• RU
  • icon На проверке: 14
Меню

Управление компрессорной установки на базе регулируемого электропривода переменного тока

  • Добавлен: 25.12.2015
  • Размер: 281 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Компрессорные машины - важные виды продукции машиностроения. Они применяются во многих отраслях народного хозяйства: химической, нефтяной, газовой и машиностроительной, на транспорте, в металлургии, геологии, строительстве, агропромышленном комплексе, а также - в новых перспективных направлениях техники и технологии, в частности, в космонавтике, робототехнике, производстве искусственного топлива и др. Сердцем любой холодильной и криогенной установки является компрессор. От эффективности и надежности его работы зависят КПД и долговечность комплекса в целом.

Состав проекта

icon kursovaya-zakaraev-apti.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon kursovaya-zakaraev-apti.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Грозненский государственный нефтяной технический университет
имени академика М.Д. Миллионщикова
Кафедра: «Электротехника и электропривод»
(фамилия имя отчество курс группа)
(бакалаврская работа дипломная работа (проект)курсовая работа(проекта) магистерская диссертация)
Управление компрессорной установки на базе регулируемого
электропривода переменного тока
(должность подпись дата фамилия инициалы)
(подпись дата инициалы фамилия)
ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ4
1 Виды компрессоров4
2 Устройствои работа составных частей установки6
ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА9
1 Классификация электроприводов10
2 Двигатели с короткозамкнутым ротором – регулирование координат.14
3 Двигатели с фазным ротором – регулирование координат19
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК.22
1 Требования к электрооборудованию29
Компрессорные машины - важные виды продукции машиностроения. Они применяются во многих отраслях народного хозяйства: химической нефтяной газовой и машиностроительной на транспорте в металлургии геологии строительстве агропромышленном комплексе а также - в новых перспективных направлениях техники и технологии в частности в космонавтике робототехнике производстве искусственного топлива и др. Сердцем любой холодильной и криогенной установки является компрессор. От эффективности и надежности его работы зависят КПД и долговечность комплекса в целом.
В настоящее время в России и в странах СНГ эксплуатируется свыше 500 тысяч промышленных компрессоров которые вместе с вентиляторами и насосами потребляют около 20% вырабатываемой в стране электроэнергии. Производством и ремонтом компрессоров занято свыше 1 млн. человек. В связи с этим вопросы повышения технического уровня компрессоров и холодильных установок в частности их эффективности и надежности имеют важное народнохозяйственное значение и поэтому являются основными в деятельности многих научно-исследовательских и конструкторско-технологических организаций а также промышленных предприятий отрасли холодильного и компрессорного машиностроения.
ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ
Компрессорная установка в основном предназначена для обслуживания определенных технологических процессов поэтому производительность компрессоров зависит от потребления воздуха в ходе работы производственного участка.
В компрессорной установке применяются два двигателя и возбудитель. Синхронный двигатель предназначен для вращения поршневой системы компрессорной установки. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приводит во вращение возбудитель. Возбудитель наглухо присоединен к обмотке возбуждения главного двигателя тем самым он возбуждает синхронный двигатель.
В схеме присутствуют блокировки обеспечивающие безопасную работу компрессорной установки.
Давление масла контролируется механическим реле давления и промежуточным реле. Промежуточное реле датчика температуры контролирует температуру сжатого воздуха. Струйное реле сигнализирует об уменьшении давления охлаждающей воды. Реле времени контролирует исчезновение охлаждающей воды.
Схема автоматического управления синхронным двигателем поршневого компрессора допускает включение на напряжение 380В 220В переменного и 220В 48В постоянного.
Поршневые компрессорные установки работают на основепоршневых компрессоров которые различаются по расположению цилиндров и могут быть одно- двух- или многоступенчатыми по числу ступеней сжатия. Устройство состоит из поршня и рабочего цилиндра в котором установлены всасывающий и нагнетательный клапаны. Для обеспечения возвратно-поступательных движений поршня применяется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Для получения высокого давления сжатого воздуха применяются многоступенчатые компрессоры в которых сжатие чередуется с охлаждением. Наличие высокого трения в поршневых моделях требует использование масляной смазки. Это значит что в цепикомпрессорной установкиобязательно должен присутствовать масло влагоотделитель применение которого в установке с безмасляным устройством необязательно.
