CC BY
9
УДК 62-82:621.22.018.1:006.065.2
Оценка стандартизированного показателя энергетической эффективности гидравлических
приводных систем
Г. В. Птицын,
кандидат технических наук, специалист по технической экспертизе и техническому консалтингу
Проведенное обзорно-аналитическое исследование стандартов нормативного комплекса «Система показателей качества продукции» удостоверяет необходимость интенсификации стандартизации по показателям энергетической эффективности гидравлических приводных систем.
Ключевые слова: показатель энергетической эффективности, гидравлическая приводная система.
В настоящее время конкурентоспособность вновь разрабатываемой технической продукции, в том числе приводных систем, во многом зависит от обеспечения рационального и экологически ответственного использования энергетических ресурсов на всех стадиях жизненного цикла продукции [1]. В связи с этим возникла практическая необходимость установления в технической документации обоснованных показателей энергоэффективности, особенно значимых для длительно эксплуатируемых гидравлических приводных систем, имеющих, как известно, наиболее высокую энергоёмкость на единицу веса [2, 3]. С целью установления обоснованных стандартизированных показателей энергетической эффективности (ПЭЭ) автором были проведены обзорно-аналитические исследования нормативно-технических документов, содержащих требования по энергоэффективности, которые применимы к приводным системам.
Исследовательская работа планировалась и проводилась с выполнением положений основополагающих нормативно-технических документов:
ГОСТ 15.101-98 «Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок выполнения научно-исследовательских работ» в части общих требований по организации обзорно-аналитических исследований информационных источников;
ГОСТ Р 1.6-2005 «Стандартизация в Российской Федерации. Проекты стандартов. Организация проведения экспертизы» в части примененного в обзорно-аналитических исследованиях научно-технического вида экспертной оценки;
ГОСТ Р 51387-99 «Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения» в части основных принципов стандартизации в области энергосбережения.
Были сопоставлены и соотнесены к практически распространенным приводным системам следующие стандарты нормативного комплекса «Система показателей качества продукции»:
ГОСТ 4.154-85 «Система показателей качества продукции. Машины электрические вращающиеся сред-
ние свыше 56 до 355 габарита включительно. Номенклатура показателей»;
ГОСТ 4.330-85 «Система показателей качества продукции. Машины электрические вращающиеся малой мощности. Номенклатура показателей»;
ГОСТ 4.167-85 «Система показателей качества продукции. Машины электрические вращающиеся крупные свыше 355 габарита. Номенклатура показателей»;
ГОСТ 4.124-84 «Система показателей качества продукции. Редукторы, мотор-редукторы, вариаторы. Номенклатура показателей»;
ГОСТ 4.37-90 «Система показателей качества продукции. Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Номенклатура показателей».
Сопоставление осуществлялось по ПЭЭ, по характеризуемому ПЭЭ свойству, с учётом области применения, определяемой по вводной части стандарта и требованиям к применяемости показателей, и по приведённым в анализируемых стандартах кодам ОКП [4], классифицирующим область применения нормативно-технического документа.
Результаты сопоставления и соотнесение ПЭЭ к практически распространённым приводным системам приведены в табл. 1.
Сопоставление стандартов нормативного комплекса «Система показателей качества продукции» по ПЭЭ и соотнесение их к практически распространенным приводным системам позволили выделить КПД как наиболее применяемый стандартизированный показатель энергетической эффективности.
