Електрифікація виробничих процесів пташника. 
Розробка автоматизації насосної установки водопостачання

1. Загальна частина

1.1 Склад проекту Дипломний проект на тему: «Електрифікація виробничих процесів пташника. Розробка автоматизації насосної установки водопостачання», виконано на підставі завдання на дипломне проектування № 1 згідно наказу про закріплення тем від 20.03.2012, відповідає вимогам діючим нормативним документам з проектування об'єкта електрифікації і автоматизації сільського виробництва, складається з пояснювальної записки на 106 аркушах формату А4 та графічної частини на 5 аркушах формату А1.

1.2 Вступ Розвиток електрифікації сільського господарства — невід'ємна умова науково-технічного прогресу сільськогосподарського виробництва. Саме електрифікації в сучасних умовах належить провідна роль в зростанні продуктивних сил суспільства.

Сучасне птахівництво, як і інші галузі народного господарства, відрізняє високі темпи науково — технічного прогресу.

Широко розгортається будівництво і обладнання сучасних приміщень для утримання птиці, налагоджується виготовлення машин і технологічного обладнання для птахівництва.

Впроваджується сухий спосіб годування птиці, різко збільшується виготовлення комбікормів. Видимо покращується економічні показники птахофабрик, спеціалізованих на виготовлені яєць або м’яса птиці.

В процесі швидкого розвитку птахівництва важливу роль відіграє комплексна механізація і електрифікація виробничих процесів. Завдяки впровадженню системи електрифікованих машин одна пташниця, отримала можливість обслуговувати 800−1800 тисяч індиків і більше, замість 300−600 тисяч при роботі вручну. Знизились прямі затрати праці і по догляді за птицею.

Промисловістю освоєний масовий випуск комплексного механізованого обладнання для підлогового і кліткового утримання птиці. В пташниках встановлюють опалювально-вентиляційне і освітлювальне обладнання, яке забезпечує оптимальний мікроклімат, який сприяє високій продуктивності птиці.

Необхідними умовами нормального перебігу виробничого процесу на підприємстві є: підтримання у робочому стані машин та устаткування; своєчасне забезпечення робочих місць сировиною, матеріалами, інструментами; живлення агрегатів енергією, виконання транспортних операцій. На підприємстві для позначення всіх цих процесів у сукупності використовується поняття — система технічного обслуговування виробництва.

Автоматизація виробництва у агропромисловому комплексі приносить значний економічний ефект, особливо коли це комплексна автоматизація. Комплексна автоматизація передбачає автоматизацію не тільки основних, а й допоміжних процесів і операцій.

В сільському господарстві щоденно споживається велика кількість води населенням, комунально-побутовими і промисловими підприємствами на поїння тварин і птиці, приготування кормів, миття доїльної апаратури та посуди, на переробку продуктів сільськогосподарського виробництва і на інші цілі.

Багато уваги і розробок приділяється й водопостачанню, як одній з базових частин побудови виробництва. Водопостачання — трудоємний процес, електрифікація якого і автоматизація полегшує працю людини. В сільському господарстві використовуються баштові і безбаштові насосні установки.

Автоматизація насосної установки дає змогу:

? підвищити продуктивність праці;

? подовжити термін використання обладнання;

? запобігти аваріям;

? підвищити ефективність використання установки і електроенергії;

? зменшити собівартість добування води;

? здійснювати контроль за процесом водопостачання.

Плавний пуск електронасосного агрегату за допомогою пристрою КУППН (комплектна установка плавного пуску насоса) має такі переваги:

? зниження динамічних навантажень на фільтр і скважину;

? значне зменшення попадання пилу із зовнішньої поверхні фільтра в середину агрегату (при малих прискореннях водяного потоку);

? більший строк служби агрегату (як наслідок перших двох).

1.3 Вихідні дані для виконання проекту електропостачання сільський автоматизація В пташнику використовується таке обладнання:

? бункер сухих кормів — БСК-10

? горизонтальний транспортер — ТУУ-2

? тросошайбовий кормороздавач — РТШ-1

? скреперна установка

? горизонтальний транспортер — НКЦ-7

? похилий транспортер — НКЦ-7

? витяжний вентилятор

? тепло вентилятори — ТВ-9

? комплект витяжних вентиляторів — Клімат-45М-03

Кліматична характеристика Черкаській області :

Температура зовнішнього повітря — +20 ?С.

Розрахункова температура взимку — 20? С; влітку — +24 ?С.

Розрахункова відносна вологість повітря, %

— взимку — 83;

— влітку — 55;

Середня швидкість вітру для розрахунку аерації у перехідний період, м/с — 4.

Атмосферний тиск, Па:

— взимку — 99 632;

— влітку — 99 285.

Рельєф території - спокійний, ґрунтові води — відсутні.

Даний регіон за швидкісним напором вітру відноситься до другого географічного району (35 кг*с/мІ); за шаром ожеледі також до другого географічного району, де маса снігового покрову становить 100 кг*с/мІ.

1.3.1 Коротка характеристика діяльності сільськогосподарського підприємства та його виробничого підрозділу Рис. 1.3.1 — Структурна схема

1.3.2 Технічні рішення з технології об'єкта Пташник призначений для утримання індиків на 1330 індичок і 70 індиків. Індики і індички перебувають в різних секціях, при штучному освітленні з регулюванням по заданій програмі світловим режимом і мікрокліматом. Годування птиці передбачене сухими комбікормами та комбіноване. Сухий комбікорм доставляється до пташника загружчиком ЗСК-10 і загружається в бункер для сухих кормів БСК-10. Із бункера корм подається в пташник на горизонтальний транспортер ТУУ-2тросо-шайбовий кормороздавач РТШ-1. Далі корм тросо-шайбовим механізмом доставляється в бункер кормушки. Поїння індюшат здійснюється із чашечних автопоїлок. Ведеться щоденне прибирання.

1.3.3 Прив’язка об'єкта проектування до господарського двору та зовнішніх мереж Насосна установка розміщується біля водонапірної башти на території санітарної зони,і вона має огорожу. Забезпечено в?їзд для спеціалізованих машин.

