Курсовая работа: Аналіз та обґрунтування методів і технічних засобів насосної станції вторинного підйому для зрошування Лепетиського району Херсонської області

ТАВРІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра «Автоматизований електропривід»

Шифр 442 Допустити до захисту:

Керівник_______ О.П. Карпова

підпис П І Б

«____» ______________ 2010 р.

Аналіз та обґрунтування методів і технічних засобів насосної станції вторинного підйому для зрошування Лепетиського району Херсонської області

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни спеціалізації

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

03АПК. 442 . 000000. ПЗ

Студент 21 МБЕН групи _____________ Куча В.В.

Службові примітки: Роботу захищено з оцінкою

_______________________

_______________________ Підписи членів комісії

_______________________ _________ О.П. Карпова

_______________________ підпис П І Б

Мелітополь 2010 р.

ЗМІСТ

ВСТУП

РЕФЕРАТ

1 Аналіз технологій виробничих процесів

1.1 Аналіз стану питання і постановка задачі

1.2 Вимоги до технологічного проекту

1.3 Прийнята технологія виробничих процесів

1.4 Вибір технологічного обладнання

2 ОБҐРУНТУВАННЯ СИСТЕМИ МАШИН ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ

2.1 Особливості експлуатації електрообладнання об’єкту

2.2 Порівняльна оцінка технологічного обладнання

3 ВИБІР СИЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ

3.1 Вибір електрообладнання за умовами зовнішнього середовища і на відповідність режиму роботи

4 РОЗРОБКА АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

4.1 Аналіз стану автоматизації об’єкту

4.2 Вимоги до автоматизації

4.3. Вибір параметрів контролю і керування

4.4 Розробка принципової електричної схеми керування

4.5 Оцінка надійності елементів автоматизації

4.6 Специфікація матеріалів і обладнання

5 ЕНЕРГОРЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧІ ЗАХОДИ

5.1 Розробка заходів щодо економії електроенергії

6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ДОВКІЛЛЯ

6.1 Обґрунтування вибору і призначення пристроїв технічної безпеки

6.2 Технічні дані пристроїв захисного відключення

6.3 Опис конструкції

6.4 Електрична схема і принцип дії

6.5 Місце встановлення і особливості експлуата

6.6 Заходи щодо екології

ВИСНОВОК

СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Зрошення в широких масштабах – один з найбільш радикальних засобів зм'якшення шкідливого впливу посухи на сільське господарство в посушливій зоні, до якої відноситься південь України; є важливим чинником збільшення виробництва зерна, овочів, кормів для тваринництва й інших видів сільськогосподарської продукції; основа одержання високих і стабільних врожаїв сільськогосподарських культур.

Практика експлуатації існуючих зрошувальних систем свідчить про реальні можливості одержання на зрошуваних землях високого врожаю озимої пшениці, кукурудзи на зерно і силос, кормових коренеплодів, овочів, фруктів.

Ефективність досконалості експлуатації гідромеліоративних систем може бути досягнута лиш при умові широкого застосування АСУ технологічними процесами. Впровадження автоматизованих систем управління технологічними процесами на меліоративних системах на сучасному етапі є вищою формою автоматизації управління. Широке впровадження автоматизованих інформаційно-радуючих систем дозволяє програмувати врожаї на великих площах [5].

Потрібні корінні якісні зміни в будівництві, в досконалості технології зрошення і в експлуатації гідромеліоративних систем. Повинно здійснюватися будівництво досконалих систем з високими техніко-економічними показниками, які дозволяють економити воду, отримувати на зрошуваних землях високі і стійкі врожаї, зберігаючи землі в нормальному стані, без нанесення шкоди навколишньому середовищу.

В даний час вирішується задача поетапного удосконалювання автоматизації гідромеліоративних систем і перетворення їх в цілком автоматизовані системи керування з застосуванням сучасних засобів автоматизації, включаючи електронно-обчислювальну техніку [3,5].

Нажаль, в кінці ХХ ст. і на початку ХХІ століття площа зрошуваних земель неухильно зменшувалася [35].

Однією з важливих задач, пов’язаних з інтенсивним розвитком народного господарства, є охорона навколишнього середовища. Збільшення відбору води з природних джерел, підвищення ступені її забруднення після використання в промисловості і в комунальних системах збільшують небезпеку забруднення навколишніх річок, озер, водосховищ.

Сучасні зрошувальні системи дозволяють економити до 30% зрошувальної води, зберігають на кожні 100 га 6...8 га землі, суттєво підвищують продуктивність праці і підвищують коефіцієнт корисної дії систем до 0,8...0,9 [5]. Поліпшити технічний стан діючих систем можливо шляхом реконструкції, підвищення ефективності використання зрошених і осушених земель, розробки і впровадження водозберігаючих технологій зрошення і бережливого використання водних ресурсів.

Одна із причин зменшення валового збору зернових є зменшення площі зрошуваної землі [35] та малоефективне її використання.

Першочергова роль при створенні і експлуатації гідромеліоративних систем на сучасному рівні відводиться впровадженню науково-технічного прогресу, автоматизації технологічних процесів і систем управління виробництвом з використанням електронної і мікропроцесорної техніки. Механізація і автоматизація процесів поливу – необхідні умови розробки і промислового впровадження водозберігаючих технологій. Автоматизація оперативного управління дозволяє забезпечити оптимальний водорозподіл, водооблік і виключити безконтрольні забори води і невиробничі втрати.

З урахуванням особливостей й специфіки сільськогосподарського виробництва на зрошуваних землях мною і розробляється даний дипломний проект, напрямлений на проектування насосної станції зрошення, ефективне використання зрошуваних земель і експлуатацію зрошувальної системи.

