Frekvenču piedziņa: "par" un "pret"


Kompresoru iekārtu reorganizācija ir viens no aktuāliem, no tehniskā viedokļa, pārkārtojumu uzdevumiem Krievijas uzņēmumos. Kā mantojums, no padomju ekonomikas, daudzos uzņēmumos palika jaudīgas virzuļu kompresoru iekārtas ar ražīgumu no dažu desmitnieku līdz dažu simtnieku m3/min. Šādu morāli un fiziski novecojošo iekārtu pielietošana, neļauj vispār runāt par elektroenerģijas ekonomiju. Bez tā vēl, izdevumi par virzuļu kompresoru remontiem, par personāla uzturēšanu, par ūdens apgādes aprites organizēšanu (virzuļu kompresoru vairākums ir ar ūdens atdzēsi), kolosāli zaudējumi cauruļvados – tas viss ir diezgan lieli finansu izdevumi. Pat arī pats centralizētas saspiesta gaisa apgādes paņēmiens tagadnē ir jau novecojis.

Kā vairāku problēmu risinājumu kļuva skrūvju kompresors. Tieši pēc šo kompresoru rašanās tirgū kļuva iespējams pielietot decentralizētās saspiesta gaisa shēmu. Skrūvju kompresori ir kompakti, ar nelielu trokšņa līmeni, gandrīz neprasa montāžas izdevumus. Skrūvju kompresori praktiski izspieda virzuļu kompresorus no tirgus, ražošanas diapazona no 1 līdz 100 m3/min. Daudzos uzņēmumos ekonomisks efekts no jaunas decentralizētas sistēmas jau sastāda apmērām dažu desmitnieku tūkstošu dollaru, un projekta atmaksāšanas ilgums ir aptuveni 2-3 gadi. Tikai atteikšanās no vienotas pneima sistēmas un pāreja pie lokālās, iekšējas sistēmas, jau palīdzēja ietaupīt ievērojamu līdzekļu summu. Nākamais solis nākotnes enerģijas tehnoloģiju attīstībā, kļuva izstrādājums – skrūvju kompresors ar frekvenču piedziņu, kurš bija izveidots pagājuša gadsimtā 90-to gada vidū. Tādu iekārtu radīšana Krievijas tirgū ir pilnīgi attaisnots rīkojums. Agri vai vēlu šāda tipa kompresoram bija jābūt uzbūvētam. Tāpēc ka, pēdējos gados sakarā ar cenu palielināšanu uz elektroenerģiju, ražošanas uzņēmumi, kuri izmanto elektroiekārtas, sāka vairāk pievērst uzmanību energoapgādes jautājumam.

Kāda ir īpatnība kompresoram ar frekvenču piedziņu?

Mūsdienīga frekvenču-regulējošā piedziņa sastāv no asinhrona dzinēja un no frekvences pārkārtotāja. Elektriskais dzinējs pārveido elektrisku enerģiju mehāniskā un iedarbina skrūves pāri. Frekvences pārkārtotājs vada elektrisko dzinēju un pārveido mainīgo strāvu vienas frekvences citas frekvences mainīgā strāvā. Bet nosaukums „frekvenču-regulējošā elektriskā piedziņa” pamatots ar to, ka dzinēja griešanas ātruma regulācija īstenojās ar barošanas sprieguma frekvenču maiņu, kura tiek padota uz dzinēju no frekvences pārveidotāja. Regulējamās elektriskās piedziņas bāzētas uz frekvenču pārveidotājiem, tie atrada plašu pielietojumu dažādās ražošanas nozarēs. Konkrētāk „radniecības” nozarē – sūkņu ūdens un siltuma apgāžu papildus piepumpēšanas sistēmās. Frekvenču piedziņas ieviešana kompresoru būvē, bija veikta ar domu dabūt līdzīgas priekšrocības, salīdzinājumā ar parastiem virzuļu kompresoriem.

