Аннотация 2
Введение 4
1. Анализ решений по повышению надежности работы электромеханического оборудования кондитерской фабрики 13
2. Проработка внедрения АВР на трансформаторной подстанции 25
2.1 Анализ видов АВР 26
2.2 Требования, предъявляемые к АВР 27
2.3 Расчет параметров АВР 28
2.3.1 Выбор напряжения срабатывания для переключения ввода системы электропитания 28
2.3.2 Выбор силового оборудования для коммутации токов нагрузки АВР. Расчет рабочего тока АВР 29
2.4 Алгоритм выбора вида АВР 31
3. Проработка решения повышения надежности работы шнекового конвейера подачи муки 34
3.1 Сравнительный анализ электроприводов винтовых конвейеров 34
3.2 Расчёт мощности двигателя конвейера 40
3.3 Расчёт и выбор элементов силового канала электропривода 45
3.4 Выбор конструкции винтового конвейера 47
3.5 Расчёт характеристик спирально - винтового конвейера 51
4. Оценка эффективности технических решений 68
Заключение 70
Список используемых источников 71
В настоящее время не найдется отрасли человеческой деятельности, где бы не применялось электричество. И хотя в нашей стране производится достаточно электроэнергии, однако проблема бесперебойного электроснабжения остаётся актуальной.
Согласно п/п 1.2.18 Правил устройства электроустановок [1] по надежности электроснабжения все потребители электрической энергии (электроприемники) делятся на три категории:
I категория - «электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров» [1, с. 21].
II категория - «электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей» [1, с. 21].
III категория - «все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий». [1, с. 21].
Кондитерская фабрика «Услада» относится ко II категории потребителей электроэнергии, перебои в сети её электроснабжения могут привести к аварийным и пожароопасным ситуациям.
Кондитерская фабрика является предприятием с непрерывным технологическим процессом. В технологическом процессе выпечки вафель, вафельных рулетов и печений используются 7 газовых печей в комплексе с конвейерным и холодильным оборудованием. Даже кратковременное прекращение подачи электропитания указанного оборудования ведет к остановке технологического процесса, необходимости изъятия из печей бракованной продукции, повторному розжигу печей и выводу их на требуемые технологические параметры. Это приводит к существенным материальным издержкам, которые включают потерю сырья, штрафы за нарушение поставок, перерасход энергоносителей (газа), простои оборудования, и недоотпуск продукции. Анализ работы данного предприятия показывает, что подобные остановки основного технологического оборудования случаются с частотой до 5-8 раз в год. За счет этих перерывов прямые убытки предприятия составляют до 50 тысяч рублей в год, что сказывается на себестоимости выпускаемой продукции. Цена кондитерских изделий формируется с учетом понесенных убытков.
Стоит отметить, что оборудование кондитерской фабрики, задействованное в основном технологическом процессе, имеет следующую особенность. В ходе производства кондитерской продукции в едином цикле задействованы печи, работающие на природном газе и конвейерные линии, приводимые в движение асинхронными электроприводами. Регулировка скорости вращения электропривода, требуемая для обеспечения заданных показателей технологического процесса, осуществляется с помощью электромеханических вариаторов, мотор-редукторов. Электроснабжение электропривода конвейера и другого технологического и специального оборудования осуществляется от РУ-6/0,4кВ и силовых трансформаторов, расположенных на открытой площадке, принадлежащей фабрике. Подача электроэнергии на фабрику осуществляется по двум воздушным кабельным линиям, называемым фидерами Ф32 и Ф58.
По кабельным линиям электричество поступает на трансформаторную подстанцию ТП-26 с трансформатором типа ТМГ-400 6/0,4кВ мощностью 400кВА и комплектную трансформаторную подстанцию КТП-26а с трансформатором типа ТМ-400 6/0,4кВ мощностью 400кВА.