1 Аналіз технологій виробничих процесів

1.1 Аналіз стану питання і постановка задачі

Виробнича діяльність В. Лепетихського МУВГ в 2008 р. була направлена на виконання плану експлуатаційних заходів, утримання, міжгосподарської зрошувальної системи, насосних станцій, трансформаторних підстанцій та інших водогосподарських об‘єктів в працездатному стані.

План водокористування МУВГ на 2009 рік був складений згідно планів водокористування господарств з урахуванням кліматичних умов району зрошування. Перед закінченням поливного сезону план водокористування коректувався в бік зменшення.

В 2009 р. в В. Лепетихському районі полито 18,6 тис. га зрошуваних земель (80% від наявних 23,1 тис. га), в т.ч. в держсистемі 17,7 тис. га, подано води 28,3 млн. м3, виконано 59,5 тис. га поливів. Поливна норма склала 475 м3/га.

Таблиця 1.3- Урожайність сільськогосподарських культур на зрошуваних землях

Таблиця 1.4- Урожайність плодових культур на зрошуваних землях

Таблиця 1.5- Проведення поливів ведучих культур

Чисельність штату МУВГ на 1.01.2009 р. складає 60 чол.. За 2008 р. виконано профналагоджувальних робіт на суму 12 тис. грн., поточного ремонту на 6,5 тис. грн.., капітального ремонту на 14,4 тис. грн.

Таблиця 1.6- Витрати на утримання НС на балансі УЗС, тис. грн.

В 2008 р насосні станції МУВГ перекачали 80,143 млн. м³ води, спожили електроенергії на зрошення 11,296 млн. кВт.год при плані 11,334 млн. кВт.год.

Таблиця 1.7 – Перспективна врожайність сільськогосподарських культур

Вода на зрошення подавалася господарствам згідно лімітів використання електроенергії і води.

1.2 Вимоги до технологічного проекту

В зв‘язку з реорганізацією сільськогосподарських підприємств, збільшенням кількості господарств та інших приватних формувань які використовують зрошувані землі для виробництва товарної с.г. продукції, виникає проблема забезпечення технологічної цілісності роботи внутрігосподарських зрошувальних систем.

З переходом водокористування на комерційну основу перед МУВГ постали першочергові задачі з удосконалення водообліку:

встановлення трьохтарифного лічильника для точного обліку електроенергії;

встановлення вакуумних вимикачів.

В поточному році необхідно значно зменшити споживання електроенергії на власні потреби, слідкувати за оптимальною завантаженням електросилового обладнання НС та виконанням питомих витрат електроенергії.

На підставі приведеного аналізу виробничої діяльності МУВГ, а також рівня електрифікації, механізації й автоматизації водопостачання ставимо загальну задачу проектування: реконструкція існуючої насосної станції зрошення.

У результаті реконструкції намічається забезпечити: підвищення продуктивності праці 10…15%, зниження собівартості виробництва на 12…15%, збільшення продуктивності поливного гектара на 15...20% за рахунок підвищення кількості і якості сільськогосподарської продукції.

1.3 Прийнята технологія виробничих процесів

Насосна станція другого підйому проектується для експлуатації за схемою: водозабір - насосна станція - напірні трубопроводи - водовипускні спорудження (напірний басейн).

Вісь насосної станції № 2 розміщена на пк 2686+84,9 магістрального В.Лепетихського МУВГ.

Основна робота насосної станції передбачена при нормальному рівні води в підвідному каналі, що підводить, з відміткою 14,67 м.в.с. Сумарна витрата води, що подається насосною станцією= 33м^З /с. Манометричний напір - 28 м. вод. ст. Встановлена потужність основного устаткування насосної станції .

Водозабором є розширена частина каналу, названа аванкамерою, дно й укоси якої закріплені збірними залізобетонними плитами. Водозабір конструктивно сполучений із будівлею насосної станції і являє собою одне ціле.

У будівлі насосної станції встановлено шість насосів типу 56В-17. Кожен насос має окрему усмоктувальну трубу і вхідний отвір у неї з боку водозабору.

Схема технологічного процесу насосної станції приведена на листі 03АПД.442.01.01. с8 графічної частини проекту.

Вода по В. Лепетихському МУВГ надходить в аванкамеру насосної станції № 2. З аванкамери вода надходить у 6 насосів 56В-17. Після насосів вода подається у трубопроводи d 1400мм. На цих трубопроводах установлені засувки ПД-1400. У 10 - и метрах від насосної станції шість трубопроводів переходять у два трубопроводи d 2800 мм. По три трубопроводи в кожний. По трубопроводах вода надходить у заспокійливий басейн, що сполучений із вихідним каналом.

Полерни в будинку насосної станції розташовані між усмоктувальними трубами і з’єднані між собою трубами Су=400 мм.

Від насосів по водовипускному спорудженні - напірного басейну, вода надходить по шести нитках - сталевих напірних трубопроводах Ду=1400 мм, у дві нитки напірних трубопроводів Ду=2800 мм, довжиною L=700 м. кожна.

На початку кожного трубопроводу безпосередньо в місці його приєднання до насоса змонтована вставка дифузор. Для ліквідації температурних розширень, а також компенсації можливого нерівномірного осідання будинку насосної станції і напірних трубопроводів на всіх трубопроводах змонтовані температуроосадчі компенсатори.

