Насосные установки

Дипломная Работа написана лично в 2016 году. есть схемы, анализы. процент оригинальности 75%. оценена была на 5(отлично) ...

Введение........................................................................................................................3
Глава 1. Схема автоматического управления двумя насосными агрегатами..…...6
1.1 управления насосными агрегатами.............................................................6
1.2 Поплавковый датчик уровня......................................................................10
1.3 Устройство поплавковых датчиков уровня..............................................11
1.4 Устройство и конструкция………………………………………...………13
1.5 Монтаж……………………………………………………………………...15
1.6 Принцип работы поплавка для насосов…………………………………..16
1.7 Эксплуатация, обслуживание и ремонт………………………………..…16
1.8 Схемы подключения поплавкового выключателя………………….……17
1.9 Эксплуатация, обслуживание иремонт ……………………….……17
1.10 Магнитострикционные датчики уровня................................................18

Глава 2. Схема "звезда-треугольник"........................................................................20
2. 1. Описание принципа работы пуска двигателя "звездой", с переходом на "треугольник".....................................................................................................21
2.2 Трехфазный ЩАП………………………………………………………….24

Глава 3. Определение расчетных электрических нагрузок электрооборудования насосной станции и выбор защитно-коммутационной аппаратуры и сечений жил кабелей............................................................................................................................26

Глава 4. Техника безопасности...................................................................................37

Заключение ..................................................................................................................40

Задачей данного дипломного проекта является освоить практику подбора электрооборудования модернизируемой насосной станции ливневых стоков, удаляющей ливневые стоки с асфальтированной площадки транспортной развязки автоперехода общей площадью 2000 М2. (Ливневые стоки – вода, которая остается после пройденных дождей, растаявшего снега, льдов, избыточная вода, не впитавшаяся в почву)

Для этого герконы внутри штока соединены параллельно с резисторами, как показано на рисунке. Поплавок, передвигаясь вслед за изменением уровня жидкости, замыкает разные герконы, вызывая изменение общего сопротивления датчика уровня. Такие датчики уровня обычно устанавливаются сверху емкости, и их длина может достигать трех метров.Отдельной областью применения для поплавковых датчиков уровня можно назвать контроль уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего это задачи по контролю за объемом топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть большую, чем диаметр поплавка.Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель обычно в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня. Датчики могут работать при температурах до 200 С в химически агрессивных средах. Следует помнить, что датчики уровня такого типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а так же в случае замерзания жидкости.Если в жидкости высокая концентрация твердых включений, существует вероятность замерзания или создания липкого слоя на оборудовании, то для контроля уровня в этом случае можно использовать поплавковый датчик уровня на гибком кабеле. Датчик уровня такого типа представляет собой пластиковый цилиндр или сферу, внутри которой находится механический или герконовый переключатель и металлический шарик. Такой датчик уровня крепится за кабель на нужной глубине, и когда уровень жидкости достигает поплавка, то он переворачивается и металлический шарик внутри него активирует геркон или механический переключатель. Примером таких датчиков уровня можно назвать серию поплавковых датчиков уровня жидкости LFL, производства компании Pepprl+Fuchs.