Оптимізація режиму роботи електромеханічної системи виробництва та розподілу стислого повітря

Abstract

У дисертаційній роботі вирішено важливу наукову задачу, що полягає у встановленні залежності, що існує між параметрами режиму роботи електромеханічної системи та її ККД, визначенні оптимального режиму та умов його реалізації шляхом управління електроспоживанням компресора. При вирішенні задачі визначені параметри режиму роботи системи, що суттєво впливають на рівень втрат енергії в її елементах. Розроблена математична модель для визначення оптимального значення верхньої межі рівня тиску в мережі за цикл «спуску – накачування» повітря, що забезпечує максимум ККД електромеханічної системи. Розв’язана задача параметричної оптимізації режиму роботи електромеханічної системи. В якості цільової функції використано значення ККД системи, розраховане в кожному циклі двохпозиційного управління електроспоживанням компресора. Запропоновано новий спосіб управління електроспоживанням компресорної установки, що дозволяє на основі мінімальної кількості контрольованих параметрів визначати моменти вимикання компресора, реалізація яких забезпечить оптимальні параметри режиму, підвищить ККД системи. Експериментально доведено, що при застосуванні розробленого способу управління із зростанням споживання стислого повітря ступінь зростання ККД системи підвищується. Проведені експериментальні дослідження підтверджують достовірність отриманих в роботі наукових результатів.

В диссертационной работе решена важная научная задача, которая заключается в установлении зависимости, существующей между параметрами режима работы электромеханической системы и ее КПД, определении оптимального режима и условий его реализации путем управления электропотребления компрессора. При решении задачи определены параметры режима работы системы, которые существенно влияют на уровень потерь энергии в ее элементах. Таковыми являются расход сжатого воздуха пневмоприемниками и верхний уровень давления в ресивере компрессора. Определен перечень параметров режима, которые имеют существенное влияние на КПД системы в целом. Установлены аналитические зависимости, которые связывают уровни потерь энергии в отдельных звеньях системы с определенными параметрами режима. Произведена количественная оценка потерь в отдельных элементах системы, которая позволит определить наиболее энергоемкие составляющие общих потерь энергии. Разработана математическая модель для определения оптимального значения верхнего предела уровня давления в ресивере за цикл «спуска - накачки» воздуха, обеспечивающего максимум КПД электромеханической системы. В отличие от известных моделей, она учитывает потери энергии во всех элементах системы и ориентирована на определение КПД за цикл двухпозиционного управления электропотреблением компрессора. Математическая модель является основой для определения оптимальных параметров режима. Решена задача параметрической оптимизации режима работы электромеханической системы. В качестве целевой функции использовано значение КПД системы, рассчитанное в каждом цикле двухпозиционного управления электропотреблением компрессора. Введены ограничения на допустимое количество пусков электродвигателя в заданный промежуток времени и на значение давления воздуха в пневмосети. В результате получены оптимальные значения верхнего уровня давления в ресивере и значения продолжительности включенного состояния компрессора, соответствующие максимуму целевой функции. Исследованы графики электрических нагрузок. Расчет значений КПД при оптимальных параметрах режима свидетельствует о том, что рост расхода сжатого воздуха сопровождается повышением КПД системы. Предложен новый способ управления электропотреблением компрессорной установки. Суть предложенного способа управления заключается в том, что в каждом цикле двухпозиционного управления компрессором определяются уровень расхода сжатого воздуха Q и в зависимости от его значения устанавливают оптимальное значение верхней границы давления в ресивере (Рmax опт), которое обеспечивает максимальный уровень ККД (η). Он позволяет на основе минимального количества контролируемых параметров (уровень давления в ресивере, скорость его изменения) определять моменты выключения компрессора и продолжительность его включенного состояния, реализация которых обеспечит оптимальные параметры режима, повысит КПД системы. Разработан алгоритм управления электропотреблением компрессорной установки и схемная реализация предложенного способа управления. Экспериментально доказано, что при использовании разработанного способа управления с ростом потребления сжатого воздуха степень роста КПД системы повышается. Это обеспечивает высокую энергетическую эффективность системы в режиме номинальной нагрузки. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают достоверность полученных в работе научных результатов .

The thesis is devoted to important scientific task, which is to establish the dependence that exists between the parameters of the electromechanical system operating mode and its efficiency, determining the optimal mode conditions and its implementation by control of the power consumption of the compressor. In solving a problem the mode settings of the system, which significantly affect the level of energy losses in its elements, are determined. The mathematical model to determine the optimal value of the upper limit of the pressure in the network for a series of "descent - pump" air ensuring maximum efficiency of the electromechanical system is made. The problem of parametric optimization mode of the electromechanical system is solved. As the objective function value used the efficiency of system, calculated in each cycle of two-position control of compressor power consumption. It is proposed a new way to control a power consumption of compressor unit, that allows on basis of a minimum number of controlled parameters to define points off the compressor, the implementation of which will provide optimum mode settings, increase the efficiency of the system. Experimentally proved that the application of the developed method of control with increasing consumption of compressed air system efficiency growth rate increases. Experimental studies confirm the reliability of the research results.