Технические и эксплуатационные требования к электроприводу и электрооборудованию проектируемого объекта

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………….......4         
2. Краткая технологическая характеристика…………………………...7     
3. Технические и эксплуатационные требования к электроприводу и электрооборудованию проектируемого объекта……………………11   
4. Обоснование и выбор системы электропривода……………………14    
5. Расчёт мощности и выбор электродвигателя…………………….....16   
6. Выбор и разработка схемы управления и описание её работы..…22 
7. Расчёт и выбор силовой цепи электропривода…………………..…25    
8. Выбор и расчёт элементов схемы управления и необходимых защит……………………………………………………………………..28
9. Разработка мероприятий по охране окружающей среды, техники безопасности,  и противопожарных мероприятий …………………31  

10. Список литературы…………………………………………………….34         

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

  

   Вентиляторы – это механические устройства, служащие для перемещения воздуха по воздуховодам, или непосредственной подачи либо отсоса воздуха из помещения. Перемещение воздуха происходит из-за создания перепада давления между входом и выходом вентилятора.  
   Вентиляторы используются в вентиляционных агрегатах для перемещения воздуха, от источников забора воздуха по системе воздуховодов в помещение. Каждый вентилятор должен преодолеть сопротивление вентиляционной сети, создаваемое изгибами воздуховодов и другими вентиляционными принадлежностями. Это сопротивление вызывает перепад давления, и величина этого давления является решающим фактором при выборе вентилятора.

   По конструкции делятся на центробежные и осевые. Они выпускаются в нескольких                       Рис. 1. Схемы вентиляторов.    

исполнениях в зависимости  от направления                 а - центробежного типа

выхода воздуха (вверх, вниз, горизонтально и т. д.)          б – осевого типа

и направления вращения. Рабочее колесо 1

центробежного вентилятора (рис. 1,а) вращается в кожухе 2. Воздух засасывается через боковое отверстие 4 кожуха и выбрасывается через выходной раструб 3. Осевой вентилятор ( рис. 1, б) имеет рабочее колесо с несколькими лопатками 1, сходными по форме с лопатками воздушного или гребного винта. Колесо вращается электродвигателем 2, укрепленным внутри корпуса 3, и создается тяга (поток) воздуха через раструб вентилятора.                                           

   Наибольшее распространение на промышленных предприятиях получили центробежные вентиляторы. Они имеют зависимость статической мощности на валу от скорости ( ), называемую вентиляторной характеристикой. Момент на валу вентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производительность вентилятора пропорциональна угловой скорости в первой степени.

   Центробежный вентилятор представляет собой простую по конструкции машину, однако в ней происходит сложный физический процесс, обусловленный пространственным отрывным неустановившимся течением и взаимным влиянием вращающихся и неподвижных элементов вентилятора на возникающее в них течение воздуха. Поэтому увеличение экономичности вентиляторов в широком диапазоне параметров и разработка метода их аэродинамического расчета представляют большие трудности.

   Центробежные  вентиляторы относятся к классу  воздуходувных лопаточных машин  и наряду с осевыми и диаметральными  вентиляторами находят широкое  применение во всех отраслях  народного хозяйства.

    Перед  пуском вентиляционной системы в работу необходимо:

    •проверить  исходное положение выключателей  и тумблеров на пультах управления;

    •проверить  исходное положение воздушных  клапанов и шиберов;

убедиться в отсутствии посторонних предметов на оборудовании;

    •проверить  исправность передач от двигателей к вентиляторам.

 

 Перед пуском вентилятора необходимо:

  • убедиться в правильности центровки валов двигателя и вентилятора;

  • проверить наличие смазочного материала в подшипниках (на двигателе должна быть установлена табличка с указанием типа смазочного материала и временем его заложения);

  • проверить правильность направления вращения двигателя, произведя кратковременный пробный пуск.

   Порядок включения и выключения систем определяется инструкцией по эксплуатации.

   Пускать радиальный вентилятор следует при закрытом шибере на нагнетательном воздуховоде или при закрытом направляющем аппарате на всасывании, а осевой - при открытых соответствующих устройствах.

