53AUTOMA 11/2010

pohony a akční členy

Regulované pohony s měniči frekvence mají v porovnání s tradičním uspořádáním po-honů mnoho předností, díky nimž se neza-držitelně prosazují v praxi. Článek informu-je o úspěšně realizovaném projektu moder-nizace pohonu čerpadel splavovací vody v úseku odsíření elektrárny a jeho přínosech.

Společnost Tespo engineering s. r. o. dodá-vá komplety pohonářské techniky způsobem „na klíč“. Pro své zákazníky nejenže připra-vuje v tomto oboru studie, návrhy a projek-ty, ale své projekty také realizuje a zajišťuje i následnou diagnostiku a servis zařízení. Na-vrhuje a dodává jak mechanické části poho-nů (elektromotory, převodovky, spojky a další mechanické komponenty), tak části elektric-ké a elektronické (měniče frekvence, systé-my řízení technologických procesů, elektric-ké rozváděče atd).

V letošním roce společnost vyřešila pro firmu Elektrárny Opatovice a. s. zajímavou úlohu s názvem Řízení a regulace výkonu čerpadel splavovací vody v technologii od­síření pomocí měničů frekvence. Cílem bylo nahradit dosavadní energeticky neefektivní a velmi poruchový (velké náklady na údrž-bu a opravy) systém regulace výkonu čerpa-del pomocí elektricky ovládaného škrticího ventilu systémem regulace výkonu čerpadel prostřednictvím měničů frekvence.

Řízené technologické zařízení

Celkový pohled na část provozního zaří-zení elektrárny, která byla v daném případě předmětem zájmu, je ukázán na obr. 1. Pří-slušné základní technologické schéma uka-zuje obr. 2. Čerpadla Č1A a Č2A jsou urče-na pro větvě 1 a 2 míchacího centra odsíření. Čerpadla Č1B a Č2B, o kterých bude v dal-ším textu řeč, jsou čerpadla odseparované vody. Čerpadla Č1C a Č2C zaskakují v přípa-dě poruchy jak čerpadel ČA, tak čerpadel ČB.

Odseparovaná voda, jež obsahuje části-ce popela a strusky, je čerpadly ČB čerpána do prostor kotelny (vždy pracují současně čerpadla Č1B i Č2B). Zde je použita k dopl-ňování hladiny vody ve vynašečích strusky pod jednotlivými kotly a také k ostřiku chou-lostivých částí vynašečů, na které se struska nalepuje. Množství odseparované vody do-dávané z míchacího centra do kotelny bylo původně regulováno pomocí elektricky ovlá-daného regulačního ventilu na základě úda-je průtokoměru. Vzhledem k tomu, že pře-pravovaná voda obsahuje abrazivní částice popela a strusky, bylo nutné regulační ven-til několikrát ročně nákladně opravovat. Na-víc je tento způsob regulace energeticky vel-mi nehospodárný.

Pohony čerpadel s měniči frekvence v praxi

Obr. 1. Pohled na míchací centrum odsíření, v němž byl modernizován způsob řízení čerpadel

míchací centrum větev 1

míchací centrum větev 2

regulační ventil průtokoměr

Č1B

Č1C

nádrž 1 nádrž 2

Č2A Č2B

Č2C

kotelna

zařízení pro filtraci a čištění vody z kotelny od strusky

Obr. 2. Zjednodušené technologické schéma úseku čerpadel míchacího centra odsíření

Č1A

Regulace výkonu čerpadel při použití měničů frekvence

S ohledem na uvedené potíže s dosavad-ním systémem regulace byl zákazníkem při-jat návrh použít k regulaci výkonu čerpadel odseparované vody měniče frekvence. Při re-alizaci návrhu bylo nutné vyřešit dva ne zcela

obvyklé technické problémy. Jeden se týkal umístění měničů frekvence a druhý způsobu regulace výkonu čerpadel.

Umístění měničů frekvence

Čerpací stanice obou technologických vět-ví se nachází ve venkovním prostředí, mimo

54 AUTOMA 11/2010

pohony a akční členy

budovu, ve které je strojovna, rozvodna elek-třiny a velín. K zamezení šíření elektromag-netického rušení (jehož vydatným zdrojem je zejména silový kabel mezi měničem frekven-ce a elektromotorem) bylo rozhodnuto umís-tit měniče frekvence do venkovního prostředí do blízkosti čerpadel. Délka silového kabelu mezi měniči a elektromotory čerpadel je řá-dově jednotky metrů (obr. 3). Při takto krát-kém kabelu je intenzita elektromagnetického rušení minimální. Použity jsou měniče frek-vence od firmy Vonsch, typ Uniferm 400 075/ /IP55. Jde o novou generaci měničů frekvence s moderními výkonovými prvky, které opro-ti dosud běžně používaným prvkům vykazu-jí asi poloviční ztráty. K dosažení vysokého stupně krytí IP55 mají použité měniče zdo-konalenou konstrukci využívající k chlazení přímo okolní vzduch, bez instalace jakých-koliv filtrů (chladicí část měniče je odděle-na od výkonové a řídicí elektroniky – obr. 5).