Поршневые компрессорные установки имеют ряд преимуществ перед винтовыми. Это сравнительнонизкая цена малые затраты на ремонт и обслуживание. Особенности конструкции позволяют им достичь более высоких показателей давления которые для винтовых моделей недостижимы. Поршневые установки более терпимы к тяжелым условиям работы. Их можно использовать в более запыленных и загрязненных местах. Поршневые компрессоры более устойчивы к частым включениям и выключениям в то время как винтовые чаще всего ломаются именно по этой причине. Поршневые установки имеют более высокий КПД поскольку в силу своей конструкции работают с меньшей потерей воздуха.
Винтовые компрессорные установкиработают на основевинтового компрессора который имеет свои особенности строения и эксплуатации. Конструкция компрессора сухого сжатия состоит из двух винтовых роторов. Один из них имеет выпуклую нарезку и соединен непосредственно с двигателем. Второй ротор имеет вогнутые впадины. Оба ротора помещены в разъемный корпус в котором предусмотрено несколько камер всасывания и нагнетания воздуха. Сжатие воздуха происходит при синхронном вращении обоих роторов. Поскольку применение ввинтовом компрессоремасляной смазки недопустимо то касание обоих винтовых роторов не происходит. Между ними оставлен минимальный зазор который позволяет нагнетаемому воздуху проходить в камеры с постепенно увеличивающимся давлением.
Основным преимуществом винтовой компрессорной установки является возможность длительной бесперебойной эксплуатации. Она может работать 24 часа в сутки. Кроме того винтовые модели более компактны и долговечны имеют высокий КПД и достаточно низкий уровень шума.
2 Устройствои работа составных частей установки
Компрессор представляет собой одноступенчатуювинтовую машину масло заполненноготипа предназначеннуюдля сжатия нефтяногогаза.
Рабочими органами компрессора являются винты с зубьями специального профиля нарезанные на средних утолщенных частях роторов. Ведущий ротор имеет пять зубьев ведомый ротор - семь зубьев. Вращение ведущему ротору передается с помощью зубчатой передачи и приводного вала через муфту с вала электродвигателя. Число оборотов вала электродвигателя на установке ГВ-46 равно 3000 обмин число оборотов ведущего ротора равно 5446 обмин. Роторы размещены в корпусе компрессора и устанавливаются в опорных цилиндрических роликоподшипниках. Осевые нагрузки воспринимаются сдвоенными радиально-упорными шарикоподшипниками.
Приводной вал также размещен в корпусе компрессора и устанавливается со стороны всасывания в цилиндрический роликоподшипник а со стороны нагнетания в шарикоподшипник 6 выходной конец приводного вала уплотняется торцовым уплотнением масло заполненного типа. В верхней части корпуса компрессора расположен фильтр газовый.
Компрессор работает по принципу объемного сжатия. Газ всасываемый компрессором через входной патрубок блока цилиндров и встроенный газовый фильтр проходит к всасывающему окну специального профиля которое сообщается со впадинами обоих роторов. При вращении роторов поступающий через окно газ постепенно заполняет по всей длине те впадины ротора которые в это время соединены со всасывающим окном. При дальнейшем вращении роторов объемы газов заполнившего впадины винтов отсекаются от всасывающего окна. Процесс всасывания заканчивается.
Объемы газа заполнившего впадины роторов изолированы друг от друга и ограничены поверхностями роторов и корпусом. Процесс сжатия происходит путем уменьшения объемов полостей (зуб ведущего ротора при вращении входит во впадину ведомого).
В ходе сжатия в рабочую полость компрессора через отверстие в блоке цилиндров масло впрыскивается в полость винтов. Образующаяся маслогазовая смесь отводит часть тепла выделяющего при сжатии уплотняя зазоры между роторами и корпусом смазывая винтовые поверхности а также уменьшает уровень шума.
