Электроснабжение насосной станции
Аннотация
Тема дипломного проекта «Электроснабжение и электропривод насосной станции». В нём рассматриваются выбор и расчёт различных систем.
Расчёт идёт согласно исходным данным. На основании их осуществляется выбор числа и мощности двигателей насосов. Производится расчёт системы вентиляции и освещения. Для насосной станции производится выбор вспомогательного электрооборудования. В качестве вспомогательного электрооборудования используются мостовой кран машинного зала и станки мастерской.
В дальнейшем определяется расчётная электрическая суммарная нагрузка насосной станции. Формируется годовой график нагрузок насосной станции. Главными задачами дипломного проекта являются: выбор системы питания, выбор системы распределения электроэнергии насосной станции, расчёт токов короткого замыкания и выбор элементов системы энергоснабжения.
Первые две задачи решаются на основании техникоэкономического расчёта.
Ещё одна задача вытекает из темы дипломного проекта: необходимо сформировать схемы защиты и управления синхронным двигателем насоса.
The summary
Theme of the degree project « Electrosupply and electric drive of pump station ». In it(him) are considered(examined) a choice and account of various systems.
The account goes according to the initial data. On the basis of them the choice of number and capacity of engines of pumps is carried out. The account of system of ventilation and illumination is made. The choice of an auxiliary electric equipment is made for pump station. As an auxiliary electric equipment are used the crane bredged of a machine hall and machine tools of workshop.
Further settlement electrical total loading of pump station is defined(determined). The annual diagram of loadings of pump station is formed. The main tasks of the degree project are: a choice of the power supply system, choice of system of distribution of the electric power of pump station, account of currents of short circuit and choice of elements of system of power supply.
First two tasks are decided(solved) on the basis of technical and economic account.
One more task follows from a theme of the degree project: it is necessary to generate the circuits of protection and management of the synchronous engine of the pump.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Технология и генеральный план насосной станции
2 Определение расчётных электрических нагрузок насосной станции
2.1 Выбор типа и числа рабочих насосов
2.2 Выбор мощности вентиляторов
2.3 Расчёт освещения производственной площади насосной станции…..
2.4 Определение и выбор типа и числа электродвигателей
для электропривода насосной станции
2.4.1 Электропривод механизма подъёмной установки
мостового крана
2.4.2 Электропривод механизма передвижения тележки
мостового крана
2.4.3 Электропривод механизма передвижения моста
2.5 Выбор мощности двигателей пожарных насосов
2.6 Электроснабжение мастерской
2.7 Определение суммарной электрической нагрузки
насосной станции
3 Выбор системы питания
3.1 Выбор типа пункта приёма электроэнергии
3.2 Выбор трансформаторов ППЭ
3.3 Выбор УВН и рационального напряжения
4 Выбор системы распределения электроэнергии
4.1 Выбор рационального напряжения распределения электроэнергии выше 1000 В
4.2 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций
4.3. Выбор способа канализации электроэнергии на напряжении выше 1000 В, сечения ЛЭП и токопроводов
4.4 Выбор числа силовых пунктов и мест их расположения
5 Расчёт токов короткого замыкания
6 Выбор и проверка элементов системы электроснабжения насосной станции
7 Принципиальная схема управления электродвигателем насосом и его релейной защиты
7.1 Описание принципа действия схемы управления
7.2 Выбор аппаратов для схемы управления
8 Охрана труда
8.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте
8.2 Меры по снижению и устранению опасных и вредных факторов
8.3 Расчёт шума
8.4 Пожарная безопасность
Заключение
Литература
Введение
Одной из главных проблем современной промышленной энергетики является использование наиболее рационального построения системы электроснабжения, выполнение всех её основных принципов. Это связано с огромным ростом энерговооружённости труда, широком внедрении электротехнологических процессов, значительным увеличением потребления электрической энергии.
Электропривод является неотъемлемой частью многих производственных механизмов, участвующих во всём многообразии современных производственных процессах. В каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу относятся перемещение грузов при строительно-монтажных работах, вентиляция, водоснабжение и многое другое.
Механизмы, выполняющие подобные операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи с этим и называются общепромышленными механизмами. Общепромышленные механизмы являются основными механизмами множества конкретных разновидностей производственных установок. К их числу относятся подъёмные краны, насосы, вентиляторы, воздуходувки и т.п.
Общепромышленные механизмы играют в народном хозяйстве страны важную роль. Они являются основным средством механизации и автоматизации различных производственных процессов. Поэтому уровень промышленного производства и производительность труда в значительной степени зависят от оснащённости производства общепромышленными механизмами и от их технологического совершенства.
Исходные данные к проекту:
мощность энергосистемы Sс=1300 МВА;
сопротивление системы Хс=0,48о.е;
расстояние от энергосистемы до устройства высокого напряжения ПГВ L =4 км;
полная производительность насосной станции Qz=18 м3/час;
напор Н = 60 м.
1 Технология и генеральный план насосной станции
Насосы представляют собой энергетические машины, в которых механическая энергия привода преобразуется в энергию потока жидкости. По принципу действия все существующие насосы подразделяются на три основных класса: лопастные или лопаточные (насосы обтекания), вихревые насосы (насосы увлечения) и объемные насосы (насосы вытеснения).
Наиболее распространенным видом энергетических машин являются лопастные насосы, используемые в большинстве современных отраслей техники.
В лопастных (лопаточных) насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе обтекания лопастей (лопаток) рабочего колеса и их силового воздействия на поток. У вихревых насосов преобразование энергии двигателя происходит в процессе интенсивного образования и разрушения вихрей при увлечении быстро движущимися частицами жидкости в ячейках рабочего колеса. А медленно движущихся частиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса каналах (вихревой эффект). При движении жидкости в колесе вихревого насоса между участками всасывания и нагнетания имеет место и центробежный эффект. В объемных насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе вытеснения в напорный трубопровод объема жидкости из замкнутого пространства насоса поршнем (плунжером, скалкой), мембраной, имеющими возвратно-поступательное движение, или зубьями шестерен, винтами, кулачками, выдвижными скользящими пластинами при вращательном движении этих элементов насоса (ротационные насосы).