Схема электроснабжения фабрики представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Линейная схема электроснабжения кондитерской фабрики «Услада»
В нормальном режиме все оборудование кондитерской фабрики питается от рабочей линии Ф58, а резервная линия Ф32 не используется (находится в резерве). При пропадании напряжения на рабочей линии дежурный электрик убеждается с помощью исправного прибора в отсутствии напряжения на вводе в цех, затем берет в мастерской ключи от подстанции ТП-26 и после проверки производит переключение рубильниками П1-П3 [30]. На все передвижения и переключения дежурного электрика затрачивается 10-15 мин. После восстановления подачи электроэнергии по резервной линии производится перезапуск всего технологического оборудования, разгрузка печей от бракованной продукции, приготовление нового сырья согласно рецептуре.
Процесс запуска в работу технологического оборудования длится 5-25мин. Поэтому суммарные потери времени при внезапной аварии, связанной с пропаданием питающего напряжения составляют 15-40 мин.
Анализ аварийных остановок производственного процесса показывает, что наиболее часто причина этих прерываний связана с перерывом в электроснабжении основного электромеханического оборудования и его внутренними неисправностями.
Значительные экономические потери на кондитерской фабрике ООО «Услада» связаны с неэффективным использованием громоздких винтовых конвейеров (шнеков), что приводит к увеличению затрат на производстве. Кроме того, они требуют постоянного технического обслуживания и санитарной обработки.
На рисунке 2 представлен горизонтальный винтовой конвейер подачи муки.
Рисунок 2 - Винтовой конвейер
Поэтому, руководствуясь разработками ведущих фирм и специалистов в области транспортирования сыпучих материалов, проводится работа по внедрению новых, наиболее экономичных и соответствующих международным стандартам качества (ISO) видов оборудования. Одной из таких новинок является так называемый спирально - винтовой конвейер, который всё шире используется в пищевой промышленности стран Европы [30].
«Он предназначен для транспортировки сахара, муки и прочих сыпучих продуктов на расстояние до 12 метров в длину и до 10 метров в высоту. Использование спирально-винтового конвейера предоставляет следующие преимущества:
• простота конструкции, которая позволяет легко производить монтаж и обслуживание транспортной системы;
• возможность прокладки трассы в любом направлении и под разным углом;
• герметичность трассы позволяет исключить потери продукта и его загрязнение;
• малое энергопотребление;
• бесшумность в работе;
• конкурентно низкая стоимость» [30].
Конструкция шнека спирально - винтового конвейера очень проста. Шнек состоит из трубы с продетой в нее бесстержневой спиралью в соответствии с рисунком 3.
Рисунок 3 - Шнек спирально-винтового конвейера
С одной стороны спираль соединена с валом мотора-редуктора, с другой стороны закреплена в подшипниковом узле. В конструкции спирально-винтового конвейера отсутствуют подшипники, цепи шестеренки, привода,. «Диаметр условного прохода остается неизменным по всей длине, что исключает возникновение зон прессования продукта. Максимальный объем продукта в трубопроводе почти на 70 % больше, чем у аналогичного винтового конвейера, что достигается из-за отсутствия внутреннего вала» [30].
Главное преимущество транспортеров с гибкой спиралью заключается в возможности подавать продукт по наклонам и изгибам.
Спиральный транспортер позволяет монтировать изгибы трассы вплоть до 360 градусов и свободно поднимать продукт на высоту до 10 метров. Использование нескольких приводов позволяет транспортировать продукт на расстояние более 100 м и высоту до 50 м. На рисунке 4 показана схема трассы подачи муки в наклонной трубе на высоту 10 метров.
Рисунок 4 - Схема трассы подачи муки
Благодаря применению в транспортёре гибкой спирали предоставляется возможность более компактного размещения технологического оборудования.
Неоспоримым преимуществом спирального транспортёра является его герметичность. Это позволяет устранить потери продукта вдоль всей трассы, загрязнение рядом расположенного оборудования и исключить попадание в транспортируемый продукт посторонних предметов и примесей.
К преимуществам рассматриваемого конвейера также можно отнести возможность его работы сразу с несколькими стационарными емкостями, длительный срок службы и безопасность эксплуатации.
Спиральный конвейер позволяет производить бережную транспортировку продукта.
Немаловажным свойством спирального конвейера является его бесшумность. Она достигается посредством правильного натяжения гибкого несущего элемента. Спираль центрируется продуктом и не касается стенок трубопровода.