Всесторонний анализ ГОСТ 4.154 показал, что КПД, являясь относительным показателем, не позволяет достоверно определять расход энергоресурсов нестационарно нагруженных электроприводов. Также отмечено, что совместное применение КПД с дополнительным ПЭЭ, определяемым отношением начального пускового тока к номинальному току (начальной пусковой мощности к номинальной мощности) и оценивающим потери энергии в переходных режимах работы электропривода, позволяет усреднённо определять уровень энергоэффективности. При этом применение дополнительного ПЭЭ ограничено только пусковыми переходными режимами работы привода на базе сред-
шнЕРШшРЕтурсшшБЕШШЕтишшэнЕРШявФФЕшаштишЬ 21
Таблица 1
Соотнесение показателей энергетической эффективности к распространённым приводным системам
Номер и п.п. стандарта Наименование и обозначение ПЭЭ, наименование характеризуемого свойства Область применения стандарта Приводные системы, к которым соотнесены ПЭЭ
по вводной части и требованиям к применяемости показателей по коду ОКП
ГОСТ 4.154, табл. 1, п/п. 1.2.13. Отношение начального пускового тока к номинальному току (начальной пусковой мощности к номинальной мощности)' ík¿/íном, (Рki/Рном), потеРи энергии в переходных режимах Коллекторные, асинхронные и синхронные двигатели электрических вращающихся средних машин свыше 56 до 355 габарита включительно 33 6300 - Машины электрические постоянного тока единых серий от I до VIII габарита. 33 2000 -Электродвигатели переменного тока мощностью от 0,25 до 100 кВт включительно. 33 3000 -Электродвигатели переменного тока мощностью св. 100 кВт 33 5000 -Машины электрические для тягового оборудования Электроприводы номинальной мощностью от 1 до 120 кВт
ГОСТ 4.154, табл. 1, п/п. 3.1. КПД, %, п, экономичность по расходу энергии Электрические вращающиеся средние машины св. 56 до 355 габарита включительно, кроме тахогенераторов
ГОСТ 4.330, табл. 1, п/п. 3.1. КПД, %, п, экономичность использования энергии Электрические вращающиеся машины малой мощности, за исключением синхронных тихоходных двигателей 33 1100 -Электродвигатели малой мощности для автоматизации и механизации. 33 1200 -Машины электрические специализированные Электроприводы номинальной мощностью от 0,25 до 1,5 кВт
ГОСТ 4.330, табл. 1, п/п. 3.3. Коэффициент мощности, cos ф, экономичность использования энергии Электрические вращающиеся машины мощностью свыше 100 Вт
ГОСТ 4.167, табл. 1, п/п. 3.1. КПД, %, п, экономичность по расходу энергии Вращающиеся электрические крупные машины свыше 355 габарита 33 3000 -Электродвигатели переменного тока мощностью св. 100 кВт. 33 5000 -Машины электрические для тягового оборудования. 33 8000 -Машины электрические крупные, агрегаты электромашинные Электроприводы номинальной мощностью от 100 до 335 кВт
ГОСТ 4.124, табл. 1, п/п. 6.1. КПД, %, п, эффективность использования энергии Редукторы, мотор-редукторы, вариаторы 41 6000 -Редукторы, мотор-редукторы, вариаторы и мотор-вариаторы Электромеханические приводы номинальной мощностью от 1 до 75 кВт
ГОСТ 4.37, табл. 1, п/п. 2.5.2. Общий КПД, %, п, экономное использование энергии Гидропередачи нераздельного исполнения 41 4000 -Гидроприводы и гидроавтоматика. 41 5000 -Пневмоприводы и пневмоавтоматика, смазочное оборудование и фильтрующие устройства Гидроприводы номинальной мощностью от 20 до 150 кВт
№ 4 (46) 2012, июль-август
redaktor@endf.ru
них коллекторных, асинхронных и синхронных электрических вращающихся машин.
Детальное рассмотрение ГОСТ 4.330 также позволило отметить, что относительный стандартизированный показатель - КПД - не позволяет точно оценивать энергоэффективность нестационарно нагруженных электроприводов, включая практически распространенные номинальной мощностью до 1,5 кВт.
В ходе изучения таблицы 1 ГОСТ 4.167 обратил на себя внимание тот факт, что совместное применение КПД и дополнительного ПЭЭ, определяемого отношением начального пускового тока к номинальному, предполагает, в отличие от положений ГОСТ 4.154, стандартизированную оценку условий пуска применительно к питающей сети и системам защиты. Особо отмечены ограничения из-за области распространения стандарта на нерегулируемые синхронные и асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при совместном применении выделенных ПЭЭ к приводным системам.