Відмітка осі напірних трубопроводів що йдуть від насосів 56В-17 на початку будівлі насосної станції -16,3 м.в.с., на кінці у водовипускної споруди - напірного басейну -33,5 м.в.с.. Напірні трубопроводи закінчуються у водовипускній споруді - напірному басейні. Сполучення напірних трубопроводів з напірним басейном здійснено за допомогою сифонних водовипусків з гідравлічними клапанами зриву вакууму. При зупинці насоса через гідравлічний клапан зриву вакууму в сифон випускається повітря, сифон розряджається у трубопровід і трубопровід з напірним басейном роз’єднуються. Таким чином, сифонний водовипуск перешкоджає витоку води з каналу, по напірному трубопроводі в канал, що підводить, через насос. Тим самим унеможливлюється тривала робота насоса в турбінному режимі, що може привести до аварії.

Основне гідромеханічне устаткування насосної станції № 2 В.Лепетихського МУВГ забезпечує заданий режим подачі з необхідним напором відповідно до вимоги меліоративної системи.

Для забезпечення подачі заданої витрати води з розрахунковим манометричним напором на насосній станції встановлено шість насосів

марки 56В-17.

Технічна характеристика насоса 56В-17:

Подача - Q = 5,5 м^З /с

Напір - Н = 28 м.

Частота обертання - п = 250 хв^-1 .

Діаметр робочого колеса - Д = 1890 мм.

Відцентрові насоси типу "У" - одноступінчаті, вертикальні з робочим колесом однобічного входу, розташованим консольно на валові насоса.

Відцентрові насоси типу 56В-17 виготовлені Уральським заводом гідравлічних машин - УЗГМ м. Сисеріль, Свердловскої області.

Насос укомплектований електродвигуном ВДС 325/29-24 потужністю Р=2000кВт напругою U_Н = 10 кВ згідно креслення № 06 П 300155 заводу «Уралэлектроапарат».

Вали вертикальних відцентрових насосів типу 56В-17 з’єднані з валом електродвигунів ВДС-325/29-24 за допомогою твердих напівмуфт.

1.4 Вибір технологічного обладнання

Насосні агрегати безпосередньо розташовані в нижній частині насосної станції в доці. У доці знаходяться пожежні насоси і дренажний насос 8ДО - 12. Також там знаходиться трубопровід технічного водопостачання. У напівповерсі знаходяться статори електродвигунів ВДС - 325/29 - 24, а також вентилятори МЦ - 7 охолоджувачі статорів.

У машинному залі розташовані збуджувачі двигунів. Над ними під стелею знаходиться кран-балка. Біля машинного зала знаходиться кабельний тунель. На другому напівповерсі над кабельним тунелем знаходиться пультова, звідки здійснюється керування всім устаткуванням. З тильної сторони в окремих приміщеннях знаходяться трансформатори власних потреб. Інше допоміжне устаткування таке як наждак, свердлильний верстат, зварювальна, дизельна й інше, знаходиться поза будинком насосної станції в підсобних приміщеннях.

Сміттєзатримуючі ґрати знаходяться на каналі на відстані 100м. від насосної станції. Технічна характеристика основного технологічного устаткування насосної станції представлена в таблиці №1.

Таблиця 1 - Технічна характеристика основного технологічного устаткування насосної станції

2 ОБҐРУНТУВАННЯ СИСТЕМИ МАШИН ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ

Система машин виробничих процесів будується в залежності від багатьох чинників і вибір її напряму залежить від складеної програми виробничої потужності. Характер продукції, що випускається і методи її виготовлення. Конструктивні й технологічні особливості продукції, що випускається, і методи її виготовлення визначають склад виробництв, цехів, їхні розміри, системи машин, вантажообіг і розмір території підприємства. Для підприємств видобувних галузей промисловості характерна одностадійна структура виробництва.

Чим складніше продукція й технологія її виготовлення, тим різноманітніше внутрівиробничі зв'язки й складніше структура підприємства. Для зовнішнього й внутрішнього переміщення предметів праці, готової продукції повинні бути організовані перевезення.

У свою чергу застосування нової техніки й технології, прогресивних матеріалів веде до скорочення обсягів робіт по механічній обробці. Це обумовлює зміну структури підприємства за рахунок збільшення питомої ваги автоматизованих ділянок, цехів і виробництв.

2.1 Особливості експлуатації електрообладнання об’єкту

В сільському господарстві обладнання експлуатується в умовах підвищеної вологості, запиленості і агресивності середовища, нерівномірного завантаження і перевантаження машин, низької якості електричної енергії, сезонності роботи на протязі року. В умовах підвищеної вологості опір і електрична міцність ізоляції електрообладнання значно знижується, а постійна часу нагріву обмоток електродвигунів збільшується. Це в свою чергу призводить до зниження ефективності видалення вологи з обмоток і пробою ізоляції. Правильність вибору електрообладнання і умови експлуатації в значній мірі впливають на термін служби і надійність роботи електрообладнання.

2.2 Порівняльна оцінка технологічного обладнання

Випуск технологічного обладнання для сільського господарства, в тому числі, й однакового призначення, розрізняється різноманіттям типів і ковзань, а також має різну продуктивність і встановлену потужність електрообладнання, тому виникає необхідність порівняльної оцінки і вибору оптимального складу технологічного обладнання, яке забезпечує високі енергетичні показники в роботі. Для цього необхідно визначити низку оцінювальних показників, що визначаються за паспортними даними обладнання. Дані вибору електрообладнання заносимо до таблиці 2.1

Таблиця 2.1 - Технічна характеристика обладнання

Для порівняння рекомендуються наступні показники:

Питома продуктивність т/кВт·год, / кВт·год, кал/ кВт·год

=, (2.1)

де Qб – базова паспортна продуктивність, т/год, / год, кал/ год.

Рв – встановлена потужність електрообладнання, кВт.

Енергоємність обладнання

(2.2)

де – коефіцієнт одночасності;

– встановлена потужність i-го двигуна, кВт;

– ККД і-го двигуна.