Лопастные насосы подразделяются на центробежные (радиальные), диагональные и осевые (пропеллерные). В центробежных насосах движение жидкости в рабочем колесе происходит от центральной части к периферии по радиальным направлениям, то есть в потоке частиц жидкости нет осевых составляющих абсолютной скорости. В диагональных насосах частицы жидкости движутся по поверхностям вращения с образующими, наклонными к оси, то есть осевые и радиальные составляющие абсолютной скорости - величины одного порядка. В осевых насосах частицы жидкости движутся в осевом направлении. Лопастные насосы обладают малой способностью самовсасывания. Поэтому при пуске их всасывающую трубу и колесо заливают жидкостью, применяя различные способы. Лопастные насосы удобны для непосредственного соединения с современными типами электродвигателей. Лопастные насосы отличаются компактностью и легкостью.
К.п.д. лопастных насосов достигает 0,9 - 0,92 и в области умеренных напоров не уступает к.п.д. поршневых насосов. Поэтому при невысоких и средних напорах и больших подачах применяются исключительно лопастные насосы. Лопастные насосы находят широкое применение при подаче нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, для подачи воды в нефтяной пласт при нефтедобыче, для подачи высоко агрессивных и токсичных жидкостей в нефтехимии. Фактором, ограничивающим частоту вращения и высоту всасывания лопастного насоса, является кавитация. При засасывании насосом жидкости из резервуара давление, в подводящем трубопроводе по мере продвижения жидкости в насос, падает и при входе на колесо может стать меньше давления упругости насыщенных паров жидкости. Происходит холодное вскипание жидкости. Образовавшиеся при входе паровые пузырьки в области повышенного давления на выходе рабочего колеса мгновенно конденсируются, что сопровождается характерными потрескиваниями, шумами. Это явление носит название кавитации насоса. При сильном развитии кавитации может произойти полный срыв работы насоса.
Кавитацию сопровождает ряд нежелательных в эксплуатации насосов явлений:
- эрозия материала стенок. Образовавшиеся пузырьки пара, попадая в область повышенных давлений, мгновенно конденсируются, при смыкании частицы жидкости, окружающие пузырёк, движутся ускоренно к центру пузырька, и при полном исчезновении пузырька эти частицы сталкиваются, создавая мгновенное местное повышение давления, которое может достигать больших значений. Такие давления на рабочих поверхностях каналов колеса приводят к сильным ударам, выщерблению, разъеданию материала стенок;
- повышение вибрации, которая приводит к быстрому изнашиванию подшипников;
- быстрая химическая эрозия рабочих органов насоса при выделении паров химически активной жидкости. Химическая эрозия увеличивается также с повышением в паровой фазе содержания кислорода, растворенного в перекачиваемой жидкости и перешедшего при кавитации в паровую фазу;
- сужение проходного сечения подводящих каналов и полный срыв работы насосов при активном холодном кипении, что связано с выделением растворенных газов, в том числе и воздуха, из жидкости при прохождении ею области вакуума.
Вихревые насосы получили наибольшее распространение в стационарных и передвижных установках мощностью не превышающие несколько десятков киловатт для перекачки маловязких жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Напор вихревых насосов в 2 - 5 раз больше напора центробежных насосов при тех же значениях диаметра колеса и частоты вращения, но они отличаются низким к.п.д. (0,25 - 0,5).
Объемные насосы характеризуются тем, что рабочие органы их периодически образуют замкнутые объемы жидкости и вытесняют эти отобранные порции жидкости, увеличивая давление в нагнетательный трубопровод. Особенностями объемных насосов являются постоянное, почти герметичное, разделение всасывающей и нагнетательной камер, а также способность к самовсасыванию. Подача объемного насоса определяется геометрическими размерами его рабочих органов и числом циклов в единицу времени. Подача объемных насосов от 0,8 до 800 м3/ч. В объемных насосах величина напора принципиально не ограничена.
Области применения различных типов насосов в зависимости от их подачи и напора приведены на рис. 1.1 [1].
Центробежные насосы, применяемые в широком диапазоне напоров и подач, отличаются многообразием конструктивных исполнений. Они выполняются вертикальными и горизонтальными, как одноступенчатыми, так и многоступенчатыми, одностороннего и двустороннего входа.
Такое многообразие параметров и назначений центробежных насосов вызвало множество разных конструктивных решений. Конструкторам центробежных насосов приходится сопоставлять преимущества разных конструктивных решений и, анализируя их, находить самое оптимальное для каждого конкретного случая.
Определение числа и единичной подачи (напора) насосной установки производится по полной подаче (напору) насосной станции, по условиям оптимального числа центробежных насосов, исходя из необходимости маневрирования потоками перекачиваемой жидкости и надежности в электроснабжении.
Технологическая схема насосной установки представлена на рис.1.2.
Насосная станция -- это замкнутое помещение, в котором необходимо создать условия для работы обслуживающего персонала. Насосы с их приводами являются сильными источниками тепла в помещении. Например, некоторые части насосной установки (электродвигателя) нагреты постоянно свыше 100 °С. Эти источники тепла достаточно серьезно влияют на микроклимат внутри насосной станции. В летние месяцы работы насосной станции температура воздуха в помещении может достигать уровня, при котором невозможен комфортный и производительный труд человека. К тому же в любом помещении необходима периодическая замена воздуха. Этим целям служит вентиляция помещений. В дипломе необходимо реализовать вентиляцию на основании опыта уже устроенных систем вентиляции на уже существующих насосных станциях.
Два приточных вентилятора в блоке с калориферами устанавливаются по бокам от главных ворот, предназначенных для подачи транспорта. Калориферы необходимы для создания тепловой завесы в зимнее время, что повышает эффективность отопления и снижает сквозняки от дверей. Еще один блок приточной вентиляции с калорифером устанавливается у центрального входа в мастерскую с улицы. Три вытяжных вентилятора устанавливаются с задней стены насосной станции.