Процесс сжатия заканчивается в тот момент когда парная полость винтов подойдет к кромке окна нагнетания и далее происходит процесс выталкивания маслогазовой смеси в нагнетательный патрубок. Этот процесс повторяется при каждом обороте ведущего ротора в каждой из пяти его впадин.
Корпус компрессора состоит из крышки блока цилиндров камеры выполненных из чугуна СЧ 25.
Герметичность корпуса создается с помощью резиновых уплотнительных колец. Крышка блок цилиндров камера нагнетания между собой фиксируются установочными штырями.
Блок цилиндров представляет собой рабочую полость выполненную в виде параллельных цилиндрических расточек пересекающихся между собой в которых помещаются винтовые части роторов и золотник. Блок цилиндров имеет специально спрофилированное окно всасывания окно нагнетания. Взаимное расположение окон диагональное. Окно всасывания расположено сверху окно нагнетания - внизу. Кроме этого в блоке цилиндров имеются расточки для установки цилиндрических роликоподшипников. В верхней части блока цилиндров предусмотрено место для установки фильтра газового.
Камера нагнетания имеет расточки для установки опорных цилиндрических роликоподшипников радиально-упорных шарикоподшипников уплотнения.
Корпусные детали для строповки при подъёме и транспортировании имеют резьбовые отверстия под рым-болты.
Роторы представляют собой многозаходные винты с зубьями специального профиля выполненные из стали. Роторы в корпусе вращаются с определенными зазорами (по диаметру и торцам) обеспечивающими безопасную работу в температурном режиме до 100оС.
Блок охлаждения масла предназначен для охлаждения масла идущего на смазку и впрыск компрессора и состоит из маслоохладителя и вентилятора установленных на общей раме.
Для подогрева масла при запуске компрессора в холодное время года в корпус маслоотделителя встроен змеевик в который подается горячая жидкость или пар.
ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Электрический привод представляет собой электромеханичёское устройство предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя осуществляющего электромеханическое преобразование энергии механической части передающей механическую энергию рабочему органу машины и системы управления обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма точность выполнения технологических операций динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны нагрузка механической части привода условия движения ее связанных масс точность передач и т. п. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему составные части которой находятся в тесном взаимодействии.
Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного электропривода (рисунок 1) ведет к совершенствованию конструкций машин к коренным изменениям технологических процессов к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства.
Рис. 1 – Схема автоматизированного электропривода.
1 Классификация электроприводов
Электроприводы по способам распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.
Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рисунок 2).
Рис. 2 – Структурная схема группового трансмиссионного электропривода
Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному хотя в ряде случаев еще находит применение и групповой привод по схеме на рисунке 3
Рис. 3 – Структурная схема группового электропривода
Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными механизмами уменьшения запыленности помещений лучшего освещения рабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими показателями.
В трансмиссионном приводе при выходе из строя или при ремонте электродвигателя выбывает из работы группа машин тогда как в случае индивидуального привода или группового по схеме на рисунке 3 остановка одного электродвигателя вызывает остановку лишь одной рабочей машины.
Рис. 4 – Индивидуальные электроприводы рабочих органов (шпинделей) продольно-фрезерного станка
Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах например в сложных металлорежущих станках в прокатных станах металлургического производства в подъемно-транспортных машинах экскаваторах в роботах-манипуляторах и т. п.
Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок (рисунок 4) имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок).
Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов) при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным пли технологическим соображениям.
Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера. На рисунке 5 показана схема такого привода рабочим органом которого является цепь приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М1 М2) расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.
Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах например в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением в бумагоделательных машинах ротационных машинах полиграфического производства и текстильных агрегатах в прокатных станах металлургического производства в поточных технологических линиях но производству шинного корда синтетических пленок и т. д.
Рис. 5 – Схема взаимосвязанного привода конвейера
По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движения.
Вращательное однонаправленное а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным винтовым реечным и т. п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называемые линейные электродвигатели магнитогидродинамические двигатели).
