Коротка інструкція з техніки безпеки

Щоб уникнути нещасних випадків під час роботи в лабораторії, необхідно дотримуватись таких основних положень і правил техніки безпеки:

1 До початку роботи всі студенти повинні досконало вивчити схему з’єднання, засвоїти розміщення елементів електрообладнання, звернувши особливу увагу на положення вимикачів з боку мережі живлення.

2 Збирання схеми та її переключення повинні проводитись при вимкнених вимикачах з боку мережі живлення.

3 Перед введенням в дію лабораторної установки потрібно обов’язково провести її огляд і впевнитись у відсутності сторонніх предметів. Стосовно пристроїв, що обертаються, треба перевірити надійність з’єднання муфт.

4 Перед вмиканням стенду треба перевірити, чи немає небезпеки доторкання до струмопровідних елементів схеми. Той, хто вмикає автоматичний вимикач, повинен попередити всіх працюючих на установці.

5 Особлива обережність необхідна під час роботи з пов-зунковими резисторами. При переміщенні повзунка резистора вільна рука не повинна доторкатись до заземлених частин, а також частин, що знаходяться під напругою.

6 Студентам не дозволено різати, з’єднувати і розплітати проводи.

7 Категорично заборонено спиратись на лабораторний стенд та елементи схеми, переступати через частини обладнання, що обертаються.

8 Заміна запобіжників проводиться викладачем чи лабо-рантом після того, як на робочому щиті будуть вимкнені всі вимикачі.

9 Дозволяється розбирати схему тільки при знятій напрузі та вимкнених автоматичних вимикачах.

10 Категорично заборонено увімкнення стенда під напругу без перевірки схеми з’єднань викладачем.

Лабораторна робота №1

ДОСЛІДЖЕННЯ І НАЛАДКА ЕЛЕКТРОПРИВОДУ АВТОМАТИЗОВАНОЇ ЗАСУВКИ

Мета роботи: дослідження електроприводу автоматизованої засувки та способів його наладки

1 Основні теоретичні положення

У зв’язку із впровадженням системи автоматизованого керування у технологічних схемах водо- і нафтонасосних станцій, нафтопарків і нафтобаз широко застосовуються засувки з електроприводом, що має дистанційне та автоматизоване керування.

Для автоматизованого керування засувкою використовується наступне обладнання: реле рівня (або тиску), шляхові вимикачі, командоапарати та ін.

Імпульс на запуск електродвигуна засувки подається за допомогою контактів реле рівня або реле тиску. В роботі імпульс на закриття та відкриття засувки створюють контакти приладу ЕСР-1 (електронний сигналізатор рівня).

Принцип дії сигналізатора роівня заснований на перетворенні величини ємності давача, що змінюється залежно від зміни рівня середовища в сигнал керування комутуючого реле.

Прилад дозволяє здійснювати звукову та світлову сигналізації при досягненні заданого рівня рідини, а також увімкнення та вимкнення виконавчих механізмів.

Шляхові вимикачі встановлюються на корпусі засувки. Вони спрацьовують залежно від шляху, пройденого штоком засувки. Спрацювання шляхових вимикачів - замикання чи розмикання їх контактів – це імпульс для перемикань в колах управління та сигналізації. Шляхові вимикачі також встановлються для того, щоб запобігти перехід механізму за його кінцеве положення.

Такі вимикачі називають кінцевими вимикачами. Контакти шляхових вимикачів застосовують, в основному, у колах керування.

Для керування електроприводами засувок у заданій послідовності застосовуються командоапарати з відповідною програмою.

На щитах керування та сигналізації розміщені кнопки, перемикачі та сигнальні лампи. Перемикачами вмикається будь-яка засувка на автоматизоване керування по заданій програмі. Дистанційне керування здійснюється за допомогою кнопкових станцій.

Сигнальні лампи монтуються на щиті двома групами:

– перша група знаходиться на мнемосхемі технологічного процесу, яка сигналізує відкриття чи закриття засувки;

– друга група ламп вказує, який період циклу здійснюється в поточний час та як перемикаються засувки на початку кожного нового періоду.