Спиральный транспортер позволяет реализовать точное дозирование продукта. Это обеспечивается путем оснащения технологического оборудования весовыми комплексами и автоматической системой управления.
«Спирально-винтовые транспортеры напоминают винтовые транспортеры, однако упругая спираль, в отличие от шнека, не имеет центрального вала, и следовательно, исключены застойные зоны» [30].
Для обеспечения возможности регулировки скорости спирально-винтовые транспортеры снабжают преобразователем частоты (ПЧ). Он надежно защищает электродвигатель от перегрузки по току при заклинивании механических частей транспортера, а также от чрезмерных механических нагрузок на саму спираль, ведущих к ее поломке.
Однако, некоторые потребители, стараясь сэкономить, отказываются от применения частотных преобразователей, ограничиваясь применением устройств защитного отключения трёхфазного электродвигателя. Данное решение не позволяет в полной мере обеспечить надежную защиту электропривода от выхода из строя. В результате повышается вероятность появления поломок: либо горит электродвигатель, либо закручивается и ломается спираль, либо протирается трубопровод. В настоящее время до 80 % заказчиков понимают необходимость установки частотного преобразователя, что приводит к повышению безотказной работы промышленного оборудования. Частотный преобразователь убережет спираль от поломки во время запуска и останова. Стандартные обороты мотора-редуктора на шнековом конвейере: 380:400 об/мин. Одномоментное достижение этой скорости при наличии в транспортере продукта приводит к очень большим динамическим нагрузкам на спираль. Преобразователь частоты позволит плавно развивать обороты, при этом нагрузка успеет распределиться вдоль всей спирали. Кроме того, ПЧ защитит двигатель от перегрузок по току и по напряжению. Поэтому в модернизируемом устройстве транспортировки муки целесообразно использовать регулируемый электропривод с преобразователем частоты.
Исходя из выше изложенного тема «Повышение надежности электромеханического оборудования кондитерской фабрики» является актуальной.
Цель работы - уменьшить убытки кондитерской фабрики ООО “Услада”, связанные с прерыванием основного технологического процесса за счет внедрения автоматического ввода резерва на трансформаторной подстанции и замены нерегулируемого асинхронного электропривода на регулируемый.
Предполагается, что автоматический ввод резерва сократит время переключения с основной линии электроснабжения на резервную. Это позволит исключить перезапуск в работу всего технологического оборудования и уменьшить вероятность поломки электромеханического оборудования от внезапного пропадания электроэнергии.
Замена нерегулируемого асинхронного электропривода на регулируемый также позволит избежать повышенных нагрузок на электродвигателе и механических частях привода во время пуска и останова, что позволит увеличить их срок службы.
Данные мероприятия увеличат срок безаварийной эксплуатации электромеханического оборудования и позволят повысить надежность его работы.
В данной работе разработан алгоритм выбора вида АВР для системы электроснабжения предприятия, проведен выбор типа АВР, доказана целесообразность применения винтового конвейера спирально - винтовой конструкции с частотно регулируемым электроприводом, позволяющим снизить эксплуатационные затраты. Для получения заданной производительности конвейера рассчитана необходимая мощность электродвигателя, в соответствии с которой выбран мотор-редуктор S.T.MIMM90L2S4 мощностью 2.2 кВт, 375 об/мин.
Плавный пуск конвейера возможен при использовании частотного преобразователя, для выбора которого проведен расчет силового канала.
При расчёте силового канала был определён максимальный ток, проходимый через ключи инвертора, который составил 9.1 А.
По этим данным был выбран преобразователь частоты Schneider Electric ATV312HU30N4, мощностью 3 кВт и выходным током 10.9 А.
Оценить технические характеристики спроектированного электропривода позволило математическое моделирование электромеханической системы привода конвейера.
Работа привода с постоянным моментом нагрузки на валу во всём диапазоне регулирования возможна лишь при использовании I • r компенсации напряжения статора. Результаты моделирования переходных процессов подтвердили целесообразность модернизации привода, динамические нагрузки не превышают 15Нм, что исключает поломки спирали и других механизмов конвейера.