Особенности работы такого датчика рассмотрим ниже, тем более, что такие датчики используются в нашем проекте.1.4 Устройство и конструкцияПоплавок состоит из плавающего пластикового корпуса (Поз 1) на  фото.Внутри корпуса находится электрический переключатель (Поз. 2), рычаг при помощи которого происходит переключение контактов переключателя (Поз. 3) и стальной шарик Поз. 4) который при изменении положения поплавка изменяет положение рычага. От переключателя выходят кабель с тремя проводами (обычно это коричневый, синий и черный цвета): один общий и два от нормально закрытого и нормально открытого контактов переключателя (Рис.1).Электрическая схема поплавкаЦепь замкнута между черным и синим проводами, когда поплавок находится в нижнем положении. Если поплавок находится в верхнем положении то замкнуты контакты между черным и коричневым проводами. В каждом случае, провод который не используется в схеме подключения, должен быть за изолирован. Следует обратить внимание на то, что подводящий кабель должен быть влагостойким, а сама пластиковая коробка – герметична. Кабельный вывод герметизируется механическим уплотнением и оснащен надежным приспособлением для снятия в кабеле механических напряжений. Изолированная полость кабельного ввода заполнена полимерной смолой, исключающей проникновение внутрь влаги. Благодаря химическим свойствам и термостойкости корпуса и оболочки кабеля из термопластичной резины, поплавковый выключатель обладает стойкостью к воздействию спиртов, мочевой кислоты, фекальных вод, жидких масел, бензина, фруктовой кислоты и т.п. Поверхность пластикового корпуса не имеет пор, поэтому исключается возможность прилипания к ней различных загрязнений, а песок, бумага и прочие твердые включения соскальзывают с нее, никак не влияя на плавучесть поплавкового выключателя.Характеристики:Напряжение сети, В — 220 ± 10%;Максимальный коммутируемый ток, А:8А – для реактивной нагрузки (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.);10А– для активной нагрузки (пускатели, выключатели, тэны, лампы и т. п.);Диапазон рабочих температур: 0-60°C;Защита:IP 68.Монтаж поплавкового переключателя на гибком кабеле.Существует несколько способов монтажа поплавковых выключателей для насосов. Наиболее простой и быстрый способ — это монтаж в емкости, используя поплавок с кабелем и специальное грузило, идущее в комплекте. Грузило надевается на кабель, экспериментальным путем определяется длина плеча свободного хода поплавка. При помощи защелки грузило фиксируется на кабеле. Затем сам кабель надежно фиксируется на наружной стороне емкости. Производится электрическое подключение поплавкового выключателя к насосу и на этом, собственно, монтажные работы закончились.Монтаж поплавка для насосов на подводящем кабеле можно выполнять лишь тогда, когда нет опасности, что поплавковый выключатель зацепится или зависнет внутри емкости и когда в емкости находится только один поплавок.Если в емкости будет монтироваться несколько поплавков, то они монтируются на специальную штангу. Роль штанги обычно выполняет кусок пластиковой трубы, установленной и надежно закрепленной в емкости. Затем на трубу монтируются поплавки, которые выставляются, регулируются и разносятся по длине штанги так, чтобы не мешали друг другу выполнять свои функции. Кабели, идущие от поплавковых выключателей, крепятся к штанге при помощи хомутов. Количество поплавковых выключателей зависит от числа насосов или от типа и количества защитных устройств и применяемых пультов управления. Иногда для надежной работы поплавковых выключателей может возникнуть необходимость использовать несколько штанг.Как, сколько и в каком месте монтировать поплавковые выключатели каждый раз определяется индивидуально на месте монтажа или согласно проекту. В нашем случае используется три поплавковых переключателя: по одному для каждого насоса и один для контроля аварийного уровня.Принцип работы поплавкового переключателяСуществует несколько вариантов применения поплавковых выключателей и принципов его работы, но нас интересует один:Система канализации (ливневая канализационная яма).Поплавок включит погружной насос, когда он поднят вверх (заполненная емкость) и выключит насос, когда опустится на дно (емкость пустая).