- •Лекционный материал
- •1 Введение. Типовая структура атк. Современное состояние и перспективы развития средств атк
- •1.1 Цель и задачи дисциплины
- •1.3 Типовая структура атк
- •1.5 Связь дисциплины с другими дисциплинами специальности
- •2 Технические средства атк
- •2.1 Классификация технических средств атк
- •2.2 Типизация, унификация и агрегатирование средств атк
- •2.3 Информационные сети атк
- •3 Режимы работы технологического оборудования и электроприводов атк
- •4 Системы управления тк
- •5 Состав и свойства систем управления прокатными и кузнечно-прессовыми комплексами
- •6 Состав и свойства систем автоматизации вентиляторных установок
- •6.1 Общие сведения
- •6.3 Управление вентиляторным оборудованием
- •6.4 Основные положения по автоматизации управления проветриванием шахт и рудников
- •6.5 Основные требования к аппаратуре автоматизации управления вгп
- •6.6 Принцип работы аппаратуры уквг
- •7 Состав и свойства систем автоматизации насосных установок
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Основные задачи автоматизации водоотливных установок
- •7.5 Датчики и специальные реле автоматизации водоотлива
- •8 Атк машиностроения
- •8.1 Характеристика технологических комплексов
- •8.2 Автоматизированный робототехнический комплекс
- •8.3 Автоматизированный участок металлообработки
- •8.4 Системы чпу
- •9 Атк котельных установок
- •9.1 Общие сведения
- •9.2 Технологическая схема котельного агрегата
- •9.3 Автоматизация котельной установки
- •10 Атк конвейерных установок
- •10.1 Характеристика транспортного оборудования и электроприводов
- •10.2 Основные положения по автоматизации конвейерного транспорта
- •10.3 Датчики и аппараты автоматизации конвейерных линий
- •10.4 Асу непрерывными конвейерными линиями
- •11 Атк грузоподъемных установок
- •11.1 Общие сведения
- •11.2.1 Управление мостовой крановой установкой
- •11.4 Шахтные подъемные установки
- •12 Атк горнодобывающего производства
- •12.1 Характеристика технологических комплексов
- •12.2 Атк открытой разработки
- •12.3 Атк углеприема обогатительной фабрики
- •13 Атк металлургического производства
- •13.1 Основные типовые узлы регулирования
- •13.2 Автоматическое регулирование температуры в печи
- •13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух
- •13.4 Автоматизация кислородно-конвертерного процесса
- •13.5 Автоматизация непрерывной разливки стали
- •14 Атк городского хозяйства
- •14.1 Характеристика технологических комплексов
- •14.2 Система автоматизации насосной станции
- •14.3 Система автоматизации вентиляции и кондиционирования воздуха
- •14.4 Система автоматизации жизнеобеспечения жилого здания
- •15 Атк агропромышленного производства
- •15.1 Характеристика технологических комплексов
- •15.2 Атк технологической линии консервирования
6 Состав и свойства систем автоматизации вентиляторных установок
План лекции
1. Общие сведения
2. Электропривод воздуходувных машин
3. Управление вентиляторным оборудованием
4. Основные положения по автоматизации управления проветриванием шахт и рудников
5. Основные требования к аппаратуре автоматизации управления ВГП
6. Принцип работы аппаратуры УКВГ
6.1 Общие сведения
Вентилятор – это воздуходувная машина, предназначенная для подачи воздуха или другого газа под давлением с целью организации воздухообмена. Мощные вентиляторы, как правило, имеют большой момент инерции, что затрудняет их пуск. В некоторых случаях требуется применение электрического торможения для быстрой остановки рабочего колеса.
Вентиляторы в отличие от других нагнетателей всегда работают на сеть без противодавления, вследствие чего зависимость момента статического сопротивления на валу приводного двигателя от частоты вращения носит квадратичный характер, а подводимая к вентилятору мощность (без учета потерь на трение в подшипниках) пропорциональна скорости в кубе.
Вентиляторы разделяют на две основных группы: центробежные и осевые. Характеристики центробежных вентиляторов аналогичны характеристикам центробежных насосов.
Другой, широко распространенной воздуходувной машиной является компрессор, предназначенный для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа. Компрессоры являются наиболее мощными нагнетателями. Мощность компрессоров достигает 18 000 кВт и выше. Отличие характеристик компрессоров от других центробежных машин заключается в том, что при изменении частоты вращения изменяется наклон их выходных характеристик. Это объясняется тем, что при более высоких частотах вращения повышаются степень сжатия газов и их плотность.
Наиболее типичные области применения компрессоров: генерирование пневматической энергии (энергетические компрессоры), транспортировка газа по магистральным газопроводам, компрессирование воздуха для получения кислорода методом разделения, подача воздуха и кислорода в доменную печь, холодильная техника. Все компрессоры являются быстроходными. Частота вращения рабочего колеса составляет от 3000 до 20000 мин-1, поэтому для компрессоров применяются, как правило, быстроходные электродвигатели с номинальной частотой вращения 3000 мин-1. В тех случаях, когда требуется большая частота вращения колеса, между двигателем и компрессором устанавливается повышающий редуктор или применяется высокооборотный электродвигатель.
