Документ Microsoft Word. 1 Исходные данные
 Скачать 100.36 Kb.
|
|
Введение Электронагревательные установки широко применяют в сельскохозяйственном производстве благодаря их следующим преимуществам: постоянной готовности к действию и исключению использования огневых котельных со специальными помещениями для котлов и хранилищ топлива, транспортировки топлива и золы; возможности полной автоматизации процессов нагрева; улучшению санитарно-гигиенических условий обслуживающего персонала; облегчению в распределении теплоты по большим территориям; уменьшению себестоимости тепловой энергии и пожарной опасности. Для подогрева воды используют установки как прямого нагрева за счет пропускания тока через воду, так и косвенного нагрева при помощи тепловых электронагревательных элементов (ТЭНов), а также установок индукционного и диэлектрического нагрева. Преимущества прямого электродного нагрева заключаются в простоте устройства, большой скорости нагрева и высоком КПД. В сельском хозяйстве для подогрева воды при поении животных и для технологических нужд используют электроводонагреватели низкого давления — термосы типа УАП (ВЭТ) с резервуаром вместимостью 50... 1000 л, проточные электроводонагреватели типа ЭПВ производительностью 600 л тепловой воды в час и др. Для получения горячей воды и пара применяют электродные котлы типов: КЭВ (котел электродный водогрейный), КЭВЗ (с замкнутым контуром) мощностью 10...6000 кВт, ЭПЗ (электродный прямоточный с замкнутым контуром), КЭПР (котел электродный паровой регулируемый) мощностью 160, 250, 2500 и 5000 кВт и выше. 1 Исходные данные В сельском хозяйстве для подогрева воды при поении животных и для технологических нужд используют электроводонагреватели низкого давления — термосы типа УАП (ВЭТ) с резервуаром вместимостью 50... 1000 л, проточные электроводонагреватели типа ЭПВ производительностью 600 л тепловой воды в час и др. Для получения горячей воды и пара применяют электродные котлы типов: КЭВ (котел электродный водогрейный), КЭВЗ (с замкнутым контуром) мощностью 10...6000 кВт, ЭПЗ (электродный прямоточный с замкнутым контуром), КЭПР (котел электродный паровой регулируемый) мощностью 160, 250, 2500 и 5000 кВт и выше. Динамические свойства практически всех водогрейных электроустановок описываются передаточной функцией апериодического звена второго порядка. Автоматическое управление электроводонагревателями осуществляется по температуре, а электропаровыми котлами — еще и по давлению пара. Таблица 1 – Технические характеристики котла КЭВ-3
2 Технологическая характеристика объекта автоматизации Электродный водогрейный котел КЭВ-3 имеет номинальную мощность от 25 до 1000 кВт. Корпус 1 котла имеет цилиндрическую форму с двойными стенками, между которыми расположена теплоизоляция 2 из стекловолокна. Подвод и отвод воды происходит через нижний и верхний 7патрубки. В верхнем патрубке установлены электроконтактные термометры 5 и 6. Корпус закрывается крышкой 3, на которой закреплен кожух, закрывающий электрические выводы электронагревателей. Трехфазные электронагревательные электроды выполнены из трех пар стальных коаксиальных труб. Между трубами выставлены три подвижных изоляционных стеклотекстолитовых цилиндра. Изменяя при помощи маховика 4 их положение, регулируют мощность котла. Котел может работать в режиме нагрева воды или в режиме отопления. 3 Расчет и выбор технических средств автоматизации Определяем необходимую паропроизводительность и мощность электрокотла для обеспечения тепловых нужд на 100 дойных коров с молочной и кормоприготовительной. В коровнике совпадают во времени следующие тепловые процессы: Отоплением молочной и кормоприготовительной общим объемом 4407 м³ запаривание смешанных кормов в кормозапарниках производительностью 250 кг/ч; подогрев технологической воды 100 кг/ч - пропаривание молочных фляг 10 шт. Потребную часовую производительность вычисляют по формуле с учётом удельных расходов пара, кг/ч:  где z - количество выполняемых тепловых процессов; т - длительность их выполнения в сутки, ч/сутки; q - удельный расход пара на i-й процесс, кг/кг; Mj- масса продукта, подлежащего тепловой обработке, кг/сутки.  Определим мощность котла по формуле:  где Gn - потребная производительность, кг/ч; i - теплосодержание пара при давлении 250 кПа, принимаем i=2690 кДж / кг;  - теплосодержание конденсата при температуре 90°С, принимаем X = 380кДж. Для удовлетворения нужд коровника выбираем комплектную электрокотельную с двумя котлами типа КЭВ 160 / 0,4. Таблица 2 – Паспортные данные котла КЭВ-160/0,4