2 Двигатели с короткозамкнутым ротором – регулирование координат.
Двигатели с короткозамкнутым ротором – самые распространенные электрические машины – до недавнего времени использовались лишь в нерегулируемом электроприводе поскольку практически единственная возможность эффективно регулировать скорость – изменять частоту напряжения приложенного к старторным обмоткам была технически трудно реализуема. Сейчас благодаря успехам электроники ситуация кардинально изменилась и частотно-регулируемый электропривод – рис. 6а стал основным типом регулируемого электропривода.
Рис. 6. Схема частотно-регулируемого электропривода (а) механические характеристики (б) зависимость напряжения от частоты (в)
Частотное регулирование.
Как следует из пропорциональна частотеf1и не зависит для данной машины от каких-либо других величин. Вместе с тем изменяяf1 следует заботиться об амплитуде напряжения: при уменьшенииf1для сохранения магнитного потока на некотором например номинальном уровне в соответствии с следует изменятьтак чтобы
При увеличении частоты от номинальной приU1=U1нпоток в соответствии с будет уменьшаться.
Как следует из в пренебреженииR1 т.е. в предположении чтоE1»U1 ритический момент также пропорционален тогда как критическое скольжениеsкобратно пропорциональноf1.
Механические характеристики при частотном регулировании в предположении чтоE1=U1 показаны на рис. 6б.
Сопротивление цепи статора которым мы пренебрегаем оказывает влияние на характеристики особенно малых машин (киловатты) – пунктир на рис. 6б поскольку при снижении частотыE1u1 em=">. Для компенсации этого влияния обычно несколько увеличивают напряжение при низких частотах – пунктир на рис. 6в.
Проведем оценку частотного регулирования скорости по введенным ранее показателям
Регулирование двухзонное – вниз () и вверх (U1=U1нf1>f1н) от основной скорости.
Диапазон регулирования в разомкнутой структуре (8-10):1. Стабильность скорости – высокая.
Регулирование плавное.
Допустимая нагрузка –М=Мнпри регулировании вниз от основной скорости (Ф»const)Р = Рнпри регулировании вверх (Ф Фн).
Способ экономичен в эксплуатации – нет дополнительных элементов рассеивающих энергию; как будет показано далее малы потери в переходных процессах. Несомненное достоинство – гибкость управления координатами в замкнутых структурах. Современные методы так называемого векторного управления обеспечивают частотно-регулируемому электроприводу практически те же свойства по управляемости которые имеет самый совершенный электропривод постоянного тока.
Способ требует использования преобразователя частоты (ПЧ) – устройства управляющего частотой и амплитудой выходного напряжения. Такие устройства – совершенные и доступные – появились в последнее десятилетие однако они ещё сравнительно дороги – около 100 USDкВт в 1999 г. Принцип построения современных ПЧ рассмотрен далее.u1>
Параметрическое регулирование
Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты приводило к поиску других решений одно из которых – изменениеU1приf1 = f1н = const– рис. 7а.
Рис. 7. Схема (а) и механические характеристики (б) асинхронного электропривода
с параметрическим регулированием
Как следует критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорциональноU12 критическое скольжение в соответствии с (останется неизменным – сплошные линии на рис. 7б. В замкнутой по скорости структуре – пунктир на рис. 7а – можно получить характеристики показанные на рис. 7б пунктиром т.е. способ внешне выглядит весьма привлекательно.
Проведём его оценку.
Регулирование однозонное – вниз от основной скорости
Диапазон регулирования в замкнутой структуре (3-4):1; стабильность скорости удовлетворительная.
Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости поскольку магнитный потокФºU1приf1 = const. Рассмотрим это важное обстоятельство подробнее воспользовавшись выражением для потерь в роторной цепи . Допустимыми в продолжительном режиме потерями можно считать номинальные допустимые потери при регулировании определятся как DРдоп = Мдопw0s. Приравняв выражения для потерь получим
т.е. даже для специального двигателя с повышенным скольжением (очевидно невыгодного)sн = 006 вместо стандартногоsн= 003 снижение скорости всего на 20% (s= 02) потребует снижения момента в 3 раза – рис. 7б.
