Выбор типа электропривода и электродвигателя
Образовательное учреждение высшего образования
ЮЖНО–УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: Система автоматического управления технологическими процессами
ТЕМА: Разработка схемы автоматического регулирования электроприводом насоса
Выполнил(а) студент(ка)
Курганская обл., г. Шумиха,
ул.
(адрес проживания)
Группа: ЭЛЗу- 3 01/05а
Дата отправления ______
Результат проверки ______________
Проверил преподаватель А.Н. Акишев
Дата проверки ___________________
Челябинск, 2017 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение 3
2. Описание технологической установки 7
3. Выбор типа электропривода и электродвигателя 11
4. Выбор мощности электродвигателя 12
5. Механические характеристики электропривода и электродвигателя 13
6. Кривая разгона электродвигателя, определение время пуска 16
7. Определение время торможения 17 8. Построение кривых нагрева и торможения 18 9. Управление электроприводом 19
|
|
|
10. Технико-экономические сравнения 21 11. Матиматическая модель электропривода 27 12. Заключение 31
13. Список литературы 32
Введение
Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.
|
|
|
Теория автоматического регулирования прошла значительный путь своего развития. На начальном этапе были созданы методы анализа устойчивости, качества и точности регулирования непрерывных линейных систем. Затем получили развитие методы анализа дискретных и дискретно-непрерывных систем. Можно отметить, что способы расчета непрерывных систем базируются на частотных методах, а расчета дискретных и дискретно-непрерывных — на методах z-преобразования.
|
|
|
В настоящее время развиваются методы анализа нелинейных систем автоматического регулирования.
Проектирование систем автоматического регулирования можно вести двумя путями: методом анализа, когда при заранее выбранной структуре системы (расчетным путем или моделированием) определяют ее параметры;
- методом синтеза, когда по требованиям, к системе сразу же выбирают наилучшую ее структуру и параметры.
Определение параметров системы, когда известна ее структура и требования на всю систему в целом, относится к задаче синтеза. Решение этой задачи при линейном объекте регулирования можно найти, используя, например, частотные методы, способ корневого годографа или изучая траектории корней характеристического уравнения замкнутой системы. Выбор корректирующего устройства методом синтеза в классе дробно-рациональных функций комплексного переменного можно выполнить с помощью графоаналитических методов. Эти же методы позволяют синтезировать корректирующие устройства, подавляющие автоколебательные и неустойчивые периодические режимы в нелинейных системах.
Формирование систем автоматического регулирования, как правило, выполняют на основе аналитических методов анализа или синтеза. На этом этапе проектирования систем регулирования на основе принятые допущений составляют математическую модель системы и выбирают предварительную ее структуру. В зависимости от типа модели (линейная или нелинейная) выбирают метод расчета для определения параметров, обеспечивающих заданные показатели устойчивости, точности и качества. После этого уточняют математическую модель и с использованием средств математического моделирования определяют динамические процессы в системе. При действии различных входных сигналов снимают частотные характеристики и сравнивают с расчетными. Затем окончательно устанавливают запасы устойчивости системы по фазе и модулю и находят основные показатели качества.
|
|
|
Далее, задавая на модель типовые управляющие воздействия; снимают характеристики точности. На основании математического моделирования составляют технические требования на аппаратуру системы. Из изготовленной аппаратуры собирают регулятор и передают его на полунатурное моделирование, при котором объект регулирования набирают в виде математической модели.
По полученным в результате полунатурного моделирования характеристикам принимают решение о пригодности работы регулятора с реальным объектом регулирования. Окончательный выбор параметров регулятора и его настройка выполняют в натурных условиях при опытной отработке системы регулирования.
Развитие теории автоматического регулирования на основе уравнений состояния и z-преобразований, принципа максимума и метода динамического программирования совершенствует методику проектирования систем регулирования и позволяет создавать высокоэффективные автоматические системы для самых различных отраслей народного хозяйства. Полученные таким образом системы автоматического регулирования обеспечивают высокое качество выпускаемой продукции, снижают ее себестоимость и увеличивают производительность труда.
Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую, является ЭД, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственного механизма. Речь идёт не только о сообщении машине вращательного или поступательного движения, но, главным образом, об обеспечении с помощью автоматизированного электропривода оптимального режима работы машин, при котором достигается наибольшая производительность при высокой точности [3].
Целью данного курсового проекта является разработка электропривода магистрального насоса НМ-500/300:
- обеспечение подачи насосов ЛПДС «Хохлы» в соответствии с проектируемой, а также возможность регулирования объёма перекачки в требуемом диапазоне;
- сокращение удельных потерь электроэнергии на тонну*км перекачиваемой нефти;
- уменьшение числа пусков ЭД;
- возможность учёта влияния свойств перекачиваемой нефти на потребную мощность.
1. Описание технологической установки
Технологической установкой на ЛПДС «Хохлы» является центробежный магистральный насос НМ-500/300.
Нефтяные центробежные насосы предназначены для применения в технологических установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, а также в других отраслях народного хозяйства для перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (удельному весу, вязкости и пр.) и коррозионному воздействию на материал деталей насосов. Насосы, изготавливаемые в различных климатических исполнениях и различных категорий, предназначены для работы вне помещений и в помещениях, где по условиям работы возможно образование взрывоопасных газов, паров или смеси пыли с воздухом, и относящихся к различным категориям взрывоопасности. Привод насосов – взрывозащищенные электродвигатели исполнения ВЗГ.
Нефтяные магистральные насосы типа НМ – предназначены для перекачивания нефти и нефтепродуктов с температурой от -5 до +80°С с содержанием механических примесей не более 0,03% по объему, размером частиц до 0,2 мм.
Конструкция насоса – горизонтальная с двухсторонним подводом жидкости к рабочему колесу и двухзавитковым спиральным отводом жидкости от рабочего колеса. Корпус насоса рассчитан на предельное рабочее давление 75 кГс/см2. Эксплуатируются в помещениях с положительной температурой. Материал деталей проточной части – сталь 25Л.
Рис. 1. Схема магистрального насоса
Основной элемент насоса (рис. 1) – рабочее колесо 5, насаженное на шпонке на вал 2, вращается в корпусе насоса 3, в котором осуществляется подвод 7 и отвод 6 жидкости от рабочего колеса. Для разделения области всасывания от области нагнетания применяются щелевые уплотнения 9. В качестве основных подшипников применяют подшипники скольжения 10. Возможные небольшие осевые нагрузки воспринимаются радиально-упорным подшипником 1. Разгрузка торцевых уплотнений осуществляется с помощью труб 8, соединённых с их камерами. Последние отделены от подвода 7 разделительными втулками 13. С помощью труб 12 осуществляется сбор утечек. Насос соединяется с двигателем с помощью зубчатой муфты 11. Приёмный и напорный патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Система смазки насоса принудительная, осуществляется центральной маслоустановкой. Она предназначена для подачи масла в подшипники насосов, электродвигателей и в зубчатую муфту.
Двигатели таких насосов работают в продолжительном режиме, т.е. двигатели работают в режиме, при котором интервал времени работы настолько велик, что температура двигателя при неизменной температуре окружающей среды достигает своего установившегося значения, определяемого нагрузкой.
Таблица 1.1 – Технические данные насоса НМ-500/300. Характеристика перекачиваемой нефти
| Подача, Q | 500м3/с |
| Напор, H | 300 м |
| Номинальная частота вращения, w | 2980 об/мин |
| Допускаемый кавитационный запас | 4,5 м |
| Масса насоса, m | 3000 кг |
| КПД насоса | 0,8 |
| Плотность перекачиваемой нефти, ρ | 858 - 870 кг/м3 |
Под регулированием режимов понимается целенаправленное воздействие на систему с целью изменения расхода и потребляемого напора в ней. Рассмотрим существующие методы регулирования режимов работы нефтепровода, которые с той или иной степенью мобильности применяются для получения заданных технологических условий эксплуатации объекта.