   Во время работы вентиляторов бездействующие ответвления сети следует отключать, так как, например, для радиальных вентиляторов излишний расход через сеть приводить к резкому увеличению потребляемой мощности.

  После выключения систем необходимо убедиться в закрытии утепленных клапанов, остановке самоочищающихся фильтров, выключении системы автоматической защиты водяных калориферов от замерзания.

   Первые исследования центробежных вентиляторов и их работы в сети были проведены в начале ХХ века с советскими учеными М.М.Федоровым, ,А.П. Германом, Г.М. Еланчиком. Г.Ф. Проскурой и др.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткая

техническая характеристика

 

 

 

 

 

 

 

Основные характеристики вентилятора: 
   При выборе вентилятора для решения конкретной задачи в системе кондиционирования и вентиляции нужно учитывать его следующие основные параметры: 
   1. полное создаваемое давление  
   2. расход воздуха  
   3. потребляемая мощность  
   4. коэффициент полезного действия (КПД)  
   5. частота вращения  
   6. уровень звукового давления

   Индивидуальными характеристиками вентиляторов называются графическое зависимость напора Н, мощности Р и коэффициента полезного действия (КПД) ή от подачи Q при постоянном числе оборотов (n=const), полученные опытом путем при стандартных условиях на воздухе (То=293 К, ро=103 кПа, ρ=1,2 кг/м) для конкретных вентиляторов. Восходящий участок кривой Q- Н определяет неустойчивую зону характеристики, в пределах которой работа вентилятора протекает неустойчиво и наблюдаются пульсирующие колебания подачи и давления в напорном воздуховоде, в значительной степени способствующие щумообразованию.

   Вследствие вибрации возникают значительные напряжения в деталях вентилятора. Режим работы вентилятора должен всегда назначаться в устойчивой зоне, за пределами восходящего участка кривой Q- Н.

   Аналогично радиальным  вентилятором индивидуальные характеристики осевых вентиляторов показывают зависимость напора, мощности на валу и КПД от подачи.

  Радиальный вентилятор включает в себя конический патрубок, по которому воздух поступает к рабочему колесу.

  Рабочее колесо крепится к валу и помещается в спиральный корпус. Рабочее колесо состоит из ступицы, ведущего и покрывающего дисков и лопастей. Форма входного и выходного сечений корпуса может быть круглой или прямоугольной.

   При вращении рабочего колеса газ из патрубка увлекается лопастями и под действием центробежных сил движения от центра колеса к периферии.

   В рабочем колесе увеличиваются скорость движения газа и его давление.

  Далее газ поступает в канал спирального корпуса, площадь поперечного сечения которого увеличивается по направлению движения газа. В канале скорость движения потока газа уменьшается, происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную, и газ подается к потребителю.

   Осевой вентилятор состоит из цилиндрического корпуса с помещенным внутри него рабочего колесом с консольными лопастями. Рабочее колесо консольно закреплено на валу двигателя и со стороны входа потока закрыто лопастным направляющим аппаратом, которой обеспечивает осевой вход газового потока на лопасти рабочего колеса. За рабочим колесом устанавливается спрямляющий лопастей аппарат.

   При вращении рабочего колеса газ захватывается лопастями, закрепленными под углом к плоскости вращения, и так как колесо, вращаясь, удерживается в осевом направлении, происходит перемещение газа вдоль оси. При этом поток несколько закручивается и, покидая рабочее колесо, попадет в спрямляющий аппарат, который устранят закрутку потока.        

 

   Радиальный вентилятор состоит из трех основных элементов: лопастного радиального колеса, спирального корпуса и станины с валом, подшипниками и двигателем.

  Радиальные вентилятора с лопатками, загнутыми вперед, обеспечивают одни и те же расходные и напорные характеристики, что и вентиляторы с лопатками, загнутыми назад, при меньшем диаметре колеса и более низкой частоте вращения. Таким образом, они могут достичь требуемого результата, занимая меньше места и создавая меньший шум. 