Питома металоємність обладнання, кг/т, /т, т/т

, (2.3)

де G – маса обладнання, т, кг;

Qгод – годинна продуктивність, т, .

Універсальність обладнання

Уоб = 1,5 – , (2.4)

де nв – число видів перероблюваної продукції.

Рівень автоматизації

А = , (2.5)

де nа – число автоматизованих операцій;

nр – число неавтоматизованих операцій.

Питома трудомісткість обслуговування, чол· год/т, чол· год/

, (2.6)

де N – кількість виробничого персоналу.

Питомі втрати електроенергії в одиницю часу, кВт·год/т

, (2.7)

де – час, год;

– номінальна потужність i-го обладнання, кВт;

– номінальний ККД і-го обладнання.

Питомі габаритні розміри, /т, /

Гпит = , (2.8)

де S – площа зайнята обладнанням, .

Питома маса силового обладнання, кг/кВт

, (2.9)

де n – кількість обладнання.

Узагальнений енергетичний показник

, (2.10)

де – номінальний коефіцієнт потужності і-го обладнання.

Також до енергетичних показників відносять точність та похибку. В якості критерію техніко енергетичного рівня обладнання віддають перевагу інтегральному коефіцієнту.

, (2.11)

де значення і-го показника розглядає мого ряду;

- значення минимуму з ряду;

n – величина характеризуючи найбільше відхилення значень.

П = (2.12)

де m – загальна кількість показників використаних для оцінки, зазвичай

m≥5;

- значення максимуму показників з ряду.

Питома продуктивність

Q_пит = м³ / кВт·год

Енергоємність обладнання

E_у =1 кВт·год

Питома металоємність обладнання

M_пит =

Універсальність обладнання

Уоб = 1,5 –

Рівень автоматизації

А =

Питома трудомісткість обслуговування, чол· год/т, чол· год/

T_пит =

Питомі втрати електроенергії в одиницю часу

кВт·год/т

Питомі габаритні розміри, /т,

Г_пит =/

Питома маса силового обладнання

m_пит = кг/кВт

Узагальнений енергетичний показник

E_об =

Також до енергетичних показників відносять точність та похибку. В якості критерію техніко енергетичного рівня обладнання віддають перевагу інтегральному коефіцієнту.

Розрахунки інших порівнювальних машин проводяться аналогічно. Дані розрахунків заносимо до таблиці 2.2

Таблиця 2.2 – Техніко-енергетичні показники обладнання

Тип обладнання	Qпит, / кВт·год	Епит, кВт·год	Мпит,	А	Гпит, /	mпит, кг/кВт	Еоб	K∑
56В-17	1	1.053	2.38	1	1.903	2.38	0.855	3.329
48Д-20	1.072	1.477	1.36	1	0.437	0.942	0.815	0.769
70В-36	1.072	0.992	1.095	1	0.584	1.174	0.761	2.316
52В-17	1.072	1.003	1.095	1	0.605	1.174	0.809	2.278
52Д-11	1.072	0.992	1.2	1	0.85	1.787	0.743	2.608

За отриманими даними будуємо векторну діаграму, яка приведена на аркуші 03 АПК.442.210.000.С6 графічної частини роботи.

На векторній діаграмі було розраховано площини і отримані наступні дані, які заносимо до таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 – Площини векторної діаграми

Тип обладнання	56В-17	48Д-20	70В-36	52В-17	52Д-11
S,	3991.2	1725.4	1569.43	2894.41	3223.5

З отриманих даних стало відомо, що найбільш ефективним кормороздавачем серед представлених 56В-17, який має площу векторної діаграми 3991.2

3 ВИБІР СИЛОВОГО ОБЛАДНЕННЯ

В наш час технологічне обладнання поставляється до сільського господарства, як правило, комплектно з електрообладнанням ,тому потужність електродвигунів й іншого силового електрообладнання визначені і приведені в технічній документації обладнання. Однак в кожному конкретному випадку використання стандартного технологічного обладнання слід враховувати особливості прийнятої технології виробництва і реальні умови експлуатації обладнання, оскільки вони можуть суттєво відрізнятись від нормальних умов оточуючого середовища, які вказані в технічному паспорті електрообладнання. Тому вибір електродвигуна для приводу серійного технологічного обладнання зводиться до рішення слідуючих питань:

- вибору виконання електродвигуна із врахуванням реальних умов навколишнього середовища при експлуатації обладнання;

- перевірочному розрахунку потужності електродвигуна на відповідність дійсного режиму роботи : довготривалого – S1, короткочасного S2 і т.д.; і величини реального завантаження технологічного обладнання;

- перевірці вибраного електродвигуна за умовами пуску, допустимій кількості вмикань, перевантажувальній здатності й іншими показниками.

3.1 Вибір електрообладнання за умовами зовнішнього середовища і на відповідність режиму роботи

Експлуатаційна надійність роботи електродвигунів в значній мірі залежить від того, наскільки в їх конструкції і виконанні за степенем захисту передбачена здатність протистояти впливу кліматичних факторів оточуючого середовища в умовах: експлуатації, транспортування і зберігання.

Електродвигуни за умовами оточуючого середовища характеризуються наступними основними показниками:

1). Кліматичним виконанням (У, ХЛ,О,Т й інші);

2). Категорією розміщення (1,2,3,4, і 5);

3). Ступенем захисту (ІР23, ІР44, ІР54 й інші)

4). Модифікацією виконання за умовами навколишнього середовища (хімостійкі, сільськогосподарського виконання, пилозахищені й інші)

При виборі електродвигуни з електроприводом необхідно враховувати категорію приміщення і місце установки технологічного обладнання (сухі, вологі, сирі й інші).