4 Разработка функционально-технологических схем Функциональная схема предназначена для разъяснения процессов, происходящих в отдельных функциональных цепях изделия или изделии в целом. Для сложного изделия разрабатывается несколько функциональных схем, поясняющих происходящие процессы при различных предусмотренных режимах работы. Количество функциональных схем, разрабатываемых на изделие, степень их детализации и объем помещаемых сведений определяется разработчиком с учетом особенностей изделия. На схеме изображают функциональные части изделия (элементы, устройства, функциональные группы) и связи межу ними. Графическое построение схемы должно наглядно отражать последовательность функциональных процессов, происходящих в изделии. Действительное расположение в изделии элементов и устройств может не учитываться. Функциональные части и связи между ними изображают в виде условных графических обозначений, установленных в соответствующих стандартах на условные графические обозначения этих групп и элементов. В этом случае действуют правила выполнения принципиальных схем. Отдельные функциональные части на схеме допускается изображать в виде прямоугольников. В этом случае эти части схемы следует выполнять по правилам структурных схем. По функциональной схеме указывают: - для функциональных групп - обозначение, присвоенное ей на принципиальной схеме, или наименование (если функциональная группа изображена в виде условного графического обозначения, то ее наименование не указывают), - для каждого устройства и элемента, изображенного условными графическими обозначениями - буквенно-цифровое позиционное обозначение, присвоенное на принципиальной схеме, его тип, - для каждого устройства, изображенного прямоугольником - позиционное обозначение, присвоенное ему на принципиальной схеме, его наименование и тип или обозначение документа, на основании которого это устройство применено. Обозначение документа указывают и для устройства, изображенного в виде условного графического обозначения. Наименования, типы и обозначения функциональных частей, изображенных прямоугольниками, рекомендуется вписывать внутрь прямоугольников. Сокращенные или условные наименования должны быть пояснены на поле схемы. На функциональной схеме указывают технические характеристики функциональных частей, параметры в характерных точках, поясняющие надписи и др. При необходимости на схеме обозначают электрические цепи по ГОСТ 2.709-72. Если в состав изделия входят элементы разных видов, то рекомендуется разрабатывать несколько схем соответствующих видов одного типа или одну комбинированную схему, содержащую элементы и связи разных видов. ВО1  ОУ   ВО1 ВО2 УУ1 УУ2 УУ3 УУ4 ИМ1     ВО3    УУ5 Рисунок 1 – Функциональная схема BO1 – SK1 УУ1 – KV1 BO2 – SK2 УУ2 – KV2 BO3 – SK3 УУ3 – KV3 ИМ – EK УУ4 – KV4 ОУ – Котел УУ5 – KM 5 Разработка принципиальной электрической схемы В режиме нагрева воды реле KV1 тумблером S подключают к цепи датчика SK1 температуры воды, в режиме отопления — к цепи датчика SK2 температуры воздуха в помещении. Контакты термодатчика SK3 замыкаются при достижении температуры воды максимально допустимого значения. Автоматическое А или ручное Р управление устанавливают переключателем SA. Схема управления в автоматическом режиме работает следующим образом. Электродный нагреватель включается магнитным пускателем при повороте переключателя в положение А. Нагрев воды в котле продолжается до заданной температуры, при которой контакты термодатчика SK1 включают слаботочное реле KV1, а реле KV1 включает реле KV3, отключающее магнитный пускатель электронагревателя ЕК. Повторное включение происходит при помощи реле KV1, KV3 и пускателя КМ при размыкании контактов SK1 вследствие снижения температуры воды. Затем цикл повторяется. При недопустимом повышении температуры замыкаются контакты SK3 и реле KV2, KV4 аварийно отключают электронагреватель. После этого отключенный котел может включить только обслуживающий персонал. Сигнальные лампы HL1, HL2, HL3 загораются соответственно при включении, нормальном и аварийном отключениях котла. 6 Разработка элементов и средств автоматизации 6.1 Переключатель (SA1) Переключатель пакетно-кулачковый выбирается по величине напряжений, току нагрузки, количество переключений, которое они допускают по условиям механической и электрической износостойкости и электрической износостойкости и конструкционному исполнению. Они имеют небольшие размеры. коммутируют значительные токи, что обеспечивает гашение дуги в закрытой камере. Выбираем пакетно-кудачковые выключатели ПКП-28-13. Переключатели кулачковые универсальные серии ПКП предназначены для установки в качестве коммутационных аппаратов в электрических цепях переменного тока частотой 50, 60 Гц напряжением от 24 до 500 В и постоянного тока напряжением от 24 до 220 В. Переключатели могут быть использованы на морских судах транспортного и речных судах внутреннего и смешанного плавания, в сельскохозяйственном производстве, а также для машин напольного безрельсового электротранспорта. 6.2 Промежуточное реле (KV1-KV6) Промежуточное реле выбирают по числу контактов, номинальному напряжению, длительному тока контактов. Выбираем ПЭ-21 с числом контактов4…8, на напряжение 220В. с длительным допустимым током контактов 5А. 6.3 Световая сигнализация (HL1-HL9) Лампа выбирается по напряжению питания 220 В.