   Ступицы, предназначенные для насаживания рабочих колес на валы, бывают литыми или точеными. Их крепят заклепками, болтами или приваривают к задним дискам.

   К дискам, в свою очередь, прикрепляют лопасти с помощью заклепок или сварки. Удобно крепление с помощью шипов, которые оставляют при заготовке лопастей, вставляют в отверстие в дисках, расклепывают или «прихватывают». Колеса чаще всего выполняют из листовой стали, реже встречаются литые и пластмассовые.

   Корпуса вентилятора- спиральные, постоянной ширины- выполняют из листовой стали толщиной от 2 до 8 мм сваркой или клепкой, Торцевые поверхности корпусов вентиляторов являются своеобразными мембранами, колеблющимися под влиянием пульсаций давления в газовом потоке. Это вызывает интенсивный шум. Для снижения шума наружные поверхности корпусов крупных вентиляторов укрепляют приваркой ребер жесткости.

   При компоновке  вентилятора в системе воздуховодов большое значение имеют направление вращения вала и расположение выходного отверстия вентилятора. Наблюдение за направлением вращения осуществляется со стороны всасывания. 

   Корпуса небольших  вентиляторов могут выполняться  литыми. Спиральные корпуса больших вентиляторов устанавливают на самостоятельных опорах, у малых их крепят к станинам. Станины отливают из чугуна или сваривают из стали. На станинах в подшипниках, чаще всего шариковых, устанавливают валы и приводные двигатели. Рабочие колеса на валах укрепляют шпонками и стопорными болтами.

   На корпусе  каждого вентилятора имеется  табличка с указанием завода- изготовителя, маркировки, наибольшей  частоты вращения, года выпуска  и заводского номера вентилятор.

    Осевые колеса состоят из втулок и прикрепленных к ним лопастей. В зависимости от профиля лопастей колеса называют реверсивными или нереверсивными. Фактически все осевые колеса реверсивными. Так как при изменении направления вращения изменяется направление подачи.

   Лопасти колес  по мере приближения к втулке расширяются и закручиваются. Для упрощения конструкции иногда применяют и незакрученные лопасти постоянной ширины, что, одного, ухудшает аэродинамическое качества. Лопасти выполняют из стали или пластмасс, листовые и объемные.

    Правильным для несимметричных лопастей является вращение тупыми кромками или вогнутостью вперед. Осевые нереверсивные вентиляторы, которые правильно вращаются по часовой стрелке по отношению к наблюдателю, находящемуся на стороне всасывания, называют правыми, а в другую сторону – левыми.

   В конструкции  осевых вентиляторов с одним  или несколькими рабочими колесами  применяют устройства для повышения  КПД- направляющие и спрямляющие  аппараты. Спрямляющий аппарат обязателен  при последовательном расположении  колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Технические и

эксплуатационные

требования к

электроприводу и

электрооборудованию

проектируемого

объекта

 

 

 

 

 

 

    Главная цель регулирования работы вентиляторов- изменение их подачи до нужного значения, так как подбор вентиляторов обычно производится для режима максимальной производительности.

   Регулирования вентиляторов  можно производить двумя методами: качественным, т. е. изменением  их характеристик, и количественным, т.е. изменением характеристик  сети.

   Количественный метод регулирования, при котором увеличивают сопротивление сети дросселированием с помощью шибера, очень, прост, однако неэкономичен и позволяет производить регулировку только в сторону уменьшения подачи.

   Качественный метод регулирования  более экономичен и осуществляется путем изменения частоты вращения рабочего колеса или его геометрических параметров, а также применением направляющих аппаратов. При этом меняются характеристика вентилятора и его подача.

   Частоту вращения вентиляторов  можно регулировать путем изменения напряжения, подаваемого на вентилятор, которое можно изменять фиксированными шагами при помощи пятиступенчатого трансформатора или плавно с помощью тиристора.