Эксплуатация, обслуживание и ремонт поплавкового переключателя Поплавки для насосов при соблюдении условий эксплуатации работают долго и надежно. Если поплавковый выключатель используется в системе водоснабжения или водоотведения, то в периодическом техническом обслуживании он не нуждается. Когда поплавок используется в фекальных или канализационных ямах, то необходимо хотя бы раз в месяц промывать поплавок и насос от загрязнений с помощью струи воды под давлением, для исключения залипания или прилипания поплавка к насосу или напорной трубе. В случае выхода поплавкового выключателя из строя (подгорание контактов, попадание влаги внутрь поплавка, повреждение изоляции кабеля) ремонту они не подлежат, а требуется их замена. Замену поплавкового выключателя необходимо производить в специализированных сервисных центрах.Схемы подключения поплавкового переключателяНа рис. 2, 3 приведены схемы подключения поплавка к однофазным и трех фазным насосам.Подключение трех фазного двигателяЭксплуатация, обслуживание и ремонт поплавкового переключателя Поплавки для насосов при соблюдении условий эксплуатации работают долго и надежно. Если поплавковый выключатель используется в системе водоснабжения или водоотведения, то в периодическом техническом обслуживании он не нуждается. Когда поплавок используется в фекальных или канализационных ямах, то необходимо хотя бы раз в месяц промывать поплавок и насос от загрязнений с помощью струи воды под давлением, для исключения залипания или прилипания поплавка к насосу или напорной трубе. В случае выхода поплавкового выключателя из строя (подгорание контактов, попадание влаги внутрь поплавка, повреждение изоляции кабеля) ремонту они не подлежат, а требуется их замена. Замену поплавкового выключателя необходимо производить в специализированных сервисных центрах.Магнитострикционные датчики уровняСуществует еще один тип поплавковых датчиков уровня – это магнитострикционные датчики. Принцип их действия основан на измерении времени распространения ультразвукового импульса внутри металлического стержня, снабженного поплавком со встроенным магнитом. Это, пожалуй, самый точный тип датчика уровня. Типичная точность магнитострикционных датчиков составляет 10 мкм., и более.Магнитострикционные датчики выпускаются например фирмами Balluff ( Micropulse ), MTSSensors ( Temposonic и LevelPlus), TRElectronic и другими. Еще одним отличием от традиционных датчиков уровня является то, что в магнитострикционных датчиках уровня в качестве штока, по которому перемещается поплавок, может быть использован гибкий трос. Тем самым измеряемая длина может составлять 12 и более метров, сохраняя при этом непревзойденную точность измерений.В нашем случае используются поплавковые датчики уровня на гибком кабеле. Данная конструкция показала себя надежной в работе с высокой стабильностью и не требует постоянного обслуживания.Далее рассмотрим способ уменьшения пусковых моментов электродвигателей погружных насосов.Учитывая тяжелые пуски насосов (большой пусковой момент, который вызывает большие пусковые токи), в схеме управления насосами предлагается применение схемы переключения соединения обмоток электродвигателя со «звезды» на «треугольник». Применение такой схемы снижает пусковые токи в 3 раза при пуске со «звезды». Рассмотрим принцип работы данной схемы. Глава 2. Схема "звезда-треугольник"Необходимость применения данной схемы пуска асинхронного электродвигателя вызвана высокими пусковыми токами. Для снижения этих самых токов, применяется пуск звезда-треугольник. Фактически, запуск двигателя происходит по схеме "звезда", для которой в начальный момент токи низкие. По истечению времени, заданному на реле KT1, происходит переключение в схему "треугольник", в которой стартовые токи были бы больше.Рисунок – Схема пуска звезда-треугольникОдин из вариантов временной диаграммы реле KT1 для реализации вышеприведенной схемы:Рисунок 2 – Временная диаграмма реле времени2. 