Якість води та довговічність заглибних насосних агрегатів залежить від правильного вибору конструкції фільтру, яку приймають відповідно до СниП 2.04.02−84. Нижня частина фільтра з`єднана з відстійником у вигляді трубки із заглушкою у нижній частині. Довжину відстійника приймають залежно від складу ґрунтів, але не більше 2 м. робоча частина фільтра встановлюється на відстані від покрівлі і підошви водоносного пласта не менше 0,5−1 м.

Електропостачання виробничого приміщення здійснюється від тупікової ТП напругою 10/0,4 кВ. Довжина повітряної лінії 0,38кВ від ТП до виробничого приміщення 50 м. ПЛ виконана голим алюмінієвим проводом.

Ящик з пристроєм керування розміщений в спеціально відведеному приміщенні біля водонапірної башти, за 15 м від свердловини. Насосна установка викачує воду з свердловини по напірному трубопроводу до водонапірної башти, яка встановлена на потрібній висоті по відношенню до споживачів, що забезпечує потрібний напір води на вході приміщення. Водопровід виконаний стальними гідроізольованими трубами, які прокладені в землі.

Установка працює в автоматичному режимі. Налагодження та технічне обслуговування установки здійснюється окремим персоналом.

В баштових установках регулювання подачі води споживачам здійснюється або регулюванням за рівнем води в башті, або за тиском води в мережі водопостачання. І в тому і в іншому випадках тиск води визначається висотою стовпа води в башті. При регулюванні води за рівнем керування насосом здійснюється в залежності від рівня води в башті. Для цього в башті встановлюють датчики рівня, верхнього рівня, який реагує на заповнення башти водою і нижнього рівня, який реагує на спорожнення башти.

Для заповнення башти водою використовують різні методи. Найбільш поширений — це вмикання насоса на певний період часу, після чого очікується, що рівень води в башті досяг робочого значення. Недоліком цього методу є те, що одночасно при заповненні може відбуватись відбір води, а це значить, що при цьому можливе або неповне заповнення або переповнення башти, що приведе до великих втрат води.

Для забезпечення цих умов передбачається встановлення окремого реле-сигналізатора рівня, яке виконує функцію контролю рівня води при початковому заповненні, а також для контролю за наявністю води в башті при налагодженні установки.

1.3.4 Технічні рішення з будівництва об'єкта

Таблица 1.1

Приміщення пташника одноповерхове Розміри приміщення, А Ч В Ч Н:57 Ч 18 Ч 3 м Поли бетонні. У пташнику передбачені необхідні підсобні приміщення. Опалення пташника виконується від центральної котельні, тепловтрати залу утримання пташок компенсується за рахунок тепловиділення від тварин. Вода подається до поїлок, кранам для поливу і санітарним пристроям

1.4 Техніко-економічні показники проекту Таблиця 1.2 Техніко-економічні показники

1.5 Відомість документів, на які є посилання в проекті

Таблиця 1.3. Відомість документів

2. Електрифікація виробничих процесів об'єкта

2.1 Розрахунок і вибір технологічного обладнання Для забезпечення технічного процесу в пташнику вибираємо технологічне обладнання.

З паспортних даних вибраного обладнання, а також з довідників визначаємо типи і параметри двигунів встановлених на технологічне обладнання.

2.2 Світлотехнічний розрахунок Розрахунок освітлення в пташнику в секції для утримання індичок.

Розраховуємо освітлення методом коефіцієнта використання світлового потоку.

Розміри приміщення АЧВЧН: 57Ч18Ч3;

Нормована освітленість — Е=15 лк Визначаємо (знаходимо по довіднику) найкраще співвідношення:

л=L/H_p=1,6

Визначаємо відстань між рядами світильників:

L= л* H_p =1.6*2.5=4м Визначаємо відстань від крайнього ряду до стіни:

l=1/3* L=1/3*4=1.33м

Кількість рядів світильників приймаємо згідно плану приміщення: n=3

Визначаємо число світильників в приміщенні:

N=n*m=3*15=45шт.

Визначаємо

K=1.5 — коефіцієнт запасу

Z=1.15 — коефіцієнт нерівномірності освітлення Визначаємо індекс приміщення (це коефіцієнт який до деякої міри характеризує форму приміщення):

N = =5,47

Вибираємо коефіцієнт відбиття стелі, стін і робочої поверхні:

сст.=50%

сроб.=10%

сстін=30%

Задаємося коефіцієнтами відбиття.

По таблицях визначаємо коефіцієнт використання:

з=86%

Визначаємо необхідний розрахунковий світловий потік:

Ф_р =686 лм На підставі Фр вибираємо лампу типу CLAS ACL 60 з світловим потоком Фл=710 лм Світловий потік вибраної лампи повинен відрізнятися від розрахункового не більше як на -10% - +20%:

?10%? *100? +20%

— 10%? * 100 = 3.5%? +20%

Дані отриманих розрахунків заносимо до таблиці 2.3

Розрахунок освітлення для допоміжних приміщень розраховуємо методом питомої потужності

Визначаємо параметри освітлювальної установки:

— тип та кількість світильників;

— коефіцієнт відбиття;

— освітленість;

— коефіцієнт запасу;

— площа приміщення;

— розрахункова висота;

Визначаємо розрахункову потужність ламп за основною формулою і вибираємо тип ламп, потужність якої дорівнює або близька до розрахункової.

0 Вт Вибираємо світильник типу НПП 1420−60- 12шт Дані заносимо до таблиць 2.3 та 2.4.

2.3 Розробка схеми, розрахунок і вибір елементів освітлювальної електропроводки Всі освітлювальні групи необхідно перевірити на втрату напруги до найвіддаленішої точки. Втрата напруги? U не повинна перевищувати допустимого значення? U_доп=2,5%.

Для складання розрахунково монтажної таблиці виконуємо попередні розрахунки: Р_{осв.уст.}=2250 Вт вся потужність ламп без урахування ПУС.

Визначаємо потужність фази:

Р_ф===750 Вт Визначаємо струм групи:

І_гр.1===3,41 А Складаємо схему першої групи Проводку будемо виконувати кабелем АВВГ прокладеним відкрито на скобах.