Piemērām, palaižot parastu asinhronu elektrodzinēju, starta strāvas pārsniedz nominālas aptuveni četras reizēs, kas noved pie tīkla pārslodzes un pie pieļaujamo kompresoru ieslēgšanas reižu ierobežošanu stundas laikā. Otrādi, kompresoru ar regulējamo ražīgumu palaiž darbā laideni, attiecīgi starta operāciju skaits tām ir mazāks. „Frekvenču kompresors” uztur pastāvīgu darba spiedienu sistēmā ar precizitāti līdz 0,1 bar un nekavējoties reaģē uz spiediena izmaiņām tīklā. Bet, taču katrs lieks spiediena bars palielina kompresora elektrības patēriņu uz 6-8%.

Un beidzot, pats nozīmīgs ieguldījums elektrības ekonomēšanai – precīza „frekvenču kompresora” ražošanas atbilstība reālam saspiesta gaisa pieprasījumam. Rezultātā – dārgi tukšgaita periodi (parasts virzuļu kompresora asinhrona dzinējs patērē ap 25% savas nominālās jaudas) samazināti līdz minimumam. Izskatīsim kompresoru iekārtu ražotāju argumentāciju frekvenču piedziņas labumā. Kā likums, pārskatam tiek dotas divas diagrammas, kuras parāda kopējas saspiesta gaisa ražošanas izmaksas par 5 ekspluatācijas gadiem. Vienā diagrammā ir attēlotas izmaksas kompresoram bez frekvenču piedziņas un otrā kompresoram ar frekvenču piedziņu. No šīs diagrammas seko, ka elektroenerģijas ekonomija kompresoram ar frekvenču piedziņu ir 24% (daži ražotāji apgalvo kā pat 30-35%). Tālāk pāriesim no elektroenerģijas ekonomijas procentiem pie piedziņu elektrodzinēja jaudas kilovatiem, un pēc tam pie naudas (ASV dollars, Euro). Rezultātā, ailītē „ekonomija par 5 ekspluatācijas gadiem” parādās iespaidošs piecu-sešu ciparu skaitlis!

Vai tā tiešām ir? Ne vienmēr. Runājot par elektroenerģijas ekonomiju un piedāvājot raksturīgas diagrammas, kompresoru tehnikas ražotāju vairākums noklusē par iekārtu ekspluatācijas režīmiem. Bet šīs jautājums ir ļoti svarīgs! Viena no lielākajām kompresoru kompānijām organizēja izmeklējumus par saspiesta gaisa patēriņa raksturu Eiropas rūpniecības uzņēmumos. Galu galā iegūti dati nosacīti bija sadalīti trīs grupās (Tabula 1).


Kā redzams no tabulas, vislielākais pozitīvs efekts ir pielietojot „frekvenču” kompresori, salīdzinājumā ar kompresoriem kuriem ir tradicionālā vadības sistēma – tukšgaita - apstāšanas. Šīs efekts bija dabūts uzņēmumos, kur patēriņš nevienmērīgi mainās dienas laikā. Ir skaidrs kāpēc tas tā notiek: parasta kompresora noslogošanas laikā, tuvu pie 100%, darbības laiks tukšgaitā tiecas pie minimuma. Izskatīsim vēl vienu tipisku argumentācijas piemēru kompresoru ar frekvenču piedziņu labumā. Šīs piemērs ir paņemts no raksta „Noekonomētā enerģija – ir nopelnītā nauda” (žurnāls „Техномир” Nr.3, 2004.g.).

Dotajā rakstā tiek analizēta skrūvju kompresora darbība ar elektrodzinēja jaudu 60 kW, maksimālo spiedienu 10 bar, un kompresora noslodze ir 70%, nostrādātās stundas gadā ir 4000. Runa iet par to, ka, ja samainīt parasto kompresori uz analoga „frekvenču” kompresori, elektroenerģijas ekonomija gadā sastādīs 78926 kW*stunda, tas ir 33% ekonomijas.

78926 kW*st. tiek ņemti no: Iegūto ekonomijas „procentu” izskaitļošanas procesā rodas daži jautājumi.