Таким образом, поставленная цель повышения надежности электромеханического оборудования кондитерской фабрики достигнута и все поставленные задачи решены.
1. Правила устройства электроустановок: Издание шестое и седьмое (все действующие разделы) [Электронный ресурс] : утверждены Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204 URL: Ьйр://е1ес1г1са.рго/8Йе8/4е1аи11/111е8/ПУЭ.р4Г/ (дата обращения: 02.03.2018)
2. Кривоногов, Н.А. Общая электротехника [Электронный ресурс]: учебное пособие / Н.А. Кривоногов и др.; под ред. Л.А. Потапова. - Ростов н/Д : Феникс, 2016.-(Высшее образование).-URL: http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785222257203 .html (дата обращения: 03.04.2018)
3. Шабанов В. А., Юсупов Р. З. Автоматический ввод резерва на НПС и направления его совершенствования/ В.А. Шабанов, Р.З. Юсупов //Инновационные направления развития электропривода, электротехнологии и электрооборудования: межвузовский сборник научных трудов (по материалам научно-технического семинара с международным участием). - 2012. - С. 118.
4. Техническая информация: сайт научно-производственной компании «Промир» [Электронный ресурс]: URL: http://www.npkpromir.com/index.php/production/1 -bavr/3-bavr_(дата обращения: 03.04.2018)
5. Автоматическое включение резерва [Электронный ресурс] :Книги для электрика и энергетика - Электрон. журн. - Режим доступа: URL: http://www.energy-book.ru/2013/09/blog-post.html (дата обращения: 03.04.2018)
6. Обеспечение бесперебойного электроснабжения [Электронный ресурс] : Электротехнический интернет-портал - Статьи и обзоры - Режим доступа: URL: http://www.elec.ru/articles/obespechenie-besperebojnogo-elektrosnabzheniya/ (дата обращения: 03.04.2018)
7. Бесконтактная коммутационная аппаратура в сетях 10/6/0,4 кВ. Разработка и опыт эксплуатации. [Электронный ресурс] :2012. - 27с URL: http://ipe.ru/download/bkavs.pdf (дата обращения: 03.04.2018)
8. ГОСТ 27.002- 2015 Надежность в технике. Термины и определения. [Текст]. - Введ. 2017-03-01. - 23 с.
9. ГОСТ 27.310- 95 Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. [Текст]. - Введ. 1997-01-01. - 14 с.
10. ГОСТ 27.301- 95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные понятия.[Текст]. - Введ. 1997-01-01. - 19 с.
11. Amuzuvi, C. K. and Addo, E. (2015), “A Microcontroller-Based Automatic Transfer Switching System for a Standby Electric Generator”, Ghana Mining Journal, Vol. 15, No. 1, pp. 85 - 92.
12. Girish Hunswadkar, N.R. Viju Easun Reyrolle Ltd. Considerations and Methods for an Effective Fast Bus Transfer System / conference «Power system Protection and Automation», December 2010, New Delhi, India [Электронный ресурс]: URL: http://www.erlphase.com/downloads/papers/CBIP2010_Considerations_And_ Methods_For_Effective_FBT.pdf (дата обращения: 02.03.2018)
13. Tony Zhao, Powell Industries Inc. LubomirSevov and Craig Wester, GE Digital Energy Multilin. Advanced Bus Transfer and Load Shedding Applications with IEC61850 [Электронный ресурс] :URL: https://www.l-3.com/wp-content/uploads/2011/04/Advanced-Bus-Transfer-and-Load-Shedding-Applications-with-IEC61850.pdf (дата обращения: 02.03.2018)
14. Assis LS, Gonza' lez JFV, Usberti FL, Lyra C, Cavellucc C, Zuben FJV. Switch allocation problems in power distribution systems. IEEE Trans. Power Syst. 2015; 30(1): 246-53
15. Pfitscher LL, Bernardon DP, Canha LN, Montagner VF, Garcia VJ, Abaide AR. Intelligent system for automatic reconfiguration of distribution network in real time. Electr Power Syst Res 2013;97:84-92
...