- Регулирование режимов работы нефтепровода изменением числа работающих насосов
С увеличением на участке числа работающих насосов расход и напор в трубопроводе возрастают. Однако рост этот происходит на станции, где включаются агрегаты, очень быстро. Время разгона агрегата до номинальных параметров составляет секунды. При таком процессе на этой станции возникает ударная волна, которая вследствие упругости жидкости и стенок трубопровода распространяется вдоль него в обе стороны со скоростью 800–1000 м/с. Эта волна давления вызывает нарушение нормальной работы нефтепровода. Частые переключения насосов отрицательно сказываются на надёжности работы нефтепровода.
- Регулирование режимов работы нефтепровода изменением числа работающих станций
Этот метод часто применяют в процессе вывода нефтепровода на проектную пропускную способность. Когда промыслы ещё не нарастили добычу до максимального уровня, а магистральный нефтепровод построен, экономично вводить насосные станции очередями.
-Обточка рабочих колёс
Обточка рабочих колёс центробежных насосов по наружному диаметру-широко распространённый способ регулирования режима работы нефтепровода путём изменения характеристики насоса. При обточке энергетические параметры Q, H, N уменьшаются. Если обточка ведётся в допустимых пределах, КПД падает не более чем на 1-3%. Метод регулирования режима работы насосных станций обточкой нельзя назвать мобильной, так как частая смена колёс насосов практически невозможна.
-Установка сменных колёс
Сменные колёса применяются на начальных стадиях работы нефтепровода, когда подача не соответствует экономичному значению КПД основного насоса.
-Дросселирование потока
Дросселирование потока осуществляется автоматически прикрытием проходного сечения регулятора давления. Если эта система отсутствует, дросселирование можно осуществлять задвижкой. Несмотря на простоту и удобство регулирования дросселированием, этот способ имеет существенный недостаток: он, как правило, неэкономичен. Энергия, расходуемая на дросселирование, безвозвратно теряется (диссипирует), что снижает общий КПД насосной станции.
-Изменение частоты вращения
При изменении частоты вращения насоса подача его меняется пропорционально первой степени частоты вращения, напор - пропорционально квадрату, мощность - пропорционально кубу. Экономичным при этом является регулирование частоты вращения в небольшой зоне, так как в этом случае режимы работы на трубопровод будут оставаться в зоне высоких КПД (±30% от номинальной скорости вращения).
Оптимизация работы насосного оборудования и магистральных нефтепроводов с помощью регулируемого электропривода обеспечивает:
• автоматическую синхронизацию и оптимизацию режимов последовательно работающих НПС на магистральном нефтепроводе,
• увеличение за счёт этого пропускной способности магистральных нефтепроводов,
• исключение условий возникновения гидравлических ударов и предотвращение за счет этого аварийных разрывов магистральных трубопроводов,
• «щадящие» режимы и увеличение ресурса работы насосного оборудования,
• экономию до 30–40% электроэнергии, потребляемой насосными агрегатами.
Выбор типа электропривода и электродвигателя
Правильный выбор типа двигателя и особенно его номинальной мощности имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку он определяет первоначальные затраты (капитальные вложения) и стоимость эксплуатационных расходов электропривода.
При выборе электродвигателя, необходимо учесть такие факторы как род тока, номинальное напряжение, частота вращения, конструктивное исполнение и номинальную мощность. В производственных условиях не всегда приходится решать весь комплекс этих вопросов. Часто бывают заданы род тока, напряжение, частота вращения. Основным условием, которое необходимо учесть, является правильное определение мощности и конструктивного типа электродвигателя [1].
Электрооборудование, используемое в транспорте нефти, должно удовлетворять требованиям взрывобезопасности. Применение двигателя постоянного тока для привода насоса нецелесообразно по ряду причин:
– искрения на коллекторе;
– необходимость источника постоянного тока;
– большая стоимость и невысокая надежность.
Применение СД нецелесообразно, так как не предъявляются требования к высокому качеству регулирования угловой скорости.
Таким образом, выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором взрывозащищённого исполнения. Он является самым простым и дешёвым.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 379; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!