котельная на биотопливе(щепе)7МВт

ВВЕДЕНИЕ
1.ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЕЛЬНОЙ
1.1 Технологическая характеристика котельной
1.2 Электроснабжение и электрификация котельной
1.3 Оценка мощности механизмов и электродвигателей.
2 РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА ГВС
2.1 Регулирование работы насоса
2.2 Расчет характеристик насосов горячего водоснабжения и определение энергетических показателей работы электродвигателей.
3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСА ГВС
3.1 Способы решения задачи
3.2 Энергоресурсоснабжение при использовании ПЧ
3.3 Формирование и регулирование напряжения
3.4 Частотно-управляемый электропривод насоса ГВС
3.4.1 Выбор оборудования
3.4.2 Энергетические показатели частотно-управляемого электродвигателя
3.4.2Расчет потребления электроэнергии электродвигателя насоса ГВС(горячего водоснабжения)с ПЧ(преобразователь частоты).
4.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
4.2 Расчёт затрат на разработку и внедрение проекта
4.3 Расчет затрат на внедрение проекта
4.4 Расчет экономического эффекта
4.5 Расчет экономической эффективности
4.6 Технико-экономические показатели
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

VFD-F. включающая преобразователь частоты и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Рисунок 3.5 – ПЧ VFD-055-F43AОсобенности преобразователя частотыVFD-055-F43AПоследовательный интерфейс RS-485 (протокол Modbus) со скоростью до 38 400 бод. Встроенный пульт управления с пятиразрядным светодиодным индикатором красного свечения, снимаемый для выноса, например, на дверцу шкафа. 11 дискретных входов (из них, 8 многофункциональных программируемых). 3 аналоговых входа (4...20мА, 4...20мА, 0...10В). 2 релейных (возможно расширение до 8) многофункциональных программируемых выхода. 2 программируемых аналоговых выхода.Источник задания выходной частоты:1. Цифровая клавиатура (кнопки ▼, ▲). 2. Аналоговые входы: AVI (0…10В/5В, входной импеданс 47кОм);  ACI1( 0/4…20мА, входной импеданс 250Ом); ACI2( 0/4…20мА, входной импеданс 250Ом)3. Дискретные входы (предустановленные скорости, функции JOG, UP и DOWN);4. Последовательный интерфейс RS-485 (MODBUS)Технические характеристики преобразователя представлены в таблице 3.1Таблица 3.1 – Характеристики VFD-055-F43AРисунок 3.6– Структурная схема силовой части приводаРисунок 3.7 – Габаритные размеры ПЧВыбор аппаратуры защиты и управленияАвтоматический выключатель:Выбираем по Iн, числу полюсов и току расцепителей:тепловой расцепитель: Iт=1,25 * Iн , А;Iт =1,25 *8,7=10,5 Аэлектромагнитный :Iэ =1,2 * Iпуск , А; Iэ =1,2 *10= 12 АТаблица 3.2 – Технические характеристики выключателяТипIн,АВид расцепителяIт,АIэ, ААЕ2050100Электромагнитный15До 12*IнКонтактор:выбирается по Iн , V, числу полюсов. Таблица 3.3 – Технические характеристики контактора ТипUном,ВIн,АЧисло полюсовКТД 121380153Выбор сечения питающего кабеляРасчёт тока нагрузки по формуле:Iнгде Р-мощность, Вт;U-напряжение, В=8,7 АДля повторно-коротковременного режима, в котором работает ЭД пересчитываю его к длительному режиму по формуле:Iдл=, Агде – ток при кратковременном режиме, АIдл = =12,6 АПо току выбираем кабель с условием Iдл.допIнАВВГ 4х6 Iдл.доп=35А 3512,6 АОпределяем потери напряжения по формуле:U=I*l(r0*cos+xo*sin)где: xo -величиной xo в сетях до 1000 В пренебрегаем ; l-длина сети, км. r0Ом/кмгде: S-сечение, мм2r0==5.20 Ом/кмU = *0.05*(5.20*0.9+0)=11.8 ВНаходим потерю напряжения в процентах:*100*100=3.1Сравниваем с Uдоппо ПУЭUдопU6Требование выполнено.Расчёт заземляющего устройстваЗащитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.Целью расчета защитного заземления является определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схема размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.Предназначенное для заземления, устройство относится к электроустановкам до 1000 В. Заземляющее устройство представляет собой прямоугольник 23 м. В качестве вертикальных стержней предполагается применить трубы диаметром 0,048 м и длиной 2,5 м. Расстояние от поверхности до верхнего конца трубы принимаем 0,7 м. В качестве соединительной полосы выбираем сплошную шину шириной 40 мм и толщиной 4 мм. Определение расчетного тока замыкания на землю., где: Z – сопротивление фазы относительно земли (Z=100 Ом). А.Согласно правилам устройства электроустановок в электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. Поэтому, принимаем Rз = 4 Ом.