Технико-экономическое обоснование применения тиристорного преобразователя на двигателе постоянного тока на калибровочном стане

На предприятии были обследованы условия работы калибровочного стана по производству гаек и, с целью получения экономического и технологического эффекта, выработано предложение по использованию тиристорного преобразователя для двигателей стана вместо системы генератор — двигатель.

Расчет потерь при использовании системы ГД с двигателем постоянного тока вместо управляемого тиристорного выпрямителя

Π_{ГД} = T \cdot [\sum (P_{1} \cdot \frac{1 - η_{1}}{η_{1}}) - \sum (P_{2} \cdot \frac{1 - η_{2}}{η_{2}})]

где:

8760 — количество часов в году; 8300 — рабочих часов в год;
8 — стоимость 1 кВт·ч для промышленных предприятий, руб.;
$T$ — время работы агрегата за год = 8300 часа (дневная смена);
$P_{1}$ — мощность асинхронного электродвигателя ГД (Д12) = 320 кВт;
$η_{1}$ — КПД электродвигателя ГД (Д12) = 0,92;
мощность генератора ГД = 315 кВт;
КПД генератора ГД = 0,9;
мощность ЭМУ ГД = 10 кВт;
КПД ЭМУ ГД = 0,82;
$P_{2}$ — мощность двигателя постоянного тока (П1436КУ) = 250 кВт;
$η_{2}$ — КПД электродвигателя (П1436КУ) = 0,9;
мощность тиристорного преобразователя тип ХХХ выбирается с запасом с учетом потерь 320 кВт, но для расчета берется мощность двигателя П1436КУ;
КПД тиристорного преобразователя = 0,96.

Параметры двигателя постоянного тока на 250 кВт в расчетах не задействуются, так как взаимно вычитаются.

Итого

Π_{ГД} = 8300 \cdot [320 \cdot \frac{1 - 0,92}{0,92} + 315 \cdot \frac{1 - 0,9}{0,9} + 10 \cdot \frac{1 - 0,82}{0,82} - 250 \cdot \frac{1 - 0,96}{0,96}]

Π_{ГД} = 8300 \cdot [27,8 + 35 + 2,2 - 10,4] = 8300 \cdot 54,4 = 451 520 кВт·ч

По цене 8 рублей за кВт·ч получим при работе калибровочного стана экономию за год:

Π_{ГД} = 451 520 \cdot 8 = 3 612 160 руб.

По материалам ОАО «ВНИИЭ» принятым РАО «ЕЭС России» и АО-Энерго-коэффициент ресурсосбережения принят равным 0,5 от энергосбережения: т.е. у электрооборудования задействованном в электроснабжении данного узла увеличивается ресурс эксплуатации. Тем самым поднимается надежность и улучшается экономическая составляющая.

Т.к. экономия электроэнергии составит 3 612 160 руб, то ресурсосбережение составит:

3 612 160 \cdot 0,5 = 1 806 080 руб. в год

В итоге суммарная экономия по энерго и ресурсосбережению составит:

3 612 160 + 1 806 080 = 5 418 240 руб. в год

В общем, экономия только по потреблению электроэнергии в результате использования тиристорного преобразователя на одном калибровочном стане составит: 5 418 240 руб. в год.

Состав и стоимость оборудования

№	Наименование	Ед. изм.	Кол-во	Цена без НДС, руб.	Сумма без НДС, руб.
1	Управляемый реверсивный тиристорный выпрямитель Pн = 320 кВт; Iн = 700 А, Uн = 400-480 V. Тип: ХХХХХХ	шт.	1	500 000	500 000
2	Реактор входной на 320 кВт		1	50 000	50 000
4	Выключатель нагрузки 630 A 3P+NF	шт.	1	50 000	50 000
5	Автоматический выключатель 3P 630 А	шт.	1	30 000	30 000
6	Контактор 800 А	шт.	1	140 000	140 000
7	Шкаф электромонтажный ВхШхГ = 2100х1200х600 IP 54 со сборкой и всем внутри шкафным оборудованием: вентилятор с фильтром — 2 шт., провода, клеммы, светосигнальная и коммутационная релейная аппаратура и др.	шт.	к-т.	500 000	500 000
8	Кабельная продукция в зависимости от трассы 4х150 мм²	м	10	6000	60 000
Итого без НДС: 1 270 000 руб.