Vispirms, kāpēc kompresora noslodzes gadījumā uz 70%, tukšgaitas laiks sastāda 30%? Ir zināms, ka kompresors strādā režīmā „noslodze – tukšgaita – apstāšanas (gaidīšanas režīms)”. Kur tieši aprēķinos ir šīs gaidīšanas laiks? Vai tiek pieņemts, ka kompresors vispār neapstājās darba laikā?

Tālāk, ekonomijas aprēķins, minimizējot tukšgaitas laiku, tiek veidots no pieņēmuma, ka „vidējā atslogošanas frekvence ir 20 reizes stundā”. Interesanti, no kurienes tiek ņemta šī „vidējā vērtība”? Dažādu ražotāju elektroniski kompresora darbības vadības pulti, palielinot kompresora ieslēgšanas reizes vairāk par 10 stundā, uzskata tādu darba režīmu par „kļūdainu” un atslēdz iekārtu. Ir zināms, ka kompresora ieslēgšanas momentā, elektriskā slodze krietni palielinās, kas savukārt ārkārtīgi negatīvi iespaido uz elektrotīklu, kā arī uz kompresora elektrisku spēku (pirmkārt uz magnētiskiem iedarbinātājiem). Tāpēc, no biežām ieslēgšanām-izslēgšanām cilvēki cenšas izvairīties. Tādā veidā, dabūta elektroenerģijas ekonomijas vērtība, minimizējot tukšgaitas laiku – 4800 kW*stunda – var samazināt divreiz.

Lielas šaubas izsauc arī pēdējais punkts – ekonomija, atteicoties no siksnu pārvada. Vispār nav korekts pats salīdzinājums starp siksnu un taisnes pārvadiem, jo eksistē kompresori ar taisnes pārvadi, bet bez frekvenču piedziņas. Sākumā visi skrūvju kompresori bija konstruēti ar taisnes piedziņu, bet siksnu pārvade parādījās ar nodomu samazināt iekārtu cenas, uztaisīt to vairāk pieļaujamu. Kā piemērs, mūsdienās, ražotājiem modeļu rindā ir kompresori gan ar taisnes, gan ar siksnu pārvadēm.

Kas attiecas uz citiem „ekonomijas punktiem”, tad tiem var piekrist... No visā augstāk teiktā mēs redzam, ka gada elektroenerģijas ekonomija var sastādīt nevis 78926 kW*stunda, bet 45326,4 kW*stunda. Sanāk kā „frekvenču kompresors” ir ekonomiskāks par 19% nevis uz 33%. Bet gadījumā kad kompresora noslodze būs palielināta vairāk par 70%, tukšgaitas laiks un kompresoru ieslēgšanu skaits stundā būs samazināts, šādā gadījumā starpība ekonomijā būs vēl mazāka.

Varam secināt ka, skrūvju kompresora darbība ar frekvenču piedziņu ir atkarīga no saspiesta gaisa patērēšanas iekārtu darba režīma. Taču firmas-ražotāji reklāmas mērķos bieži pārspīlē „frekvenču” kompresora iespējas ražošanā. Taču eksistē citi nereti vairāk izdevīgi un parasti atrisinājumi, kuri dos iespēju sasniegt tādu pašu mērķi, piemērām, saspiesta gaisa decentralizētas apgādes sistēmas organizēšana. Tādā gadījumā, viena jaudīga kompresora vietā, kurš nav vienmēr pilnīgi noslogots, ir jāuzstāda dažus kompresorus ar mazāku ražotspēju tieši uzņēmuma ražošanas sektoros. Šeit ir diezgan vieglāk izvēlēties kompresori attiecīgi nepieciešamam gaisa patēriņam. Bez tā vēl, uzstādīta pēc decentralizētas shēmas kompresora jauda, ir nozīmīgi zemāka, un šajā gadījumā nav jēgas uzstādīt „frekvenču kompresori” ar ražīgumu no 0,1 līdz 3 m3/min.