Автомати чи вимикачі, контактори та апаратура захисту приводного електродвигуна засувки зазвичай монтуються на магнітних станціях.

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Ознайомлення з конструкцією засувки та апаратурою, яка необхідна для схеми.

2.2 Запис технічних даних обладнання.

2.3 Збирання схеми.

2.4 Налагодження, увімкнення схеми керування та її випробування у різних режимах.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Принципова схема автоматизованої засувки подана на рисунку 1.1. Керування засувкою може бути автоматизованим або дистанційним в залежності від положення універсального перемикача SА. Якщо останній знаходиться в положенні “А” (автоматизоване керування), імпульс на запуск електродвигуна засувки подається контактами KQQ_H (реле рівня нижнього електронного сигналізатора рівня), відкриваючи її, або контактами KQQ_B (реле рівня верхнього), закриваючи засувку.

Коли рівень рідини у резервуарі знаходиться нижче нижнього положення, контакти KQQ_H - закриті, отримує живлення котушка магнітного пускача KM1, яка замикає силові контакти KM1 і вмикає двигун на відкриття засувки. Одночасно замикається блок-контакт КМ1 в колі котушки реле часу КТ.

Зупинка електродвигуна в кінцевому положенні засувки здійснюється кінцевим вимикачем SQ3, який розмикається. При цьому замикається контакт SQ4 і загоряється червона лампочка HLR, яка сигналізує, що засувка повністю відкрита.

При відкритій засувці рідина наповнює резервуар. Рівень досягає верхнього положення, внаслідок чого замикається замикаючий контакт KQQ_B, отримує живлення котушка магнітного пускача KM2, яка замикає замикаючі силові контакти і вмикає двигун на закриття засувки. Одночасно замикаються блок-контакти КМ2 в колі котушки реле часу РТ.

Зупинка двигуна при повністю закритій засувці здійснюється за допомогою SQ1, який розмикається і обезживлює котушку КМ2. Одночасно замикається SQ2 і загоряється зелена лампочка HLG.

На період пускового режиму передбачається блокування захисту від максимального струму KA (пускового струму). Блокування здійснюється за допомогою реле часу KT, яке замикає коло реле KL тільки після закінчення витримки часу, достатньої для спадання пускового струму.

Захист від перевантаження двигуна здійснюється за допомогою теплових реле KK1 і KK2, контакти яких під час перевантаження розмикаються в колі катушок контакторів KM1 або KM2, останні втрачають живлення і розмикають силові контакти, вимикаючи двигун засувки з мережі.

У схемі керування передбачений захист приводу засувки від надмірних механічних зусиль, які виникають при заїданні механізму засувки, а також при повному закритті засувки, коли важко зробити повну зупинку за допомогою кінцевих вимикачів. Захист здійснює реле, що знаходиться у колі статора двигуна M.

При зростанні моменту, а отже, і струму двигуна, реле KA спрацьовує і замикаючими контактами включає коло котушки аварійного реле KL, яке розмикаючим контактом KL відключає кола котушок магнітних пускачів KM1 і KM2 та замикаючим KL включає аварійний сигнал HLY (жовта лампочка). Після усунення аварійного режиму реле KL деблокується кнопкою SBT2.

При переході на дистанційне керування засувкою перемикач SА ставиться в положення D. Включення двигуна здійснюється кнопками SBCB – на відкриття і SBCЗ – на закриття засувки, а зупинка - кнопкою SBT1.

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Зібрати схему керування.

4.2 Перевірити схему керівником роботи.

4.3 Ввімкнути автоматичний вимикач QF.

4.4 Дослідити дистанційне (ручне) керування засувкою – SА поставити в положення D.

4.5 Дослідити автоматизоване керування засувкою – SА поставити в положення А.

5 ЗМІСТ ЗВІТУ

5.1 Накреслити схему керування та привести її короткий опис.

5.2 Навести технічні дані електрообладнання.

5.3 Зробити висновки про роботу засувки.

