Введение 5
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 7
1.1. Основные виды трубопроводной арматуры 7
1.2 Обзор задвижек 8
1.3 Особенности эксплуатации запорной арматуры 14
1.4 Обзор существующих систем электропривода задвижек 17
1.5 Функциональная структура системы ТРН-АД 22
1.6 Виды защит электропривода запорной арматуры 27
1.7 Требования, предъявляемые к электроприводу задвижек 29
2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ 32
2.1 Расчет параметров схемы замещения двигателя 32
2.2 Расчет электромеханических и механических характеристик 35
2.3 Выбор преобразователя 38
2.4 Выбор редуктора 40
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗАДВИЖКИ 42
3.1 Имитационная модель системы ТРН 42
3.2 Имитационное моделирование асинхронного двигателя 46
3.3 Исследование различных режимов работы электропривода на
имитационной модели 52
3.3.1 Сравнение прямого пуска и плавного 52
3.3.2 Плавный пуск 56
3.3.3 Торможение электропривода 58
3.3.4 Режим ограничения момента 59
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ
АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ ТРН 61
4.1 Описание экспериментальной установки 61
4.2 Экспериментальные исследования работы тиристорного регулятора
напряжения 62
4.2.1 Работа на активную нагрузку с заземленной нейтралью 63
4.2.2 Работа на активную нагрузку с незаземленной нейтралью 64
4.2.3 Работа на двигательную нагрузку 65
4.3 Исследование режимов работы электропривода на базе ТРН-АД 67
4.3.1 Прямой пуск 67
4.3.2 Плавный пуск 68
4.3.3 Динамическое торможение 70
4.3.4 Комбинированное торможение 72
4.4 Вывод по разделу 74
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 75
5.1 Анализ опасных и вредных факторов 75
5.2 Вредные производственные факторы 83
5.2.1. Физические вредные факторы 83
5.2.2. Химические вредные факторы 86
5.3 Экологическая безопасность 87
5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 88
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности и
условий труда 90
6. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 91
6.1 Планирование научно-исследовательских работ 92
6.1.1 Определение трудоемкости выполнения работ 92
6.1.2 Разработка графика проведения научного исследования 93
6.2 Бюджет научно-технического проектирования 97
6.2.1 Материальные затраты 98
6.2.2 Основная заработная плата исполнителей темы 98
6.2.3 Амортизационные отчисления 99
6.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 99
6.2.5 Накладные расходы 100
6.2.6 Прочие затраты 100
6.2.7 Формирование бюджета затрат НИР 100
6.3 Оценка разработанной модели электропривода 101
6.4 Вывод по разделу 102
Заключение 103
ЛИТЕРАТУРА 105
Приложение А 109
Приложение Б 132
В настоящее время в нефтеперерабатывающих, нефтехимических, энергетических установках, магистральных, промысловых и других трубопроводах используется огромное количество арматуры, которая управляет потоками перемещаемой среды. В связи с этим эксплуатация установок или трубопроводов невозможна без нее. Расходы на арматуру составляют около 10-12 % капитальных вложений и эксплуатационных затрат.
Наиболее распространенным видом запорной арматуры являются задвижки. Для управления задвижками используются пневматические, гидравлические или электрические привода. Наибольшее распространение получил электрический привод. Для электрических приводов в качестве основного приводного двигателя наиболее часто используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором благодаря своей простоте конструкции и надежности.
Современный электропривод запорной арматуры реализован на базе различных силовых полупроводниковых устройств с микропроцессорным управлением, что позволяет получить высокое быстродействие, большой диапазон регулирования и большую точность.
Электропривод запорной арматуры включает в себя приводной двигатель, систему управления, механическое преобразовательное устройство (редуктор) и силовой преобразователь. В качестве силовых преобразователей наибольшее распространение получили тиристорные регуляторы напряжения (ТРН) и преобразователи частоты (ПЧ). Система управления обеспечивает требуемые режимы эксплуатации запорной арматуры, выполняет защитные и коммуникационные функции, а также позволяет электроприводу адекватно реагировать на изменение внешних воздействий.