Приймаємо АВВГ 2Ч2,5 з І_доп=19 А? І_гр1=3,41 А Так як ми намічаємо до установки освітлювальний щиток ЩО 611(16 А) з лінійними автоматами ВА47−100, то вибираємо автоматичний вимикач ВА47−100

І_{ном.автом.}=100 А? І_гр1=3,41 А,

І_н.т.р.=16 А? І_гр1=3,41 А Перевіряємо групу 1 на втрату напруги до найбільш віддаленої точки (не більше ніж 2,5%)

=1,4%<_доп.=2,5%

Де P — потужність ділянок;

S — площа поперечного перерізу кабеля

L — довжина ділянок в метрах Розрахунок інших освітлювальних груп виконуємо аналогічно і результати розрахунків заносимо до розрахунково-монтажної таблиці на аркуші А1 розрахунково-графічної частини.

Розрахунковий струм на вводі в освітлювальний щиток визначаємо по струму найбільш навантаженої фази після щитка.

Вибираємо кабель на вводі АВВГ 4х4

I_д = 27А? I_ф= 3,55 А Проводку до ПРУСу будемо виконувати кабелем АВВГ 4Ч2,5 оскільки

2.4 Розробка схеми, розрахунок і вибір елементів силової електромережі

Виконуємо розрахунок силової електропроводки до тепловентиляторів

Проводку до двигуна М1 від НКП виконуємо проводом АПВ прокладеним в пластмасовій трубі П30, d=30мм.

Приймаємо АПВ7(1Ч2,5)

І_доп=19А>І_н1=8,1А Проводку до двигуна М2 виконуємо аналогічно.

Для керування тепловентиляторами промисловість випускає низьковольтні комплектні пристрої.

Вибираємо НКП типу: ЯОА9203−3274УХЛ3

Я — ящик О — одностороннє обслуговування, А — для сільського господарства

9 — керування спец. Електроприводами

2 — для двохшвидкісних двигунів

03 — номер розробки

32 — на 16 А

7 — напруга головного кола 380 В

4- напруга кола керування 220 В УХЛ1 — кліматичне виконання і категорія розміщення Для розрахунку магістральної лінії визначаємо робочий і максимальний струм

І_н.маг=І_1н+ І_2н=8,1+8,1=16,2 А

І_{макс.маг}=І_1н + І_н.пуск=8,1+8,1Ч7,5=88,85 А Магістральну лінію виконуватимемо кабелем АВВГ прокладеного відкрито на скобах.

Приймаємо кабель АВВГ4(1×4)

І_д=27А > І_н.маг=16,2А Вибираємо автоматичний вимикач типу ВА47 -100

І_н.а=100А > І_н.маг.=16,2А

І_н.т.р=25А >І_н.маг.=16,2А

І_е.р=кЧІ_н.т.р.=10Ч25=259,2А >1,65хІ_{мак.маг}=1,65Ч88,85 =146,6А

2.5 Визначення розрахункового навантаження на вводі об'єкта. Розрахунок і вибір елементів ввідно-розподільчого пристрою Для визначення розрахункового навантаження на вводі складаємо графік технологічного обладнання:

Таблица 2.1

На основі графіка роботи технологічного обладнання виконуємо графік електричних навантажень об'єкта.

Рисунок 2.1 — Графік електричних навантажень об'єкта.

На основі графіка електричних навантажень об'єкта визначаємо максимальну потужність Р_макс (кВт) на вводі.

Повна потужність:

де cosц_ср — коефіцієнт потужності навантаження на вводі споживача баз

врахування компенсаціі, cosц_ср=0,75

Вибираємо самонесучий ізольований провід АsXS 4Ч16:

І_доп.=95А? І_вводу=47.07А

3. Електропостачання об'єкта

3.1 Вихідні дані для розрахунків. Розробка схеми електропостачання Запроектоване приміщення пташник на 1400 голів індиків приєднано до діючої лінії 380/220 В господарського двору.

Лінія виконана проводом 3А25+А25 і живиться від споживчої трансформаторної підстанції потужністю 250 кВА.

Схема електропостачання пташника показана на рисунку 3.1

Рисунок 3.1. 1(10) — номер виробничого приміщення (максимальне розрахункове навантаження на вводі, кВт). 3А25+А25 — марка і переріз проводу діючої лінії 380/220 В до якої планується запроектоване приміщення.

Рівні напруги на шинах 10 кВ живлячої районної підстанції 35/10 кВ складають: V¹⁰⁰ = +2%, V²⁵ = 0%. (У відповідності із завданням керівника дипломного проектування).

3.2 Визначення допустимої втрати напруги Рівні напруги на шинах 10 кВ підстанції 35/10 кВ

V¹⁰⁰ = +2%; V²⁵ = 0%

Складаємо таблицю відхилень напруги.

Заносимо до таблиці відомі дані:

— рівні напруги на шинах 10 кВ п/ст. 35/10 кВ

V¹⁰⁰ = +2%, V²⁵ = 0%;

— постійна надбавка в силових трансформаторах, V_пост = +5%;

— Втрати напруги в трансформаторах 10/0,4 кВ,, ;

— Відхилення напруги біля віддаленого споживача при максимальному навантаження (ГОСТ 13 109−67).

Таблица 3.1

Розглянемо віддалену трансформаторну підстанцію 10/0,4 кВ.

Приймаємо для неї регульовану надбавку V_зм = +0% (на трансформаторах 10/0,4 кВ є такі регульовані надбавки: -5%; -2,5%; 0%; +2,5%; +5%). Визначаємо сумарні втрати напруги в лініях 10 і 0,38 кВ:

що, (сумарна втрата напруги в лініях 10 і 0,38 кВ не повинна перевищувати 18%).

Розподіляємо сумарну втрату напруги між лініями 10 і 0,38 кВ. (розподіляємо довільно, приблизно порівну).

Лінія 10 кВ — ДU_доп = 4%

Лінія 0,38 кВ — ДU_доп = 4%

Перевіряємо баланс напруг за формулою:

Умова рівності виконується Розглянемо режим мінімального навантаження:

Втрата напруги в лінії 0,38 кВ при мінімальному навантаженні приймається рівною нулю.

Дані розрахунків заносимо до таблиці.