Общая стоимость оборудования составляет 1 270 000 руб, не включая НДС.
Стоимость проектных, монтажных и пусконаладочных работ сопоставима с оборудованием и равна около 1 000 000 руб., без НДС.
Условия оплаты:
Форма оплаты:
Срок поставки
Доставка оборудования
Срок гарантии на оборудование

Вывод: Исходя из расчета экономической эффективности, данное оборудование окупится менее чем за полгода.

Затраты на внедрение 2 270 040 (1 270 000 + 1 000 000) рублей в год. Эффект от внедрения по сэкономленному электричеству и ресурсосбережению 5 418 240 руб. в год. Соотношение затрат к эффективности $2 270 040 / 5 418 240 = 0,416$ . Это меньше полгода. Данное предложение требует внедрения. Если взять кредит на реализацию на год и при учете, что предложение будет реализовано за 6 месяцев, данный проект “отбивается” за год без потерь перед банком.

Вместе с тем данное внедрение технического энергосберегающего решения дает технологический эффект, связанный с повышением производительности стана и выпуском гаек хорошего качества по закалке граней, так как ранее на завод шли рекламации — гайки были «сырые» (при больших моментах на ключах смазывались грани).

Приложение №2

Расчет повышения производительности работы калибровочного стана за счет использования управляемого тиристорного выпрямителя вместо системы ГД

Исходя из анализа работы калибровочного стана, чтобы соблюдать технологию закалки граней «будущих» гаек, требуется соблюдать определенную скорость движения 8-ми метрового прута через шестигранную форму, охлаждаемую маслом. Однако практически скорость достигаться не мгновенно, а с середины прута, т.е. на первых четырех метрах происходил ускорение, т.е. разгон от 0 до требуемой скорости, другими словами — формируется «брак 50%». Это объясняется существованием самой системы ГД. Поскольку каретка, которая должна зацеплять шестигранный прут и его тащить, а потом обратно, двигается на калибровочном стане по технологии «челнока», она управляется с реверсом двигателем постоянного тока с помощью перемагничивания обмотки возбуждения. Поскольку на перемагничивание обмотки влияет ЭДС индукции, время на создание нужного момента при реверсе увеличивается.

Следовательно, время на прохождение закаливания прута первой половины пути требовалось в два раза больше чем на вторую. От сюда брак.

При применении управляемого реверсивного тиристорного выпрямителя первую половину пути калибровки прута можно приблизительно отстроить следующим образом:

$\frac{1}{4}$ часть пути или еще меньше отводится на разгон и задается фронтом на тиристорном преобразователе;
$\frac{3}{4}$ часть пути и более — на требуемую по технологии производства скорость.

Таким образом, время на калибровку сократится минимум на 30%.

Расчеты приводятся ниже:

Пусть время, затраченное на всю калибровку с системой ГД, равно $3 X$ , которое складывается как $2 X + X$ (см. рисунок). Тогда время, затраченное с использованием управляемого реверсивного тиристорного выпрямителя, согласно предложению, составит $\frac{1}{2} X + \frac{3}{4} X + X = \frac{9}{4} X$ (см. рисунок).

Если сравнить время калибровки этих двух систем, то очевидно, что время с использованием реверсивного тиристорного преобразователя сокращается:

\frac{3 X}{(9 / 4) X} = \frac{4}{3}

Вывод:

Целесообразно заменить систему ГД на систему с управляемым реверсивным тиристорным выпрямителем. Это дает экономический эффект, как минимум на одном стане 5 418 240 руб. в год и поднимает производительность калибровки прута более чем на 30%.
Исходя из технологии производства калибровочного прута, использование управляемого реверсивного тиристорного выпрямителя позволит, за счет более быстрого достижения скорости калибровки, улучшить качество выпускаемой продукции более чем на 30%.