При проектировании ЭПЗА важно знать, как будет вести себя электропривод в различных динамических режимах, так как из-за нарушения режима работы электропривода задвижки могут возникнуть серьезные экономические или экологические последствия. Например, возможна ситуация, при которой ЭПЗА не сможет тронуться с места из-за заклинивания задвижки, что приведет к невозможности открытия трубопровода. Также при превышении максимального допустимого момента при уплотнении может произойти разрушение посадочного седла задвижки, а также разрушение самого трубопровода, что приведет к утечке среды.
Поэтому важной задачей является исследование динамических режимов электропривода запорной арматуры.
Целью диссертации является исследование режимов работы электропривода в программной среде MATLAB с помощью имитационной модели, разработанной на языке Си с использованием блока S-function Builder. Для электропривода в качестве силового преобразователя будет использоваться тиристорный регулятор напряжения, что позволит сократить стоимость привода, а также позволит снизить электромагнитные помехи, связанные с работой преобразователя.
Целью данной магистерской диссертации является исследование динамических режимов запорной арматуры на базе системы тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель. Основными режимами для исследования были плавный пуск при различных интенсивностях разгона, торможение выбегом и электрическим способом, режим ограничения момента электропривода.
Для достижения поставленных целей была создана имитационная модель данной системы в программном продукте MATLAB Simulink. Имитационная модель асинхронного двигателя и тиристорного преобразователя представляет собой блок «S-function Builder», который содержит алгоритм, реализованный на языке программирования C.
В качестве преобразователя был выбран тиристорный регулятор напряжения БУР Т. Он предназначен для дистанционного или местного управления запорной арматурой на технологических нефтепроводах. В качестве приводного двигателя был выбран АИМ-А100L4Exe со степенью взрывозащиты IExedIIBT4.
Модель асинхронного двигателя разрабатывалась в трехфазной неподвижной системе координат. Выбор системы связан с тем, что такая форма математического описания двигателя позволяет получить наиболее точный результат во время динамических режимов работы при питании от источников с несинусоидальной формой напряжения или во время несимметричных режимов. Разработанная модель была сравнена с готовой моделью библиотеки SimPower Asynchronos Machine SI Units в симметричных режимах, в результате был сделан вывод о том, что разработанную модель можно использовать для дальнейших исследований.
Модель тиристорного регулятора напряжения и системы управления позволяют учесть влияние активно-индуктивной нагрузки на коммутацию тиристоров.
Было проведено исследование плавного пуска электропривода при различных интенсивностях раскрытия угла управления. При пуске двигателя под статической нагрузкой рекомендуется уменьшать начальный угол управления тиристорами до 110 электрических градусов, а также увеличить интенсивность его раскрытия.
Был проведен ряд экспериментальных исследований системы ТРН-АД при работе на различные виды нагрузки: активная с заземленной нейтралью, активная с незаземленной нейтралью и двигательная нагрузка. Из экспериментов видно, что двигательная нагрузка влияет на коммутацию тиристоров. Также проведены исследования различных режимов: прямой и плавный пуск, динамическое торможение, комбинированное торможение, а также сравнение результатов, полученных на имитационной модели и на экспериментальном стенде.
В главе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение составлена оценочная карта по технологии QuaD со средневзвешенным значением показателя качества и перспективности научной разработки 83,63 пункта. Был составлен график работ (диаграмма Ганта). В сумме график работы руководителя составил 6 дней, у инженера составил 132 дня. Проведено формирование бюджета затрат научноисследовательского проекта, в сумме бюджет затрат НТИ составляет 562831,57 рублей.
В главе «Социальная ответственность» произведен анализ опасных и вредных факторов, рассмотрены вопросы экологической безопасности, защите при ЧС, правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности и условий труда.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
