28 мая 2002
98

Проблемы энергоснабжения Специальной астрофизической обсерватории (САО)

ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ МАСЛЯНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ОПОР БОЛЬШОГО ОПТИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА

Проблемы энергоснабжения Специальной астрофизической обсерватории (САО) Российской академии наук, расположенной в горах Карачаево-Черкессии, обсуждались в предыдущей статье (Л.Б. Директор, О.С. Попель, П.И. Туполов. Проблемы энергоснабжения Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук. `Проблемы энергосбережения` No1(5-6) 2001 г. , с. 10-13). Сейчас энергетики САО совместно со специалистами Института высоких температур РАН в рамках программы Российской академии наук `Повышение эффективности использования учреждениями РАН
энергоресурсов и сокращение расходов на эти цели` выполняют комплекс работ по поиску оптимальных путей решения этих проблем, прежде всего, на основе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Еще до начала этого сотрудничества САО, располагающая высококвалифицированными инженерными и научными кадрами, собственными силами решала отдельные задачи энергосбережения.

Нижняя научная площадка САО

На наш взгляд было бы полезно поделиться опытом решения чисто технологических проблем, связанных с управлением большим оптическим телескопом, в результате чего было получено заметное сокращение электропотребления на объектах верхней научной площадки (ВНП) САО.По технологической схеме кинематики управления гидростатические опоры телескопа, обеспечивающие перемещение телескопа в двух плоскостях, имеют плавающую подвеску. Для создания масляной пленки (толщиной 100-250 мкм) в полости опор подается масло под давлением 70-80 атм. По проекту давление обеспечивали два винтовых масляных насоса суммарной мощностью приводов 40 кВт. В процессе эксплуатации телескопа был обнаружен ряд недостатков масляной системы:

из-за неэффективной системы регулирования (перепускные клапаны, дроссельные устройства) масло нагревалось до температуры +400С, что приводило к нагреву подкупольного пространства башни телескопа и искажениям изображения наблюдаемых объектов из-за конвективных воздушных потоков;

нестабильность толщины пленки масла из-за инерционности системы поддержания давления;

необходимость замены масла при переходе с зимнего на летний режим эксплуатации из-за изменения вязкости масла с температурой;

гидравлические удары при запуске масляной системы, приводящие к нарушению юстировки
телескопа;

большие потери электроэнергии при работе масляных насосов.

Режим наблюдений на телескопе - 10 часов в сутки или 3650 часов в год. Таким образом, масляная система потребляла 146000 кВтч в год или более 30% технологического электропотребления ВНП (без учета электропотребления на отопление и горячую воду).

В последние годы все более широкое распространение в системах водоснабжения и теплофикации получают частотно-регулируемые приводы (ЧРП) насосов. Несмотря на относительно высокую стоимость ($150-200 на 1 кВт мощности электропривода) их применение в указанных системах часто экономически оправдано и дает возможность почти вдвое сократить потребление электроэнергии. Принцип действия ЧРП и имеющаяся на рынке номенклатура устройств хорошо известны и обсуждаются в многочисленных статьях.

Используя этот опыт, мы попытались с помощью устройств ЧРП решить чисто технологические проблемы поддержания постоянного давления в системе независимо от температуры масла и обеспечить плавный запуск масляных насосов путем регулирования оборотов насоса. В 1999 г. были смонтированы ЧРП компании Hitachi типа Eric-7001. Принципиальная схема модернизированной масляной системы представлена на рисунке.

Функциональная схема системы маслопитания гидростатических опор БТА

Масляная система состоит из двух независимых контуров, подающих масло (марки ИГП-49) на гидростатические опоры вертикальной оси (система `А`) и горизонтальной оси (система `Z`). Масло насосом 1 через блок фильтров тонкой очистки масла 3 по трубопроводам подается на гидростатические опоры 4 и 5 и кольцевой желоб 8 для слива масла по трубопроводу в бак. Насосы скомпонованы в два агрегата (основной и резервный) по два насоса в каждом агрегате.

Масляно-винтовой насос типа МВН-30-320 приводится во вращение асинхронным электродвигателем 11, соединенным с насосом пальчиковой муфтой. Давление в системе поддерживается автоматически за счет изменения оборотов асинхронного электродвигателя и не зависит от температуры и вязкости масла. Для этого каждый электродвигатель подключен к индивидуальному преобразователю частоты 10 типа-ERIC-7001 с датчиком обратной связи по давлению. Заборные краны 6 насосов в контурах `А` и `Z` находятся всегда в открытом положении, а параллельное соединение напорных трубопроводов от основного и резервного агрегатов и наличие обратных клапанов в блоках каждого насоса позволяют включать в работу нужный агрегат без всякой дополнительной коммутации на трубопроводах.

Блок управления ЧРП

В результате проведенных работ удалось решить все основные проблемы управления телескопом.

Двигатели насосов разгоняются в течение 50 с и давление в системе поднимается плавно, без гидроударов. Регулирование оборотов электродвигателей позволило заглушить перепускные и пусковые клапаны в дроссельных коробках и снизить потребную производительность насосов. Кроме того, появилась возможность питать обе масляные системы от одного бака и отказаться от сезонной смены масла. Максимальная температура масла на выходе из насосов снизилась до 200С при температуре наружного воздуха 00С.

Верхняя научная площадка САО

Кроме технологических проблем попутно удалось решить задачу сокращения электропотребления на ВНП. Эксплуатация системы в течение года показала, что мощность, потребляемая насосами, снизилась до 6-9 кВт, что позволило сэкономить более 70000 кВтч электроэнергии или около 50% потребления
масляной системой до модернизации. Оценки показывают, что при стоимости установленных устройств ЧРП около $1000 за комплект при оснащении устройствами как основных, так и резервных насосов даже при существующих сегодня льготных тарифах на электроэнергию простой срок окупаемости (только учитывая энергетическую составляющую) не превышает трех лет. По всей видимости, возможно использование одного устройства ЧРП на два насоса - основной и резервный, с соответствующей схемой перекоммутации. В этом случае срок окупаемости снизится до 1.5 лет. Учитывая прогнозируемый рост тарифов на электроэнергию, срок окупаемости будет еще меньше. Если учесть еще и существенное повышение качества получаемых в результате наблюдений научных результатов, очевидно, что проведенные работы экономически вполне оправданы.

Мы надеемся, что проведенный цикл работ будет только первым шагом на пути превращения САО в один из наиболее энергоэффективных объектов Российской академии наук.
Рейтинг всех персональных страниц

Избранные публикации

Как стать нашим автором?
Прислать нам свою биографию или статью

Присылайте нам любой материал и, если он не содержит сведений запрещенных к публикации
в СМИ законом и соответствует политике нашего портала, он будет опубликован