Відповідно до стандарту 19348-82 все електротехнічне обладнання що поставляється в сільське господарство повинно бути помірного кліматичного виконання – У і мати ступінь захисту ІР44 і ІР54.

Із врахуванням того, що приміщення насосної станції відноситься до категорії вологих, вибираємо електродвигуни для приводу технологічного обладнання й інше електросилове обладнання кліматичного виконання У5 і степеню захисту ІР44.

Всі електродвигуни допоміжного обладнання насосної станції вибираємо асинхронні серії 4АМ, а для привода основних насосних агрегатів синхронні електродвигуни серії ВДС з підведеною напругою 10кВ.

Технологічна характеристика вибраного електроустаткування приведена в таблиці 3.1

Таблиця 3.1 - Основні технічні дані електродвигунів

Тип устаткування	Тип електродвигуна	Кількість	Рн , кВт	п, хв-1	η, %	cosφ	Ін , А
56В-17	ВДС-325/29-24	6	2000	250	95	0,9	139	5,5	0,4
ВЦ4-75-3,15	4АМ90L4У5	6	2,2	1410	80,0	0,83	5,02	6	2,1
ПД-1400	4АМ112М4У5	6	5,5	1420	85,5	0,85	11,5	7	2
8К-12	4АМ200М4У5	1	37	1450	91	0,9	68,8	7	1,4
ЗКМ-6	4АМ160S2У5	2	15	2900	88	0,91	28,5	7	1,4
Кран-балка	4АМ160М6У5	1	15	960	87,5	0,87	30	6	1,2
НЦС-1	4АМ112М2У5	2	7,5	2910	87,5	0,88	14,9	7,5	2
РЗ-30И	4АМ112М6У5	1	4	960	82	0,81	9,13	6	2
ГСВ-0,82/1,2	4АМ100L2У5	1	5,5	2880	87,5	0,91	10,5	7,5	2
Мех. грати	4АМ100L4У5	1	4	1420	84	0,84	8,6	6	2
4АМ100L6У5	1	2,2	950	81	0,73	5,65	5	2

4 РОЗРОБКА АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

4.1 Аналіз стану автоматизації об’єкту

Перекачування дуже трудомісткий процес, тому з’являється необхідність автоматизувати цей процес. В технологічному процесі можливо автоматизувати роботу лінії.

4.2 Вимоги до автоматизації

НС вторинного підйому - це система машин та механізмів ,виконуючих один закінчений технологічний процес, який висуває ряд вимог до автоматизації електроприводу.

Концентрація машин та обладнання, розміщення їх в різних містах по площі кормоцеху та послідовність їх роботи вимагає дистанційного, централізованого та автоматичного управління. Також повинна бути можливість переходу до ручного керування при ремонтних та аварійних ситуаціях.

Електричні зв’язки між окремими елементами потокових ліній повинні бути оснащені контрольною та сигнальною апаратурою, датчиками та регуляторами, яки будуть забезпечувати автоматичне керування технологічним процесом.

4.3 Вибір параметрів контролю і керування

Датчик рівня, який використовується в принциповій схемі, призначені для керування сигналізацією та контролю частин механізму, що рухається.

Вибір датчиків виконується по наступним параметрам:

1. За типом, ступенем захисту, кліматичному виконанню і категорії розміщення.

2. За номінальною напругою.

3. За довгостроково припустимому струму.

4. За кількістю замикаючих та розмикаючи контактів.

Таким чином обираємо кінцеві вимикачі типу ВК-200, які мають такі параметри:

1. I_н = 25А

2. U_н =220 В

3. Ступень захисту IР67

4. Замикаючих контактів-1,розмикаючи-1.

4.4 Розробка принципової електричної схеми керування

Принципової електричної схеми керування дозатора 56В-17 приведена в графічній частині курсової роботи.

4.5 Оцінка надійності елементів автоматизації

Для визначення надійності схеми автоматичного керування розраховуємо інтенсивність відмовлень елементів схеми, що є відношенням числа відмовлень в одиницю часу до середнього числа елементів, що продовжують працювати в даний відрізок часу. Імовірність безвідмовної роботи схеми керування визначається за формулою:

Р_t = е^{-∑к·λ·t} (3.1)

де к - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив навколишнього середовища на збільшення інтенсивності для стаціонарних наземних установок, к=10;

λ_і – інтенсивність відмовлень кожного елемента,год;

t – час роботи схеми

Користуючись довідковою літературою, визначаємо інтенсивність відмовлень елементів схеми. Дані зводимо в таблицю 3.1.

Таблиця 4.1 Дані для розрахунку надійності

Час безвідмовної роботи визначаємо по формулі:

Т= 1 / ∑ λ_і

Т=1 / 1.14657· 10^-3 =0.87217 год

4.6 Специфікація матеріалів і обладнання

Специфікація матеріалів і обладнання зведена в таблиці 4.2

Таблиця 4.2 Специфікація матеріалів і обладнання

5 ЕНЕРГОРЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧІ ЗАХОДИ

Енергозберігаюча політика в АПК включає наступні напрями:

1) обґрунтування, і розробка нормативів споживання енергії і показників енергоємності по основних процесах с.г. виробництва;

2) освоєння енергоекономних технологій виробництва с.г. продукції, включаючи нові електротехнології, засновані на використанні електрофізичних методів впливу на біологічні об'єкти і продукти переробки;

3) розробка і впровадження ефективних технологій і економного обладнання по залученню в енергобаланс і широкому використанню місцевих енергоресурсів і біопалива;

4) освоєння нового електротеплового і теплоенергетичного обладнання з підвищеним ККД, що забезпечують економію до 20% ПЕР за рахунок ліквідації або скорочення розподільних мереж;

5) підвищення коефіцієнта потужності.

