Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИКАФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

(Расчетно-пояснительная записка)

ХАБАРОВСК

2016 г

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 9

1 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ И ЕЁ ЭЛЕМЕНТОВ 11

1.1 Описание принципа работы системы 11

1.2 Система нагнетания воздуха 12

1.2.1 Компрессор 12

1.2.2 Система фильтрации и охлаждения воздуха 17

1.3 Датчик внутреннего давления 17

1.4 Датчик потока воздуха 18

1.5 Выпускной клапан 19

1.6 Программируемый логический контроллер 22

1.6.1 Программируемое реле Zelio Logic 24

1.6 Преобразователь частоты 27

2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 32

2.1 Структурная схема системы управления 32

2.2 Алгоритм работы системы 33

2.2.1 Фаза промывки 33

2.2.2 Фаза работы 34

2.2.3 Отработка ошибок 35

3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ 37

3.1 Выбор компрессора 38

3.2 Выбор датчика давления 44

3.3 Выбор датчика потока воздуха и регулирующего клапана 46

3.4 Выбор и настройка преобразователя частоты 49

3.5 Выбор программируемого реле и блока питания 52

3.6 Принципиальные схемы системы 53

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 55

ВВЕДЕНИЕ

Нефть, по состоянию на 2010 год, занимает ведущее место в топливно-энергетической отрасли хозяйста: на нее приходится 33,6 % потребления энергоресурсов. Но непосредственно серая нефть практически не применяется, и для получения из нее таких ценных ресурсов, как: топливо, растворители, сырье для химической промышленности, появляется необходимость в транспортировке и переработке нетфи.

В частности транспортировкой нефти занимаются нефте-перекачивающие станции или НПС. На таких станциях несколько мощных двигателей работают круглые сутки, чтобы поддержать необходимый для производства уровень передачи.

Поскольку нефть является горючим материалом, остро встает вопрос о безопасности технологических процессов, связанных с ней. В процессе перекачки нефти невозможно избежать утечек паров нефти, которые являются взрывоопасной смесью газов. Такая смесь может попасть в двигатель насоса, где любая искра может вызвать взрыв.

Поскольку авария на подобном объекте грозит не только материальным ущербом (ремонт и замена оборудования, простой производства) но и человеческими жертвами, необходимо ответственно подойти к построению систем защиты от подобных ситуаций.

Система взрывозащиты магистральных насосов НПС будет решать такие задачи, как:

• промывка двигателей насосов перед их включением для удаления уже имеющихся смесей газов;

• поддержание постоянного давления внутри корпуса двигателя;

• контроль за системой в процессе работы;

• остановка двигателя насоса и оповещение оператора при несоответствии давления внутри корпуса требуемой величине;

Поскольку нефть занимает большую часть рынка энергетических ресурсов, необходимость в добыче и транспортировке не только не снизится, но и возрастет. При освоении новых месторождений, а также для увеличения мощности уже имеющихся, буду строиться новые НПС, где будет необходимо строить системы защиты. В том числе и системы защиты от взрывов.

1 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ И ЕЁ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1 Описание принципа работы системы

Поскольку перекачка нефти сопряжена с неминуемыми утечками, необходимо защитить оборудование, которое находится в непосредственном контакте с образующейся смесью газов. Если такая смесь попадет в корпус работающего двигателя, то любая искра может вызвать взрыв. Для предотвращения подобных ситуаций будет разработана система взрывозащиты.

Система взрывозащиты двигателя магистрального насоса представляет собой капсулирование под избыточным давлением: оборудование, в данном случае – двигатель, заключается в герметичную оболочку, в которую под давлением нагнетается воздух. Избыточное давление внутри оболочки препятствует проникновению внутрь взрывоопасной смеси газов. Корпус двигателя магистрально насоса выполнен в виде герметичной капсулы, которая имеет 2 канала под ввод и вывод промывочного газа.

Система включает в себя:

• систему нагнетания воздуха;

• датчик внутреннего давления;

• датчик потока воздуха;

• регулирующий клапан;

• контроллер;

• частотный преобразователь.

1.2 Система нагнетания воздуха

Основной задачей системы нагнетания воздуха является нагнетание воздуха в корпус двигателя под необходимым давлением. Её решением будет заниматься компрессор. Но помимо этого система должна выполнять следующие функции:

• фильтрацию входящего воздуха;

• охлаждение компрессора в процессе работы;

• охлаждение сжатого воздуха.

1.2.1 Компрессор

Компрессор (от лат. Compressio — сжатие) — энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

Простейшая классификация приведена на рисунке 1.1.

­­Рисунок 1.1 – Классификация компрессоров

Объемные компрессоры работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. В таких компрессорах среда перемещается путем периодического изменения объема камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом компрессора. К ним относятся возвратно-поступательные (поршневые) и роторные (аксиально- и радиально-поршневые, шиберные (пластинчатые), винтовые и т.п.) компрессоры.

К преимуществам объемных компрессоров относятся:

• возможность развивать напор независимо от подачи;

• высокий КПД;

• способность перекачивать жидкости различных вязкости и температуры;

• возможность перекачивать жидкости, содержащие твердые взвеси;

• хорошая всасывающая способность;

К недостаткам объемных компрессоров относятся:

• сложность конструкции;

• сложная система регулирования подачи;

• пульсирующая подача перекачиваемой жидкости.

