3. Расчёт индивидуальных норм расхода тэр с использованием графиков нагрузки оборудования (на примере бурения скважин)

3.1 Графики нагрузки

Графиком нагрузки называют график, изображающий изменение активной P или реактивной Q во времени.

Наиболее точно график нагрузки записывают регистрирующим ваттметром или варметром.

Обычно график нагрузки подстанций и распределительных пунктов получают путём снятия показаний счётчика через равные промежутки времени – через каждые 15 мин, полчаса, час и т.п. При этом получают ступенчатый график (рис. 1), ордината каждой ступени которого соответствует средней нагрузке за принятый промежуток времени.

На рис. 2 дан, так называемый, суточный график нагрузки по продолжительности, который получают из суточного графика нагрузки путём суммирования продолжительностей существования каждой из мощностей. Каждой ординате этого графика соответствует время, в течение которого нагрузка будет не ниже интересующей нас величины.

Площадь, ограниченная суточным графиком нагрузки или графиком нагрузки по продолжительности, даёт в определённом масштабе расход активной W_а или реактивной W_р энергии за соот­ветственное время Т. Отношение расхода энергии ко времени даёт среднюю активную мощность:

(44)

или среднюю реактивную мощность:

(45)

Рис. 1. Суточный график активной нагрузки

Рис. 2. Суточный график активной нагрузки по продолжительности

Для характеристики графиков нагрузки применяют следующие показатели:

коэффициент заполнения графика, равный отношению средней мощности P_с или Q_с к максимальной мощности Р_м или Q_м:

; ; (46)

коэффициент максимума – величина, обратная коэффициенту заполнения графика:

; ; (47)

число часов использования максимума нагрузки, равное отношению расхода энергии за соответственное время к величине максимума нагрузки:

; . (48)

Коэффициент заполнения графика, коэффициент максимума и число часов использования максимума нагрузки, являющиеся взаимосвязанными величинами, зависят от количества и номинальных мощностей отдельных потребителей, режимов их работы, а также от организации работ на предприятии в целом или на рассматрива­емой его части;

коэффициент формы графика, равный отношению средней ква­дратичной нагрузки к средней нагрузке:

, . (49)

Средняя квадратичная нагрузка определяется по формулам:

; , (50)

где - число равных отрезков времени, на которые разделён график.

Коэффициент формы графика, как показали исследования, доста­точно стабилен для каждого данного типа предприятия.

Для полной характеристики графика нагрузки необходимо ещё ввести показатели, определяющие его связь с номинальными мощ­ностями и количеством потребителей. Такими показателями являются:

коэффициент использования, равный отношению средней по­требляемой мощности к мощности суммарной установленной:

; . (51)

Коэффициент использования зависит от степени загрузки и ре­жима работы потребителей, а также от потерь мощности в потребите­лях и сетях;

коэффициент спроса, равный отношению максимума нагрузки к суммарной установленной мощности:

; . (52)

Подставляя вместо максимума нагрузки его значение, выраженное в соответствии с формулой (47) через среднюю нагрузку и коэффициент максимума, а вместо суммарной установленной мощности её значение, выраженное в соответствии, с формулой (51) через среднюю нагрузку и коэффициент использования, получим, что коэффициент спроса равен произведению коэффициентов использования и максимума:

; . (53)

Таким образом, коэффициент спроса является обобщённым показателем, учитывающим степень загрузки потребителей, их коэф­фициенты полезного действия и коэффициент полезного действия сети (потери в потребителях и сетях), а также режим работы потребителей и несовпадение максимумов нагрузки отдельных потребителей во времени. Отсюда, в частности, следует, что коэффициент спроса выше для потребителей с длительным режимом, чем для потребителей с повторно-кратковременным и кратковременным режимами, а при последних двух режимах работы коэффициент спроса тем ниже, чем больше количество потребителей.

При расчете расхода топлива двигателями самоходных буровых установок в зависимости от средней мощности необходимо учитывать режим потребления энергии, характеризуемый коэффициентом формы графика нагрузок двигателя.

Вывод о влиянии k_ф на расход топлива двигателем, работающим с переменной нагрузкой, представлен графически на рис. 3. На линии 1 лежат точки расходов топлива в зависимости от мощности двигателя, работающего при k_н = const. В этом случае k_ф = 1,0, а кривая 1 представляет собой классическую нагрузочную характеристику двигателя. Для двигателя, работающего в переменном режиме, можно установить связь между k_н и k_ф. В зависимости от характера нагрузки и от среднего значения k_н, коэффициент формы графика нагрузок может иметь значения в диапазоне:

.

Рис. 3. Влияние коэффициента формы графика нагрузок на средний расход топлива (1 – при k_ф = 1,0; 2 – при k_ф = max)

Точки расходов топлива в зависимости от мощности двигателя, работающего в режиме резко-переменной нагрузки с характером потребления энергии, соответствующим максимальному значению k_ф, лежат на прямой 2, соединяющей точки, обозначающие величину расхода топлива на холостом ходу (G_т.хх) и при номинальной нагрузке (G_т.н). Таким образом, в зоне, ограниченной кривой 1 и прямой 2, располагается область значений расхода топлива двигателем, работающим в режиме переменной нагрузки. Двигатели, у которых значения расхода топлива в зависимости от нагрузки лежат выше линии 2, можно считать неисправными.