Також енергозбереження можливо впроваджувати за допомогою спеціальних режимів роботи двигуна з метою зниження споживання із мережі активної потужності, частиною яких є приведені вище втрати електроенергії без помітної зміни умов технологічного режиму роботи устаткування цілому. Аналіз енерговикористання АД показує, що рівень визначених втрат електроенергії залежить від режиму споживання активної потужності приводними АД. Між тим, заміна характеру режиму енергоспоживання приводних механізмів на конкретному устаткуванні в більшості випадків є визначеною можливістю для реальної мінімізації рівня споживання електроенергії з врахуванням існуючого технологічного режиму.

5.1 Розробка заходів щодо економії електроенергії

Сільськогосподарське виробництво характеризується відносно низьким коефіцієнтом потужності працюючих електроустановок, що обумовлює великі втрати електричної енергії в розподільних мережах, неповне використання потужності і зниження ККД двигунів і трансформаторів.

Найбільш ефективним способом підвищення коефіцієнта потужності електроустановок є компенсація реактивної потужності за допомогою статичних конденсаторів. Компенсація реактивної потужності в залежності від місця установки може бути індивідуальною, груповою і централізованою.

Доцільність компенсації реактивної потужності і місце установки конденсаторів повинні бути обґрунтовані техніко-економічними розрахунками. Проектування установок компенсації реактивної потужності ведеться у відповідності з методикою, викладеною в ряді керівних документів [4].

На НС встановлені синхронні двигуни ВДС-325\29-24, таким чином регулюючи струм збудження – компенсуємо реактивну потужність. Тож розрахунок непотрібний.

Крім компенсації реактивної потужності в розподільних мережах з використанням статичних конденсаторів, економію електроенергії можна забезпечити проведенням наступних організаційних і технічних заходів:

1 Удосконалення технології виробництва з ціллю забезпечення
завантаження електродвигунів в межах 70-80% їх номінальної потужності, що відповідає максимальним значенням ККД ЕД при роботі.

2 Комплексній автоматизації технологічних процесів, що забезпечує зниження витрати електроенергії на 5-10%.

3 Обґрунтований вибір потужності ЕД з урахуванням дійсного режиму роботи (тривалого S1, короткочасного S2 тощо) і завантаження в приводі технологічного обладнання.

4 Прийняття мір по зниженню тривалості роботи на холостому ході ЕД, силових і зварювальних трансформаторів.

5 Застосування енергозберігаючих асинхронних ЕД, що мають високий ККД і коефіцієнт потужності, наприклад АД з частотою обертання 3000 об/хв.

6 Застосування регульованого електропривода робочих машин і механізмів і раніш всього насосів, вентиляторів і компресорів.

7 Застосування замість асинхронних синхронних електродвигунів з використанням їх можливостей по компенсації реактивної потужності.

8 Використання електронагрівальних установок з акумуляцією тепла, а також їх роботи за принципом теплової насосної установки (ТНУ).

9Забезпечення суворого обліку витрати електроенергії з використанням багато тарифних електронних лічильників з класом точності не більше 1,0.

6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ДОВКІЛЛЯ

6.1 Обґрунтування вибору і призначення пристроїв технічної безпеки

Аналіз небезпечності враження людини електричним струмом може бути найбільш повним у тому випадку, коли будуть враховані по можливості усі об'єктивні фактори, які впливають на електротравму. Тільки в цьому випадку можна найбільш правильно визначити профілактичні і захисні міри в електроустановках.

Аналіз електротравматизму людей в сільськогосподарському виробництві показав, що електротравматизм переважає при експлуатації електроустановок напругою до 1000 В. Найбільше небезпечне випадкове торкання людей до струмоведучих частин електроустановок у вологих, особливо вологих і особливо вологих з хімічно активним середовищем, а також торкання до струмоведучих частин електроустановок, встановлених під навісом або на відкритому повітрі. В такій аварійній ситуації людина попадає під фазну напругу 220 В, а струм через її тіло досягає максимальної величини і значно перевищує допустимий невідпускаючий струм 5,5-15 мА. [16]

Для захисту персоналу у виробничому цеху від враження електричним струмом наряду з захисним залученням, заземленням, застосуванням автоматичних вимикачів і запобіжників використовується пристрій захисного відключення.

Пристрій призначений для захисту людей і тварин. Він забезпечує швидке автоматичне відключення електроустановки при виникненні умов враження електричним струмом.

Такі умови виникають при одно- або двофазному замкненні на корпус чи на землю; при зниженні опору ізоляції електрообладнання нижче небезпечного рівня; при торканні людини безпосередньо до струмоведучих частин, які знаходяться під напругою.

Система захисного відключення по струму витоку автоматично контролює

стан ізоляції і зменшує можливість виникнення пожеж.

Захисне відключення - найбільш ефективний вид захисту при самих небезпечних ситуаціях: випадковому торканні людиною або твариною струмоведучих частин електроустановки, при якому ні захисне занулення, ні заземлення не може забезпечити захист від враження електричним струмом. Плавкі вставки запобіжників і автоматичні вимикачі, які вибираються по струмам навантаження і короткого замкнення, спрацьовують і вимикають електроустановку при струмах, які у багато разів перевищують максимально допустимі по критеріям безпечності.

Таким чином, основні переваги захисного відключення - швидкодія і автоматичне спрацьовування в аварійних ситуаціях.

Найбільше поширення отримали пристрої захисного відключення типу РУД-022, РУД-024, РУД-05УЗ і ЗОУП-25, але пристрій DFS4 більш сучасний і надійний.