1. Описание принципа работы пуска двигателя "звездой", с переходом на "треугольник"После нажатия кнопки “Start” SB2, запитывается катушка контактора KM1, в результате чего, замыкаются силовые контакты KM1 и доп. контактом КМ1.1 реализуется самоподхват кнопки пуска. Так же подаётся напряжение на реле времени KТ1, и замыкается контактор KM3. Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме "звезда". А по истечении времени реле t1 контакт KТ1.1 мгновенно разомкнётся, пройдет задержка времени t2 в 50 мс, и замкнется контакт KТ1.2. В следствии, сработает контактор KM2, который осуществляет переключение на "треугольник".Контакты НЗ (нормально замкнутые) KM2.1 и KM3.1 существуют для предотвращения одновременного включения контакторов KM1 и KM2. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи должно быть установлено тепловое реле. Как мы можем видеть на схеме, оно уже включено в автоматический выключатель, и в случае чрезмерной нагрузки, теплушка разомкнёт силовую цепь и цепь управления через контакт QF1.1.Рисунок 3 - Наглядный пример соединения обмоток в звездуРисунок 4 - Наглядный пример соединения обмоток в треугольникН - начало обмотки;К - конец обмотки. Существуют и другие схемы уменьшения пусковых токов. Например, использование частотного регулятора, который считается эффективным при мощности электродвигателя до 100 киловатт, но он дорог и требует частого технического квалифицированного обслуживания. Так же будет дорого из-за стоимости самого оборудования и стоимости эксплуатации источники регулирования напряжения.Предложенная схема компактна, надежна в работе и значительно менее затратна.Учитывая требования к надежности электроснабжения насосной станции схемой электроснабжения предусматривается использование двух питающих кабельных линий электроснабжения от внешней сети и схемы автоматического включения резерва. Схема АВР была принята по причине того, что при второй категории надежности электроснабжения перерыв в электроснабжении допускается на время переключения на резервный источник.Наш вариант надежен в работе и не требует присутствия эксплуатирующего персона при переключении, что в очередной раз сказывается на затратной части в сторону уменьшения. Далее рассмотрим принцип работы схемы включения автоматического резервного источника электроснабжения.Схема электрическая щитов ЩАП 53 и 63.Поз. обозн.НаименованиеКол.Ед. изм.HLGАрматура светосигнальная на 220 В зеленая1шт.HLRАрматура светосигнальная на 220 В красная1шт.K1Реле контроля фаз ЕЛ-111шт.К2Реле промежуточное РПЛ-1221шт.KM1&KM2ПМ реверсивный на номинал щита.1шт.QS1, QS2ВА 3 полюса, ток на номинал щита2шт.QF1-QF4ВА 1 полюс C06 А4шт.2.2 Трехфазный ЩАПУ ЩАП имеется два входа - основной (вверху, L31-L33) и резервный (внизу, L41-L43). Напряжение основного ввода контролирует реле контроля фаз, как правило, это реле ЕЛ-11 (контролируется: снижение напряжения по любой фазе до 0,6Uф, обрыв одной или двух фаз, последовательность чередования фаз; регулируемое время задержки срабатывания по всему, кроме полного пропадания сети). В том случае, если параметры сети по основному вводу соответствуют параметрам реле контроля фаз, К1 включается,  замыкая (напрямую или через К2) цепь питания катушки КМ1 пускателя и размыкая аналогичную цепь КМ2 - контактор подключает нагрузку к основному (верхнему) вводу сети. Зажигается зеленая лампа HLG, соответствующая нормальному, рабочему состоянию АВР.Если параметры основного ввода выходят из заданных К1, то происходит обратный процесс: размыкается цепь питания КМ1 и замыкается цепь питания КМ2 - ЩАП подключает нагрузку к резервному вводу (нижнему). При этом загорается красная лампа, сигнализирующая, что нагрузка питается от резервного ввода и требуется ремонт основного.В цепи питания КМ1 и КМ2 включены дополнительные нормально-замкнутые контакты "противоположной" катушки (так, если сработал КМ1, то цепь питания КМ2 будет разорвана, и наоборот) - это дополнительная (к механической блокировке реверсивного пускателя) блокировка одновременного срабатывания катушек. Клеммная колодка XT устанавливается для присоединения сигнальных ламп, расположенных, как правило, на дверце щита. С нее же можно забрать сигналы состояния АВР на внешние исполнительные устройства (например, на запуск или остановку дизель-генератора).