Определение расчетного удельного сопротивления грунта: где – климатический коэффициент, равный 1,5;изм – удельное сопротивление грунта, полученное путем измерения, равное 100 Омм. Омм.Определим сопротивления естественных заземлителей Rе.Сопротивление естественных заземлителей определяется расчетом по формуле:где l – длина стержня, равная 2.5 м;d – диаметр стержня, равный 0,048 м.40,12 ОмОпределение сопротивления искусственного заземлителя Rи: ОмОпределение сопротивления одиночного вертикального искусственного заземлителя рисунке 3.8Рисунок 3.8 – Схема заземлительного стержнягде l – длина заземлителя, м;d – диаметр заземлителя, м; Н – расстояние от поверхности до середины заземлителя, м;Rст.ед.=(ln+ln)=46,04 Ом Определим предварительное число заземлителей и расстояние между ними. Периметр заземляющего устройства равен 10 м. Приняв расстояние между заземлителями равным 1 м, находим число заземлителей – 10 шт. По этим данным определим коэффициент использования вертикальных стержней: .Определение сопротивления соединительных полос Rп:Rп=*ln =46,74Ом;где Rп- сопротивление соединительной полосы, Ом;Iп - длина полосы, м;bп – ширина полосы, м;С учетом поправочного коэффициента nп = 0,34 Rп =46,74*0,34=15,89 Ом;Определение сопротивления заземлителей Rст:(Rст==6,16 Ом;Определение числа заземлителей:, n= =13,6Принимаемn=14.Следовательно, по контуру заземляющего устройства располагается 14 вертикальных заземлителей на расстоянии 0,7 м друг от друга.3.4.2 Энергетические показатели частотно-управляемого электродвигателяСоставление схемы замещения электропривода и расчет недостающих параметров.Выражения для построения скоростных и механических характеристик в разомкнутой системе привода можно получить на основании схемы замещения АД:Рисунок 3.9 – Схема замещения АД с короткозамкнутым ротором. - активное сопротивление статора АД; - активное приведенное сопротивление ротора АД;x1- индуктивное сопротивление статора АД;x2’- индуктивное сопротивление ротора АД, приведенное к статорной обмотке; - фазное напряжение питания АД.Воспользуемся следующими формулами для определения недостающих параметров схемы замещения:Номинальное скольжение:; (3.1)Критическое скольжение:; (3.2)Индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания: (Ом); (3.3)Расчет скоростных характеристик электропривода.Скоростные характеристики можно получить, исходя из выражения для тока . Рассчитаем скоростную характеристику для различной частоты питающего напряжения и занесем результаты в табл. 3.4.,(3.4)где S(f)– это скольжение при заданной частоте, которое можно найти по формуле:, (3.5)где ;(3.6) - номинальная скорость вращения; - заданная частота питающего напряжения; - изменяющаяся частота; В результате подстановки выражения (3.5) в (3.4) получим окончательное выражение для скоростной характеристики:; (3.7) (рад/с);Подставив различные значения частоты питающего напряжения и скорости от 0до ω0(f) в формулу (3.7), получим значения момента для скоростных характеристик при различных частотах (табл. 3.4).Табл. 3.4 Рисунок 3.11 – Скоростные характеристикиЭнергетические характеристики электроприводаРасчет потерь в электроприводе.Суммарные потери состоят из постоянных потерь, и потерь переменных.Суммарные потери:где – постоянные потери; – переменные потери.К постоянным потерям отнесем потери механические и потери в меди статора от намагничивающего тока:Механические потери:,(3.8)где ; - найдем из формулы (3.5); - номинальная паспортная мощность двигателя.Потери в меди статора: (Вт); (3.9)Переменные потери определим из выражения:;(3.10)Расчет КПДК. п. д. системы рассчитаем по формуле:; (3.11)где М – момент нагрузки;ω – скорость рабочей точки; – суммарные потери в системе.Табл. 3.5 Результаты расчета КПДРис. 3,12. Зависимость КПД=f(ω) при Mс(f)=0,45Mкр(f)Расчет коэффициента мощности.Рассчитаем по формуле (3.12)и занесем полученные результаты в табл.4.2.Табл. 4.2Рисунок 3.12. Зависимость cosφ от скорости при Мс(f)=0,45Мкр(f)Рисунок3.13 – Зависимости КПД и cosφ от нагрузки на валу при частотах питающего напряжения f=50 Гц (а), f=30 Гц (б) и f=10 Гц (в).3.5.1 Расчет потребления электроэнергии электродвигателя насоса ГВС(горячего водоснабжения)с ПЧ(преобразователь частоты). Математическая модель привода.Для определения характера прохождения переходных процессов системы в переходных режимах необходимо определить коэффициенты характеристического уравнения системы в операторной форме:,где ТМ– механическая постоянная времени системы,ТЭ – электромагнитная постоянная времени;Определить постоянные времени можно с помощью следующих выражений: (с); (с),где (рад/с). (с), ,а это значит, что переходные процессы в системе должны иметь колебательный характер.