Визначаємо відхилення напруги біля ближнього споживача при мінімальному навантаженні:

що не перевищує +5%.

Аналогічно заповнюємо графи таблиці для ближньої ТП 10/0,4 кВ.

Втратами напруги в лініях 10 кВ для ближньої ТП 10/0,4 кВ нехтуємо.

Для ближньої ТП 10/0,4 кВ приймаємо регульовану надбавку 0%.

Визначаємо допустиму втрату напруги в лінії 0,38 кВ:

Визначаємо відхилення напруги біля ближнього споживача при мінімальному навантаженні:

що 8%

Таким чином допустима втрата напруги в лініях 0,38 кВ складає .

3.3 Перевірка лінії 0,38 кВ на втрату напруги після приєднання проектованого об'єкта (додаткового навантаження) Рис. 3.2 Розрахункова схема.

Визначаємо допустиму втрату напруги в зовнішніх лініях:

(втрата напруги у внутрішніх проводках складає 1,5…2%)

Визначаємо допустиму втрату напруги для зовнішніх ліній у вольтах:

Коефіцієнт потужності cosц = 0,75 для якого tgц = 0,88, х₀=0,347 Ом/км, r₀ = 1,165 Ом/км.

Визначаємо навантаження на дільницях лінії:

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

— коефіцієнт одночасності

Визначаємо дійсну втрату напруги в магістралі:

В Так як = 37,66 В > = 24,7 В — умова не виконується.

3.4 Визначення необхідного перерізу проводів Необхідний переріз проводу визначаємо методом сталого перерізу проводу магістралі.

Задаємось індуктивним опором Х₀ = 0,35 Ом/км.

Визначаємо втрату напруги в індуктивних опорах лінії:

В Визначаємо втрату напруги в активних опорах лінії:

В Визначаємо необхідний переріз проводу магістралі:

Де г = 32 м/Ом*мм² — питома провідність алюмінію Приймаємо стандартний провід 3А50+А50 для якого:

r₀ = 0,588 Ом/км х₀ = 0,322 Ом/км Визначаємо дійсну в трату напруги в лінії після заміни проводу:

В Так як = 22,27 < = 24,7 В — умова виконується.

3.5 Перевірка лінії на коливання напруги під час запуску електродвигунів Електродвигун потужністю 3 кВт встановлено в запроектованому приміщенні.

Рисунок 3.3

Визначаємо номінальний струм електродвигуна:

А Визначаємо повний опір короткого замикання асинхронного електродвигуна:

Ом Визначаємо опори лінії:

r_л = r₀l₁ = = 0,018 Ом, х_л = х₀l₁ = = 0,001 Ом,

Ом

Повний опір силового трансформатора приймаємо Z_т = 0,029 Ом

Z_м = Z_л + Z_т = 0,018+0,029 = 0,047 Ом Визначаємо відхилення напруги на затискачах електродвигуна під час його запуску:

Так як V = 0,85% < 30% умова запуску виконується.

3.6 Розрахунок струмів короткого замикання Розрахункова схема Рисунок 3.4

Визначаємо струми короткого замикання на шинах 0,4 кВ підстанції

Ом

U_к% - напруга к.з.

Трифазний струм короткого замикання:

кА =8020 А Ударний струм короткого замикання:

кА = 11 340 А Визначаємо струм однофазного короткого замикання в кінці лінії відгалуження. 1/3Z_т = 0,104 Ом Опір петлі фаза-нуль:

Ом

Ом

Ом

А

3.7 Розрахунок захисту лінії та вибір захисних апаратів

3.7.1 Якщо лінія захищається автоматичним вимикачем Рисунок 3.5

Визначаємо робочий струм на дільниці ТП-1

А Номінальний струм автоматичного вимикача вибираємо за умовою

А Приймаємо автоматичний вимикач ВА51Г-33 з І_н = 160 А Приймаємо струм теплового розчіплювала

А К_н — коефіцієнт надійності.

К_н = 1, якщо до лінії не підключені електродвигуни з тяжкими умовами запуску, або число пусків не перевищує 15, в протилежному К_н=1,25.

Перевіряємо автоматичний вимикач на вимикаючу здатність:

І_вим — вимикаюча здатність автоматичного вимикача.

Перевіряємо чутливість захисту при однофазному короткому

замиканні в кінці лінії.

що > 3

Умова чутливості виконується.

3.7.2 Якщо лінія захищається запобіжником Рисунок 3.6

Струм плавкої вставки запобіжника вибираємо за умовою:

І_в?2,5І_р.макс.=2,5* 109,36=273,4 А Приймаємо запобіжник ПН2−400 з номінальним струмом плавкої вставки І_в=300 А Перевіряємо запобіжник на вимикаючу здатність Перевіряємо чутливість захисту

що > 3

Умова чутливості захисту виконується.

4. Автоматизація технологічних процесів об'єкта проетування

4.1 Розрахунок і вибір обладнання, що підлягає автоматизації, коротка характеристика Об?єктом автоматизації даного проекту є насосна установка водопостачання баштового типу.

втоматизована установка водопостачання баштового типу являє собою комплекс обладнання, до якого входять:

— водонапірна башта;

— заглибний електронасос, який складається з вертикального багатоступінчастого відцентрового насоса і заглибного трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором;

— трубопровід, що з'єднує вихідний патрубок насоса з баштою;

— станція або комплектний пристрій керування.

Установка працює наступним чином. Вода із свердловини за допомогою заглибного насосу подається трубопроводом до водонапірної башти, звідки під тиском, який залежить від висоти стовпа води, надходить до споживачів по водопровідній мережі.

Для надійного забезпечення споживачів водою необхідно підтримувати постійним рівень води в башті, що в свою чергу, забезпечує стабільні кількість і тиск води у водопровідній мережі. Обґєм і висота башти розраховуються виходячи з потрібного обґєму води, яка споживається. Згідно завдання обґєм башти становить 80 м³, висота — 45 м.

Оскільки конструкція заглибного насоса передбачає роботу у водному середовищі, і при відсутності води насос може вийти з ладу, необхідно забезпечити умови, які виключають роботу насоса при відсутності води.

