Асинхронный электропривод клиновой задвижки на базе тиристорного регулятора напряжения
Объектом исследования является асинхронный электропривод клиновой задвижки на базе тиристорного регулятора напряжения. В процессе исследования проводился расчет схемы замещения асинхронного двигателя, получены статические характеристики асинхронного двигателя. Была построена имитационная модель системы ТРН-АД в программной среде MATLAB Simulink. Реализован плавный пуск, реверсирование и регулирование скорости асинхронного двигателя.
Введение………………………………………………………………………………………………………………. 11
1. Технологический процесс перекачки нефти ……………………………………………………… 13
1.1. Описание технологического процесса перекачки нефти ………………………………….. 13
1.2. Обзор задвижек………………………………………………………………………………………………. 13
1.3. Обзор электрических преобразователей для электроприводов задвижек …………. 16
2. Выбор электропривода и расчет оборудования …………………………………………………. 22
2.1. Исходные данные ………………………………………………………………………………………….. 22
2.2. Характеристики электропривода ……………………………………………………………………. 23
2.2.1. Технические характеристики ЭПЦ-20000 ………………………………………………….. 23
2.2.2. Состав электропривода ……………………………………………………………………………… 24
2.2.3. Порядок работы изделия в автоматическом режиме от электродвигателя …… 25
2.2.4. Состав электропривода ……………………………………………………………………………… 26
2.3. Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя ………………………… 26
2.4. Расчет статических характеристик электродвигателя ………………………………………. 31
3. Имитационная модель ТРН-АД ……………………………………………………………………….. 34
3.1. Создание модели Системы ТРН-АД в програмнной среде MATLAB Simulink …. 34
3.2. Однофазный ТРН с управлением от генератора импульсов ……………………………… 25
3.3. Однофазный ТРН с управлением от S-Function Builder ……………………………………. 39
3.4. Создание трехфазного ТРН …………………………………………………………………………….. 43
3.5. Плавное изменение угла управления по заданному закону ………………………………. 46
3.6. Прямой пуск асинхронного двигателя …………………………………………………………….. 48
3.7. Плавный пуск асинхронного двигателя …………………………………………………………… 55
3.8. Реверсирование асинхронного двигателя с помощью системы ТРН …………………. 58
3.9. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с помощью системы
ТРН-АД ………………………………………………………………………………………………………….. 61
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………… 70
4.1. Основная заработная плата исполнителей темы ………………………………………………. 87
5. Социальная ответственность ……………………………………………………………………………. 96
5.1.Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………… 97
5.1.1. Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые
нормы трудового законодательства …………………………………………………………… 97
5.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ………………….. 97
5.2. Производственная безопасность ……………………………………………………………………… 98
5.2.1. Анализ потенциально возможных и опасных факторов, которые могут
возникнуть на рабочем месте при проведении исследований ……………………… 98
5.2.2. Разработка мероприятий по снижению воздействия вредных и опасных
факторов …………………………………………………………………………………………………… 99
5.3. Экологическая безопасность……………………………………………………………………….. 106
5.3.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду …………………. 106
5.3.2. Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……………….. 107
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………….. 107
5.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований и
обоснование мероприятий по предотвращению ЧС ………………………………….. 107
5.4.2. Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении
исследований и обоснование мероприятий по предотвращению ЧС …………. 109
Заключение ………………………………………………………………………………………………………. 112
Список используемой литературы ………………………………………………………………….. 115
Приложение А ………………………………………………………………………………………………….. 117
Нефтяное месторождение, как правило, расположено на достаточно
большом расстоянии от нефтеперерабатывающего предприятия. По этой
причине задача транспортировки нефтепродуктов является актуальным.
Нефть транспортируется несколькими способами: морским,
железнодорожным, автомобильным, речным и трубопроводным
транспортом. Эти способы транспорта отличают условиями эксплуатации,
пропускной способностью, техническими и экономическими показателями. У
каждого вида транспорта есть свои параметры, подходящие для перевозки
отдельной группы нефтепродуктов. Совокупность всех видов
транспортировки нефти является единой системой.