Сучасні стандарти більшості світу, пред'являють все більш високі вимоги до підвищення безпеки роботи персоналу і зростанню економічної ефективності. Ці фактори обумовлюють потребу в захисті і спостереженні за електрообладнанням. Ці функції виконує прилад УЗДР-8.

При всій універсальності реле контролю фаз перевіряє параметри тільки живлячої мережі. Але можливі такі ситуації, кили вони відповідають нормі, а навантаження знаходиться в аварійному або перед аварійному стані, наприклад перегрів електродвигуна при перевантаженні. Крім цього при зниженні опору ізоляції, можливо ураження обслуговуючого персоналу струмом. Пристрій захисту слідкує не тільки за станом живлячої мережі, але і за навантаженням.

Прилад УЗДР-8 являється малогабаритним сигнально-командним пристроєм, призначений для захисту електродвигунів або іншого навантаження шляхом їхнього аварійного вимикання.

Прилад видає команду на вимикання при виникненні наступних ситуацій:

1) Невірний порядок чередування фаз;

2) Обрив фази;

3) Вихід напруги за встановлені межі;

4) Перекіс напруги на фазах;

5) Перекіс по струму споживання на фазі;

6) Перевищення номінального струму споживання;

7) Перегрів обмотки статора електродвигуна або захищаючого об’єкта.

Прилад формує попередню команду на заборону включення навантаження (блокування пуску) в наступних випадках:

1) Неправильний порядок чередування фаз;

2) Підвищений струм витоку ізоляції обмотки статора електродвигуна або кабелю, з’єднуючого магнітний пускач з електродвигуном або навантаженням;

3) Обрив фаз;

4) Вихід напруги за встановлення межі;

5) Перекіс напруги на фазах;

6) Перегрів обмотки статора електродвигуна або захищаючого об’єкта.

Прилад застосовується в поєднанні з магнітними пускачами з котушками вмикання на напругу 220-380 В, 50 Гц.

Таблиця 6.1-Технічні характеристики пристрою УЗДР8

6.2 Технічні дані пристроїв захисного відключення

В таблиці 6.2 наводимо технічну характеристику професійного пристрою захисного відключення DFS4.

Таблиця 6.2- Технічні дані DFS4.

Рисунок 6.1—Схема електрична принципова, підключення пристрою DFS4

6.3 Опис конструкції

Пристрої захисного відключення являються високочутливими реле, які відключають через комутаційний апарат електроустановку в трифазних чотирьохпровідних мережах з глухозаземленою нейтраллю, при виникненні струмів витоку небезпечної величини.

Виконавчий орган пристрою має чотирьохполюсне виконання, яке дозволяє здійснювати розрив фазного і нульового проводів, що виключає занос електричних потенціалів через мережі занурення з других об'єктів. Для пристроїв захисного відключення побутових об'єктів і однофазних виробничих установок застосовується двохполюсний виконавчий орган.

Чутливий командний орган пристрою має практично не залежні від температури і вологості навколишнього середовища захисні характеристики, допускає відхилення напруги мережі від номінального у межах від -15 до +10% і повністю відстроєний від несиметричних навантажень або струмів небалансу, які можуть викликати помилкові спрацьовування.

Датчиком струму утікання на землю для мереж з глухозаземленою нейтраллю служить диференційний трансформатор струму (ДТС), реагуючий на різницю струмів нульової послідовності.

Пристрої захисного відключення у даний час виготовляють як для самостійної установки з відповідними комутаційними апаратами, так і вмонтовані.

УЗДР-8 являє собою пристрій захисту електродвигуна, він розділений на два модуля: датчиків струму і електронний. Модуль датчиків містить в своєму складі три трансформатора струму і схему, яка передає інформацію в електронний модуль. Крім цього сигналу до електронного модулю підключаються дроти живлячої, контролюючої мережі, термодатчика, контролю опору ізоляції і виконавчого пристрою, на лицевій панелі пристрою захисту електродвигуна розміщується кнопки керування індикаторна панель, яка відображає режими роботи і причини аварійних станів системи.

6.4 Електрична схема і принцип дії

При відсутності замкнень або витоку струму на землю на вторинній обмотці трансформатора напруга не індукується, а в разі замкнення рівновага струмів порушується і частина струму (по землі або спеціальному п'ятому проводу) в нейтраль силового трансформатора. У вторинній обмотці диференціального трансформатора індукується напруга, яка після підсилення подається на проміжне реле, а з нього на котушку розчіплювача або котушку дистанційного керування комутаційним апаратом. Пошкоджена електроустановка миттєво відключиться, якщо величина вторинного струму перевищує струм спрацьовування уставки. Електричну схему підключень пристроїв захисного відключення наводимо на аркуші 6 графічної частини проекту.

6.5 Місце встановлення і особливості експлуатації

Вибір місць встановлення захисних відключаючих пристроїв в електроустановках напругою до 1000 В з глухозаземленою нейтраллю в кожному конкретному випадку зв'язується зі схемою розподілення електроенергії, технологічними процесами об'єкта захисту, рівнем експлуатації.

У виробничому цеху потрібно застосувати змішану систему захисту, тобто встановлення пристроїв захисного відключення на окремих струмоприймачах і на групу споживачів. Раціонально встановлювати пристрої на обладнанні, яке знаходиться в тяжких експлуатаційних умовах: мобільні машини, транспортери, електронагрівачі і т.п.

У всіх випадках рекомендується встановлювати окремий апарат для захисту освітлювальних мереж і інших однофазних споживачів.

При виборі системи захисту надається перевага селективній системі захисту, яка передбачає декілька ступенів захисних вимикаючих пристроїв, причому кожна наступна ступінь повинна мати струм уставки і час спрацьовування, відмінні одне від одного.

