Введение

Энергосбережение (или рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии) стало в последние годы одним из основных приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира.

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 (НУ) нашей страны использует нерегулируемый электропривод, что приводит к лишним затратам электроэнергии. Использование регулируемого электропривода насосных агрегатов в системах коммунального и промышленного водоснабжения в течение последних 5-7 лет явилось предметом пристального внимания со стороны эксплуатирующих организаций. Стало очевидно, что регулирование скорости рабочего колеса насосов позволяет существенно повысить энергетические показатели установок, получить значительную экономию электроэнергии, и сократить потери воды за счет исключения избытка давления в гидравлической сети.

В большинстве случаев реализация этого технического мероприятия выполняется в порядке модернизации действующих насосных станций: в цепи питания асинхронного двигателя насоса устанавливаются преобразователи частоты, позволяющие регулировать скорость двигателя. При этом используются преобразователи иностранных компаний: Hitachi (Япония), Mitsubishi (Япония), Dan Foss (Дания) и др., а также разработки отечественных фирм: "Триол", "Приводная техника", ЧЭАЗ, МПП "Цикл" и прочих.

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. Вот почему тема данного дипломного проекта является весьма актуальной в настоящее время.

1 Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу

1.1 Описание промышленной установки

Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) - установка непрерывной разливки стали.

Жидкая сталь, полученная в сталеплавильном агрегате, выпускается в сталеразливочный ковш. Вместимость ковшей обычно равна массе одной плавки и может составлять от нескольких десятков тонн до 330-350т жидкой стали. При этом длительность пребывания стали в ковше может составлять от 2 до 6 часов, что обусловливает высокие требования к надежности и стойкости рабочего слоя футеровки ковшей. Функционально сталеразливочный ковш обеспечивает транспортировку стали от сталеплавильного агрегата к МНЛЗ, доводку стали по химическому составу и температуре и перелив в промковш.

Промежуточный ковш является одним из важнейших технологических элементов при разливке стали на МНЛЗ. Промковш обеспечивает прием металла из сталеразливочного ковша, его усреднение и перелив в кристаллизаторы. В цепи технологических переливов промежуточный ковш является буферной емкостью, так как с его помощью согласовывается поступление металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор. При этом обеспечиваются усреднение поступающей порции металла и предотвращение попадания шлака в кристаллизатор. Предполагается, что конструкция промежуточного ковша должна обеспечивать минимальные потери тепла металлом. Промежуточный ковш обеспечивает поступление металла в кристаллизатор с определенным расходом и, обеспечивая хорошо организованную струю, позволяет разливать сталь в несколько кристаллизаторов одновременно и осуществлять серийную разливку методом плавка на плавку при смене сталеразливочных ковшей без прекращения и снижения скорости разливки.

Кристаллизатор представляет собой один из наиболее функционально важных узлов, определяющих рациональную работу МНЛЗ и оптимальное качество непрерывнолитой заготовки. Кристаллизатор предназначен для приема жидкого металла, попадающего в него из промковша, а также перевода части жидкой стали в твердое состояние посредством интенсивного отвода тепла охлаждающей водой. Сталь из промковша попадает в кристаллизатор либо открытой струей, либо посредством подвода под уровень металла с помощью погружного стакана. В кристаллизаторе происходит формообразование конфигурации заготовки посредством наращивания твердой корочки. Процесс формирования твердой корочки сопровождается выделением тепла в окружающую среду (через стенки кристаллизатора). Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения, называемую также второй зоной кристаллизации.

Зона вторичного охлаждения заготовки начинается непосредственно под кристаллизатором. Это обусловливается тем фактом, что твердая корочка металла, сформировавшаяся в кристаллизаторе, еще весьма тонкая и недостаточно прочная и требует дальнейшего ее наращивания. В современных МНЛЗ протяженность зоны вторичного охлаждения в зависимости от сечения заготовки и скорости литья может составлять от 8-10 м до нескольких десятков метров. Равномерное охлаждение непрерывнолитой заготовки является наиболее важной задачей, решаемой в зоне вторичного охлаждения. При этом заготовка, выходящая из кристаллизатора, имеет твердую корочку толщиной 15-35 мм, а также жидко-твердую зону и внутреннюю зону с жидкой фазой. Отвод тепла от поверхности заготовки в ЗВО достигается путем интенсивного опрыскивания ее поверхности водой или водовоздушной смесью, отвода тепла к поддерживающим роликам с внутренним охлаждением, вследствие конвекции и лучеиспускания в окружающую среду. Наиболее интенсивно тепло отводится в области прямого действия форсунки и в области контакта опорного ролика с поверхностью заготовки (где скапливается часть подаваемой на охлаждение воды), а минимальный отвод тепла имеет место в зоне под роликами, куда практически не попадает распыляемый охладитель.

На выходе из МНЛЗ (после тянуще-правильной клети) заготовка разделяется на мерные длины. Процесс порезки заготовки осуществляется без остановки ее движения, что требует согласования скоростей движения заготовки и режущего устройства. На практике основным методом порезки заготовки является газовая резка, которая реализуется с помощью специальных машин. При газовой резке большая часть необходимой энергии образуется в результате сгорания стали. Газовая резка практически не имеет альтернативы особенно для заготовок больших сечений. При этом резак должен выполнить полный рез за время, которое меньше времени продвижения заготовки на мерную длину. Современный резак для слябовой заготовки, например, обеспечивает скорость резания 250-500 мм/мин в зависимости от марки стали и толщины заготовки со средней шириной реза 8-10 мм. Для широких слябов предусматриваются два резака, двигающиеся на встречу друг другу.