Лабораторная работа: Розробка електропривода вентиляційної установки

Зміст розрахунково-пояснювальної записки

Дані для розрахунку електроустаткування відцентрового вентилятора

Вступ

1. Загальна частина

1.1 Призначення та будова вентилятора

1.2 Вимоги до електроприводу вентилятора

2. Розрахункова частина

2.1 Визначення потужності і вибір електродвигуна приводу вентилятора

2.2 Побудова механічної характеристики електродвигуна

2.3 Розрахунок характеристик статичного моменту опору вентилятора

2.4 Розробка принципової схеми вентиляторної установки

2.5 Вибір пускової і захисної апаратури, провідників

2.6 Заходи енергозбереженню під час експлуатації вентиляторних установок

3. Охорона праці

3.1 Електробезпека при обслуговуванні вентилятора

3.2 Протипожежні заходи і захист навколишнього середовища

3.3 Розрахунок мережі занулення

4. Складання зведеної специфікації

Література

Таблиця 1 Дані для розрахунку електроустаткування відцентрового вентилятора

Вступ

На базі використання електроенергії проводиться переоснащення промислового виробництва та впровадження нових технологічних процесів і здійснення корінних перетворень в організації виробництва та керування. В сучасних технологічних процесах високу роль займає електрообладнання, тобто різноманітні електромашини, апарати, прилади і устаткування, за допомогою яких виконується перетворення електричної енергії в інші види енергії та забезпечується автоматизація технологічних процесів.

Електромашинобудування — одна з головних галузей машинобудівної промисловості. Електромашинобудування характерно різноманітністю технологічних процесів які використовують електроенергію: ливарне виробництво, зварення, обробку металів та матеріалів під тиском та різання, термо- та хімічна обробка. Підприємства машинобудування широко оснащені електрифікованими підйомними механізмами, насосними, компресорними та вентиляційними установками. Автоматизація торкає не тільки окремі агрегати та допоміжні і механізми, але і цілі комплекси, автоматичні поточні лінії і цехи.

Першочергове значення для автоматизації мають багатодвигунний електропривод і засоби електричного керування. Розвиток електропривода їде шляхом спрощення механічних передач та приближення електродвигунів до робочих органів машин і механізмів, а також зростаючого електричного регулювання електроприводу.

Високо поширюються нові засоби електричної автоматизації технологічних установок, машин і механізмів на базі напівпровідникової техніки, високочутливої контрольно-вимірювальної і регулюючої апаратури, безконтактні датчики і логічні елементи. Розширюється область програмного керування технологічними об’єктами з записом режимів роботи на електронні носії (магнітні, оптичні тощо).

В сучасних умовах експлуатація електрообладнання вимагає глибоких і різноманітних знань, а створення нового чи модернізація існуючого технологічного електрофікованого технологічного агрегату, механізму чи або улаштування вирішується спільно з технологами, механіками та електриками.

Електроустаткування не можна розглядати в відриві від технологічних і конструктивних електрооснащеного об’єкта і навпаки. Тому фахівці в галузі електрообладнання промислових підприємств повинні бути добре знайомі з конструкцією верстатів, машин, підйомно-траспортних механізмів.

Електроустаткування промислових підприємств і установ проектується, монтується та експлуатується відповідно ПУЕ і іншими нормативними документами.

1. Загальна частина

1.1 Призначення та будова вентилятора

До числа механізмів, найбільш розповсюджених на промислових підприємствах, електричних станціях, шахтах, гідротехнічних спорудах, у комунальному господарстві міст, належать компресори, помпи і вентилятори , котрі споживають близько 20 % вироблюваної електроенергії. Особливе місце вони займають в зв'язку з будівництвом і експлуатацією газо- і нафтопроводів, з експлуатацією зрошувальних систем, оскільки перепомповування великої кількості нафти, газу і води вимагає застосування компресорів і помп великої подачі, а отже, і великої встановленої потужності приводних електродвигунів від одиниць до десятків тисяч кіловат, наприклад, для турбокомпресорів - до 18 000 кВт, помп - до 73 000 кВт і вентиляторів - до 5 000 кВт.

Вентилятори призначені для вентиляції виробничих приміщень, відсмоктування газів, подачі повітря або газу в камери електропечей, до котелень і інших установок. Вентилятори створюють перепад тиску (0,01 - 0,1)10⁵ Па.

За конструкцією вентилятори поділяються на відцентрові й осьові. Вони випускаються в декількох виконаннях у залежності від напрямку виходу повітря (вверх, вниз, горизонтально і т. д.) і напрямку обертання.

Рисунок 1. Схеми вентиляторів: а - відцентрові; б – осьові

Робоче колесо відцентрового вентилятора (рис. 1,а) обертається в кожусі 2. Повітря засмоктується через бічний отвір 4 і викидається через вихідний розтруб 3.