6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

6.1 Для чого застосовуютьс засувки?

6.2 Як працює схема автоматизованого керування засувкою?

6.3 Пояснити призначення реле KA, КК?

6.4 Які функції виконує реле КТ?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ КОМПРЕСОРНОЇ УСТАНОВКИ

Мета роботи: Дослідження схеми керування компресорною установою та її налагодження

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Стискання повітря і газу для промислових цілей та для транспортування їх по трубопроводах здійснюється компресорами - поршневими і відцентровими. На компресорних станціях магістральних газопроводів при наявності джерела зовнішнього електропостачання використовують відцентрові нагнітачі компресори з електричним приводом.

Рисунок 2.1 – Індикаторна діаграма

Потужність електродвигуна поршневого компресора може бути визначена на основі індикаторної діаграми стискання повітря або газу. Така діаграма подана на рисунку 2.1.

Деяка кількість газу стискається відповідно до діаграми від початкового об’єму V1 і тиску р1 до кінцевого об’єму V2 і тиску р2. На стискування газу витрачається робота, яка буде різною залежно від характеру процесу стискання. Цей процес може здійснюватись по адіабатному закону - крива 1, по ізотермічному закону при постійній температурі - крива 2, або по політропі - крива 3.

Робота при стисканні газу для політропного процесу визначається за формулою:

(2.1)

де m - показник політропи;

р1 - початковий тиск газу, Па ;

р2 - кінцевий тиск стисненого газу, Па;

V1 - початковий питомий об’єм газу при всмоктуванні, м³.

Потужність електродвигуна визначається за формулою:

(2.2)

де Q - продуктивність компресора;

_k - індикаторний ККД компресора, який враховує втрати потужності в ньому при реальному робочому процесі;

_П - ККД механічної передачі між компресором і електродвигуном.

Оскільки теоретична індикаторна діаграма суттєво відрізняється від реальної, а отримання останньої не завжди можливо, то при визначенні потужності на валу компресора часто користуються наближеною формулою, де вихідними даними є робота ізотермічного і адіабатного стискання, а також ККД компресора, значення яких приводяться в довідниках, тобто формула для визначення потужності має вигляд:

(2.3)

де Q - продуктивність компресора;

A_i - ізотермічна робота стискання 1 м³ атмосферного повітря до тиску Р₂;

A_a - адіабатна робота стискання 1 м³ атмосферного повітря до тиску Р₁.

Потужність на валу компресора при орієнтовних підрахунках визначають за емпіричною формулою:

(2.4)

де m - показник політропи стискання, для турбо-компресорів з водяним охолодженням m=1,25-1,35; для нагнітачів без водяного охолодження m=1,45-1,55;

P1 - абсолютний тиск газу або повітря на стороні всмоктування, кН /м²;

P2 - абсолютний тиск газу або повітря на стороні нагнітання, кН /м²;

Q - продуктивність, віднесена до умов всмоктування, м³/хв;

_пол - індикаторний політропний ККД , _пол =0.6-0,8 ;

_м - механічний ККД , _м =0,88 -0,92;

Z – кількість ступенів стискання.

Потужність електродвигуна для приводу компресора будь-якого типу і виконання повинна бути завжди більша потужності компресора і визначається за формулою:

, (2.5)

де к - коефіцієнт запасу, рівний 1,1-1,35 (нижня межа для електродвигунів великої потужності; верхня - для малої і середньої );

_n - ККД передачі від електродвигуна до насоса (при жорсткому з’єднанні валів двигуна і насоса муфтою _n=0,98; при клинопасовій передачі _n=0,95; а плоскопасовій _n=0,9).

Рисунок 2.2 – Принципова схема компресорної установки

Рисунок 2.3 - Схема аварійного вимкнення компресорної установки

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Записати технічні дані електродвигуна, компресора, апаратури управління.

2.2 Зібрати електричну схему установки.

2.3 Визначити потужність електродвигуна компресора.