Нефтепровод – это трубопровод, который служит для прокачки нефти.
Нефтепровод является самым дешевым, надежным и прибыльным способом
транспортировки нефти и нефтепродуктов. Также этот метод является самым
экологически чистым. В России этот вид транспорта является основным. У
данного вида транспортировки есть следующие положительные качества:
нефтепровод можно проложить между любыми объектами; он является
самым коротким расстоянием между двумя объектами; нефтепровод
непрерывен, что позволяет бесперебойно доставлять нефтепродукты до
потребителей. Поэтому нет необходимости в хранилищах.
Во время работы трубопровода возникают ситуации, когда по какой-то
причине необходимо прекратить прокачку нефти по трубопроводу. Это
может быть либо запланированная остановка для планового технического
обслуживания нефтепровода, либо незапланированная остановка (например,
в случае чрезвычайной ситуации). Достичь этих целей можно с помощью
такого механизма, как задвижка. Задвижки должны располагаться по всей
длине трубопровода с определенным интервалом, и при необходимости их
можно использовать для блокировки отдельной секции трубопровода.
Учитывая тот факт, что нефтепроводы имеют большую длину,
необходимо дистанционное управление открыванием и закрытием задвижек.
Для таких целей на этом механизме установлен электропривод. Это поможет
в кратчайшие сроки совершать необходимые действия с задвижками. Это
серьезно упрощает обслуживание нефтепровода. Кроме того, с помощью
электрического привода можно быстро реагировать на чрезвычайные
ситуации. Это может значительно снизить последствия аварии на
нефтепроводе.
В работе рассмотрены динамические режимы работы электропривода
клиновых задвижек путем имитации переходных процессов в программной
среде MATLAB Simulink.
1. Технологический процесс перекачки нефти
1.1. Описание технологического процесса перекачки нефти
Нефть перемещается по трубопроводу из-за наличия разности давлений
в начале и конце трубопровода. Создают этот перепад давления насосные
станции, расположенные через каждые 70-150 км. Скорость нефти составляет
3 м/с. Внутренний диаметр нефтепровода обычно составляет от 100 до 1400
мм. Нефтепровод способен прокачать через себя 80-90 млн. тонн в год [1].
При производстве нефтепроводов используется высокопрочная сталь,
которая способна выдержать различные виды воздействий (механические,
химические и термические).
Нефтепровод может быть подземным и наземным. Преимуществом
наземного метода является простота конструкции и эксплуатации такого
нефтепровода. Кроме того, подземный нефтепровод более защищен от
внешних воздействий и, как следствие, более долговечен.
Чтобы иметь возможность выполнять ремонтные работы на любой
части трубопровода, задвижки расположены на расстоянии 10-30
километров. С помощью задвижек в случае аварии можно покрыть
отдельный участок трубопровода, что предотвратит серьезные последствия и
позволит ликвидировать этот несчастный случай.
1.2. Обзор задвижек
Задвижка представляет собой тип запорной арматуры, в которой
запирающий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей
среды [2].
Как правило, задвижка состоит из корпуса и крышки, которые
образуют полость рабочего тела. Внутри этой полости есть элемент, который
обеспечивает отключение потока жидкости – затвор. Крепление клапана к
корпусу осуществляется одним из трех способов: фланцевым, муфтой и
сваркой. Чтобы создать максимальную герметичность внутри корпуса при
закрытой задвижке, в конструкции предусмотрены «седла», к уплотнениям
которых прилегает уплотнения затвора. Движение затвора обеспечивается
штоком или шпинделем.
Задвижки бываю следующих конструкций:
1. Клиновые
Седла таких защелок расположены под углом. Затвор выполнен в виде
клина, который определяет название клиновой задвижки.
При закрытии затвор плотно входит в зазор между седлами, что
обеспечивает хорошую герметичность. Простота конструкции клиновых
задвижек позволяет использовать его в различных условиях. Кроме того,
клиновая задвижка имеет небольшое гидравлическое сопротивление, что
особенно важно при использовании в магистральных трубопроводах.