В конструкциях насосных установок имеется множество металлических деталей, которые при эксплуатации подвергаются термическому и механическому воздействию, и как следствие этого процесса они изнашиваются. Для изготовления простых новых деталей, и поддержания старых в нормальном состоянии, а также для плановых и аварийных ремонтов узлов и агрегатов машин в мастерской устанавливается группа металлообрабатывающих станков и сварочных автоматов. Перечень типового устанавливаемого оборудования:
- один сверлильный станок;
- два токарно-винторезных станка;
- один фрезерный станок;
- один круглошлифовальный станок;
- один обдирочно-шлифовальный станок;
- два сварочных трансформатора.
Для монтажа насосов необходим кран. Мостовой кран необходим для замены крупных деталей насосов и электродвигателей. Назначение крана - подъем и доставка насосов к месту назначения.
В случае возникновения пожара необходимо его ликвидировать. Для этой цели устанавливаются два пожарных насоса по бокам от главных ворот.
Таким образом, основными электроприемниками насосной станции являются двигатели приводов насосов, вентиляторов, приводы оборудования мастерской, крановый привод, а также общее освещение производственной площади.
Генеральный план насосной станций представлен на рис. 1.3.
2 Определение расчетных электрических
нагрузок насосной станции
2.1 Выбор типа и числа рабочих насосов
Мощность на валу насоса Рнас (кВт) или мощность, отдаваемая насосу ведущим двигателем при непосредственном соединении, определяется по следующей формуле [1]:
(2.1)
где Кз - коэффициент запаса (Кз = 1,03 при Р>50 кВт);
-- плотность перекачиваемой жидкости, для холодной воды равна 1000 кг/м3;
g -- ускорение силы тяжести, м2/с;
Q -- производительность насоса, м3/с;
Н -- напор, м;
нас - полный к.п.д. насоса.
Выбираем 8 насосов типа 800В-2,5/63 со следующими каталожными данными [1]: Qh = 4 м3/с; Нн =- 63 м; н = 88%; nн = 600 об/мин; Рн = 1950 кВт; m = 25000 кг; габариты L x B x H = 4300х4200х7000 мм.
В качестве ведущих двигателей выбираем синхронные электродвигатели типа СДН-17-71/10 со следующими каталожными данными [2]:
Рн = 2000 кВт; n0,=500 об/мин; cos = 0,9; Iстат = 135 А; н = 95,3%; Uh = 10 кВ;
Mmax/Мн = 1; Ms=0.05/Mн = 1,6; Ub = 85 В; Iв = 255 A; m=17400 кг, габариты LxB=4450x3250 мм.
Присоединенная мощность (кВт) определяется по следующей формуле:
(2.2)
где n - количество электродвигателей;
Рн -- номинальная мощность электродвигателя, кВт;
н - номинальный к.п.д. электродвигателя;
Кз - коэффициент загрузки.
Коэффициент загрузки определяется по следующему выражению:
Тогда по (2.2);
Выбранный тип насоса обеспечивает требуемую производительность и напор, если на сеть параллельно работают 8 насосов. Область работы насосов представлена на рис. 2.1. Параметры насосов по верхней границе поля Q-H обеспечиваются базовым рабочим колесом (РК), а в других точках поля - его обточкой по наружному диаметру или применением других колес в том же корпусе.
2.2 Выбор мощности вентиляторов
Для вентиляции машинного зала насосной станции с объемом помещения V= 2255,516 = 19536 м3 и высотой 16 м и мастерской с объемом V=2214,55= =1595 м3 и высотой 5 м устанавливаются центробежные вентиляторы.
Определим мощность приводного двигателя вентилятора, если часовая кратность обмена воздуха равна i = 2.0, полное сопротивление воздушного тракта, преодолеваемое вентилятором, составляет 120 кг/м2 (мм вод. ст.).
Необходимая производительность вентилятора, м3/с:
(2.3)
где Q - объем помещения, м3.
Мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле:
(2.4)
где Q - производительность вентилятора, м3/с;
h -- полное давление, кг/м2;
k - коэффициент запаса (к = 1,1 -1,6);
-- полный коэффициент полезного действия вентилятора (0,5-0,85).
Количество воздуха, подаваемого вентилятором в машинный зал насосной станции по (2.3):
Мощность электродвигателя вентилятора установленного в машинном зале насосной станции по (2.4):
Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А160S2У3 с каталожными данными [3]:
Рн = 7,5 кВт; Uн = 380/660 В; cosн, =0,91; н = 88 %; n0 = 3000 об/мин;
Sн = 2,3 %; Iп/Iн = 7,5; Mmax/Мн = 2,2; Мп/Мн = 1,4.
Количество воздуха, подаваемого вентилятором в мастерскую по (2.3):
Мощность электродвигателя вентилятора установленного в мастерской по (2.4):
Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А80В2УЗ с каталожными данными [3]:
Рн = 2,5 кВт; Uн =380 В; cosн, =0,87; н = 83 %; n0 = 3000 об/мин;
Sн = 5 ; Iп/Iн = 6,5; Mmax/Мн = 2,2; Мп/Мн = 2.
Мощность электродвигателей дня приточной и вытяжной вентиляции принимаем одинаковой.
Приточные вентиляторы работают в блоке с калориферами. Мощность каждого калорифера принимаем равной 2 кВт.
Мощность, расходуемая на обогрев калориферами:
Ркал = nР1k = 32 = 6 кВт, (2.5)
где Р1k - мощность одного калорифера.