Данная схема обеспечит автоматичяеское включение резерного питания от внешней сети по резервному кабелю.Следующим разделом работы является выбор сечений питающих кабелей, как отдельных электроприемников, так и питающих линий вводно-распределительного щита насосной станции от внешнего электроснабжения.Глава 3. Определение расчетных электрических нагрузок электрооборудования насосной станции и выбор защитно-коммутационной аппаратуры и сечений жил кабелей.Как указано в задании, электроснабжение насосной станции осуществляется по двум кабелям от разных систем шин РП низкого напряжения ТП.Потребителями электроэнергии станции являются два электродвигателя мощностью 37 кВт каждый и схема автоматики мощностью 0,6 кВ.Исходные данные для определения расчетной мощности электроприемников заносим в таблицу -1. Параметры двигателя: РН, UН, IН, cosⱷН берем с таблички электродвигателя, tgⱷН определяем по тригонометрической таблице, коэффициент пуска КП и коэффициент использования KИ, так же являются табличными данными.№Наименование электроприемникаКол-воРН,квтUН,ВIН,АcosⱷНtgⱷНКПKс1Электродвигатель насоса АВС237380/2200,952,50,82Схема автоматики20,32200,95-0,8Таблица 1Далее определяем расчетные электрические нагрузкинасосной станции.Для расчета нагрузки использованы Указания по расчету электрических нагрузок РТМ 36.18.32.4-92, а так же справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок (М788 -1069, утв. ВНИПИ Тяжпромэлектропроект им. Ф.Б. Якубовского).Расчет нагрузок ведется по нижеприведенной форме Ф 636-92:Исходные данные для расчета (графы 1-6) заполняются на основании технического задания на проектирование. Коэффициенты использования (КИ) и коэффициенты мощности (COSϕ) заполняются согласно справочным данным по расчетным коэффициентам электрических нагрузок.В графах 7 и 8 записываются построчно величины: КИ*РН;КИ*РН*tgϕ.В итоговой строке определяются суммы этих величин:∑КИ*РН;∑КИ*РН*tgϕ.Определяется групповой К И для данного узла питания по следующей формуле:КИ = ∑КИ*РН/∑РН.Значение КИ заносится в графу 5 итоговой строки.Для последующего определения эффективного числа ЭП (nЭ) применяется упрощенное выражение:Далее определяется коэффициент расчетной мощности КР– отношение расчетной активной мощности РР к значению КИ*РН к группе ЭП:КР= РР/КИ*РН.Результаты расчета коэффициента расчетной мощности заносятся в графу 11.Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания ЭП напряжением до 1 кВ (графа 11) определяется по выражению:РР = КР *∑ КИ*РН .Расчетная реактивная мощность (графа 13) определяется следующим образом. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от nЭпри nЭ ≤10 QР =1,1 * ∑ КИ*РН * tgϕnЭ ≥ 10 QР =∑ КИ*РР* tgϕВ нашем случае nЭ=2, так как два электродвигателя имеют одинаковый коэффициент использования и cosⱷН, а мощность схемы автоматики значительно меньше 5% общей номинальной мощности.Значение токовой расчетной нагрузки (графа 15) по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:IP= SP/√3*UHГде SP= √РР2 + QP2- полная расчетная мощность, кВА (графа 14).Расчет начинается с заполнения первых граф таблицы с 1ОЙ по 6УЮ графу параметров электроприемников, подключенных к щиту управления насосной станцией.Графа 7 заполняется построчно для каждой строки с вычислением произведения содержания графы 4 на содержание графы 5.Графа 8 заполняется так же построчно и значение ее равно произведению содержания графы 7 на tgϕ электроприемника данной строки.Эффективное число электроприемников для данной группы электроприемников Принимаем для данной группы ЭП nЭ=2, как ближайшее меньшее целое число и заносим это значение в графу 10 итоговой строки. По данным графы 4 и графы 7 итоговой строки рассчитаем средний КИ для этой группы ЭП.КИ=КИ * РН /∑РН; КИ= и заносим это значение в графу 5 итоговой строки.Учитывая полученные значения среднего для группы ЭП КИ и nЭ по таблице «Значений коэффициентов расчетной нагрузки КР для питающих сетей напряжением до 1000 В».На пересечении nЭ=2 и КИ=0,9 находим значение КР=1,36 и заносим это значение в графу 11 итоговой строки.