Недостатком такой конструкций является большую строительная
высота.
На рисунке 1 показано устройство клиновой задвижки.
Целью данной работы являлось построение системы управления
клиновой задвижки на базе ТРН-АД.
В первой главе был описан технологический процесс перекачки нефти,
обзор различных видов задвижек и электрических преобразователей для
электроприводов. Электроприводы позволяют управлять задвижками
дистанционно.
Во второй главе был выбран электропривод для клиновой задвижки
исходя из заданного значения давления в нефтепроводе. В данной работе был
выбран электропривод «ЭПЦ-20000», данный привод предназначен для
местного и дистанционного управления запорной арматурой магистральных
нефтепроводов. ЭПЦ-20000 комплектуется асинхронным двигателем
«ДАТЭК-350-04», параметры этого двигателя являются закрытой
информацией, в силу этого был выбран аналог АИР 160 М4. Рассмотрен
порядок работы изделия в автоматическом режиме от электродвигателя,
рассчитаны параметры для схемы замещения асинхронного двигателя. Были
получены статические характеристики электродвигателя. А именно
семейство механических характеристик и электромеханические
характеристики тока статора и ротора.
В третей главе, основываясь на результатах прошлой главы, была
построена имитационная модель системы ТРН – АД в программной среде
MATLAB Simulink. Ключевым элементом данной системы является блок «S-
Function Builder», данный блок позволяет интегрировать программный код на
языке программирования С в модель Simulink, это позволяет значительно
расширить возможности стандартной библиотеки MATLAB.
Для имитации работы асинхронного двигателя использовался блок
Asynchronous Machine SI Units из стандартной библиотеки. Параметры этого
двигателя были внесены в блок Asynchronous Machine SI Units.
Был смоделирован процесс пуска АД от сети и при помощи системы
ТРН (плавный пуск), если сравнить полученные графики можно сделать
вывод, что при плавном пуске ток и момент значительно меньше. Это
приводит к значительному увеличению ресурса электрической и
механической частей электропривода. Так же был проведен плавный пуск
двигателя под нагрузкой, можно отметить увеличение времени пуска АД.
Учитывая, что данный электропривод используется для управления
клиновой задвижкой, в MATLAB была собрана и смоделирована схема для
реверсирования АД. Были получены графики реверсирования АД, можно
сделать вывод о том, что реверс асинхронного двигателя происходит
успешно. Время необходимое на реверсирование – 0,4 секунды колебания
тока и момента при реверсе сопоставимы с пусковым током и моментом.
В модели была реализована возможность регулирования скорости с
помощью тиристорного регулятора напряжения. Это позволяет расширить
возможности применения системы ТРН-АД. Была получена нижняя граница
регулирования скорости, она равна 10 рад/с. Так же был выявлен
максимальный диапазон регулирования скорости, который равен 1:15. Была
смоделирована работа энкодера и получены графики регулирования
скорости.
В четвертой главе в процессе планирования проект был разделён на 15
этапов, которые распределены между руководителем и инженером. По
полученным данным построили календарный план проведения проекта,
выполненный на основе диаграммы Ганта.
Основной из главных частей анализа является формирование бюджета
НТП, в котором отражаются расходы на проектирование, в частности
затраты по основной заработной плате исполнителей темы – 182301 руб. и
дополнительной – 21876 руб., отчисления во внебюджетные фонды – 11417
руб., накладные расходы – 41521 руб., полный бюджет – 301329 руб.
В завершении работы была доказана ресурсоэффективность
технического проекта. Интегральный показатель ресурсоэффективности
равен 4,6. Это говорит о соответствии проекта современным требованиям в
области электротехники.
На основании вышесказанного можно утверждать о большой
практической значимости проекта и востребованности его. Принятые
решения позволяют объекту исследования успешно конкурировать на рынке
при малых денежных и временных затратах на его разработку.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (298 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
5 (285 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.9 (826 отзывов)
5 (1241 отзыв)