Присоединенная мощность двигателей для привода вентиляторов в мастерской:
(2.6)
где Рприт.мас, Рвыт.мас -- активные номинальные мощности двигателей соответственно для приточной и вытяжной вентиляции мастерской, кВт. Аналогично для машинного зала насосной станции:
(2.7)
2.3 Расчет освещения производственной площади насосной станции
Расчет общего освещения по удельной мощности является упрощенной формой метода коэффициента использования. Удельная мощность (Вт/м2) является важнейшим энергетическим показателем осветительной установки, широко используемым для оценок экономических решений и для предварительного определения нагрузки при начальных стадиях проектирования.
Удельная мощность определяется по таблицам [4] и зависит от типа светильников, нормированной освещенности, коэффициента запаса, коэффициента отражения поверхностей помещения, значения расчетной высоты установки светильника, площади помещения.
Площадь помещения машинного зала определяется по генеральному плану насосной станции Fм.з. = 1221 м2. Удельная мощность осветительной установки для машинного зала равна =18 Вт/м2.
Мощность осветительной нагрузки машинного зала определяется по формуле:
Росв.м.з. = КсF. (2.8)
Росв.м.з. = 0,95181221 = 20,879 кВт.
Значения коэффициента спроса осветительной нагрузки Кс приведены в [5]. Для газоразрядных ламп коэффициент мощности cos = 0,5 (tg = 1,732).
Реактивная мощность, потребляемая освещением, рассчитывается по формуле:
Qocв.м.з. = Росв.м.з. tg. (2.9)
Qocв.м.з. = 20,879 1,732 = 36,121 кВар.
Определяем полную мощность осветительной нагрузки:
Socв.м.з. = (2.10)
Socв.м.з. =
Расчет освещения мастерской ведется аналогично расчету освещения машинного зала насосной станции. Площадь мастерской по генплану Fмас = 319 м2. Удельная мощность осветительной установки мастерской по [4] равна =15 Вт/м. Освещение производится люминесцентными лампами. Коэффициент мощности для люминесцентных ламп cos = 0,9 (tg = 0,484).
Мощность осветительной нагрузки мастерской определяется по формуле (2.8):
Росв.мас. = 1 * 15 * 319 = 4,785 кВт.
Реактивная мощность, потребляемая освещением, рассчитывается по формуле (2.9):
Qocв.мac. = 4,785 * 0,484 = 2,316 кВар.
Определяем полную мощность осветительной нагрузки по формуле (2.10);
Socв.м.з. =
Определение общуй мощности осветительной нагрузки по насосной станции в целом:
Росв = Росв.м.з+ Росв.мас =20,879 + 4,785 =25,664 кВт, (2.11)
Qocв = Qocв.м.з. + Оосв.мас = 36,121 + 2,316 = 38,437 кВар, (2.12)
Socв= (2.13)
Для сравнения, определим мощность осветительной нагрузки с помощью метода коэффициента использования, учитывающего геометрию помещения, конструкцию и конкретное расположение осветительной установки, нормы освещенности, вид светильников и характеристики применяемых ламп.
Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчета равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.
При расчете по этому методу световой поток Ф (лм) ламп в каждом светильнике, необходимый для создания заданной минимальной освещенности (норма освещенности - Ен), определяется по следующей формуле [5]:
(2.14)
где Кзап -- коэффициент запаса:
F - площадь освещаемой поверхности, м2;
Z - коэффициент минимальной освещенности, z=l.l - для люминесцентных ламп, Z = 1,5 для ламп накаливания и ДРЛ;
N - число светильников;
- коэффициент использования светового потока источника света, в долях единицы.
По значению Ф выбирается стандартная лампа так, чтобы ее поток отличался от расчетного значения Ф на -10 +20%. При невозможности выбора источника света с таким приближением корректируется число светильников.
При расчете освещения, выполненного люминесцентными лампами, чаще всего первоначально намечается число рядов n, которое в (2.8) соответствует величине N. Тогда под Ф следует понимать поток ламп одного ряда.
Если световой поток ламп в каждом светильнике составляет Фном, то число светильников в ряду определяется по формуле
(2.15)
Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, при этом возможны следующие случаи:
1) суммарная длина светильника превышает длину помещения. В этом случае необходимо применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше) или увеличить число рядов, можно компоновать ряды из сдвоенных, строенных светильников и т.д.:
2) суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается установкой непрерывного ряда светильников;
3) суммарная длина ряда меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами между светильниками. Рекомендуется, чтобы расстояние между светильниками в ряду не превышало 0.5 расчетной высоты
Расчетная высота (м) определяется по следующей формуле [5]:
H = H - hp - hc (2.16)
где Н - высота помещения, м;
hp - высота расчетной поверхности над полом, м;
hс - расстояние светильника от перекрытия, м.
Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i, который определяется по формуле [5]:
(2.17)
где L - длина помещения, м;
В - ширина помещения, м;
h - расчетная высота, м.
Для определения коэффициента использования кроме индекса помещения i необходимо оценить коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка n стен c и рабочей поверхности p.
Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности. Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте = La/h, уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживания, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.
При расположении рабочих мест рядом со стенами здания светильники следует устанавливать на расстоянии L от стены, которое принимается равным (0,3-0,5)L.
Освещение машинного зала
Для расчета освещения машинного зала в качестве источника света выбираем лампы ДРЛ. Лампы типа ДРЛ применяются для общего освещения производственных помещений высотой более 8 метров, в которых не требуется правильной цветопередачи. Система освещения - общая, т.е. и искусственное и естественное освещение. Размеры машинного зала определяем по генеральному плану Lм.з.хВм.з.хНм.з. = 55,5х22х16 м. Лампы ДРЛ размещены в светильниках типа РСП-1000/ГОЗ с габаритами DxH=610x670 мм. Данный тип светильника имеет глубокую кривую силы света.
По (2.16) определим расчетную высоту: h=16 - 0 -1 =15 м.
По табл. 4-16 [4]: э=1, тогда расстояние между лампами, расположенными в одном ряду, Lа=эh=115=15 м.