Для цього у трубопровід, що з'єднує насос з баштою, встановлюють зворотній клапан, який запобігає повернення води до свердловини при вимкненому насосі, а також контроль наявності води навколо всмоктуючого патрубка насоса. При відсутності води необхідно вимкнути насос.

При початковому вмиканні установки або після тривалої зупинки необхідно забезпечити початковий забір води в башту без відбору води.

Свердловинні насоси призначені для підіймання води з глибини до 50 м і встановлюються в свердловинах і колодязях з піщаним чи глиняним дном. Насос на потрібній глибині встановлюють у трубі, тому необхідно підібрати необхідний діаметр труби до діаметра насоса. При невеликій різниці діаметрів можуть виникнути труднощі з опусканням насосу, а при завеликій різниці не буде забезпечуватись належне його охолодження.

Рис. 4.1. — технологічна схема насосної установки водопостачання: 1 — відстійник; 2- фільтр; 3- башмак обсадної колони; 4- набивний сальник; 5- надфільтрова труба; 6- електродвигун; 7- насос; 8- обсадна труба; 9- пояс для закріплення кабеля живлення; 10- датчик «сухого ходу»; 11- гирловий патрубок; 12- ребро; 13- опорна плита; 14- кабель живлення електродвигуна та кабель до датчика «сухого ходу»; 15- водонапірний трубопровід; 16- триходовий кран; 17- манометр; 18- водонапірний бак; 19- датчик рівнів води; 20- провід, що з?єднує датчик рівнів з ящиком (пристроєм) керування; 21- ящик (пристрій) керування заглибленим електронасосним агрегатом; 22- розбірний трубопровід; 23- засувка.

Електронасосний агрегат (рис. 4.1) складається із відцентрового насоса ЭЦВ6−10−50, заглибного електродвигуна, кабеля живлення 14, водонапірного трубопроводу 15, обладнання гирла свердловини (опорного пристрою) 13, манометра 17, засувки 23, пристрою керування 21.

При монтажі електронасосного агрегату датчик «сухого ходу» встановлюють на рівні не нижче підпору. Значення підпору наводиться на технічній характеристиці насоса. Насоси також оснащенні зворотними клапанами тарілкоподібного типу, які утримують стовп води у трубопроводі при зупинках насоса і полегшують запуск електронасосного агрегату, та спеціальними напірними патрубками, що призначені для приєднання агрегату до водонапірного трубопроводу.

До складу насосної установки входять: насос, заглибний електродвигун, з'єднувальні гільзи, полівенилхлоридна ізоляційна стрічка.

Насос типу ЄЦВ6−10−50 з електродвигуном типу ПЄДВ-2,8−140.

Електронасосний агрегат з водонапірною трубою й іншими складовими кріпиться до опорної плити. Попаданню піску до електронасосного агрегату перешкоджає фільтр, який розміщений безпосередньо у водоносному прошарку. Конструктивно електронасосний агрегат виконаний так, що електродвигун знаходиться нижче насосу. Це забезпечує перебування двигуна у воді навіть при зниженні рівня підпору. Кабель живлення заглибного опусканням агрегату до свердловини, попередньо перевіривши величину опору ізоляції пайки місць з'єднань кабелю живлення з виводами електродвигуна. На рівні підпору насоса встановлюється датчик «сухого ходу», який забезпечує унеможливлення вмикання і роботи насоса при зниженні рівня води у свердловині. Електронасосний агрегат працюватиме доти, доки вода у водонапірному баку не досягне встановленого датчиком рівня. Манометр на коліні водонапірного трубопроводу призначений для контролю правильного пуску агрегату.

4.2 Дослідження і обґрунтування параметрів автоматизації насосної установки водопостачання При автоматизації насосних станцій водопостачання можна виділити наступні локальні системи автоматичного керування:

? автоматичне регулювання тиску в магістральному трубопроводі або автоматичне регулювання рівня води в башті;

? автоматичний захист електроприводу від «сухого ходу»;

? автоматичний захист від повторного короткочасного вмикання;

? автоматичний захист від електропривода від перекосу або відсутності фаз;

? автоматичний захист від електропривода від збільшення або зменшення напруги живлення.

1 — вхідні величини (керуючі дії)

? Х1- подача заглибного насосу, м³/год.;

? Х2- час вмикання електродвигуна;

2 — вихідні параметри відносно об'єкта керування

? У1 — наявність (відсутність) води в свердловині, датчик «сухого ходу»;

? У2 — рівень води в башті, датчики рівня;

3 — параметри збурення

? Z1 — рівень води, що надійшов.

Частота вмикань електронасоса не повинна перевищувати 3 разів за годину, оскільки збільшення цієї величини може призвести до пошкодження ізоляції обмоток електродвигуна і його швидкого виходу з ладу. Це пояснюється позакласовою ізоляцією обмоток електродвигуна і особливістю конструкції його статора. Забезпечення потрібної частоти вмикання електронасоса залежить від об'єму бака, що визначається виходячи з величини щоденного водоспоживання.

Рис. 4.3. — Модель насосної установки водопостачання, як об'єкта автоматизації.

Z1 — зміна рівнів води в башті;

Х1 — продуктивність насосу;

Х2 — час роботи електродвигуна;

У1 — напруга живлення електродвигуна насосу;

У2 — рівень води в башті.

Двопозиційне регулювання рівня води у башті відбувається за рахунок датчиків верхнього і нижнього рівнів.

Технологічний захист установки забезпечується розміщенням датчика «сухого ходу» на висоті підпору насосного агрегату (приблизно 1 м).

Для контролю нормальної роботи електродвигуна насоса використовується перевантажувальний амперметр, який встановлюється в розрив однієї з фаз силового кола двигуна. Амперметр вибираємо орієнтуючись на номінальний струм електродвигуна Ін, який становить 6,9 А.

Для контролю правильного пуску і роботи насоса на коліні напірного трубопроводу встановлюємо манометр, котрий вибираємо виходячи з напору насоса, котрий становить 50 м.

Контроль тиску можна спостерігати за манометром, який встановлений на напорному трубопроводі, а також для визначення правильності обертання двигуна.

Локальна система автоматичного регулювання.