Выбор машинной модели и моделирование переходных процессов на ПКВ качестве программного пакета для моделирования полупроводниковых электроприводов наиболее подходящей считается система MatLab (матричная лаборатория) со своими пакетами расширения (Toolboxes), повсеместно принятая в качестве основного инструмента изучения полупроводникового электропривода.В исследуемую модель (рисунок 3.13) вошли такие элементы:AsynchronousMachineSIUnit – готовая модель асинхронного двигателя параметрами, соответствующими номинальным паспортным данным двигателя АМУ 160 М6 Т2;3 источника синусоидального напряжения ACVoltageSourse с номинальными параметрами: f=50 Гц, Um=311 В; сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1200, моделируют трехфазную систему напряжений с номинальными значениями: Uф=220 В, Uл=380 В.Three-PhaseV-IMeasurement – трехфазный мультиметр для осуществления замеров сетевого тока и напряжения.2 элемента типа Scope – модели осциллографов для просмотра графиков сетевых тока и напряжения, а также изменения во времени частоты вращения ротора двигателя и момента на его валу.2 элемента типа Display для контроля установившегося значения тех же параметров.Step – элемент, с помощью которого, возможно смоделировать наброс нагрузки на вал двигателя в определенный момент времени. Рисунок 3.13 – Модель системы ПЧ-АД для программного пакета MatLab 6.5Моделируем пуск двигателя без нагрузки при трех различных частотах питающего напряжения f1=50 Гц, f2=37,5 Гц, f3=25 Гц, используя закон частотного регулирования .Значит при f=50 Гц Uл=380 В;при f=37,5 Гц Uл=329 В; при f=25 Гц Uл=269 В.При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).Рисунок3.14. Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=50 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =104,7 рад/сI1=8,721 АMв=0,517 Н·мПри частоте питающей сети f=37,5 Гц и линейном напряжении Uл=329 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).Рисунок 3.15 – Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=37,5 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =78,53 рад/сI1=8,908 АMв=0,3883Н·мПри частоте питающей сети f=25 Гц и линейном напряжении Uл=269 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Н·м).Рисунок 3.16. Графики ω=f(t) и Mв=f(t) при f=25 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =52,36 рад/сI1=10,29 АMв=0,036 Н·мПри частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В смоделируем переход системы из одного установившегося состояния (Мв = Мн = 73 Н·м, ω = ωн = 101.7 рад/с, I1 = I1н = 15,65 А) в другое после наброса нагрузки на вал двигателя (Мс.доп.= 0,3Мн = 22 Н·м).Рисунок 3.17 – Наброс нагрузки Мс.доп.=0,3МнПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =99,7 рад/сI1=12,06 АMв=95,5Н·м4.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИНа основании объема работ планируется срок разработки дипломного проекта. Плановое время в предельном случае составит соответственно срок, где начало соответствует дате выхода на проектирование, а конец – дате сдачи проекта.Весь объем работ разбивается по этапам. Каждый этап в свою очередь разбивается на работы. Имея плановые сроки и приблизительно усредненный вес каждого этапа, устанавливаются конкретные сроки проведения каждого этапа и объем выполнения работ.Первый и второй разделы – сравнение и выбор наиболее приемлемых вариантов решения поставленной задачи. Третий раздел – основная часть проекта, в который включается описание, разработка привода главного движения и его системы управления, а также анализ характеристик привода. План разработки проекта приведен в таблице 4.1Таблица 4.1 План работыЭтапыВыполняемые работыТрудоемкостьчел - деньУдель-ный вес, %Разра-ботчикРуководительСум-ма1.Под-гото-витель-ныйАктуальность темы и поста-новка задачина проекти-рование213102.Теоре-тическиеисследо-ванияРазработка структурной схемы7310153.Проек-тирова-ниеРазработка схем ЭПа, разработка и анализ САУ, анализ характеристик30535504.Техни-ческая отчет-ностьРаздел по организацион-но-экономичес-кой части и раздел по БЖД4-4155.