Выбираем лампу накаливания НВ220-15 мощностью 15 Вт. 6.4 Выбор автоматического выключателя От правильного выбора пусковой и защитной аппаратуры в большой мере зависят надежность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного процесса, электробезопасность людей и животных. Автоматический выключатель (автомат) выбирают по роду тока (переменный, постоянный), номинальному напряжению (220, 380 В и Др.). номинальному току коммутационных элементов, номинальному току и. виду расцепителя (электромагнитный, тепловой, комбинированный). Номинальное напряжение автомата и номинальный ток его коммутационных элементов должны быть не меньше номинального напряжения и расчетного тока участка электрической сети или номинального тока электроприемника, для защиты которого предназначен автомат. Номинальный ток электромагнитного, теплового и комбинированного расцепителей Iномрасц выбирают соответственно от расчетного (номинального) тока электрической цели, в которой они работают, по условию  Выбираем автоматический выключатель для нагревательных элементов:   Номинальный ток расцепителя  Ток срабатывания электромагнитного расцепителя   Выбираем автомат ВА51-35М2-34 с номинальным током  = 250 А;Iном расц = 200 А; Iср.эм.р = 12 Iн = 12 · 200 = 2400 А. Т.к. 2400 А > 228,1 А, то ложных срабатываний автомата не будет. 7 Определение основных показателей надежности автоматических систем Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способное выполнять, требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относятся кинематические и динамические характеристики, показатели производительности, скорости, грузоподъемности. Экономичности, точности и т.п. Требование к объекту выполнять необходимые функции распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Например, если двигатель изготовлен для северных районов, а эксплуатируется в южных, где он будет перегреваться, то нельзя считать, что этот двигатель низкой надежности. Также нельзя считать, что машина низкой надежности, если не проводят технические обслуживания и ремонты, соответствующие технической документации. Актуальность надежности возрастает в связи со сложностью современных машин и важностью функций, которые они выполняют. Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к нарушению работы всей системы. Недостаточная надежность машин и оборудования приводит к огромным затратам на ремонт и простою в работе, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями и с человеческими жертвами. Надежность - сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания четырех свойств: безотказности. долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для каждого объекта характерны все или часть свойств надежности. Так, для объектов, подлежащих длительному хранению, важно свойство сохраняемости. Рассмотрим эти четыре свойства. 1 Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого у правления или тормозов автомобиля может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность -наиболее важная составная часть надежности. Первое тененное значение безотказность имеет для объектов; отказ которых вызывает перерыв в работе большою комплекса машин или остановку автоматизированного производства. 2 Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное со стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Долговечность и безотказность - не взаимоисключающие, а дополняющие друг друга и связанные между собой показатели. Различие же заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность же характеризует продолжительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами на техническое обслуживание, устранения отказов и ремонтов. В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, для дереворежущего станка общего назначения или трелевочного трактора отсутствие отказов в течение смены скорее желательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительного ремонта они вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизводительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойство безотказности выдвигается на первый план. Как видно из приведенных определении, свойство безотказности определяется, в основном, совершенством конструкции машины и качеством се изготовления. Свойство долговечности же определяется еще и качеством ремонта, регулярностью и тщательностью технического обслуживания. Все объекты делятся на ремонтируемые и неремонтируемые. Ремонтируемым называется объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Очевидно, что для перемонтируемых объектов понятия «безотказность» и «долговечность» совпадают. Машины и оборудование лесного комплекса относятся к категории ремонтируемы, следовательно для них важную роль играют такие свойства, как ремонтопригодность к сохраняемость. 