При La = 14 м в ряду можно разместить 4 светильника, тогда
(2.18)
где l - расстояние от стены до крайнего светильника, м;
N1 - число светильников в одном ряду.
l находиться в пределах (0,3 - 0,5)La т.е. (4,55,257,5)м
Принимаем число рядов светильников равным двум, тогда Lв = 12 м. При прямоугольных полях рекомендуется La : Lв 1,5 [4].
La : Lв=15 : 12 = 1,25 1,5.
Число светильников в машинном зале N = 8. Размещение светильников представлено на рис.2.2.
По табл.5-2 [4] принимаем п = 0,7; с = 0,5; р = 0,3.
Индекс помещения по (2.17):
По табл.5 -17 [4] определяем коэффициент использования светового потока = 72%.
По формуле (2.14) при Ен = 150 лк и Кзап=1.5, принятых по табл.4-4 в [4] находим:
По полученному Ф подбираем из табл.2-17 [4] лампу типа ДРЛ мощностью 1000 Вт со световым потоком Фном=50000 лм (Фном отличается от Ф на 8,84%, что допустимо).
Расчетная осветительная нагрузка определяется по формуле [5]:
Po = PycтKc - Кпра (2.19)
где Руст - установленная мощность ламп, кВт;
Кс - коэффициент спроса;
Кпра - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА), Кпра=1,1 - для ламп ДРЛ и ДРИ; Кпра = 1,2 -для люминесцентных ламп со стартерными схемами включения и KПpа = 1,3 -1,35 - для люминесцентных ламп с безстартерными схемами включения.
Расчетная осветительная нагрузка машинного зала no (2.19):
Po.м.з. = (8х1)0,951,1 = 8,36 кВт.
Для газоразрядных ламп типа ДРЛ cos = 0,5 (tg = 1,732), тогда :
Qо.м.з. = Ро.м.з. * tg = 8,36 * 1,732 = 14,48 кВар.
Освещение мастерской
Для расчета освещения в мастерской в качестве источника света применяем люминесцентные лампы типа ЛБ в светильниках ПВЛМ - ДОР с габаритами LсвхВсвхНсв = 1625х270х215 мм, с прямым косинусным светораспределением. Система освещения - общая. Размеры мастерской по генплану: LмасхВмасхНмас =21х х14,7х5 м.
Расчетная высота по (2.16): h = 5 - 0 - 0,22 = 4,78 м.
По табл. 4-11 [4]: с = 1,4, тогда расстояние между рядами L = ch = 1,4 4,78 = = 6,7 м.
Намечаем два ряда светильников. Коэффициенты отражения от поверхностей принимаем такими же, как для машинного зала п = 0,7; с = 0,5; р = 0,3.
Индекс помещения по (2.17):
По табл. 5-12 [4]: = 58%; по табл. 4-4к [4] для металлообрабатывающих мастерских Ен = 300 лк, Кзап =1,5. Тогда по (2.14):
Число светильников в ряду по (2.15):
ламп;
где Фном = 5220 лм для ЛБ мощностью 80 Вт
Общее число ламп - 52. Выбираем лампу типа ЛБ мощностью 80 Вт. При установке этих ламп расхождение расчетного и номинального светового потока составляет 1,92%, что допустимо.
Длина непрерывного ряда светильников: l ряда = N Lcв = 131,625 = 21,125 м.
Определим остаток расстояния и превратим в равные разрывы между светильниками:
l oст = Lмас - l ряда = 22 - 21,125 = 0,825 м, (2.20)
lразрыва = l ocm/N = 0,825/13 = 0,067 м. (2.21)
Расчетная осветительная нагрузка мастерской по (2.19):
Ро.мас. = (52x0,08)11,35 = 5,616 кВт.
Для люминесцентных светильников cos = 0,9 (tg = 0,484).
Qо.мас. = Po.мac tg = 5,616 * 0,484 = 2,718 кВар. (2.22)
Общая мощность осветительной нагрузки по насосной станции в целом:
Ро = Ро.м.з. + Ро.мас = 8,36 + 5,616 = 13,976 кВт, (2.23)
Qo = Qo.м.з. + Qo.мac = 14,48 + 2,718 = 17,198 кВар, (2.24)
(2.25)
При расчете осветительной нагрузки по методу удельной мощности получили завышенное значение, поэтому в дальнейших расчетах будем использовать значение расчетной осветительной нагрузки, определенное по методу коэффициента использования.
2.4 Определение в выбор типа в числа электродвигателей для
электропривода мостового крана
2.4.1 Электропривод механизма подъемной установки
мостового крана
Механизмы подъемной установки предназначены для подъема и опускания груза, оборудования и так далее при наматывании или сматывании каната на барабан лебедки. Кинематическая схема механизма подъема приведена на рис. 2.3.
В качестве электропривода механизма подъема преимущественное распространение получили асинхронные двигатели с фазным ротором и двигатели постоянного тока.
При пуске на участке разгона используется многоступенчатый реостат с числом ступеней не более 5 - 6.
При торможении в зависимости от величины и знака тормозного усилия используется двигательный режим при работе двигателя на реостатной характеристике или электродинамическое торможение с наложением электромеханического тормоза для окончательной остановки привода.
Для выбора мощности электропривода воспользуемся техническими данными механизма подъема:
грузоподъемность G = 450 кН;
вес грузозахватного устройства Go = 15 кН;
скорость подъема и опускания груза = 0,28 м/с;
диаметр барабана Dб = 0,6 м;
ускорение и замедление при работе с грузом а1 = 0,3 м/c2;
ускорение и замедление при работе без груза а0 = 0,35 м/с2;
кратность полиспаста in= 5;
передаточное число редуктора ip = 15,6;
длительность цикла tц = 600 с;
к.п.д. редуктора р = 0,85;
к.п.д. полиспаста n = 0,98;
к.п.д. барабана б = 0,95;
высота подъема Н = 4м.
Определение продолжительности включения (ПВ) электродвигателя.