Осьовий вентилятор (рис. 1,6) має робоче колесо з декількома лопатями 7, подібними за формою до лопатей повітряного чи гребного гвинта. Колесо обертається електродвигуном 2, укріпленим усередині корпуса З, і таким чином створюється тяга (потік) повітря через розтруб вентилятора.

Найбільше поширення на промислових підприємствах одержали відцентрові вентилятори. Вони мають залежність статичної потужності на валу від швидкості (Р₂ =cw³ ), тобто вентиляторну характеристику. Момент на валу вентилятора змінюється пропорційно до квадрату швидкості, а продуктивність вентилятора пропорційна до кутової швидкості в першому степені.

а) відцентрові; в) осьовий.

Рисунок 2. Конструкції вентиляторів

1.2 Вимоги до електроприводу вентилятора

Для привода вентилятора використовують асинхронні коротко замкнуті двигуни напругою 380 В при потужності до 200 кВт, асинхронні з фазним ротором — потужністю до 350 кВт. При більшій потужності — переважно синхронні двигуни напругою 6 кВ, використовуючи їх одночасно для компенсації реактивної потужності підприємства. При наявності труднощів прямого пуску синхронного двигуна від мережі (прямий пуск рекомендують при потужності на один полюс 250–300 кВт) використовують в якості розгінного асинхронний двигун з фазним ротором меншої потужності ніж синхронний. Приймаючи до уваги, що при пуску вентилятора розганяють значні махові маси, щоб виключити вплив на роботу інших споживачів шахти доцільно забезпечити плавний пуск при струмі (1,5 … 2) I_н ; тому при необхідній потужності вентиляторної установки 2000 кВт і більше рекомендують приймати асинхронний двигун з фазним ротором, що дає можливість також, при необхідності, регулювання роботи вентилятора.

За режимом роботи вентилятори відносяться до приладів с тривалим режимом роботи з постійним навантаженням. Вони характеризуються невеликим пусковим моментом, який складає до 25% номінального. Більшість вентиляторних установок не потребують регулювання швидкості, тому для приводів вентиляторів використовують трьохфазні двигуни з фазним ротором. При потужності більше 100 кВт, використовують синхронні двигуни.

Іноді, якщо необхідно регулювання швидкості для зміни їх продуктивності, використовуються асинхронні двигуни з фазним ротором або асинхронні двигуни з коротко замкнутим ротором і дроселями в колі обмотки статора. Також, для зміни швидкості, використовують муфти ковзання, які встановлюють між двигунами і вентиляторами.

Для забезпечення номінальної потужності вентилятора, двигун має бути вибраний потрібної потужності.

2. Розрахункова частина

2.1 Визначення потужності і вибір електродвигуна приводу вентилятора

Для визначення потужності електродвигуна використовується формула:

(2.1)

де:

Q — продуктивність вентилятора; Н — напір (тиск);

h_в =0,7 — К.К.Д. вентилятора;

h_п =0,98 — К.К.Д. передавального приводу;

k =1,1 1,5.

=18221,57»18,2 кВт

По результатам розрахунку вибираємо двигун за умовами що:

, 18,5³18,2

, 1465³1400

З довідника вибираємо двигун 4А160М4 , який підходить по параметрам.

Таблиця 2.1 — Параметри електродвигуна 4А160М4

2.2 Побудова механічної характеристики електродвигуна

а) Визначаємо номінальну швидкість електродвигуна:

(2.2)

=146,53 об/хв.

б) Знаходимо синхронну швидкість електродвигуна:

(2.3)

=157 рад/хв.

в) Розраховуємо ковзання електродвигуна:

(2.4)

= 0,064

г) Визначаємо номінальний момент електродвигуна:

(2.5)

= 126,7 Н*м

ѓ) Обчислюємо критичне ковзання двигуна:

(2.6)

=0,715

д) Знаходимо критичний момент:

(2.7)

де l ==2,3.

= 89,29

е) Використовуючи формулу Клосса знаходимо значення моменту для різних значень ковзання (S=0 ¸ 1 )

; (2.8)

= 2,5

Результати заносимо в таблицю 2.2, замінюючи значення S від 0 до 1 в формулі (2.8)

Таблиця 2.2 — Дані для побудови механічної характеристики двигуна

По значення таблиці 2.3, будуємо механічну характеристику електродвигуна (Рисунок 3):

є) Розрахунок характеристик статичного моменту опору вентилятора

Формула статичного моменту має вигляд:

; (2.8)

де =5-8 % від М_ном. =126,7 *0,06=7,6

Знаходимо величину статичного моменту на швидкості w=20 рад/с

=146

Розраховані дані статичного моменту заносимо в таблицю 2.3.

