Аннотация
Центробежные вентиляторы с высоковольтными асинхронными электроприводами потребляют значительную долю электроэнергии различных производственных объектов. При этом большинство вентиляторных установок работают с перерасходом электроэнергии. Снижение перерасхода электроэнергии возможно при регулировании производительности вентиляторов по потребностям производства. Выбор наиболее энергоэффективного способа требует исследования математической модели, учитывающей все значимые свойства объекта. В работе рассмотрена математическая модель центробежного вентилятора, построенная на основе его паспортных аэродинамических характеристик. Создание модели обусловлено необходимостью решения задачи оптимального управления мощными промышленными вентиляторами по критерию минимума потребления электроэнергии. Решение этой задачи требует теоретического исследования различных способов регулирования производительности вентиляторов и выбора наиболее энергоэффективного способа для данных условий эксплуатации. В работе обоснована необходимость модификации известных аппроксимирующих аэродинамические характеристики функций, которые не учитывают возможность регулирования производительности вентиляторов с помощью осевого направляющего аппарата. Представлено аналитическое описание аэродинамических характеристик мощного вентилятора с помощью степенных полиномов трех переменных, учитывающих возможность исследования энергоэффективности вентиляторов при частотном регулировании, дросселировании и регулировании с помощью осевого направляющего аппарата. Приведено описание модели в компактной матричной форме и указаны границы её применимости. Получена функция энергоэффективности, которая является целевой функцией для решения задачи оптимального управления производительностью вентиляторов. Максимум функции энергоэффективности определяет оптимальный режим работы вентилятора по критерию минимума потребления электроэнергии. Функция позволяет определять диапазон скорости вентилятора и угла поворота лопаток осевого направляющего аппарата, соответствующих области энергоэффективного регулирования производительности вентилятора.
Ключевые слова
Центробежный вентилятор, аэродинамические характеристики, энергоэффективность, регулирование производительности, осевой направляющий аппарат.
1. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с.
2. Вахвахов Г.Г. Работа вентиляторов в сети. М.: Стройиздат, 1975. 101 с.
3. Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок. М.: Стройиздат, 1989. 176 с.
4. Крупников А.В., Ваняшов А.Д., Январев И.А. Определение энергоэффективности установок воздушного охлаждения на базе аппаратов с различным числом вентиляторов // Омский научный вестник. 2010. №3 (93). С. 173-176.
5. Вечеркин М.В., Сарваров А.С. Исследование способов регулирования производительности вентиляторной станции ЛПЦ-10 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2006. №4. С. 34-38.
6. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.
7. Сайт АО «Чебоксарский электромеханический завод». URL:https://www.emz74.ru/catalog/?id=1361 (дата обращения 02.10.2022)
8. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 368 с.
9. Костышин В.С. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии: дис. … канд. техн. наук. 05.15.13 / Костышин Владимир Степанович. Ивано-Франковск, 2003.
10. Лохов С.П., Бузов А.А., Лохов А.С. Поиск электромеханических моделей турбомеханизмов // Вестник ЮУрГУ. 2001. №4. С. 100-105.
11. Глебов Р.С., Туманов М.П., Антюшин С. С. Практические аспекты идентификации математической модели вентиляционной установки // Естественные и технические науки. 2012. № 2(58). С. 330-340.
12. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972. 240 с.
13. Свечко М.В., Питолин В.Е. Метод сплайн-аппроксимации и интерполяции графических характеристик сложных энергетических объектов в расчетных моделях // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. C, Фундаментальные науки. 2007. №3. C. 85-89.
14. Сайт интернет-магазина техники автоматизации SIEMENS. URL:https://simatic-market.ru/catalog/Siemens-CA01/5000511/info/ (дата обращения 02.10.2022).
15. Вечеркин М.В., Сарваров А.С., Петушков М.Ю. Моделирование аэродинамических характеристик центробежных вентиляторов // Электротехнические системы и комплексы. 2006. №14. С 11-15.
16. ГОСТ 10616-2015. Вентиляторы радиальные и осевые. Размеры и параметры. М.: Стандартинформ, 2016. 23 с.
Моделирование аэродинамических характеристик центробежных вентиляторов с осевым направляющим аппаратом / М.В. Вечеркин, А.С. Сарваров, И.Г. Самарина, И.П. Романова, И.Ю. Богачева // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 4(57). С. 69-75. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2022-4(57)-69-75