2.4 Включити установку і випробувати всі режими роботи компресорної установки.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Схема лабораторної установки подана на рисунках 2.2 і 2.3. Схема забезпечує пуск двигуна компресора і керування поршневим компресором. Вмикається двигун компресора за допомогою автоматичного вимикача QF1 і кнопки SBC1, або з диспетчерського пункту за допомогою кнопки SBC2. Дозвіл на пуск електродвигуна здійснюється за допомогою реле KL2, якщо тиск в резервуарі повітря (ресивері) менше норми. При цьому замикаючий контакт давача тиску В1.1 замикається котушка реле KL2 отримує живлення, і замикає контакт KL2 в колі котушки лінійного контактора KM1. Котушка контактора KM1 отримує живлення і замикає силові контакти КМ1, приєднюючи електродвигун компресора до мережі. Одночасно замикається блок-контакт КМ1.1, що шунтує кнопку SBC2.

Крім того, замикається контакт КМ1.2, напруга подається на трансформатор Т і через випрямляч VD – в коло електрогідравлічного клапана КЕГ. Отримує живлення також реле часу КT, яке з витримкою часу замикає контакт КТ. Реле КL4 отримує живлення, замикає контакт КL4 і вмикає електрогідравлічний клапан КЕГ. Цей клапан закриває вихід повітря з компресора в атмосферу. Витримка часу реле КT трохи перевищує час пуску електродвигуна, завдяки чому клапан КЕГ відкритий, тому пуск електродвигуна полегшується.

Якщо витрата повітря невелика і тиск в ресивері перевищує норму, то замикається контакт В1.2 в колі котушки реле KL3. Останнє знеструмлює коло реле KL2. Коло контактора KM1 втрачає живлення, і електродвигун вимикається. Коли споживання повітря зростає, і тиск в ресивері зменшиться в порівнянні з нормою, давач тиску замикає контакт В1.1 і подає живлення на котушку реле KL2. Котушка контактора KM1 знову отримає живлення, і вмикає електродвигун компресора в роботу.

На рисунку 2.3 подана схема аварійного вимкнення електродвигуна. Якщо за межі норми виходять тиск повітря в холодильнику, тиск охолоджуючої води і масла, що підводиться до корінних підшипників, а також температура масла. Вказані параметри контролюються за допомогою давачів тиску повітря В2, реле тиску охолоджуючої рідини В3 і давача температури В4.

При порушенні нормального режиму роботи компресора замикаються контакти відповідних давачів. Отримують живлення реле KL5 або KL6, або KL7 і одночасно загоряються сигнальні лампочки HL2, HL3, HL4. Замикаючі контакти реле KL5 або KL6, або KL7 замикаються, отримує живлення котушка реле KL8. Розмикаючий контакт реле KL8 розмикається, знеструмлює котушку контактора КМ1 і двигун вимикається.

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Зібрати схему керування (рис.2.2 і 2.3).

4.2 Перевірити схему керівником роботи.

4.3 Увімкнути автомат QF і здійснити пуск двигуна за допомогою кнопок SBC1 або SBC2.

4.4 Визначити потужність електродвигуна приводу компресора згідно завдання (табл. 2.1).

5 ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИБОРУ ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА

Таблиця 2.1 – Завдання для вибору потужності двигуна компресора

№ н/п	Q , м3/хв	Р1, кН/м2	Р2 кН/м2	Число ступенів, Z	Показник політропи, m	пол	м
1	250	50	1000	2	1,45	0,70	0,85
2	350	75	1100	4	1,45	0,74	0,88
3	450	100	1200	5	1,45	0,77	0,92
4	550	125	1300	3	1,45	0,72	0,87
5	700	175	1400	4	1,45	0,75	0,90
6	850	200	1500	2	1,45	0,71	0,86
7	1000	225	1600	3	1,45	0,73	0,89
8	1150	250	1700	5	1,45	0,76	0,91
9	1350	275	1800	2	1,45	0,70	0,85
10	1500	300	1900	4	1,45	0,75	0,93

ПРИКЛАД: Визначити потужність електродвигуна для відцентрового нагнітача продуктивністю Q=350 м³/хв; початковий тиск на всмоктування р1=100 кН/м² і р2=1200 кН/м²; число ступенів стискання, z=2; показник політропи m=1,45; індикаторний політропний ККД, _пол=0,77; механічний ККД, _м=0,9.