Таким образом рассмотренный способ регулирования очевидно неэффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для самой благоприятной нагрузке – вентиляторной () необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя с повышенным скольжением интенсивный внешний обдув.
Важно отметить что выражение универсально для двигателей с короткозамкнутым ротором при и все попытки обойти это ограничение каким – либо “хитрым” способом кстати все еще предпринимаемые – бесперспективны.
Способ регулирования скорости изменением напряжения может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости а система ПН-АД очень полезна и эффективна для снижения пусковых токов для экономии энергии при недогрузках.
Преобразователь напряжения ПН – простое устройство в 3-4 более дешевое чем преобразователь частоты и именно эта особенность системы ПН-АД приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.
Кроме изложенных способов регулирования координат двигателей с короткозамкнутым ротором для этой цели используются иногда специальные двигатели с переключением обмоток статора изменяющим число пар полюсов т.е. в соответствии с ступенчато регулирующие. Эти двигатели тяжелы дороги привод требует дополнительной переключающей аппаратуры и в связи с этим проигрывает современному частотно-регулируемому электроприводу.
3 Двигатели с фазным ротором – регулирование координат
Дополнительные возможности управлять координатами асинхронного электропривода появляются если ротор выполнен не короткозамкнутыма фазным т.е. если его обмотка состоит из катушек похожих на статорные соединенных между собой и выведенных на кольца по которым скользят щетки связанные с внешними устройствами. Схематически трехфазная машина с фазным ротором показана на рис. 8а. Фазный ротор обеспечивает дополнительный канал по которому можно воздействовать на двигатель – в этом его очевидное достоинство но очевидна и плата за него: существенное усложнение конструкции бльшая стоимость наличие скользящих контактов. Именно эти негативные особенности привели к тому что в общем объёме производства асинхронные двигатели с фазным ротором составляют небольшую долю.
Рис. 8. Асинхронный двигатель с фазным ротором (а) схема (б)
и характеристики (в) и (г) реостатного регулирования
К щеткам на кольцах в цепи ротора можно подключать как пассивные цепи например резисторы так и активные содержащие источники энергии; последняя возможность широко используется в электроприводах большой мощности (сотни – тысячи киловатт).
Реостатное регулирование.
Как и в электроприводе постоянного тока это простейший способ регулирования: в каждую фазу ротора включают одинаковые резисторы с сопротивлениемRд– рис. 8б. Тогда общее активное сопротивление фазы ротора составитR2 = Rр + Rд а искусственные характеристики приобретут вид представленный на рис. 8вг: предельное значение тока ротораI2 преди критический моментМкв соответствии с не изменяется аsкв соответствии с растет пропорциональноR2:
Последнее соотношение для критического скольжения очевидно выполняется и для скольжения при любомМ = const оно похоже на а реостатные механические характеристики похожи на таковые для двигателя постоянного тока. Показатели реостатного регулирования скорости асинхронных двигателей с фазным ротором практически те же что у электропривода постоянного тока.
Регулирование однозонное – вниз от основной скорости.
Диапазон регулирования (2-3):1 стабильность скорости низкая.
Регулирование ступенчатое. С целью устранения этого недостатка иногда используются схемы в которых роторный ток выпрямляется и сглаживается реактором а резистор включаемый за выпрямителем шунтируется управляемым ключом – транзистором с управляемой скважностью благодаря чему достигается плавность регулирования а при использовании обратных связей формируются жесткие характеристики.
Допустимая нагрузкаМдоп = Мн посколькуФ»Фни при мало меняющемсяcosj2I2доп»I2н.
С энергетической точки зрения реостатное регулирование в асинхронном электроприводе столь же неэффективно как и в электроприводе постоянного тока – потери в роторной цепи приM = constпропорциональны скольжению:
а распределение этих потерь определяется в соответствии с соотношением сопротивлений – собственно в роторной обмотке рассеивается мощность а в дополнительных резисторах – мощность.