В установці водопостачання з керуванням за рівнем регульованою величиною є рівень води в водонапірній башті. При відхиленні рівня води від заданого, компенсацією відхилення є відповідно вмикання і вимикання двигуна насоса подачі води. Тобто здійснюється двопозиційне регулювання подачі води. При зниженні рівня води до нижнього рівня — вмикається насосний агрегат і насос подає воду у башту з повною продуктивністю. Рівень води в башті зростає. При досягненні верхнього рівня — насосний агрегат вимикається.

Локальна система захисту від сухого ходу.

Для забезпечення цієї функції над насосом у свердловині на висоті не менше ніж 1 м встановлюється датчик сухого ходу. При зниженні рівня води у свердловині нижче датчика сухого ходу система автоматичного керування відключатиме насос від мережі живлення. Цим забезпечується захист насосу від «сухого ходу», а двигун від перегріву.

Локальна система захисту від неповнофазних режимів роботи і перевантажень.

Для забезпечення цієї функції у САК двигуном передбачено датчики струму, що контролюють робочий струм двигуна насоса. При збільшенні струму двигуна більше допустимого значення — САК вимикає насос.

4.3 Розробка функціональної схеми автоматизації. Вибір комплексу технічних засобів Функціональну схему автоматизації розробляємо на підставі технологічної схеми установки, аналізу характеристик об?єкта автоматизації та сучасних технологічних рішень з автоматизації аналогічних об?єктів з врахуванням вимог ГОСТ 21.404−85.

Опис локальних систем автоматичного керування, автоматичного захисту, сигналізації та значення відповідних параметрів приведено в таблиці 2.3

Функціональну схему зображено на аркуші Е2. Датчики встановлені у відповідних точках технологічної схеми. Прилади розміщені по місцю та на щиті. Під відповідними лініями зв? язку елементи окремих локальних систем та проставлено на лініях зв? язку значення відповідних параметрів.

Рис. 4.3. — функціональна схема пристрою «Каскад».

QF — автоматичний вимикач; ТА1-ТА3 — трансформатори струму із швидким насиченням; КМ — електромагнітний пускач; М — електродвигун насосного агрегату; ДСХдатчик «сухого ходу»; ЯЗ — чарунка захисту; ЯП — чарунка живлення; РИВ, РИО — відповідно контакти виконавчих реле вмикання і вимикання електронасосного агрегату в режимі дистанційного керування; КВУ, КНУвідповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівнів води; ДВВ — датчик тиску води у напірному трубопроводі; SА1 — перемикач режимів роботи; ВУ — вихідний вузол; ЯУУ — чарунка керування за рівнем води; ЯУДчарунка керування за тиском води; К1- вихідне реле блока логіки; NL1, NL2- сигнальні лампи.

Пристрій «Каскад» забезпечує автоматичне, місцеве і дистанційне керування насосом агрегатом в режимі водопідйому. Ящик керування ЯГ5102 комплектується для керування серії БОН9201−197ВУ2, який призначений для керування і захисту від аварійних режимів електронасосів.

На функціональній схемі пристрою «Каскад» показані всі можливі чарунки і елементи, які пояснюють всі принципи автоматичного керування і захисту.

При автоматичному керуванні за рівнем води в водонапірній башті, перемикач S1 ставиться в положення АУ. Якщо у башті немає води, або вона нижче контактів нижнього рівня (КНУ)-ЯУУ видає сигнал на вимикання насоса. Цей сигнал поступає у вихідний вузол ВУ. Через визначений час, який задається вимикається реле К, яке своїм замикаючим контактом вмикає магнітний пускач КМ. При досягненні водою контактів верхнього рівня (КВУ) — ЯУУ виробляє сигнал на вимикання насоса. Сигнал поступає в ВУ, реле К знеструмлюється. Насос вимикається з мереж. Цикл повторюється.

Захист від перевантажень і сухого ходу здійснюється чарункою захисту (ЯЗ). При перевантаженні і обриві фази підвищується струс споживаний двигуном, ЯЗ видає сигнал ВУ, який запам’ятовуєть. На виході ВУ зникає сигнал, реле К і двигун насоса вимикається. При цьому загорається лампа «перевантаження».

При наявності води в свердловині контакт ДСХ замикається. При зниженні рівня води в свердловині контакт ДСХ розмикається, чарунка ЯЗ виробляє сигнал аварійного вимикання, який надходить на вхід ВУ.

Реле К вимикається, двигун зупиняється. Засвічується лампа «сухий хід». Повторний запуск насоса після аварійного вимикання не можливий. Запуск можливий після знімання напруги з ящика керування за допомогою автоматичного вимикача QF і повторного вмикання. Насос вмикається якщо ліквідована причина аварійного вмикання.

4.4 Розробка принципової електричної схеми. Аналіз схеми Принципову електричну схему розробляємо з врахуванням забезпечення функціонування локальних систем автоматичного керування, захисту, контролю. Принципову електричну схему зображаємо у відповідності з вимогами ГОСТ 2.702.-95 «ЕСКД».

Додатково враховуємо наступні вимоги:

— силової мережі 380 В, 50Гц. Для кола керування передбачаємо 220 В, 50Гц.

— захист електродвигуна від перевантажень забезпечується швидкодіючою схемою (див. п.р.2.4);

— захист елементів силового кола від коротких замикань передбачено автоматичним вимикачем QF;

— для вибору режиму перемикання передбачаємо тумблер SA.

Умовні графічні позначення елементів на принциповій схемі (електричній) зображаємо згідно:

контакти і контактні з'єднання ГОСТ 2.755−87;

сприймаючі частини електромеханічних пристроїв (котушки, реле, пускачів, електромагніти, нагрівні елементи теплових реле) ГОСТ 2.755−76;

електричні зв’язки, проводи, кабелі і інші - ГОСТ 2.751−73;

напівпровідникові прилади — ГОСТ 2.730−73;

буквені позначення елементів схеми — ГОСТ 2.710−81;

Всі апарати (реле, кнопки, ключі керування, пускачі, автоматичні вимикачі) на схемі зображаємо у вимкненому положенні.

Контактні реле, магнітних пускачів зображаємо так, щоб сила необхідна для спрацювання діяла на рухомий контакт зверху-вниз при горизонтальному зображенні кіл схеми і зліва направо при вертикальному.