Таблиця 2.3 — Дані для побудови механічної характеристики двигуна

Значення таблиці 2.3 наносимо на графік (Рисунок 3).

2.4 Розробка принципової схеми вентиляторної установки

Для керування вентиляторною установкою вибираємо типову електричну принципову схему показану на листі 1.

Напруга на електродвигуни вентилятора подається автоматичними вимикачами QF1-QF3. Схема керування живиться від електромережі, запобіжники FU1, FU2 захищають її від короткого замикання.

В схемі передбачене ручне і автоматичне керування вентиляторами. Під час ручного керування перемикач SA переводиться в положення Р (ручне керування). При натисканні на кнопку SB2 утворюється коло живлення котушки магнітного пускача КМ1, якій спрацьовує і своїми силовими контактами двигун М1 до електромережі. Запускається перший вентилятор. Для пуску другого вентилятора треба натиснути кнопку SB4, третій вентилятор запускається кнопкою SB6. Для зупинки будь якого вентилятора потрібно натиснути кнопки SB1, SB3 чи SB5 відповідно. Окрім цього світиться лампочка HL1, а сигнальні лампочки HL2, HL3, HL4, HL5 сигналізують в якому режимі працює схема і які вентилятори задіяні.

Для роботи в автоматичному режимі потрібно перемикач SA перевести в положення А (автоматичний режим). Тоді в залежності від температури будуть замикатись контакти датчиків температури SK. При заданої температурі відповідні контакти датчиків замикають в колі живлення котушок магнітних пускачів KM1, KM2, KM3, які в свою чергу будуть приєднувати до електромережі двигуни вентиляторів.

2.5 Вибір пускової і захисної апаратури, провідників

Для забезпечення роботи електродвигуна привода вентилятора, його запуску, захисту від короткого замикання в електричній схемі керування і перевантаження, передбачається встановлення автоматичного вимикача,магнітних пускачів, реле температури, реле часу, перемикач, кнопки керування.

Автоматичний вимикач для електродвигунів приводу вентиляторів вибираємо за номінальним значенням струму і напруги.

Номінальний стум електродвигуна приводу вентилятора:

(2.9)

=36 А

Згідно з умови:

, ,

380 В=380 В, 63 А³36 А, =1,25×36=45 А Þ 63 А³ 45 А

підходить автоматичний вимикач типу АЕ-2043 комбінований або електромагнітний з такими параметрами: I_ном =63 А, = 50 А.

Вибираємо електромагнітний пускач серії ПМЛ-1000 ПМЛ 3120 — I_ном =63А

по параметрам:

,

Перемикач вибору режиму роботи вентиляційної установки — КУ-038, датчики температури —ДТ12

Для живлення вентиляційної установки вибираємо кабель АВВГ 4Х25 — кабель з гумовою і пластмасовою ізоляцією, I_доп = 68 А, а окремих вентиляторів — кабель АВВГ 4Х10, I_доп = 38 А

Кнопки для пуску електродвигунів вентилятора вибираємо серії ПКЛ ~380 В.

Запобіжники для захисту схеми керування вибираємо ПР-2 на номінальний струм 15 А, = 6 А.

2.6 Заходи енергозбереженню під час експлуатації вентиляторних установок

Зменшення витрат електроенергії на вентиляторною установці забезпечують наступні заходи:

а) заміна старих вентиляторів на нові, більш економічні;

б) впровадження економічних способів регулювання продуктивності вентиляторів;

в) блокування вентиляторів теплових завіс з пристроями відкривання і закривання воріт;

г) вимкнення вентиляторів під час обідніх перерв, перезмін тощо;

д) усунення відхилень від проекту;

е) усунення експлуатаційних дефектів;

ж) впровадження автоматичне керування вентиляторними установками.

Регулювання продуктивністю вентиляторних установок можливе зміною швидкості приводного двигуна, зміною опору трубопроводу, з встановленням в ньому засувок, конструктивними змінами робочого колеса вентилятора і кількістю одночасно працюючих вентиляторів. Найбільшу економію електроенергії можливо отримати регулюванням швидкістю приводного двигуна, до 25%. Для цього використовують багато швидкісні двигуни з фазним ротором.

Для зменшення витрат на привід вентилятора теплових завіс в більшості випадках рекомендується заблокувати механізм теплової завіси з пристроями відкривання і закривання воріт. Коли ворота відкриваються, автоматично включається теплова завіса, а при закриванні остання вимикається.

Значно скорочуються витрати електроенергії, якщо не допустити відхилень від розробленого проекту під час монтажу і налагодження обладнання, особливостями з яких є:

з) збільшення зазору між робочим колесом і патрубком;

і) не встановлено направляючих перед входом в робоче колесо;

и) вкорочений дифузор або його відсутність;

й) не якісне виготовлення і монтаж виводів, трійників, колін, не якісна штукатурка повітряних каналів і т. і.