Зак-лючите-льныйОформление проекта8-8106. Итого519601004.2 Расчёт затрат на разработку и внедрение проектаНа эту статью относится стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов и других материальных ценностей, расходуемых непосредственно в процессе выполнения научно-исследовательской работы (НИР) по теме. Цена материальных ресурсов определяется по соответствующим ценникам. В стоимость материальных затрат включаются транспортные расходы (10 % от прейскурантной цены), и накладные расходы (40% от ФОТ). Монтаж и наладка также как и накладные расходы составляет 40% от ФОТ. Стоимость электропривода до внедрения разработки составляет 400000 руб. После демонтажа электропривода он сдается на лом. Расчётные статьи покупных изделий и внедрения приводится в табл. 4.2.Таблица4.2 Расчётные статьи покупных изделий и внедренияНаименованиеЕдиницы измеренияКоличествоЦена заединицу, рубСуммарные затраты, руб.Двигатель шт.11500015000Электроприводшт.17000070000Накладные расходы20081Транспортные расходы8500Монтаж и наладка20081Итого133662Рисунок 4.1 – Расчётные статьи покупных изделий и внедрения4.3 Расчет затрат на внедрение проектаЗатраты на приобретение электродвигателя и электропривода составляют 85000 руб. согласно соответствующим ценникам. Все крепежные и монтажные материалы поставляются вместе с оборудованием. Транспортировка товара составляет 10% от стоимости и равна 8500 руб. Расчет капитальных вложений на монтаж, наладку и пуск находим по формуле: руб.4.4 Расчет экономического эффектаРасчёт экономического эффекта ведем из условия уменьшения амортизационных затрат и энергозатрат.Стоимость электропривода до внедрения данной разработки = 400000 руб. Дополнительные капиталовложения: руб.Стоимость электропривода после внедрения данной разработки:руб.где - дополнительные капиталовложения, равны 133662 руб.Экономический эффект из условия уменьшения эксплуатационных затрат на обслуживание электропривода и энергозатрат:,руб.Сметная стоимость разработки находим зная фонд оплаты труда и дополнительные капиталовложения на разработку и внедрение:руб.4.5 Расчет экономической эффективностиТеперь находим экономическую эффективность от внедрения данной разработки:,.Внедрение новой разработки считается эффективным, если:,где – коэффициент экономической эффективности принятый для предприятия.Сравнивая и , делаем вывод, что внедрение данной разработки эффективно.4.6 Технико-экономические показателиТаблица 4.5 Технико-экономические показателиНаименование показателяЕдиница измеренияЗначение показателяЧисло модернизируемых станков Напряжение питающей сетиЧастота питающей сетиНоминальная мощностьЧастота вращения номинальнаяСметная стоимость разработкиЭкономический эффектСрок окупаемостиФактический коэффициент экономической эффективностишт.ВГцкВтоб/минруб.руб.год.1/год1380505,530001838641572861.20.8ЗАКЛЮЧЕНИЕВ дипломном проекте разработана система автоматизациинасосной установки станцииподкачкиводы жилищногокомплекса. Система разработана на базе регулированого асинхронного электропривода с частотным управлением.Исходя из заданных величин давления и затраты воды, была рассчитана мощность электродвигателя насоса и выбранны двигатель типа и частотный преобразователь.Методом цифрового моделирования в программном пакете Matlab проведено исследования динамических режимов САК.Техническая реализация разработанной системы управления выполнена на базе частотного преобразователя.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВКлючев В.И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов. – М.: Госэнергоиздат, 1960.Чиликин М.Г. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. – 568 с.Башарин А.В. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат,1982 - 392 с.Лобачев П. В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат. 1990.СНиП 2.04.02-84: Насосные станции. Электрооборудование, технологический контроль, автоматизация и системы управления.Попкович Г. С., Гордеев М. А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Высш. шк. 1986Лезнев Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках. М.: ИК «Ягорба»-Биоинформсервис, 1998.Возможности использования современного регулируемого электропривода в системах водоснабжения. //www.privod.ruДмитриенко Ю. А. Регулируемый электропривод насосных агрегатов. Кишинев: Штиинца, 1985.Преобразователь частоты с многомоторной функцией управления.// www.privod.ruБашарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Леиннгр. отд-ние, 1982. — 392 с, ил.Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. – М.: Стройиздат, 1988. – 432 с.Аэродинамический расчет котельных установок. – Л.: Энергия, 1977. –256 с.Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 254 с.Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. – М.: Энергия, 1975. – 368 с.Роддатис К.Ф. Котельные установки. – М.: Энергия, 1977. – 432 с.