Схема принципова електрична складається рядковим рознесеним методом, умовні літерно-цифрові позначення виконуються згідно ГОСТ-2.710−81 і пишуться справа і зверху.

Графічні позначення контактів і контактних з'єднань виконуються згідно ГОСТ 2.755−87.

Принципова електрична схема пристрою «Каскад» зображена на аркушу 2 (Е3) графічної частини. Схема складається з силової частини та кіл керування.

QF — автоматичний вимикач; РА1 — амперметр; КМ — електромагнітний пускач; M — електродвигун насосного агрегату; Е2Р — блок трансформато;

рів струму; Е1FQ — блок керування БОН9200; K1 — вихідне реле блоку керування; ДСХ — датчик сухого ходу"; КВУ і КНУ — відповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівнів води; А1 — перемикач режимів роботи; УДУ — пристрій дистанційного керування електронасосним агрегатом.

Автоматичне керування електронасосом за рівнем води в баку водонапірної башти здійснюється так:

1) Для керування в режимі водопідйому перемикач, розташований в чарунці ЯУУ блока керування Е1FQ (на схемі непоказаний), ставлять в положення «Водоподъем», а перемикач S1-в положення АУ («Автоматическое управление») і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому води в баку водонапірної башти немає, то контакти SL3 і SL2 датчика рівня води в баку не обмиваються водою і вмикається електронасос. Вода подається в бак. Коли рівень її досягне контакта SL3, електронасос вимкнеться, подача води припиниться. При витраті води і опусканні її рівня нижче контакта SL2 електронасос вмикається.

2) Для керування в режимі дренажу перемикач, розташований в чарунці ЯУУ, ставлять в положення «Дренаж», а перемикач S1 — в положення ДУ і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому рівень дренажних вод у свердловині піднімиться вище контакта SL3, то електронасос ввімкнеться, а при зниженні рівня дренажних вод нижче контакта SL2 — вимкнеться.

4.5 Розрахунок і вибір елементів електричної схеми Живлення схеми керування відбувається напругою 220 В, 50Гц. Всі прилади, котушки реле, магнітних пускачів розраховані на напругу 220 В частотою 50Гц. Схема принципова електрична приведена на 2-х аркушах Е3 графічної частини курсового проекту.

Вибираємо магнітний пускач КМ для дистанційного керування двигуна М типу ПЄДВ-2,8−140 Р_н=2,8 кВт, І_н=6,9 А, n=2870 об/хв заглибного насоса за такими умовами :

1. За номінальною напругою

2. За номінальним струмом — І_{н.пускача} =10А? І_{н.двигуна}=6,9А

3. За ступенем захисту — ІР54

Вибираємо магнітний пускач ПМЛ-110 004

Вибираємо автоматичний вимикач для захисту двигуна М1 від короткого замикання за такими умовами :

1. За номінальною напругою — не менше 380В

2. За номінальною силою струму автоматичного вимикача? І_{н.двигуна}=6,9А

3. За наявністю вільних контактів

4. За ступенем захисту — ІР00

5. За кліматичним виконанням — УХЛ4

Вибираємо автоматичний вимикач типу АЕ2020 з номінальною силою струму — 16 А.

Теплового розчіплювача в автоматичному вимикачі не передбачаємо, оскільки функцію захисту від перевантажень забезпечую схема пристрою.

Теплові реле призначені для захисту електродвигунів від симетричних перевантажень недопустимої тривалості та роботи на двох фазах. При виборі теплових реле необхідно щоб номінальний струм двигуна знаходився в межах діапазону регулювання номінальної сили струму теплового реле.

Для перемикання різних режимів роботи схеми вибираємо пакетно-кулачковий перемикач SA1 типу: ПКУ 3−56С 3014 У3 Б, що дозволяє вико-нувати перемикання на 5 положення: -90⁰;-45?; 0?; +45?;+90⁰; виконання за захищеністю ІР54.

Амперметр вибираємо виходячи з номінального струму електродвигуна, тому нам підійде перевантажувальний амперметр типу Э8030 в якого межі вимірювання становлять 0…30А.

В схемі пристрою для зв’язку виконавчих механізмів установки з схемою використовується проміжне реле. Його вибираємо виходячи з напруги живлення котушки Uж.к. та наявності необхідної кількості контактів.

Вибираємо сигнальну лампу HL1, яка призначена для індикації наявності напруги на схемі керування, типу TL02Х1 зеленого кольору на напругу 240 В змінного струму.

Отже, всі вибрані елементи керування і захисту заносимо в таблицю перелік елементів схеми на аркуші1 Е3 графічної частини.

Розраховуємо проводку до двигунів і ввід в ящик.

Проводку від пускача до двигуна М будемо виконувати проводом. Розрахунок проводимо виходячи з номінальної сили струму електродвигуна, яка становить 6,9А. Основна умова:

Ідоп.? Ін.дв.*1,35,

де Ідоп — допустимий струм проводу (кабеля);

1,35Ін.д — струм спрацювання захисту пристрою.

19А? 1,35*6,9А=9,315А., Умова виконується.

Умова аналогічно виконується для кабеля ВПП з перерізом жили

1,5 мм² і допустимим струмом 19А., прокладаємо по стіні на скобах.

Отже, для нормальної роботи установки приймаємо провід ППВ з перерізом жили 1,5 мм², його допустимий струм 19А.

Провід до датчиків рівня та сухого ходу вибираємо АПВ3(1 Х 2,5) прокладеним в трубі.

Умовне позначення блока керування розшифровується так:

1 — блок;

2 — одностороннього обслуговування; 3 — керування насосними установками;

4 і 5 — відповідно клас і група НКУ, призначеного для автоматичного регулювання;

6 — номер розробки з межах однієї групи;

7 — умовне позначення за струмом кола керування (0,8 А);

8 — умовне позначення номінальної напруги мережі живлення: Г — 440 В, 60 Гц; 7 — 380 В, 50 Гц; Д — 380 В, 50 і 60 Гц; Е — 400 В, 60 Гц; Й — 415 В, 60 Гц;

9 — умовне позначення номінальної напруги кола керування: — напруга постійного струму 24 В;

10 і 11 — відповідно кліматичне виконання (У, Т) та категорія розміщення згідно з ГОСТ 15 150–69,

Блоки керування допускають роботу при температурі навколишнього середовища від -40 до +40 °С в умовах експлуатації за групою МІ (ГОСТ 17 516−72). Середній наробіток на відмову — не менше 10 000 год.