   Тиристоры недороги, просты в установке, позволяют осуществлять плавное регулирование. Однако регулирование с помощью тиристоров может вызвать определенный шум двигателя, особенно в однофазных вентиляторах при низких частотах вращения.

   В электродвигателях постоянного  тока производить регулировку  частоты вращения можно достаточно просто, но постоянный ток для силовых цепей на объектах применяется редко.

    При наличии промежуточной  передачи частоту вращения вентилятора  регулируют изменением передаточного  числа, наиболее часто применяется  ременная передачи, в которой  регулирование производится путем изменения диаметров шкивов.

    Для регулирования вентиляторов можно применить электромуфты, действующие по принципу электромагнитной индукции. Электромуфта представляет собой индуктор вал которого соединен с валом вентилятора, а ротор- с валом двигателя. При увеличении или уменьшении тока возбуждения индуктора изменяются сила магнитного потока и взаимодействие между ротором и статором индуктора. Вследствие этого в широких пределах может изменяться частота вращения рабочего колеса.

  Существенным преимуществом электормуфт является возможность простого дистанционного управления ими, хотя они имеют невысокий КПД и высокую стоимость. Для качественного регулирования вентиляторов широко используются конструктивно простые и эффективные лопастные направляющие аппараты, устанавливаемые на стороне всасывания.

   Диагональной  вентилятор- вентилятор, у которого  направление меридиональной скорости  потока газа на входе в рабочее  колесо параллельно оси его  вращения, а на выходе из рабочего  колеса- под углом, образующим с осью его вращения около 45 .

 

   По направлению  вращения вентиляторы классифицируют  на вентиляторы правого и левого  вращения. Вентилятор правого вращения- вентилятор, рабочего колесо которого  вращается по часовой стрелке (вид со стороны всасывания). Вентилятор левого вращения- вентилятор, рабочее колесо которого вращения против часовой стрелки (вид со стороны всасывания).

   По перемещаемой  среде и условиям эксплуатации  вентиляторы подразделяют на  вентиляторы общего назначения- для газов с температурой до 80 С, теплостойкие вентиляторы- для газов с температурой выше 80 С, коррозийно- стойкие вентиляторы- для коррозионных сред, взрывозащищенные вентиляторы- для взрывоопасных сред, пылевые вентиляторы- для запыленного воздуха с твердыми примесями в количестве более 100 мг/м . 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обоснование

и

выбор

системы

электропривода

 

 

           

 

 

 

 

      Необходимость в установке нескольких совместно работающих вентиляторов может возникнуть при следующих обстоятельствах:

1. один вентилятор не обеспечивает требуемую подачу и напор, а замена его большим вентилятором невозможна;
2. подача или напор установленного вентилятора подвержены резким изменениям вследствие изменения характеристики сети;
3. требуется гарантировать надежность эксплуатации вентилятора путем создания определенного резерва.

    Во всех  остальных случаях следует избегать  совместной установки вентиляторов, так как она всегда снижает экономичность эксплуатации. 

        Совместная работа вентиляторов может быть как параллельная, так и последовательная. Если нужно изменить характеристику так, чтобы увеличились подача газа, то вентиляторы цело сообразно соединять параллельно, если при той же подаче нужно увеличить напор (что требуется в области малых значений Q), то необходимо последовательное соединение вентиляторов. Для совместной работы чаще всего применяют вентиляторы с одинаковыми характеристиками.

 

При параллельном соединении вентиляторы подают газ в общую сеть, причем через каждый вентилятор проходит только часть общего количество газа. В месте соединения потоков установится некоторое общее для обоих потоков давление, а расход будет равен сумме подач обоих вентиляторов. Отсюда  следует, что для построения суммарной характеристики Q-Н параллельно соединенных вентиляторов следует алгебраически складывать их подачи при равных напорах.

 

При последовательном соединении вентиляторы устанавливают один за другим, причем через каждый вентилятор проходит весь газ. Для построения суммарной  характеристики последовательно соединенных  вентиляторов следует алгебраически складывать их напоры при равных подачах.     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт

мощности

и

выбор

электродвигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Выбираю асинхронный двигатель типа АД серии 4А в соответствии с рекомендацией Международной Электротехнической Комиссией (МЭК).