Время пуска (торможения) двигателя с грузом и без груза [6]:
(2.25)
(2.26)
Средняя скорость передвижения груза (грузозахватного устройства) за время пуска и торможения [6]:
(2.27)
Путь, пройденный грузом (грузозахватным устройством) за время пуска и торможения [6]:
lp 1,2 = 2c.p.1,2 tn1,2 = 2 0,14 0,933 = 0,26 м; (2.28)
lp 3,4 = 2c.p.3,4 tn3,4 = 2 0,14 0,8 = 0,224 м; (2.29)
Путь, приходящийся на движение груза (грузозахватного устройства) при установившейся скорости [6]:
lу 1,2 = Н - lp 1,2 = 4 - 0,26 = 3,74 м; (2.30)
lу 3,4 = Н - lp 3,4 = 4 - 0,224 = 3,776 м; (2.31)
Время подъема груза (грузозахватного устройства) с установившейся скоростью [6]:
(2.32)
(2.33)
Время работы с грузом и без груза:
t1.2 = tn1.2 + ty1.2 + tтl1.2 = 0,933+13,357+0,933 = 15,223 с; (2.34)
t3,4 = tn3,4 + ty3,4 + tтl3,4 = 0,8+13,486+0,8 = 15,086 с; (2.35)
Расчетная продолжительность включения [6]:
(2.36)
Расчет и приведение к валу двигателя моментов сопротивления.
Момент статической нагрузки при поднятии грузозахватного устройства с грузом [6]:
(2.37)
где пр = рnб = 0,850,980,95 = 0,791
Момент статической нагрузки при опускании грузозахватного устройства с грузом [6]:
(2.38)
Момент статической нагрузки при подъеме грузозахватного устройства без груза [6]:
(2.39)
где 'пр= 0,21 при (2.40)
Момент статической нагрузки при опускании грузозахватного устройства без груза [6]:
(2.41)
Предварительный выбор мощности электродвигателя.
Предварительный выбор двигателя производится по статическому среднеквадратичному (эквивалентному) моменту [6]:
Учтем неизвестную на данном этапе динамическую составляющую нагрузки с помощью коэффициента запаса Кз (примем Кз = 1,1) [6]:
Mэкв.рас = Кз *Мэкв = 1,1 1343,6 = 1477,96 Hм . (2.42)
Требуемая номинальная скорость двигателя [6]:
(2.43)
Определим частоту вращения вала двигателя [6]:
(2.44)
Эквивалентная расчетная мощность электродвигателя [6]:
Рэкв.рас = Мэкв.рас н 10-3 = 1477,96 72,8 10-3 = 107,6 кВт. (2.45)
Пересчитанная на стандартную продолжительность включения (ПВн=40%) мощность [6]:
(2.46)
Выбираем асинхронный электродвигатель с фазным ротором типа 4МТН280М8 [8].
Каталожные данные двигателя:
- номинальная мощность Р2н= 75 кВт;
- номинальная частота вращения nн = 725 об/мин;
- коэффициент мощности cosH = 0,82;
- напряжение статора U1 = 380 В;
- напряжение ротора U2 = 227 В;
- сила тока статора I1 = 154 А;
- сила тока ротора I2 = 165 А;
- максимальный момент Мк = 2940 Нм;
- момент инерции Jp = 4,1 кгм2.
Уточненный выбор мощности двигателя.
Уточненная частота вращения [6]:
(2.47)
Радиус приведения кинематической цепи между двигателем и исполнительным механизмом [6]:
(2.48)
Суммарный приведенный момент инерции для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
Динамические моменты для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
(2.49)
(2.50)
Определим моменты сопротивления двигателя при пуске, установившемся режиме и при торможении для нагруженного и ненагруженного механизма.
При подъеме с грузом [6]:
Мn1 = Мст1 + Мдин1 = 2261 + 392,8 = 2653,8 Нм; (2.51)
Му1 = Mcт1 = 2653,8 Нм;
Мт1 = Mcт1 - Мдин1 = 2261 - 392,8 = 1868,2 Нм. (2.52)
При опускании с грузом [6]:
Мn2 = Мст2 + Мдин1 = 1414,673 + 392,8 = 1807,473 Нм; (2.53)
Му2 = Mcт2 = 1414,673 Нм;
Мт2 = Mcт2 - Мдин1 = 1414,673 - 392,8 = 1021,873 Нм. (2.54)
При подъеме без груза [6]:
Мn3 = Мст3 + Мдин2 = 274,725 + 400,4 = 675,125 Нм;
Му3 = Mcт3 = 274,732 Нм;
Мт3 = Mcт3 - Мдин2 = 274,265 - 400,4 = -125,675 Нм.
При опускании без груза [6]:
Мn4 = Мст4 + Мдин2 = 12,115 + 400,4 = 412,515 Нм;
Му4 = Mcт4 = 12,115 Нм;
Мт4 = Mcт4 - Мдин2 = 12,115 - 400,4 = -388,625 Нм.
Эквивалентный момент двигателя при ПВрас [6]:
где = 0,75 - коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждение двигателя при пуске и торможении.
Эквивалентный момент двигателя при стандартной продолжительности включения (ПВн = 40%) [6]:
(2.55)
Номинальный момент двигателя:
(2.56)
Выбранный двигатель проходит по нагреву, так как условие
Мн.дв(987,931) > Мэкв(687,674) выполняется. Двигатель также проходит по перегрузочной способности, то есть выполняется условие Мк(2940 Нм) > Мп1(2653,8 Нм).
2.4.2 Электропривод механизма передвижения тележки мостового крана
Механизм передвижения предназначен для транспортировки различных грузов и может состоять из одного или двух электродвигателей, которые передают движение через редуктор на ходовые колеса, осуществляющие перемещение по рельсовым путям тележки.
Разгон и торможение происходят с постоянным ускорением, величина которого ограничивается технологическими факторами и условием отсутствия пробуксовки колес.
Кинематическая схема механизма передвижения тележки.
