Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

diplom[ishodniki] / До Мигдалёнка / diplom [Poznyak].docx

.pdf
Скачиваний:
92
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
2.2 Mб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

На данном этапе технического прогресса во всех развитых странах мира в последние годы принято направление, согласно которому необходимо как можно эффективнее распределять и использовать все виды энергоресурсов. Это позволяет не только сберечь потраченные средства, но и рационализировать производство посредством его модернизации.

Так основными мероприятиями по энергосбережению и в частности в данном дипломном проекте являются: оптимальный выбор мощности электродвигателя насосной установки, а также использование частотно-

регулируемого электропривода.

Турбомеханизмы являются машинами массового применения. Около

25% всей вырабатываемой электроэнергии расходуется на электропривод насосов, вентиляторов и компрессоров. Техническое совершенство и экономичность электроприводов турбомеханизмов в значительной степени определяют рациональность использования электроэнергии в народном хозяйстве. Под экономичностью электропривода следует понимать не только его минимальную стоимость и высокие энергетические показатели, но и такое качество электропривода, как регулируемость. Высокая экономичность электропривода позволяет турбомеханизмам производить работу,

необходимую по технологическим условиям, с наименьшими энергетическими затратами.

Большинство насосных установок стран постсоветского пространства использует нерегулируемый электропривод, что приводит к лишним затратам электроэнергии. Использование регулируемого электропривода насосных агрегатов показало, что регулирование скорости рабочего колеса насосов позволяет существенно повысить энергетические показатели

3

установок, получить значительную экономию электроэнергии, и сократить потери воды за счет исключения избытка давления в гидравлической сети.

Таким образом производится модернизация действующих насосных установок, применяя в цепи питания преобразователи частоты, позволяющие регулировать скорость двигателя. При этом используются преобразователи как иностранных, так и отечественных фирм-производителей.

Целью данного дипломного проекта является проектирование частотно-регулируемого электропривода насосной установки. Применение частотно-регулируемого электропривода турбомеханизмов позволяет обеспечить требуемые технологические показатели при существенном сокращении затрат электроэнергии. Тема данного дипломного проекта является весьма актуальной в настоящее время.

4

1.АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

«Мозырский нефтеперерабатывающий завод» (полное наименование Открытое Акционерное Общество «Мозырский нефтеперерабатывающий завод») — одно из двух белорусских нефтеперерабатывающих предприятий.

Завод расположен в промышленной зоне города Мозыря в 15 км к югу от жилых массивов города. Предприятие является крупномасштабным, и для правильного ведения технологического процесса всего завода, необходимо своевременное, и в достаточном количестве поступление как технологической, так и питьевой воды на территорию завода и близ расположенных объектов. Для решения этой проблемы были применены насосы для подъёма и транспорта воды на необходимые расстояния.

1.1.Описание промышленной установки.

Для обеспечения водой завода и околозаводных объектов используется оборудование, расположенное на станции «Насосная II – IV

подъёма». На станции размещены насосные установки для обеспечения подачи питьевой и технологической воды. По сути станция и разделена на два типа перекачиваемой жидкости. Второй этап подъёма говорит о менее тщательной фильтрации воды, в отличие от четвёртого, где вода фильтровалась как минимум трижды.

Часть насосов, расположенных в машинном отделении перекачивает воду для обеспечения рабочего персонала чистой питьевой водой. Другие насосы необходимы для подачи технологической воды на блоки первичной и вторичной переработки нефти, производства химических веществ, и других установок, не требующих высокого качества фильтрации воды. Причём, если для технологической воды станция является вторым этапом подъёма, то для

5

питьевой воды это уже четвёртый. В зависимости от вида используемой воды, для её забора используются различные источники, такие как природные водоёмы, реки, родники, после чего поступает в резервуары,

также разделённые по типу находящейся в них воды, и по объёму.

Представим общий вид промышленной установки на следующем рисунке:

Рисунок 1.1 – Общий вид промышленной установки с размещением оборудования

На рисунке 1.1 приняты следующие условные обозначения:

Н1 … Н9 – насосы, соответственно 1 … 9;

М1 … М9 – двигатели, соответственно 1 … 9.

В данном дипломном проекте стоит задача модернизации процесса подачи питьевой воды на Мозырский нефтеперерабатывающий завод

6

1.2.Анализ технологического процесса промышленной установки и

выбор управляемых координат электропривода.

В нашем технологическом процессе применяется 4 параллельно установленные насосные установки. Однако при этом один или два насоса работают постоянно, а третий включается при аварийном останове одного из рабочих насосов. Четвёртый насос (Н9) необходим на случай пожарных ситуаций и постоянно выключен. Насос Н6 является основным рабочим насосом, который постоянно поддерживает необходимый напор в сети,

определяющийся режимом водопотребления. Насос Н7 предназначен для поддержания (подкачки) заданного напора, если мощности насоса Н6 не хватает. Насос Н8 является резервным, который вступает в работу в случае выхода из строя насоса Н6 или насоса Н7.