кВт,

Приймаючи к=1,1, _M=0.92.

Потужність електродвигуна компресора:

кВт.

Вибираємо за каталогом синхронний двигун СТД потужністю 3200 кВт.

6 ЗМІСТ ЗВІТУ

6.1 Накреслити схему автоматизованого керування і дати коротке пояснення до неї.

6.2 Привести технічні дані електрообладнання.

6.3 Згідно завдання вибрати потужність електродвигуна компресора.

7 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

7.1 Поясніть принцип дії автоматизованої компресорної установки.

7.2 Як здійснюється вибір потужності двигуна компресора?

7.3 Які основні командні апарати використані в схемах автоматизованого керування?

7.4 Які режими роботи передбачає схема керування?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Дослідження електроприводу верстата-гойдалки

Мета роботи: Вивчення схеми керування електродвигуном верстата-гойдалки, вибір потужності двигуна.

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Насосна експлуатація свердловин здійснюється за допомогою штангових плунжерних насосів. В глибинно-насосному устаткуванні плунжерний глибинний насос підвішується на колоні насосних труб. За допомогою колони штанг плунжеру насосу передається зворотньо-поступовий рух з передачею плунжеру енергії від балансира верстата-гойдалки. Верстат-гойдалка з електродвигуном і редуктором перетворює обертовий рух в зворотньо-поступовий рух балансира.

Насос складається з циліндра, в середині якого переміщується плунжер. При ході плунжера вверх відкривається нижній клапан при закритому верхньому клапані плунжера. Рідина із свердловини засмоктується в циліндр насосу. При ході плунжера вниз клапан закривається, а нафта через клапан, що відкривається, видавлюється в простір насосних труб.

Колона штанг в нижній частині з’єднана з плунжером насосу, а на гирлі свердловини через шток з’єднана з головкою балансира верстата-гойдалки. Балансир з допомогою шатунів зв’язаний з кривошипами, вал яких через редуктор і клинопасову передачу з’єднаний з електричним двигуном.

Для зрівнювання навантаження системи „верстат-гойдалка-електродвигун” при ході колони штанг вниз і вверх використовуються балансирна і кривошипна противаги. Частоту коливань балансира можна змінювати шляхом встановлення шківів різних діаметрів. Діапазон зміни коливань для різних верстатів-качалок складає від 4,7 до 15 хв.

В даний час випускається 9 моделей (20 типорозмірів) верстатів-гойдалок від СК 1 до СК 9 з найбільш допустимим навантаженням від 1 до 20 т. Потужність електродвигунів для приводу верстатів-гойдалок знаходиться в межах від 1,7 до 55 кВт.

Для визначення потужності двигуна є декілька емпіричних формул. Енергетичним інститутом Академії Наук Азербайджану на основі експериментальних даних розроблена емпірична формула для визначення потужності електродвигуна верстата-гойдалки:

, кВт, (3.1)

де n - число коливань балансира за 1 хв.;

d - діаметр плунжера насосу, см;

S - довжина ходу штоку, м;

Q - добовий дебет різних свердловин, т;

Hд - динамічний рівень рідини, км;

\  - коефіцієнт подачі насосу;

k - коефіцієнт, що характеризує тип верстата-качалки, k=1,2÷1,3;

 - коефіцієнт, що залежить від довжини колони штанг;

 - коефіцієнт, що залежить від номінального ковзання двигуна. Так для асинхронних двигунів з нормальним ковзанням =1, для двигунів з підвищеним ковзанням =0,75.

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Ознайомитись з електричними машинами та апаратами, необхідними для дослідження схеми.

2.2 Визначити потужність електричного двигуна.

2.3 Вибрати за каталогом електричний двигун.