Způsob regulace výkonu

Výchozím údajem při regulaci výkonu čerpadel (jejich otáček) je údaj průtokoměru, který měří množství vody dodávané do kotel-ny. Požadovaná hodnota průtoku závisí např. také na tom, kolik kotlů je zrovna v provo-zu. Dále musí mít operátor možnost udržo-vat v nádržích větví 1 a 2 míchacího centra přibližně stejnou hladinu. Zde již vstupují do regulačního procesu i drobné nesrovnalosti hydraulického systému, jako např. míra opo-třebení čerpadel Č1B a Č2B či malé rozdíly v potrubním systému obou čerpadel. Tento problém je vyřešen tím způsobem, že operá-torům je umožněno čerpadla trochu „rozvá-žit“ v rozmezí ±5 % aktuálních otáček. Roz-vážení mohou operátoři nastavit ručně, po dle potřeby a zkušeností.

Základní regulace

Základní regulace výkonu čerpadel probí-há v daném případě tak, že obě čerpadla pra-cují na stejných otáčkách. Tímto se zamezí jejich „přetlačování“ v hydraulickém systé-mu a riziku, že jedno čerpadlo tlakově uza-vře a nepustí do systému čerpadlo druhé (mo-hou být zničeny ucpávky a následně mecha-nicky poškozena čerpadla). Operátor má dále možnost použít ruční „rozvážení“ v mezích ±5 % otáček, což je pro provoz dvou čerpadel v hydraulickém systému bezpečné.

Energetická náročnost systému s regulačním ventilem a systému regulace pomocí měničů frekvence

Na obr. 4 je ukázána přibližná Q-H cha-rakteristika (závislost dopravní výšky H na průtoku Q) spolupracujících čerpadel při různých otáčkách a přibližná zatěžovací cha-rakteristika hydraulického systému. Hydrau-lický systém se totiž chová poněkud jinak, než si představoval dodavatel odsiřovacího

zařízení, a není proto re-levantním způsobem po-psán. Uvedené charakte-ristiky byly získány z úda-jů nashromážděných při zaměřování a následném uvádění čerpací stanice do provozu. Zatěžovací charakteristika hydraulic-kého systému je také zjed-nodušena. Při změně otá-ček (průtoku a tlaku) se mění i zatěžovací charak-teristika. Pro názornost a jednoduchost je uvažo-vána křivka podle obr. 4.

Podle počtu kotlů, kte-ré jsou v provozu, se z mí-chacího centra dopravu-

Obr. 3. Měniče frekvence jsou z důvodu minimalizace elektromagnetického rušení umístěny ve venkovním prostředí v bezprostředním sousedství čerpadel

1 500 min–1

1 350 min–1

1 200 min–1

1 050 min–1

900 min–1

zátěž

Obr. 4. Q-H charakteristiky jednoho čerpadla a zjednodušená zatěžovací charakteristika hydraulického systému (m. v. s. – metr vodního sloupce) H (m. v. s.)

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Q (m3/h)

H (

m. v

. s.)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Obr. 5. Použité měniče frekvence Vonsch Uniferm 400 075/IP55 mají zdokonalenou konstrukci využívající k chlazení přímo okolní vzduch

55AUTOMA 11/2010

pohony a akční členy

je asi 400 až 600 m3/h vody. Při paralelním provozu při jmenovitých otáčkách a při zcela otevřeném regulačním ventilu jsou obě čer-padla společně schopna dodávat do kotelny asi 660 m3/h vody.

Příkon absorbovaný čerpadlem (výkon elektromotoru) lze určit podle vztahu

***rovnice 1***

g

abs

kHQSP (1)

(1)

kdePabs je příkon absorbovaný čerpadlem (kW),H dopravní výška (m. v. s., tj. metr vodního

sloupce),Q průtok (m3/h)

Sg specifická hmotnost přepravované směsi (–), v daném případě Sg = 1,1,

η účinnost čerpadla (–),k konstanta umožňující určit výkon v kilo-

wattech při zadání průtoku v krychlových metrech za hodinu, zde k = 1/360.Vztah (1) lze použít k základnímu porov-

nání energetické náročnosti systému se škrti-cím regulačním ventilem a systému pro regu-laci výkonu (otáček) čerpadel s použitím mě-ničů frekvence. Výsledky výpočtu pro jedno soustrojí motor-čerpadlo jsou uvedeny v tab. 1. Celkové množství odseparované vody dodáva-né do kotelny je přitom pro jednoduchost roz-loženo rovným dílem na obě čerpadla.