3 Ремонтопригодность свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособною состояния путем технического обслуживания и ремонта. С усложнением систем вес труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических системах поиск причин отказов может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказавших элементов закладывается в конструкцию новых сложных систем. Возможность быстрого обнаружения и устранения отказа. легкий доступ ко веем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Таким образом, важность ремонтопригодности определяется простоями, связанными с обнаружением отказов и проведением ремонта, что в свою очередь ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам. 4 Сохраняемость - свойство объект сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования, т. с. здесь речь идет о сохраняемости значений показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Сохраняемость характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования (дождь, снег, пыль). Продолжительность хранения и транспортировки иногда нс оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих режимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находящихся на хранении и нс подлежащих транспортировке. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. Сохраняемость данных объектов обычно характеризуется таким сроком хранения в определенных условиях, в течение которого снижение средней наработки до отказа, обусловленное храпением, находится r допустимых пределах. Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время храпения, сокращаются сроки их службы, увеличиваются затраты на ремонт. Коррозионное поражение во время хранения - ото. например, одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых и новых цепей. Кроме того, эксплуатационные испытания втулочно-роликовых цепей показали, что условия хранения оказывают влияние на их износ. При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых манжет в течение 3,4 и 5 лет их ресурс, соответственно, снижается до 70, 30 и 3% по сравнению с новыми манжетами. Более 40% клиновых ремней выбраковывают из-за расслоения и трещин, возникающих вследствие неправильного хранения. Ресурс, резинотехнических изделии снижается и при хранении в сухих отапливаемых помещениях, так как естественный процесс старения можно только замедлить, но предотвратить полностью нельзя. Таблица 4 – показатели надежности
Средняя наработка на отказ: Tсист =  ; = 12118 чВероятность безотказной работы: Pрез(t) =  Pрез(t) =  =  = 0,9207;Вероятность отказа: Q(t) = 1 – 0,9207 = 0,0793. 8 Экономический расчет Прямые эксплуатационные затраты представляют собой сумму расхо-дов вызволенных применением машин Годовой фонд заработной платы обслуживающего персонала определяется по следующей схеме На основании среднегодовой численности, дневной тарифной сетки работников и рабочих дней в году определяем тарифный фонд заработной платы  где  – дневная тарифная ставка; – численность работников; – отработанные дни Доплату за продукцию устанавливаем в размере 25% от тарифного фонда   Итого фонд заработной платы находим по формуле   Находим оплату отпусков   Доплата за стаж работы в размере 20%   Всего фонд заработной платы находим по формуле   Сумма начислений на заработную плату   Затраты на оплату труда рабочих, занятых обслуживанием установки   Амортизационные отчисления за год определяем по формуле:   Затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание определяется по формуле:  Затраты на электроэнергию находится по формуле:  По итогам расчетов выше приведенных формул рассчитываем прямые эксплуатационные затраты предлагаемого оборудование:  Заключение Данная работа на тему «Автоматизация водогрейного котла типа КЭВ» выполнена в соответствии с заданием. Выполнено описание технологического процесса установки. Так же описано ее назначение, принцип работы и приведена техническая характеристика установки. Выполнена схема технологического процесса. В ходе данной работы были выбран, автоматический выключатель, переключатель, световая сигнализация, промежуточное реле. Выполнена принципиальная схема установки. Так же осуществлено описание принципиальной схемы. В данном курсовом проекте рассчитаны основные показатели надежности системы управления котлом типа КЭВ. По итогам расчета Средняя наработка на отказ:  Вероятность безотказной работы: Pрез(t) = 0,9207 Вероятность отказа: Q(t) =0,0793 Так же произведен экономический расчет. По итогам расчетов прямые эксплуатационные затраты предлагаемого оборудование:  Список литературы Правила устройства электроустановок – ПУЭ 7 издания. – М, Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. Сборник ПУЭ, МПОТ, ПТЭ. Изд. 4-е – М.: Издательство «Э», 2017. – 752 с. Бородин И. Ф., Андреев С. А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления. – М.: КолосС, 2006. – 352 с.: Дегтяренко А.Н., Электроснабжение сельского населенного пункта: Методические указания к написанию курсового проекта. – Смоленск: ГАУ ДПО СОИРО, 2019. – 80 с. Зимин Е.Н., Защита асинхронных двигателей до 500 В. Изд. 2-е – М.: «Энергия», 1967. – 88 с. Юденич Л.М. Светотехника и электротехнология: учебное пособие для СПО / Л. М. Юденич. – 3-е изд., стер. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. -104 с. Юденич Л.М. Системы Автоматизации сельскохозяйственных предприятий. Курсовое проектирование: учебное пособие для СПО. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 108 с.  |