На вводі в цех потрібно встановити пристрій з уставкою струму витоку на землю рівною 100 мА, на групу електроспоживачів або на окремий споживач -30, 20, 10 мА. В залежності від умов експлуатації і імовірності торкання до струмоведучих частин величина уставки збільшується при покрашенні умов експлуатації і зменшенні імовірності торкання і навпаки.

При такій системі захисту індивідуальний споживач опиниться під захистом декількох ступенів пристроїв захисного відключення, що забезпечує надійний захист від враження людей електричним струмом. [17]

Захисні відключаючи пристрої і комутаційні апарати бажано розміщувати в окремому приміщенні, де відсутнє хімічно активне середовище; монтуватися вони повинні в місцях доступних для огляду.

Особливостями експлуатації пристроїв захисного відключення є періодичні (не менше одного разу на тиждень) перевірки працездатності схеми реле шляхом імітації струму витоку в захищаємій мережі натисканням контрольної кнопки.

Перевірку справності реле допускається проводити при відключеному навантаженні. У разі неспрацьовування захисту при включенні контрольної кнопки, подальша його експлуатація до усунення несправності не допускається.

Відкривати реле і проводити різні підключення до клем в процесі роботи також не допускається. Якщо захист спрацював в результаті несправності мережі, необхідно провести повторне включення захисту. При повторному відключенні мережі подальше включення захисту проводять тільки після усунення несправності мережі.

Підтримка пристроїв захисного відключення у справному стані в процесі їх експлуатації здійснюється у відповідності до положень діючих інструкцій і рекомендацій. Технічне обслуговування пристроїв захисного відключення являє собою комплекс операцій по забезпеченню їх працездатності.

В процесі експлуатації пристроїв необхідно проводити їх періодичне технічне обслуговування, у вологих приміщеннях - раз у два місяця. Технічне обслуговування проводять на місці установки пристроїв без демонтажу, але з частковим розбиранням.

Роботи по технічному обслуговуванню повинен виконувати електромонтер з кваліфікацією не нижче IV розряду і III групою допуску.

Затрати праці складають 0,5 люд. год.; виконується у слідуючій послідовності:

1) Перевірити працездатність пристрою захисного відключення натисканням кнопки "Контроль".

2) Відключити напругу на лінії до пристрою.

3) Очистити пристрій від пилу та бруду.

4) Зняти кришку пристрою.

5) Зняти дугогасильну решітку.

6) Оглянути контакти магнітного пускача і кнопок "Пуск", "Стоп",
"Контроль". Перевірити щільність їх прилягання, почистити від нагару.

7) Перевірити наявність заземлення. Заміряти величину перехідного опору контакту заземлення. Перехідний опір між затискачем заземлення і найбільш доступною металевою частиною виробу, в тому числі роз ємною, повинен бути не більше 0,1 Ом.

8) Встановити дугогасильну решітку.

9) Перевірити надійність кріплення пристрою. Послаблене кріплення під
тягнути.

10) Встановити кришку пристрою.

Технічне обслуговування усіх захисних відключаючих пристроїв проводять аналогічно.

Висновок: даний захист дозволить знизити небезпечність враження персоналу електричним струмом і тим самим підвищити безпечність праці.

6.6 Заходи щодо екології

Приготування грубих кормів є безпечним щодо впливу на навколишнє природне середовище, так як немає шкідливих викидів при здійсненні технологічного процесу. Технологічні відходи води, які використовуються для миття технологічного обладнання стікають до закритої стічної ями, яка розташована відповідно до санітарних норм і не завдає шкоди навколишньому середовищу.

ВИСНОВОК

Відповідно до аналізу господарської діяльності та стану електрифікації технологічних процесів НС в курсовому проекті виконано:

· електрифікації і автоматизації виробничих на НС, розроблена схема технологічного процесу та визначена енергоємність продукції

· всі робочі машини та механізми забезпечені електроприводом - асинхронними двигунами з короткозамкнений ротором серії АИР відповідно до кліматичного виконання, захисту та категорії розміщення.

· розроблені принципова електрична схема, схема з єднань та схема підключення лінії грубих кормів .

· зроблена оцінка надійності елементів автоматизації.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Правила устройства електроустановок .- М.: Энергоатомиздат, 1985.-640 с.

2. Корма и рационы с/х животных», М.: Колос, 1969.- 98с

3. Мартыненко И. И. Курсовое и дипломное пректирование по комплексной электрофикации и автоматизации / И.И.Мартыненко , Л. П. Тищенко Л. П. -М.: Колос, 1978.-223 с.

4. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / И. Ф. Кудрявцев, А. А. Калинин и др. Под ред. И. Ф. Кудрявцева. –М.: Агропромиздат, 1988.-480 с.

5.Бородин И.Ф. Технические средства автоматики / Бородин И.Ф.- М.:Колос, 1982.303с

6.Фоменков А.П. Електропривод сельскохозяйственных машин, агрегатив и поточных линий / Фоменков А.П.-М.:Колос,1984.-228с.

7.Електропривід: ч.1. / [Марченко О.С., Лавріненко Ю.М.Савченко І.П., Жулан Є.Л. ]; за ред..О. С. Марченко – К.: Урожай, 1995.-208 с.

8.Методика выбора элементов пускорегулирующей и защитной аппаратуры электроприводов сельскохозяйственных машин РТМ 105/23/46/70/16-0-164-81.-М.:1981.-35с.

9.Выключатели автоматические серии ВА 51 и ВА 52 на номинальные токи 250, 400 и 630 А: каталог электрооборудования 07.00.15-84. – М.: Информэлектро, 1984.-12с.