Переважним чином пристрої «Каскад» випускаються з ящиками керування для водопідйому з датчиками рівня води у водонапірній башті.

Передбачені такі режими роботи блока: керування за рівнем води; керування за тиском води. Переважна більшість блоків керування, що входять до складу пристроїв «Каскад» у с/г виконані для роботи з електродними датчиками рівня води.

Таблиця 4.1. — технічні характеристики електронасосних агрегатів для свердловин.

4.6 Розробка конструкції і схеми з'єднань пристрою керування, схеми зовнішніх під'єднань. Вибір монтажних виробів Ящик керування вибираємо з такими характеристиками:

Ступінь захисту ящика ІР54, що забезпечується металевим корпусом ящика, гумовим ущільненням по периметру дверної панелі і сальниками в місцях вводу струмоведучих жил. Додатково до ящика приймаються замок, кронштейн для кріплення ящика до стіни, шина нулів, табличка електробезпеки та табличка з паспортними даними ящика. В ящику передбачається монтаж приладів на каркасі, до якого монтуються плати схеми пристрою, автоматичний вимикач, датчики струму. Набори затискачів для забезпечення електричного

зв’язку між окремими вузлами принципової електричної схеми пристрою монтуємо на DINрейці. Амперметр змонтований на дверній панелі ящика разом з світлосигнальною арматурою і тумблером перемикання режимів керування установкою. Провід живлення ящика керування вводимо через сальникові ущільнення, те ж стосується і виводу кабеля живлення електродвигуна з ящика. Електричні апарати, які розміщені на дверній панелі ящика під'єднуються гнучким проводом ПВЗ. Дверна поворотна панель занулюється окремим провідником, оскільки контакт через завіс не надійний.

Схему внутрішніх і зовнішніх (аркуш Е4 графічної частини) з'єднань виконуємо змішаним способом: силову частину графічним способом, а схему керування — адресним.

При виконанні монтажних робіт додатково використовувались такі прилади і матеріали: кронштейн, ізоляційна стрічка, щипці, ключі для закручування гвинтів і гайок, викрутка, ПВХ ізоляція проводу для виготовлення бірок з номерами провідників, мегометр, індикатор напруги, цифровий тестер, плоскогубці, ніж, мідний ізольований провід для виконання внутрішніх електричних з'єднань, DINрейка для монтажу набору затискачів.

4.7 Налагодження засобів автоматизації

Для безпечної і довготривалої роботи електрообладнання установки необхідно забезпечити йому відповідні умови експлуатації. Виходячи з цих вимог ящик пристрою керування розміщуємо в спеціально відведеному для нього приміщення для убезпечення його від зовнішніх чинників. Приміщення розташовується поблизу свердловини, щоб забезпечити мінімальне використання кабелю живлення електродвигуна насоса. До самого пристрою керування електроенергія підводиться повітряною лінією від ТП напругою 380 В.

Порядок проведення передпускових вимірювань та випробувань.

Безпосередньо перед опусканням електронасосного агрегату у свердловину перевіряють плавність обертання його валу, а також проводять двократне заповнення і злиття води з метою його промивання. Після цього електродвигун доверху заповнюють чистою водою і встановлюють пробки. Перед монтажем агрегату живильний кабель з'єднується мідними гільзами та шляхом паяння припоєм ПОС-30 із виводами обмотки статора заглибного електродвигуна. Місця з'єднання ізолюються липкою ПВХ стрічкою впівнапуск. Після ізолювання місця з'єднань усіх трьох фаз занурюють у металеву посудину, заповнену водою температурою 20−30 єС на 1,5−2 год., після чого вимірюють опір мегомметром опір ізоляції, накладеної на місця з'єднання. посудину з водою розміщують на ізоляційній прокладці таким чином, аби вона повністю була ізольована від корпусу електродвигуна. через 1,5 години опісля перевіряється опір ізоляції обмотки електродвигуна і кабеля у воді, який має бути не менше 0,5 МОм. Пуск електродвигуна можна здійснювати не раніше чим через 1,5 години після занурення агрегату у воду свердловини, якщо опір ізоляції кола обмотка-кабель буде не нижче 0,5 МОм. Категорично забороняється вмикати електродвигун, навіть короткочасно без пристрою керування. Після монтажу агрегату визначають правильність напрямку обертання електродвигуна по величині тиску в напірному трубопроводі за показами манометра, який встановлений на коліні напірного трубопроводу. Тиск при правильному обертанні насоса повинен бути порядку 0,22 МПа. Востаннє виконують налагодження пристрою керування.

Після монтажу агрегату визначають правильність напрямку обертання електродвигуна. При цьому агрегат вмикають короткочасно в ручному режимі роботи і за манометром, встановленому у герметичному оголовку свердловини, визначають тиск. Змінюючи шляхом перемикання фаз напрямок обертання двигуна повторно визначають тиск води. Більше із виміряних значень тиску відповідає правильному напрямку обертання агрегату.

Після монтажу заглибного електронасосного агрегату виконують налагодження пристрою, використовуючи відповідні гнізда та регулювальні резистори на верхній панелі блока керування.

Оскільки динамічний рівень води у свердловинах неоднаковий, робочий струм заглибного електродвигуна теж може бути різним. За цим струмом і налагоджують пристрій керування. Переналагодження допускається в межах діапазону робочої зони насоса, в якій робочий струм електродвигуна може відрізнятися від номінального струму пристрою керування до -25%.

5. Організація експлуатації електрообладнання і засобів автоматизації

5.1 Розрахунок обсягу робіт з експлуатації електрогосподарства с.г. підприємства в умовних одиницях. Вибір електротехнічного персоналу Кількість умовних одиниць підприємства і об'єкта визначається як добуток кількості даного виду електрообладнання, що знаходиться на балансі підприємства на перевідний коефіцієнт.

Таблиця 5.1 — Визначення кількості умовних одиниць по підприємству