         

          Q=5м /ч

          Р=570Па                                 

 

Определяем мощность электродвигателя: 

Рдв = кз* ;           кВт (1)

Q- производительность  изолятора

Н- напор, давление газа (Па)

ηв – КПД вентилятора осевой ηв=0,5-0,85 центробежный вентилятор ηв=0,4-0,7

 

  кВт

  

Выбираю Асинхронный двигатель  с короткозамкнутым ротором серии 4А160S6УЗ

 

Таблица – 1. Технические данные выбранного двигателя:

 

4А160S6УЗ
Рн			Cosφ					J
11	975	86	0,86	2,0	1,2	1,0	6,0	13,8*10
кВт	об/мин	%						кг*м

 

Проверка:

   (1)        

                                                             1,62≥0,7  

Двигатель проверку прошёл.

 

 

 

Механическая  характеристика:

 

  Механическая характеристика – зависимость вращающего момента от скольжения. F = М (S)

   Механическая характеристика строится по 8 точкам, 4 из которых являются основными. Основные точки: холостой ход, номинальный режим, критическая точка, пусковая. 1 точка – холостого хода, 2 точка – номинальный режим, 3 точка – критическая точка, 4 точка – пусковая. Механическая характеристика двигателя строится, для выбранного и проверенного двигателя, по упрощенной формуле Клосса.

 

;                                                                                (3)

Где =   - относительные значения моментов, в любой точке характеристики;

=   - относительное значение критического (максимального) значения момента двигателя.

 

1 точка. 

Холостой ход:

 

М=0;  S=0;

 

2 точка. 

Номинальное скольжение двигателя:

 

     (4)

 

Номинальный момент двигателя:

 

         (5)

 

 

3 точка. 

Критическое скольжение двигателя:

 

      (6)

 

λ= = 2,0                 (7)

 

Критический момент двигателя:

 

= 22,4 кН*м            (8)

 

4 точка. 

Режим пуска:

 

 S=1,0  М=0

 

Таблица 2. Данные для построения механической характеристики

 

S	0	0,025	0,08	0,1	0.5	0.7	0.9	1
W=S-1	1	0.975	0.92	0.9	0,5	0.3	0.1	0
Ṁ	0	0,9	2	1,95	1	0,6	0,4	0,3
M=Ṁ*	0	12,75	22,4	21,85	11,15	6,9	4,4	3,56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              

  При построении пусковой диаграммы применяю метод пропорциональных отрезков. На естественной механической характеристике двигателя есть перепад скорости, который соответствует номинальному сопротивлению двигателя.

 При включении в  цепь ротора добавочных резисторов  перепад скорости возрастает прямо пропорционально. Количество искусственных характеристик зависит от количества ступеней пуска.

   

Расчет пусковой диаграммы:

 

 

 

 

 

 

 

                                              ∆t₁=0,28*3=0,84  сек.       (13)

 

                                              ∆t₂=0,28*0,8=0,22  сек.

 

                                              ∆t₃=0,28*0,9=0,25  сек.

 

                                              ∆t₄=0,28*0,5=0,14  сек.

 

                                              ∑∆t=1,45  сек.                    (14)

 

 

 

 

 

 

Выбор и

разработка 

схемы

управления  и

 описание  её 

работы

 

 

  

 

 Приведена схема управления вентиляционной установки, состоящей из вентиляторов В1-В4 с приводными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором Д1- Д4, предназначенной для проветривания помещений и поддержания при этом заданной температуры. Эти требования осуществляются ступенчатым регулированием угловой скорости двигателей путем изменения напряжения статора с помощью автотрансформатора АТ, а также выбором количества находящихся в работе вентиляторов. Схема обеспечивает ручное и автоматическое управления вентиляторами; выбор режима работы осуществляется переключателем УП.