Впровадження автоматичного керування а саме: пристроїв блокування індивідуальних витяжних систем, блокування вентилятора повітряних завіс, і автоматичного регулювання і керування вентиляторними установками в залежності від температури зовнішнього повітря можна зекономити до 30% електроенергії.

3. Охорона праці

3.1 Електробезпека при обслуговуванні електрообладнання вентилятора

Для обслуговуючого персоналу небезпечними виробничими факторами є рухомі частини машин і механізмів, струмопровідні частини електричної схеми курування електроприводом, металеві корпуси машин і апаратів, які можуть перебувати під напругою в разі пошкодження ізоляції. Велику небезпеку для персоналу може стати непередбачений пуск електродвигуна в період ремонту вентиляторів, передаточного механізму електродвигуна. Тому необхідно дотримуватись основних правил пуску.

Перед пуском вентилятора необхідно перевірити надійність кріплення робочого колеса, муфти двигуна і вентилятора а також допоміжні матеріали, що використовувались при ремонті або монтажі вентилятора. Після перевірки електрообладнання і привідників вмикають автоматичний вимикач і одразу його вимикають. Пересвідчуються в правильності напрямку обертання двигуна, робоче колесо вентилятора повинно рухатися в сторону розширення спірального корпусу вентилятора. Якщо напрям руху протилежний, то змінюють під’єднання двох фаз електромережі на двигуні вентилятора.

Якщо при огляді працюючого вентилятора виявлено неполадки, його потрібно від’єднати від мережі і ліквідувати пошкодження чи неполадки.

При виконанні ремонтних чи обслуговуючих робіт потрібно вивішувати відповідні застерігаючи плакати: "Не вмикати!", "Працюють люди". До обслуговування електрообладнання вентиляторів допускаються електрики, які мають відповідно групу допуску.

3.2 Протипожежні заходи і захист навколишнього середовища

Пожари на промислових підприємствах можуть виникати при коротких замикання і перевантаженнях в електромережі, електричних апаратах і двигунах, а також при порушенні правил зберігання легкозаймистих матеріалах та в інших випадках.

Кожен працівник повинен пройти протипожежний інструктаж з записом в спеціальному журналі.

Куріння на робочих місцях заборонено. Пожежний інвентар: сокири, багри, відра, вогнегасники повинні бути прикріплені на спеціальних щитках, на видному місці, і застосовуватись в разі виникнення пожежі.

В процесі експлуатації електроустановок необхідно контролювати температуру нагрівання електричних машин, апаратів, струмопровідних частин і контактів.

Основним фактором впливу зовнішнє середовище і всього живого світу людиною Є його господарською діяльністю (промисловість, транспорт, сільське господарство).

Для зменшення впливу на зовнішнє середовище необхідно використовувати маловідходні і безвідхідні технології, розвивати комбіновані виробництва, які забезпечують повне використання природних ресурсів що знижують або виключають шкідливу дію на довкілля.

Для збереження чистоти атмосферного повітря необхідно вдосконалювати технологічні процеси, обладнання і транспортні засоби, підвищувати якість сировини і палива, застосовувати ефективні установки для очищення промислових та інших відходів.

3.3 Розрахунок мережі занулення

Занулення — це з’єднання металевих частин виробничого машин і механізмів, корпусів електричних машин, які можуть бути під напругою при пошкодженні ізоляції, з нульовим провідником

Рисунок 3.1 Електрична схема мережі занулення

Струм короткого замикання визначимо по формулі:

(3.1)

де U_ф — фазна напруга В;

Z_тр — повний опір силового трансформатора, Ом;

Z_л — повний опір ланки "фаза-нульовий провід", Ом.

приймаємо що =0, тоді

(3.2)

де r₁ і r₂ — питомий опір на відповідних дільницях електромережі, Ом×м.

і— довжина дільниць мережі, м.

=0,099»0,1 Ом

Тоді:

=1535 А

Згідно вимог правил влаштування електроустановок:

де I_{ст.розч} — струм розчеплення автоматичного вимикача.

=1,4×300=420 А

1535 А³420 А

Умова виконується.

Список використаної літератури

1. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. Общий курс электропривода, -М, 1981

2. В.И. Ключев Теория электропривода. – М. – Л.: Энергоиздат, 1985

3. Н.Ф. Ильинский, В.Ф. Козаченко. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992.

4. Е.Н.Зимин, В.И. Яковлев Автоматическое управление электроприводами. М.: Высшая школа, 1979.

5. С.С. Мазепа, Я.Ю. Марущак, А.С. Куцик. Електрообладнання промислових підприємств. Львів: “Магнолія плюс”, 2006.