2.4 Запустити електричний двигун, знайти неполадки в схемі керування.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Промисловість випускає блоки керування електроприводами верстатів-гойдалок, які можуть бути використані, як при груповому автоматичному повторному увімкненні, так і при відсутності його, на номінальні струми 15, 20, 40 і 100А.

В металевій шафі змонтована вся апаратура блоку, зовні закріплений привод з ручкою для увімкнення автоматичного вимикача QF.

Рисунок 3.1 – Принципова схема управління електродвигуном верстата-гойдалки

Керування електродвигуном здійснюється за допомогою універсального перемикача SA (рис. 3.1), який має одне фіксоване (нульове) положення з поверненням в дане положення (таблиця 3.1). Для запуску двигуна (після увімкнення QF) SA переводять в праве положення, при якому контакти 1-1 і 2-2 замикаються. Котушка контактора KM отримує живлення і силовими контактами KM підключає електродвигун до мережі. Одночасно замикається блок-контакт замикаючий KM1 і розмикається блок-контакт розмикаючий KM2.

При відпусканні ручки перемикач SA повертається в попереднє положення, контакти 1-1 розмикаються, а 2-2 залишаються замкнутими, електродвигун продовжує працювати.

У випадку зникнення напруги під час роботи електродвигуна він вимикається з мережі, так як припиняється живлення котушки KM. При появі напруги одержує живлення котушка реле часу КT. Через певний час замикається замикаючий контакт КT, отримує живлення котушка KM. Двигун верстата-гойдалки підключається до мережі. Здійснюється автоматичне повторне уівмкнення. Котушка реле КT знеструмлюється розмикаючим блок-контактом KM2.

Для вимкнення двигуна SА переводять в ліве положення, при якому обидва контакти розмикаються, котушка KM знеструмлюється, двигун вимикається.

При аварійних ситуаціях свердловини (обрив штанг, штока, заклинення плунжера і тощо) замикається контакт інерційного магнітного вимикача IMQ. Отримує живлення реле KL2. Розмикаючий контакт KL2 розмикається і знеструмлює котушку KM, електродвигун вимикається. Після ліквідації аварії реле KL2 приводиться у вихідне положення після вимкнення автоматичного вимикача QF. Замикається контакт реле KL2 в колі KM і підготовлюється коло для увімкнення електродвигуна.

Реле KL1 здійснює захист від обриву фаз. У випадку зникнення напруги між фазами воно розмикає контакт KL1. Котушка контактора KM знеструмлюється, двигун вимикається. Контакт KQQ забезпечує дистанційне управління.

В схемі передбачено керування електродвигуном верстата-гойдалки залежно від тиску в викидному колекторі. При різкому збільшенні тиску в викидному колекторі замикається контакт ВТ (високий тиск) електроконтактного манометра. Реле KL3 отримує живлення і розмикає контакт KL3 в колі контактора КМ електродвигун вмикається. При досягненні нормального тиску замикається контакт НТ (нормальний тиск) манометру, отримує живлення котушка реле KL4, яке розмикає блок-контакт KL4 і знеструмлює котушку реле KL3, яка замикає контакт KL3. Отримує живлення реле часу КT, здійснюється самозапуск установки.

Крім описаної схеми, існують ще її модифікації. Одна з них передбачає керування двигуном в режимі періодичної експлуатації свердловини і приведена на рисунку 3.2. Для цього застосовується реле часу КT, яке своїм контактом КT по заданій програмі почергово замикає і розмикає коло котушки KM, чим визначається тривалість увімкнення і вимкнення електродвигуна.

Рисунок 3.2 – Схема керування двигуном верстата-гойдалки в режимі періодичної експлуатації свердловини

Режим програмного управління задається ключем ПУ. Періодична експлуатація здіснюється в тих випадках, коли приток нафти настільки малий, що не забезпечує нормального заповнення насосу.

Таблиця 3.1 - Таблиця замикань контактів SA

№ контактів	Ліво	0	Право
1-1	-	-	-	Х
2-2	-	-	Х	Х

Рисунок 3.3 – Схема захисту АД від несиметричних режимів