 

      Ручное  управление имеет место при  переводе рукоятки УП в положение +45 , при этом подготавливаются к включению цепи катушек контактов КЛ,К1-К4. Двигатели вентиляторов по питанию разделены на две группы: (Д1 и Д2) подключена к шинам на вторичной стороне АТ постоянно; вторая группа Д3 и Д4 присоединяется к шинам АТ и включается в работу (при ручном управлении) переводом рукоятки переключателя ПК2 в положение 2, при котором срабатывает контактор К4.

 

      Управление  угловой скоростью двигателей  вентиляторов осуществляется переключателем ПК1, имеющим четыре положения. В положение 1 все двигатели отключены. При установке рукоятки ПК 1 в положение 2 включаются контакторы К1и КЛ, последний своими замыкающими контактами подключает к сети АТ, с нижних отпаек которого через контакты К1 к статорам двигателей подводится пониженное напряжение (U1<Uном), при этом вентиляторы работают на минимальной скорости W1. При повороте рукоятки ПК1 в положение 3 отключается контактор К1 и включается контактор К2, статоры двигателей присоединяются на средние отпайки АТ, вентиляторы будут работать на средней скорости W2 и их производительность увеличится. Поворотом рукоятки ПК1 в положение 4 включается контактор К3, двигатели переключаются на полное напряжение сети U3=Uном, скорость их W3 будет номинальной, а производительность вентиляторов- максимальной. Последовательно с катушками каждого из контакторов К1-К3 включены два, размыкающих вспомогательных контакта других контактов, что предотвращает к.з. частей обмоток автотрансформатора АТ при переключении контакторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт и 

выбор силовой

 цепи   

электропривода

 

 

 

 

 

 

Кабельные изделия подразделяются на:

• силовые кабели;
• кабели управления и связи и контрольные кабели;
• силовые и установочные провода и шнуры;
• монтажные кабели и провода;
• обмоточные провода.

Силовые кабели, марки, способы  прокладки, допустимые токовые нагрузки

Силовые кабели состоят  из одной, трех или четырех одно или  многопроволочных медных или алюминиевых  жил, изолированных друг от друга и окружающей среды, герметизированных свинцовыми, алюминиевыми или пластмассовыми оболочками и защищенных, как правило, броней из стальных лент или оцинкованной проволоки. Подразделяют по материалу, из которого изготовлены их токопроводящие жилы (медные, алюминиевые) изоляций и материалов. Из которых она изготовлена, степени герметичности и защищенности кабелей, от механических повреждений  и т.д. К классу кабельных изделий относят обычно и изолированные провода, в том числе провода, предназначенные для обмоток электрических машин и трансформаторов.

Кабельные линии прокладывают:

В траншеях, на эстакадах, в лотках, коробах, в трубах, открыто  по стенам, внутри стен, в коллекторах (подземные сооружения) и т.д.

На территории энергоемких  предприятий кабели прокладывают в  туннелях. При пересечении с железнодорожными путями кабели прокладывают в блоках. На предприятиях насыщенных различными подземными коммуникациями, на территориях с грунтом плохо влияющим на кабели, в районах с вечной мерзлотой кабели прокладывают на эстакадах. Открыто по стенам прокладывают тогда, когда кабели стены сделаны из несгораемых материалов, а в помещении нет пожароопасных и взрывоопасных зон.

Размеры траншей для  одиночного кабеля 350мм. ширина 700мм. глубина.

Изоляции кабелей изготовляются  из бумажных лент, пропитанных маслоканифольным составом, резины и пластмассы.

Буквенное обозначение  определяет конструкцию кабелей, их брони, защитных оболочек и покровов. Кабели с алюминиевыми жилами обозначают буквой А, Наличие медных жил в маркировке не выделяется.

    Эксплуатация кабельных линий. В объеме эксплуатаций кабельных линий входят: Контроль над тепловыми нагрузками температурными режимами напряжение сети. Проведение систематических и еще очередных осмотров трасс. Проведение профилактических испытаний и измерений. Контроль над проведением работ на трассах и проведение разъяснительной работы среди населения руководителей предприятий и учреждений.