Капитальные затраты как и в электроприводе постоянного тока сравнительно невелики.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК.
График потребления сжатого воздуха на промышленных предприятиях как правило имеет переменный характер в течение суток. Для обеспечения нормальной работы потребителей необходимо чтобы давление воздуха поддерживалось постоянным; это является одним из основных требований предъявляемых при автоматизации компрессорных установок. Давление в воздуховодной сети зависит от потребления воздуха и производительности компрессора. Когда расход воздуха равен производительности компрессора давление в сети будет номинальным. Если потребление воздуха становится больше производительности то давление падает и наоборот.
Наибольшее применение для приводов компрессоров получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. Регулирование производительности компрессоров в этих случаях осуществляется путём автоматического открывания всасывающих клапанов с помощью регулятора давления. Регулирование производительности может осуществляться также периодическим включением компрессорных агрегатов с учётом графика нагрузки и давления в воздухопроводах которое контролируется специальным манометром; контакты манометра вводятся в схему управления двигателем.
На рис.9апоказано устройство электроконтактного манометра. Как и в обычных манометрах в нём применяется трубчатая одновитковая пружина закрытая с одного (подвижного) конца а другим (неподвижным) концом сообщающаюся со средой газом давление которого необходимо контролировать.
Действие манометра основано на линейной зависимости между упругой деформацией трубчатой пружиныидавлением действующим внутри неё. Изменение давления вызывает перемещение закрытого конца трубчатой пружины который через передаточный механизм приводит в действие подвижный контакт 3 укреплённый на стрелке. При повышении давления пружина стремится разогнуться при уменьшении давления - согнуться. Если давление превысит значение руст на которое настроен манометр то подвижный контакт3замыкается с неподвижным контактом4;при уменьшении давления ниже установленного контакт3замыкается с неподвижным контактом2.
Контактная система допускает включение на напряжение 380В переменного и 220В постоянного тока; мощность контактов 10В-А. Примеры типов электроконтактных манометров: МГ-278 - показывающие МГ-618 - самопишущие. Кроме контактных манометров применяются поршневые сильфонные реле давления и другие приборы.
Рис.9 Специальная аппаратура управления компрессорами.
а - электроконтактный манометор
Для поддержания температуры сжимаемого воздуха в компрессорах (особенно на большие давления) в допустимых пределах применяется принудительное охлаждение установок водой которая пропускается через охлаждающие рубашки цилиндров и промежуточные холодильники где нагретый при сжатии воздух омывает трубки с циркулирующей холодной водой. Так как кратковременная остановка системы охлаждения компрессора недопустима за её работой устанавливается контроль с помощью специальных приборов отключающих компрессор при недопустимом повышении температуры воздуха или прекращении подачи воды.
Так на трубопроводах подводящих охлаждающую воду устанавливаются струйные реле различных конструкций. На рис.9б показано устройство струйного реле типа МС-51. Реле имеет две цилиндрические мембраны сильфона 2 соединённые трубками4с дроссельным устройством диафрагмы 7 устанавливаемой внутри трубопровода5. При уменьшении количества протекающей воды изменяется перепад давления на диафрагме происходит переключение контактов3реле что обеспечивает подачу в схему управления сигнала на отключение двигателя компрессора.
Рис. 10. Технологическая схема компрессорной установки
На рис.10 показана технологическая схема компрессорной установки с двумя поршневыми компрессорами2приводимыми в движение асинхронными двигателями1.Сжатый воздух после компрессора проходит через воздухоочистительное устройстве6в котором очищается от пыли влаги масла. По воздухопроводу8воздух поступает в ресиверы10откуда по трубопроводу12направляется к потребителям. Обратные клапаны5предотвращают работу одного компрессора на другой при разнице в создаваемом ими давлении. Трубопроводы3и4предназначены для циркуляции охлаждающей воды.