Управляемой координатой в данной установке является поддержание давления в заданных пределах. Текущее значение давления в напорной части водопровода поступает от датчика давления. В соответствии с поступившим значением давления контроллер дает задание на преобразователь частоты и подключает его к одному из трех насосов.

Давление на выходе с насосной станции находится в заданных пределах. Если давление больше нормы, СУ проверяет число работающих насосов. Если работают два насоса, то делается проверка работы ПЧ на минимальной частоте. Если нет, то дается команда на уменьшение его частоты, в противном случае происходит отключение насоса, работающего от ПЧ, а к ПЧ подключается насос, работающий от сети.

Наиболее широкое распространение получили установки с центробежными насосами.

В спиральном корпусе насоса помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к

7

центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку, центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разряжение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение, и центробежный насос имеет равномерный ход.

Приведём принципиальную схему центробежного насоса на рисунке

1.2 с описанием работы механизма и указанием на нём основных элементов,

участвующих в технологическом процессе.

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема центробежного насоса

1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал; 5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 -

подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 - всасывающий патрубок.

На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод.

Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и

8

преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями,

что достигается специальной формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергии за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда,

находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

1.3.Формулирование требований к автоматизированному

электроприводу.

Насосы являются механизмами с режимом длительной нагрузки с малым числом включений и большим количеством часов работы в году.

Нагрузка на валу приводного двигателя спокойная, без перегрузок.

Электропривод должен нормально функционировать в условиях повышенной влажности и относительно высоких температур, а также иметь максимально возможные показатели надежности. В этих условиях предпочтительным является применение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), получающего питание от преобразователя частоты (ПЧ). АДКЗ отличается простотой, надежностью,

отсутствием контактных соединений (щеток), дешевизной, а ПЧ позволяет добиться достаточно точного регулирования скорости АДКЗ, и конечно сбережения энергоресурсов.

Таким образом, можно сформулировать требования к электроприводу и системе автоматизации промышленной установки.

9

Автоматизированный электропривод должен обеспечивать:

необходимый диапазон регулирования скорости;

линейный закон изменения скорости во время пуска;

торможение выбегом;

климатическое исполнение УХЛ4;

степень защиты IP44;

в случае выхода из строя ПЧ перейти в режим нерегулируемого насоса (байпасный режим включения);

включение резервного насоса при выведении из строя основного.

10

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

2.1.Обзор систем электропривода, применяемых в промышленной

установке.

Обычно насосы подбирают по максимальному значению требуемой подачи. Однако в условиях эксплуатации объемную подачу и напор необходимо изменять. Фактическая подача определяется точкой пересечения характеристики полного давления насосов с характеристикой сети. Значит,

изменить подачу можно в результате изменения характеристики нагнетателя или сети.

Под регулированием понимают такое изменение подачи (и других параметров работы) насоса, которое осуществляется с помощью специального регулирующего устройства (направляющего аппарата, гидро-

и электромуфты, дросселя-клапана и т.д.), позволяющего получать непрерывное изменение характеристик без останова машины.

Цель регулирования – приспособление параметров насосов к изменяющимся условиям его работы.

Все регулирующие устройства в зависимости от их влияния на характеристику или нагнетателя можно разделить на 2 группы:

устройства, изменяющие характеристику сети, но не изменяющие характеристику насоса. К таким устройствам относятся клапаны, шиберы, задвижки, диафрагмы и т.д.

устройства, изменяющие частоту вращения рабочего колеса

(характеристику насоса). При этом характеристика сети не изменяется.

Известно множество устройств, позволяющих изменять частоту вращения рабочего колеса: фрикционные передачи, гидромуфты, индукторные муфты

11

скольжения, различные системы электропривода (ПЧИН-АДКЗР, ПЧИТ-

АДКЗР, ТРН-АДКЗР, АВК и т.д.) и т.д.

Из первой группы рассмотрим один из самых распространенных способов регулирования – это регулирование производительности турбомеханизма с помощью задвижки. Из второй группы один из самых перспективных на сегодняшний день способ регулирования параметрами турбомеханизма - система электропривода ПЧИН-АДКЗР.

Дросселирование при n = const – самый неэкономичный, но весьма распространенный способ регулирования. Он заключается в искусственном введении в сеть дополнительного сопротивления в виде заслонки, дросселя-

клапана или других подобных элементов. При этом сопротивление сети увеличится. Поскольку наибольшая подача достигается при полностью открытом состоянии задвижки, то такой способ регулирования применяется только с целью уменьшения подачи.

Рисунок 2.1 – Схема регулирования насоса путем дросселерования

При дросселировании уменьшается мощность на валу машины и вместе с тем повышается доля энергии, расходуемой при регулировании.

Поэтому такой способ не экономичен. Чем более глубже осуществляется процесс регулирования, тем более непроизводительны затраты мощности.

Соседние файлы в папке До Мигдалёнка