Для выбора мощности электропривода воспользуемся техническими данными механизма передвижения тележки:
- грузоподъемность G = 450 кН;
- скорость передвижения тележки = 0,5 м/с2;
- диаметр ходового колеса Dk = 0,4 м;
- диаметр цапф (подшипников) колес d = 0,095 м:
- ускорение/замедление a = 0,15 м/с2;
- передаточное число редуктора ip = 31,5:
- длительность цикла tц = 180 с;
- к.п.д. механизма м = 0,85;
- путь передвижения тележки L = 20,5 м.
Для выбора мощности электропривода тележки необходимо также знать вес тележки. Вес тележки грузоподъемностью 5 - 50 т. можно рассчитать по следующей формуле [8]:
mm = m0 + km Q (2 .57)
где mo, km, - коэффициенты, зависящие от режима работы крана:
Q - грузоподъемность, m.
Вес тележки по (2.14):
(2.58)
Определение продолжительности включения электродвигателя тележки. Время пуска (торможения) двигателя с напруженной и с нагруженной тележкой [6]:
Средняя скорость передвижения тележки за время пуска и торможения [6]:
Путь нагруженной тележки при пуске и торможении [6]:
Путь ненагруженной тележки при пуске и торможении [6]:
Путь нагруженной тележки при установившейся скорости [6]:
Путь ненагруженной тележки при установившейся скорости [6]:
Время движения нагруженной тележки с установившейся скоростью [6]:
Время движения ненагруженной тележки с установившейся скоростью [6]:
Расчетная продолжительность включения электродвигателя тележки [6]:
Расчет и приведение к валу двигателя моментов сопротивления.
Момент статической нагрузки (Н м) при движении с грузом [6, 7]:
где Кр - коэффициент трения реборд ходовых колес механизмов передвижения о рельсы;
- коэффициент трения подшипников ходовых колес механизмов передвижения;
f - коэффициент трения качения ходовых колес механизмов передвижения, м;
Значение коэффициентов Кр, и f приведены в таблице [7].
(2.59)
Момент статической нагрузки при движении без груза [6,7]:
(2.60)
Предварительный выбор мощности электродвигателя.
Предварительный выбор двигателя производится по статическому среднеквадратичному (эквивалентному) моменту [6]:
Учтем на данном этапе неизвестную динамическую составляющую нагрузки с помощью коэффициента запаса Кз [6]:
Мэкв.рас = Кз * Мэкв = 1.5 * 45,8 = 68,7 Нм. (2.62)
Требуемая номинальная скорость двигателя [6]:
(2.63)
Частоту вращения вала двигателя [6]:
Эквивалентная расчетная мощность электродвигателя [6]:
Пересчитанная на стандартную продолжительность включения (ПВн = 40%) мощность [6]:
Выбираем асинхронный электродвигатель с фазным ротором типа 4MTF 132 L6 [8].
Каталожные данные двигателя:
- номинальная мощность Р2н = 5,5 кВт;
- номинальная частота вращения nн = 915 об/мин;
- коэффициент мощности соsн=0,74;
- напряжение статора U1=380 В;
- напряжение ротора U2 = 213 В;
- сила тока статора I1 = 14,8 А;
- сила тока ротора I2 = 183 А;
- максимальный момент Мк = 135 Нм;
- момент инерции Jp = 0,11 кгм2.
Уточненный выбор мощности двигателя.
Уточненная частота вращения [6]:
Радиус приведения кинематической цепи между двигателем и исполнительным механизмом [6]:
Суммарный приведенный момент инерции для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
Динамические моменты для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
Моменты сопротивления двигателя при пуске и торможении с грузом [6]:
;
Моменты сопротивления двигателя при пуске и торможении без груза [6]:
;
Эквивалентный момент двигателя при ПВрас [6]:
Эквивалентный момент двигателя при стандартной продолжительности включения (ПВн = 40%) [6]:
Номинальный момент двигателя:
Выбранный двигатель проходит по нагреву, так как условие Мн.дв (57,4 Н м) > Мэкв (52,94 Н м) выполняется. Двигатель также проходит по перегрузочной способности, то есть выполняется условие Мк (135 Нм) > Мп1 (116,38 Нм).
2.4.3. Электропривод механизма передвижения моста.
Механизм передвижения моста и механизм передвижения тележки принципиально не отличается, то есть кинематические схемы передвижения аналогичны.
Для выбора мощности электропривода воспользуемся техническими данными механизма передвижения моста:
- грузоподъемность G = 450 кН;
- скорость передвижения моста = 1,1 м/с2;
- диаметр ходового колеса Dk = 0,71 м;
- диаметр цапф (подшипников) колес d = 0,2 м;
- ускорение/замедление а = 0,18 м/с2;
- передаточное число редуктора ip = 20;
- длительность цикла tц= 180 с;
- к.п.д. механизма м= 0,8;
- путь передвижения тележки L = 37,5 м;
- длина пролета Ln = 21 м.
Для выбора мощности электропривода механизма передвижения моста необходимо также знать вес крана. Вес (т) крана грузоподъемностью 40-50 т можно рассчитать по следующей формуле [8]:
mкр = k(Ln + 20), (2.64)
где k - коэффициент, зависящий от режима работы крана.
Вес крана по (2.15):
mm = 1,15(21 + 20) = 47,15 m,
Gkp = mкрg = 47,15 * 9.81 463 кН.
Определение продолжительности включения электродвигателя тележки.
Время пуска (торможения) двигателя нагруженного и ненагруженного механизма передвижения моста [6]:
Средняя скорость механизма передвижения моста за время пуска и торможения [6]:
Путь нагруженного механизма передвижения моста при пуске и торможении [6]:
Путь ненагруженного механизма передвижения моста при пуске и торможении [6]:
Путь нагруженного механизма передвижения моста при установившейся скорости [6]:
Путь ненагруженного механизма передвижения моста при установившейся скорости [6]:
Время движения нагруженного механизма передвижения моста с установившейся скоростью [6]:
Время движения ненагруженного механизма передвижения моста с установившейся скоростью [6]:
Расчетная продолжительность включения электродвигателя [6]:
Расчет и приведение к валу двигателя моментов сопротивления.