Датчиками автоматического управления служат два электроконтактных манометра11подвижные контакты которых устанавливаются на определенные верхние и нижние пределы давлений воздуха в ресиверах. Верхние пределы для обоих манометров могут быть одинаковыми и при достижении их двигатели компрессоров будут отключаться. Нижние пределы давления манометров устанавливаются разными. При падении давления вначале включается только один компрессор если же давление будет продолжать падать то включается и второй.
При пуске компрессора сначала включают охлаждающую воду затем приводной двигатель. Для уменьшения начального момента сопротивления пуск можно производить при открытом разгрузочном вентиле7воздухоочистительного устройства. После пуска двигателя разгрузочный вентиль закрывается. Чтобы давление воздуха в ресиверах не снижалось при остановке компрессоров в системе имеются обратные клапаны9.
Рис. 11. Схема автоматического управления компрессорной установкой
Электрическая схема управления компрессорной установкой состоящей из двух агрегатовК1иК2приведена на рис.11. Двигатели компрессоровД1иД2питаются от трехфазной сети ~380 В через автоматические выключателиВЛ1иВА2с комбинированными расщепителями. Включение и отключение двигателей производятся пускателямиПМ1иПМ2. Цепи управления и сигнализации питаются фазным напряжением 220В через однополюсный автоматический выключательВАЗс максимальным электромагнитным расцепителем.
Управление компрессорами может быть автоматическим или ручным. Выбор способа управления производится с помощью ключей управленияКУ1иКУ2.Приручном управлениивключение и отключение пускателейПМ1иПМ2осуществляется поворотом рукояток ключейКУ1иКУ2из положенияО (Отключён)в положениеР (Включён).
Автоматическое управлениекомпрессорами производится при установке ключейКУ1иКУ2в положениеАа включение и отключение пускателей осуществляется с помощью релеРУ1иРУ2.Контроль давления воздуха в ресиверах производится двумя электроконтактными манометрами контакты которых включены в цепи катушек релеРУ1-РУ4.Очерёдность включения компрессоров при падении давления устанавливается с помощью переключателя режимовПР.ЕслиПРустановлен в положениеК1 то первым включается компрессорК1.
Предположим что ресиверы наполнены сжатым воздухом давление соответствует верхнему пределу (контакты манометровМ1-НиМ2-Нразомкнуты) и компрессоры не работают. Если в результате потребления воздуха давление в ресиверах падает то при достижении ими минимального значения установленного для пуска первого компрессора замкнется контактМ1-Нпервого манометра (Н - нижний предел) сработает релеРУ1и своим контактом включит пускательПМ1двигателя первого компрессора. В результате работы компрессораК1давление в ресиверах будет повышаться и контактМ1-Нразомкнётся но это не приведёт к отключению компрессора так как катушка релеРУ1продолжает получать питание через свой контакт и замкнутый контакт релеРУ4.При повышении давления в ресиверах до максимального предела замкнется контакт манометраМ1-В(В - верхний предел) сработает релеРУ4и своим контактом отключит релеРУ1потеряет питание пускательПМ1и компрессорК1остановится.
В случае недостаточной производительности первого компрессора или его неисправности давление в ресиверах будет продолжать падать. Если оно достигнет предела установленного для замыкания контактаМ2-Нвторого манометра (манометрыМ1иМ2регулируются так чтобы контактМ2-Нзамыкался по сравнению с контактомМ1-Нпри несколько меньшем давлении) то сработают релеРУЗиРУ2.Последнее своим контактом включит пускательПМ2т.е. вступит в работу компрессорК2.РелеРУ2после размыкания контактаМ2-Ностаётся включённым через свой контакт и замкнутый контакт релеРУ4Когда давление в ресиверах в результате совместной работы обоих компрессоров (или толькоК2при неисправномК1)поднимется до верхнего предела замкнётся контакт манометраМ2-Ви включится релеРУ4.В результате отключаются релеРУ1иРУ2и пускателиПМ1иПМ2.Оба компрессора остановятся.