Tab. 1. Výkon absorbovaný jedním čerpadlem v závislosti na způsobu regulace průtoku a pra-covním režimu čerpadla

Způsob regulace Průtok celkem Q (m3/h)

Průtok jedním

čerpadlem Qč (m3/h)

Dopravní výška H (m. v. s.)

Otáčky motoru/ /čerpadla

(min–1)

Účinnost čerpadla

η (%)

Výkon absorbovaný

čerpadlem Pabs (kW)

regulační ventil 600 300 55 1 500 73 69

měnič frekvence 40 1 270 74 51

regulační ventil 500 250 58 1 500 70 64

měnič frekvence 28 1 050 72 31

regulační ventil 400 200 59 1 500 65 56

měnič frekvence 19 890 70 19

Z výsledků uvedených v tab. 1 je patrné, že systém s měniči frekvence uspoří v po-rovnání se systémem se škrticím regulačním ventilem při Q = 600 m3/h asi 18 kW·h, při Q = 500 m3/h a Q = 400m3/h asi 30 kW·h elektrické energie a u jednoho čerpadla za ho-dinu. Pro provoz celé čerpací stanice, tedy dvou čerpadel, se vše násobí dvěma. Zave-dení měničů frekvence tudíž nejenom spoří náklady na údržbu systému dopravy odsepa-rované vody, ale také významně spoří elek-trickou energii.

Závěr

Z úvah a výsledků výpočtů předložených v článku je zřejmé, že přechodem na moder-ní, energeticky efektivní metody řízení chodu čerpadel lze uspořit značné množství elektric-ké energie. Autor je názoru, že by bylo vhod-nější podporovat použití moderní techniky tohoto druhu všude, kde to připadá v úvahu, než nesmyslně dotovat neefektivní a nehez-ké monstrózní stavby solárních elektráren, které začaly hyzdit dokonce i úrodná pole a louky Moravy.

Ing. Radek Strnad,Tespo engineering s. r. o.

Program konference● 9:00–9:15Zahájení – úvodní slovoIng.JiříKohutka,šéfredaktorElektro● 9:15–9:45Informace o činnosti Rady vlády pro BOZP– vyhláška73/2010,JaroslavBek,PRE 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 10:00–10:30Působnost a poslání SÚIP(pracovnínázev)– Ing.JanŠobora,SÚIP 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 10:45–11:15Jak projektant dostane RT do maléru– Ing.MiloslavValena,soudníznalec(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 11:30–12:00Revize, Konkrétní příklady z praxe RT –Frant.Spálovský(ESČ) 15 min. – otevřená diskuse účastníků oběd(zajištěnvpřímovKDLádví)● 13:00–13:30Problematika projektové činnosti elektro– Ing.JiříRichter(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 13:45–14:15Problematika revizní činnosti z pohledu inspektora EZ– JiříLukš(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 14:30–15:00Otázky k legislativě BOZP –Ing.JaroslavMelen,(SZBP) 15 min. – otevřená diskuse účastníků● 15:30Závěr konference

CYKLUS KONFERENCÍ

18. listopadu 2010, 9 – 15 hod., KD Ládví, Praha 8

www.odbornecasopisy.cz www.elektrika.cz

Téma 1: Soudní znalec – bezpečnost práce a revize elektrických zařízení

Vstupnénakonferenci:840Kč,propředplatiteleElektroačlenyKlubupřáteltechnickéliteraturysníženona672Kč

Pořádá FCC Public s. r. o., redakce Elektro, elektro@fccgroup.cz

NOVÝ termín!!!

TECHNIKA POHONŮ VE VŠECH PRŮMYSLOVÝCH OBORECH Studie, projekty, dodávky, montáže, rekonstrukce:

Výhradní zástupce průmyslových měničů frekvence VONSCH

Převodovky, elektromotory, profesionální servis a mnohem víc…

Hydraulické rozběhové a regulační spojky TRANSFLUID

Pružné a zubové spojky CMD

O vysoké kvalitě naší práce se můžete

přesvědčit na www.tespo-eng.cz

TESPO engineering s.r.o.Roubalova 7a, 602 00 Brno tel.: 543 331 296–7e-mail: info@tespo-eng.cz

TECHNIKA POHONŮ VE VŠECH PRŮMYSLOVÝCH OBORECH Studie, projekty, dodávky, montáže, rekonstrukce:

Výhradní zástupce průmyslových měničů frekvence VONSCH

Převodovky, elektromotory, profesionální servis a mnohem víc…

Hydraulické rozběhové a regulační spojky TRANSFLUID

Pružné a zubové spojky CMD

O vysoké kvalitě naší práce se můžete

přesvědčit na www.tespo-eng.cz

TESPO engineering s.r.o.Roubalova 7a, 602 00 Brno tel.: 543 331 296–7e-mail: info@tespo-eng.cz