Момент статической нагрузки при движении с грузом [6, 7]:
Момент статической нагрузки при движении без груза [6, 7]:
Предварительный выбор мощности электродвигателя.
Предварительный выбор двигателя производится по статическому среднеквадратичному (эквивалентному) моменту [6]:
Учтем на данном этапе неизвестную динамическую составляющую нагрузки с помощью коэффициента запаса Кз [6]:
Мэкв.рас = Кз * Мэкв = 1,5 176,41 = 264,62 Нм.
Требуемая номинальная скорость двигателя [6]:
Частоту вращения вала двигателя [6]:
Эквивалентная расчетная мощность электродвигателя [6]:
.
Пересчитанная на стандартную продолжительность включения (ПВн=40%) мощность [6]:
Выбираем асинхронный двигатель с фазным ротором типа 4МТН 200LB8 [8].
Каталожные данные двигателя:
- номинальная мощность Р2н = 22 кВт;
- номинальная частота вращения nн = 715 об/мин;
- коэффициент мощности cosн=0,7;
- напряжение статора U1 = 380 В;
- напряжение ротора U2 = 241 В;
- сила тока статора I1 = 57 А;
- сила тока ротора I2 = 59 А;
- максимальный момент Мк = 800 Нм;
- момент инерции Jp = 0,68 кгм2.
Уточненный выбор мощности двигателя.
Уточненная частота вращения [6]:
Радиус приведения кинематической цепи между двигателем и исполнительным механизмом [6]:
.
Суммарный приведенный момент инерции для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
Динамические моменты для нагруженного и ненагруженного механизма [6]:
.
.
Моменты сопротивления при пуске и торможении с грузом [6]:
;
.
Моменты сопротивления при пуске и торможении без груза [13]:
;
Эквивалентный момент сопротивления при ПВрас [13]:
Эквивалентный момент двигателя при стандартной продолжительности включения (ПВн=40%) [6]:
Номинальный момент двигателя:
Выбранный двигатель проходит по нагреву, так как условие Мн.дв(293,85 Н м) > Мэкв (240,84 Н м) выполняется. Двигатель также проходит по перегрузочной способности, то есть выполняется условие 0,81 *Мк (648,3 Нм) > Мп1 (530,8 Нм).
2.5 Выбор мощности двигателей пожарных насосов
Выше упоминалось, что в машинном зале для ликвидации пожара устанавливаются два пожарных насоса по бокам главных ворот. Пожарные насосы постоянно находятся в работе, то есть они работают в режиме циркуляции, поддерживая давление в трубопроводе.
Для привода пожарных насосов выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А112 М2У3 [3].
Каталожные данные электродвигателя:
номинальная мощность Рн = 7,5 кВт;
номинальное напряжение Uн =380 В;
номинальный коэффициент мощности соsн = 0.88;
номинальный к.п.д. н = 87,5 %;
синхронная скорость nо = 3000 об/мин;
номинальное скольжение Sн = 2,6 %;
кратность пускового тока Iп/Iн = 7.5;
кратность максимального момента Мmах/Мн = 2.2;
кратность пускового момента Мп/Мн = 2.
2.6 Электрооборудование мастерской
В конструкциях насосных установок имеется множество металлических деталей, которые при эксплуатации подвергаются термическому и механическому воздействию, и как следствие этого процесса они изнашиваются. Для изготовления простых новых деталей, и поддержания старых в нормальном состоянии, а также для плановых и аварийных ремонтов узлов и агрегатов машин в мастерской устанавливается группа металлообрабатывающих станков и сварочных трансформаторов.
Перечень устанавливаемого оборудования:
один сверлильный станок типа 2Н150. Станок предназначен для сверления, рассверливания, зенкования, развертывания и подрезания торцов.
Электродвигатели:
1) привод главного движения (4А132S4У3):
Рн =7,5 кВт; н=0,875; соsн=0,86; Кп =7,5;
2) привод насоса охлаждения (4АА50В2У3):
Рн =0,12 кВт; н=0.63; cosн= 0.7; Кп = 4.
Габариты станка (длина х ширина х высота) 1293х 875х3090 мм.
- два токарно-винторезных станка типа 1М63 для выполнения токарных и винторезных работ по черным и цветным металлам, точения конусов, нарезания резьб.
Электродвигатели:
1) привод главного движения (4А160S4У3):
Рн = 15 кВт; н=0,885; cosн=0.88; Кп = 7;
2) привода быстрого хода каретки (4А80А4У3):
Рн = 1,1 кВт; н=0.75; cosн = 0.81; Кп = 5;
3) привод насоса охлаждения (4АА50В2У3):
Рн = 0,12 кВт; н= 0,63; cosн= 0.7; Кп = 4.
Габариты станка (длина х ширина х высота) 3530х1680х1290 мм.
один фрезерный станок типа М654 для обработки плоскостей на изделиях из стали, чугуна и легких сплавов торцовыми, концевыми и фасонными фрезами.
Электродвигатели:
1) привод главного движения (4А160S4УЗ):
Рн = 15 кВт; н = 0,885; cosн = 0,88; Кп = 7;
2) привод подачи (4A100L4У3):
Рн = 4 кВт; н = 0,84; cosн = 0,84; Кп = 6.
Габариты станка (длина х ширина х высота) 2890х3165х3140 мм.
один круглошлифовальный станок типа 3Б161, предназначенных для шлифования цилиндрических и пологих конических поверхностей изделий.
Электродвигатели:
1) привод шлифовального круга (4А132S4У3):
Рн = 7,5 кВт; н = 0,875; cosн = 0,86; Кп = 7,5;
2) привод изделия (4А71В4У3):
Рн = 0,75 кВт; н = 0,72; cosн = 0,73; Кп = 4,5;
3) привод гидропресса (4А90L6У3):
Рн = 1,5 кВт; н = 0,75; cosн = 0,74; Кп = 4,5;