В схеме предусмотрен контроль исправности компрессорной установки. Если несмотря на работу обоих компрессоров давление в ресиверах продолжает подать или не изменяется то контактМ2-Ннижнего предела останется замкнутым и релеРУЗбудет включено. Оно своим контактом приведет в действие реле времениРВ которое с некоторой выдержкой времени необходимой для обеспечения нормального подъёма давления компрессоромК2замкнёт свой контактРВв цепи аварийно-предупредительной сигнализации и подаётся сигнал о необходимости устранения неисправности.
Сигнальная лампаЛЖслужит для световой сигнализации о режиме работы компрессорной установки при ручном управлении. Она загорается при падении давления в ресиверах получая питание через контакт релеРУЗ.Сигнальная лампаЛБи реле напряженияРКНслужат для контроля наличия напряжения в цепях управления. Контроль температуры воздуха в компрессорах охлаждающей воды и масла осуществляется специальными реле (на схеме не показаны) которые вместе с релеРКН воздействуют на цепи аварийно-предупредительной сигнализации извещая персонал о ненормальной работе установки.
Для многих предприятий требуется бесперебойное снабжение производственных участков сжатым воздухом. Для уменьшения количества персонала функции управления могут быть возложены на автоматизированный электропривод.
1 Требования к электрооборудованию
Как и в других электроустановках компрессорная установка имеет главный электропривод а именно асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором который приводит во вращения поршни компрессора. Двигатель работает с постоянной скоростью без реверса. В установки используется реле времени в мести с электрогидравлическим клапаном для облегчения пуска двигателя.
Двигатель питается от трёхфазной сети так же имеются аппараты защиты электропривода компрессора от короткого замыкания и перегрузки в виде автоматического выключателя.
Установка снабжена манометром для поддержания давления воздуха на заданном уровне нарушение которых приводят к отключению компрессора.
Цепь управления и сигнализация питаются фазным напряжением 220В через однополюсный автоматический выключатель.
Работа компрессорной установки может осуществляется как с пульта управления на самом агрегате так и с диспетчерского пункта.
Автоматический контроль составляет важнейшую часть системы управления. Он позволяет определить правильность процесса производства сжатого воздуха и состояние компрессорного агрегата.
Отклонение контролируемых параметров от заданных значений указывает на ненормальные или нерациональные режимы работы систем агрегата а в ряде случаев может привести к аварии.
Электродвигатели и аппараты должны быть установлены таким образом чтобы они были доступны для осмотра и замены а также для ремонта по возможности на месте установки. Электродвигатели должны быть заземлены или занулены.
В результате работы были рассмотрены разные виды компрессорной установки как объекта автоматизации. Выбрана наиболее подходящая концепция разработки системы управления. Реализована логическая модель графики функционирования которой подтверждают правильность выбранных управляющих алгоритмов.
Проведен подбор необходимых для реализации системы аппаратных средств и разработан принцип функционирования управляющей среды.
Проведен анализ опасных факторов воздействия на человеческий организм при эксплуатации компрессорных установок и разработан комплекс мер по охране труда.
Создание системы позволит сделать ее без ограничений по интеграции с другими существующими или вновь создаваемыми системами и при необходимости без значительных затрат наращивать количество выполняемых функций и каналов обработки сигналов.
Сафин А.Х. Тенденции в технико-экономической структуре производства и развитии компрессорного оборудования. - Компрессорная техника и пневматика. 2002. №2. С.4-9.
Захаренко С.Е. Анисимов С.А. Дмитревский В.А. и др. Поршневые компрессоры. - М.;Л. Машгиз 2010.- 455с.
Гриб В.В. Сафонов Б.П. Жуков Р.В. Динамика механизма движения поршневого компрессора с учетом зазоров в подвижных соединениях. - Вестник машиностроения. 2002. №4. С.3-7.
Видякин Ю.А. Доброклонский Е.Б. Кондратьева Т.Ф. Оппозитные компрессоры. - Л.:Машиностроение 2009.- 279с.
Сергеев В.И. Юдин К.М. Исследование динамики плоских механизмов с зазорами. - М.: Наука 2011. -111с.

Рекомендуемые чертежи

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 6 часов 48 минут
up Наверх