Проведенный анализ требований таблицы 1 ГОСТ 4.124 подтвердил предположение об усреднённости оценки, базирующейся на использовании КПД, энергетической эффективности переменно нагруженных электромеханических приводов, в том числе наиболее распространенных номинальной мощностью до 75 кВт.
Оценка КПД в качестве выделенного стандартизированного показателя для исследований энергетической эффективности гидравлических приводных систем основывалась на углубленном анализе распространяющего свое действие на устройства объёмных гидроприводов стандарта ГОСТ 4.37 совместно с вышеприведенными результатами исследований стандартов нормативного комплекса «Система показателей качества продукции». В ходе анализа ГОСТ 4.37 отмечено, что общий КПД стандартизирован только для отдельных приводных устройств. Следовательно, применение КПД позволяет оценивать энергетическую эффективность только отдельных устройств, не рассматривая гидропривод в качестве единой технической системы,
на энергозатратность которой влияют её динамические характеристики, зависящие от конструкции, конструктивных особенностей и их взаимного влияния, характера нагрузки и характеристик энергопитания. Таким образом, в результате применения КПД в качестве ПЭЭ может получиться, что гидравлический привод, состоящий из устройств с высокими показателями экономного использования энергии, в эксплуатации окажется энергозатратным. В дополнение отмечено, что общий КПД оценивает энергоэффективность гидравлической приводной системы с достоверностью, существенно зависящей от режима её работы: предположительно, при стационарных, близких к номинальному режимах работы гидравлического привода достоверность оценки повышается.
Результаты оценки КПД в качестве выделенного показателя для исследований энергетической эффективности гидравлических приводных систем позволили сделать следующие выводы:
- поскольку КПД характеризует расход энергетических ресурсов в регламентированных условиях и режимах работы приводов, то применение КПД в качестве показателя энергетической эффективности нестационарно нагруженных гидравлических приводных систем не позволяет достоверно оценивать энергоэффективность; при этом сам КПД обладает признаками ПЭЭ с низкой и переменной информативностью;
- ограничивает практическую применимость КПД в качестве показателя энергетической эффективности для стационарно нагруженных гидравлических приводных систем отсутствие как нормативных значений ПЭЭ, так и стандартизированных методов подтверждения соответствия этим значениям.
Результаты обзорно-аналитических исследований стандартов нормативного комплекса «Система показателей качества продукции» и выводы по ним удостоверяют необходимость интенсифицирования стандартизации по показателям энергетической эффективности гидравлических приводных систем.
Литература
1. Об утверждении государственной программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» [Текст]: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 27.12.2010 № 2446-р (ред. от 18.08.2011) // Собрание законодательства Российской Федерации. Вып. № 4 от 24.01.2011, ст. 622.
2. Об утверждении плана мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации [Текст]: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 01.12.2009 № 1830-р (ред. от 23.09.2010) // Собрание законодательства Российской Федерации. Вып. № 50 от 14.12.2009, ст. 6114.
3. Башта Т. М. Объемные гидравлические приводы. - М.: Машиностроение, 1968. - 628 с.
4. Общероссийский классификатор продукции: ОК 005-93. Т. 1, классы 01-52 [Текст]. - М.: ИПК «Издательство стандартов», 2002. - 571 с.
Еstimation of the standardized indicator of energy efficiency for hydraulic drives systems
G. V. Ptitsyn
Ph.D, technical consultant
The author has made the analytical review research of the standards in the System of products quality characteristics. It is corroborate the necessity of the enhancement of the standardization requirements regarding the energy efficiency characteristics of the hydraulic drive systems.
bywords: indicator of energy efficiency, hydraulic drive system.