Cits variants – dažu, savienotu vienā tīklā skrūvju kompresoru uzstādīšana ar kopējo vadības rīku. Kompresora maksimālās noslodzes gadījumā, kompresoru stacija strādās pilnīgi, bet gaisa patēriņam samazinoties, viens vai daži kompresori automātiski izslēgsies. Šādi var saņemt diezgan reālu elektroenerģijas ekonomiju.

Bez tā, uzstādot dažus, piemērām četrus kompresorus un savienot tos vienotā tīklā ar kopējo vadības pultu, izdosies minimizēt elektrības patēriņu un nodrošināt tik nepieciešamo saspiesta gaisa „rezervi”, lai nodrošinātu ražošanu ar nepieciešamo saspiesto gaisu, ja gadījumā viens kompresors sabojāsies un nestrādās. Šādā gadījumā kopējais ražīgums samazināsies apmērām uz 25%, bet ja nedarbosies viens „frekvenču kompresors” pilnīgi apstāsies ražošanas darbība uzņēmumā. Iespējamie zaudējumi pat no vienas ražošanas iekārtu dīkstāves dienas, nevar salīdzināt ar noekonomētas elektroenerģijas summu. Šī summa var būt no dažu desmitnieku līdz dažu simtnieku Euro dienā. Bet 2-3 dienu dīkstāvēs situācija sastādīs zaudējumus, kuri pārsniegs gada elektroenerģijas ietaupi.

Vispār, būt vai nebūt kompresoram ar frekvenču piedziņu? Droši vien ka būt! „Frekvenču kompresoram” eksistē redzamas priekšrocības, it īpaši ja tos pielietot pareizi. Piemērām, par perspektīvu pielietošanas nozari tiek uzskatīts virziens, kad kompresors ar frekvenču piedziņu strādā pārī ar parasto skrūvju kompresori. Tādi projekti ir jau realizēti dzīvē, un ar šādu pieeju sanāca noekonomēt diezgan daudz elektroenerģijas. Vēl viens jautājums – vai „frekvenču kompresors” ir universāls energoapgādes problēmas risinājuma līdzeklis? Uz šo jautājumu atbilde būs „nē”. Vispirms, kompresori ar frekvenču piedziņu ir jēdzīgi iegādāties tikai tad, kad uzņēmumā būs sakārtota kārtībā un būs pabeigta pneima sistēmu iekārtu optimizācija. Tikai šajā gadījumā būs iegūts labums no frekvenču kompresoru iegādes. Neviens, pat vismodernākais kompresors neizlabos pneima sistēmu „kļūdas” uzņēmumā. Kaut arī nozīmīgu ekonomiju var dabūt tikai tad, ja izmainīt kompresoru noslodzi no 20% līdz 60% dienas laikā, bet ja noslodze sastādīs vairāk par 80%, elektroenerģijas ekonomija nebūs tik stipri pamanāma. Vajag atzīmēt, ka sākuma investīcijas projektā kur būs izmantoti „frekvenču” kompresori, ir nozīmīgi lielākas nekā tādā pašā projektā, bet tikai ar parasto kompresoru pielietošanu. Lai šī starpība atmaksātos ir nepieciešams laiks. Reāli „frekvenču kompresors” dos peļņu nevis pēc 1,5-2 gadiem, kā to bieži plāno, bet stipri vēlāk. Šeit vajag padomāt par to, ka jauna kompresora pieņemtais darbības termiņš sastāda viduvēji 50 tūkst. stundas uz 6-12 ekspluatācijas gadiem. Un ja, beidzoties šim termiņam, kompresors strādās bez problēmām, var rasties morālās novecošanas problēma, jo kompresorbūve šodien ir viena no dinamiski attīstītām nozarēm mašīnbūvē kopumā. Nobeigumam, kompresoru iekārtu patērētājiem gribas novēlēt – uzticieties profesionāļiem, viņi atradīs pareizu problēmu risinājumu, un vienmēr Jums palīdzēs izvēlēties tādu kompresoru iekārtu, kāda vislabāk būs piemērota jūsu uzņēmuma ražošanas īpatnībām.