Поршневой компрессор (рисунок 1.2.) состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого перемещается поршень 2 с кольцами, всасывающего и нагнетательного клапанов. Поршень в корпусе совершает возвратно-поступательное движение. Преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо открывается клапан 3, и газ заполняет пространство внутри корпуса. При этом клапан 4 закрыт. При движении поршня влево клапан 3 закрыт, открывается клапан 4, и газ выталкивается в нагнетательный трубопровод.

а – корпус; б – поршень; в – всасывающий клапан;

г – нагнетательный клапан.

Рисунок 1.2 – Схема поршневого насоса

Компрессоры, в которых поршень (ротор) вращается относительно цилиндра, называют ротационными компрессорами. Они принадлежат к группе прямоточных поршневых компрессоров и изготавливаются с катящимися, качающимися и вращающимися роторами. Пинцип действия ротационного компрессора представлен на рисунке 1.3.

Компрессоры с вращающимися роторами бывают с двумя, четырьмя (и более) пластинами, с круглым и эллипсным цилиндрами, с трохоидным цилиндром и ротором (трохоида – кривая, образованная точкой, лежащей на поверхности одной окружности и катящейся по поверхности другой окружности). Каждая часть эллипсного цилиндра работает как отдельный ротационный компрессор.

Рисунок 1.3 – Принцип действия ротационного компрессора

Пластинчатые компрессоры компактнее и не требуют разгрузки при пуске. Сжатие начинается только после повышения частоты вращения до заданного предела. Однако потери теплоты трения и температура конца сжатия у них выше, износ пластин больше. В пластинчатых компрес-сорах давление в конце сжатия определяется размерами камер сжатия; при понижении температуры нагнетания давление не снижается и компрессор работает менее экономично.

Динамические компрессоры работают по принципу силового действия на перемещаемую среду. В таких компрессорах среда под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), постоянно сообщающейся с входом и выходом компрессора. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

В центробежном компрессоре (рисунок 1.4) со спиральным кожухом перемещаемая среда, двигаясь в осевом направлении через всасывающий коллектор, попадает на вращающееся рабочее колесо, снабженное лопатками, изменяет направление своего движения к периферии колеса, закручивается в направлении вращения, поступает в спиральный кожух и затем через отверстие выходит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и приводится во вращение приводом. Вал вращается в подшипниках, укрепленных на станине или непосредственно на кожухе.

а – входной патрубок; б – рабочее колесо; в – корпус;

г – нагнетательный патрубок; д – лопатка.

Рисунок 1.4 ­– Схема центробежного компрессора.

Принцип действия струйного компрессора (насоса) основан на передаче энергии от одной газообразной среды или жидкой (рабочей) к другой (перекачиваемой). Движение перемещаемой жидкости обеспечивается струей рабочей среды. Различают три разновидности струйных насосов: эжекторы, инжекторы и гидроэлеваторы. В эжекторах в качестве рабочей и перекачиваемой жид-костей используется одна и та же жидкость. В инжекторах рабочим (эжектирующим) потоком яв-ляется газ или пар, а эжектируемым (перекачиваемым) – жидкость. На рисунке 1.5 представлена схема инжектора:

а – сопло; б – камера смешения; в – диффузор.

Рисунок 1.5 – Схема эжектора.

1.2.2 Система фильтрации и охлаждения воздуха

Помимо непосредственно сжатия воздуха должная происходить его очистка (фильтрация) поскольку попадание даже мелких частиц грязи и пыли будет пагубно влиять на работу как компрессора, так и магистрального насоса; Охлаждание уже сжатого воздуха, поскольку в процессе сжатия повышается не только давление, но и температура сжимаемого газа, а следовательно, и компрессора.

Большое количество компаний производят уже готовые комплекты, куда входит не только компрессор, но и остальная часть системы. Использование такого варианта упростит задачу расчета и подбора оборудования.

1.3 Датчик внутреннего давления

Для правильного функционирования системы необходимо знать избыточное давление внутри корпуса двитателя. Для этих целей внутри корпуса будет установлен датчик давления.

Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар).

В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент – приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики.

По принципу действия датчики давления делятся на:

• оптические;

• магнитные;

• емкостные;

• пьезоэлектрические;

• резистивные.

1.4 Датчик потока воздуха

Датчик потока воздуха фиксирует объемный поток воздуха и преобразует его величину в электрический сигнал.

Основные типа датчика потока воздуха:

• термоанемометр. Осуществляет измерение скорости воздушной массы. Замеры производятся от специального датчика, который в нагретом состоянии помещается в воздушную струю. Скорость воздуха определяется в зависимости от скорости остывания датчика.

• ультразвуковой трехмерный анемометр. Данный прибор помещается в воздушный поток, где определяет скорость воздуха благодаря фиксации разницы частоты звука между выбранными контрольными точками

• крыльчатый анемометр. Скорость течения воздуха определяется при измерении скорости вращающейся крыльчатки прибора.

• трубка Пито. В данном приборе применяется цифровой электрический манометр. С его помощью в заданной точке потока фиксируется разница между полным и статическим давлением.

• балометр. Определяет суммарный расход воздушной массы, концентрируя поток в точке замеров с заранее установленным сечением.

1.5 Выпускной клапан

В процессе работы выпускной кланап будет выполнять роль регулировочного, поддерживая давление на необходимом уровне.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР