на нагнетании (экономия электроэнергии до

10 %);

4)регулированием подачи дымососа с помощью цилиндрических направляющих аппаратов вместо дроссельных (экономия электроэнергии до 25 %).

Потери электроэнергии в вентиляционной установке можно снизить изменением частоты вращения вала, угла установки лопаток на рабочем колесе, поворотом лопаток направляющего аппарата. Получаемая при этом экономия электроэнергии определяется по выражению, кВт·ч/год

W = (П1η1h1 −П2η2h2 )t ,

102η1η2ηэηсηп

где П1, П2 – подача вентилятора до и после изменения режима его работы, м3/с; h1, h2 – давление вентилятора до и после изменения режима; η1, η2 – КПД вентилятора до и после изменения режима.

При монтаже, сборке и ремонте вентиляционных установок иногда допускаются отступления от проекта, дефекты, приводящие к нерациональным расходам электроэнергии. К подобным дефектам можно отнести:

1) работу осевого вентилятора с перевернутым колесом, при этом снижается КПД вентиляторов на 20 – 40 %;

482

2)увеличение зазора между рабочим колесом и всасывающим патрубком у центробежных вентиляторов, что также приводит к снижению КПД;

3)снятие обтекателя перед входом в рабочее колесо (снижает КПД на 10 %);

4)укороченный диффузор или его отсутствие у осевых вентиляторов (снижает их КПД на 6 %);

5)некачественное изготовление и монтаж отводов, тройников, колен, вмятины, плохая штукатурка каналов (значительно увеличивают сопротивление системы и соответственно расход электроэнергии);

6)неплотности во фланцевых соединениях, негерметичность подсоединения воздуховодов к вентиляторам и другие источники присосов (вызывают увеличение расхода электроэнергии).

Устройство автоматического регулирования и управления вентиляционными установками в зависимости от температуры наружного воздуха дает экономию электроэнергии до 10 – 15 %.

Станочное оборудование

Основные мероприятия по снижению расходов электроэнергии в станочном оборудовании:

1)внедрение скоростного фрезерования, сверления и шлифования (экономия электроэнергии до 30 %);

2)замена строгания фрезерованием (экономия электроэнергии до

40 %);

3)своевременная и качественная смазка механизмов (экономия электроэнергии до 10 %);

4)регулярная заточка инструмента (экономия электроэнергии до

30 %);

5)применение ограничителей холостого хода на станках, имеющих межоперационное время 10 с и более;

483

6)замена ненагруженных электродвигателей электродвигателями меньшей мощности (если средняя нагрузка менее 45 % номинальной мощности);

7)замена электродвигателей с электромагнитным возбуждением механизмов подач двигателями с возбуждением от постоянных магнитов;

8)использование специальных серий электродвигателей главного движения с широким диапазоном регулирования в комплекте с бестрансформаторными схемами электроприводов;

9)замена релейно-контактной аппаратуры на бесконтактную интегральную логическую;

10)упрощение кинематической схемы станков (уменьшение числа зубчатых передач, редукторов, внедрение автоматических коробок передач

и др.).

Мероприятия 7 – 10 позволяют повысить КПД станков на 5 – 10 % и соответственно снизить потребление электроэнергии.

Кузнечно-прессовое оборудование

Основные мероприятия по снижению электропотребления в кузнеч- но-прессовом оборудовании:

−применение ограничителей холостого хода;

−применение принудительной циркуляции жидкой смазки (повышает КПД на 5 – 10 %);

−применение направляющих качения вместо скольжения (повышает КПД на 5 – 7 %);

−применение уравновешивателей кривошипного механизма;

−применение на механических прессах безмуфтового привода (повышает КПД на 15 – 20 %);

−повышение точности и снижение шероховатости сочленяемых элементов конструкции;

−упрощение кинематических схем.

484