Компрессоры и вентиляторы, как правило, работают в режимах длительной нагрузки, вследствие чего их электроприводы должны быть рассчитаны на длительную работу с большой наработкой часов за год. Компрессоры, как правило, работают на сеть с сопротивлением, что определяет существенную зависимость момента сопротивления на валу от частоты вращения.
Пуск компрессоров производится обычно при разгруженной машине соединением полости нагнетания с атмосферой или с полостью всасывания, вследствие чего максимальный момент при пуске не превышает 0,4 от номинального.
По принципу действия эти механизмы бывают поршневыми, центробежными и ротационными. Поршневые механизмы обычно работают на низких скоростях, а центробежные и ротационные – при средних и высоких скоростях. Особенностью поршневых машин является наличие в их кинематической схеме кривошипно-шатунного механизма.
Характерной для вентиляторов и компрессоров является зависимость статического момента сопротивления от частоты вращения Мс = f(n) в соответствии с видом характеристики пневмосети, на которую работает нагнетатель.
Сетью принято называть систему трубопроводов и отдельных агрегатов, присоединенных к нагнетателю. Каждая сеть характеризуется потерями давления, которые можно разделить на внутренние (на трение и в местных сопротивлениях) и внешние (в выходном сечении сети). Сумма внутренних и внешних потерь давления в сети определяет полное сопротивление сети.
6.2 Электроприводы воздуходувных машин
Разнообразие условий применения воздуходувных машин, их конструкций, режимов эксплуатации определяет возможность и экономическую целесообразность использования различных систем электропривода.
Для привода вентиляторов и компрессоров применяются нерегулируемые электроприводы. Несмотря на очевидные тенденции к более широкому использованию регулируемых электроприводов нагнетателей, особенно при мощности свыше 500 кВт, нерегулируемый привод остается основным в тех случаях, когда режим работы нагнетателя по технологическим условиям постоянен или мощность его невелика и регулирование его производительности без больших потерь энергии может быть осуществлено воздействием на нагнетатель либо на его сеть.
Наиболее распространенным типом электропривода воздуходувных машин (вследствие простоты и наименьших капитальных вложений) является привод с короткозамкнутым асинхронным двигателем, который применяется для нагнетателей мощностью от самой малой до нескольких тысяч киловатт. При мощностях свыше 300 кВт наряду с короткозамкнутым двигателем применяют синхронные двигатели. Когда по условиям пуска необходимо ограничение ускорений или пусковых токов, используют и асинхронные двигатели с фазным ротором. Регулируемый электропривод применяют в тех случаях, когда:
по условиям работы производительность нагнетателя необходимо часто изменять в широких пределах (для энергетических и газовых компрессоров);
механизм длительно работает с производительностью, существенно меньшей номинальной (шахтные вентиляторы);
нагнетатели нуждаются в автоматическом регулировании производительности с повышенными требованиями к качеству регулирования (холодильные компрессоры, некоторые циркуляционные и питательные насосы).
Кроме того, регулируемый электропривод применяют для испытательных и экспериментальных установок (например, аэродинамических труб).
Простейшие системы регулируемого электропривода обеспечивают ступенчатое регулирование частоты вращения. Для нагнетателей малой мощности применяют многоскоростные асинхронные двигатели; для нагнетателей большой мощности – асинхронные или синхронные двигатели с питанием от преобразователей частоты.
Системы ступенчатого регулирования частоты вращения привода, следовательно, и подачи, не обеспечивают решение автоматического регулирования нагнетателей и применяются, как правило, в сочетании с аэродинамическими средствами регулирования. Использование таких систем ограничено.
Системы приводов с двигателем постоянного тока, несмотря на отличные регулировочные качества, в большинстве случаев нерациональны для нагнетателей.
Частотно-управляемые приводы используют: для нагнетателей, расположенных во взрывоопасных цехах, когда по конструктивным особенностям нагнетателя или по условиям окружающей среды приводной двигатель должен быть асинхронным короткозамкнутым и требуется регулирование его частоты вращения, а также для безредукторного электропривода быстроходных нагнетателей с частотой вращения свыше 3000 мин -1 и для электроприводов мощностью свыше 20 МВт, для которых машины постоянного тока или асинхронные электродвигатели с фазным ротором не могут быть построены.
В качестве приводов нагнетателей применяют также асинхронные каскады. Достоинство этих приводов применительно к нагнетателям определяется тем, что технико-экономические показатели каскадов зависят от глубины регулирования, поскольку преобразованию в этих приводах подвергается не полная энергия, потребляемая приводом, а лишь часть ее, пропорциональная диапазону регулирования. Нагнетатели в большинстве случаев нуждаются в неглубоком регулировании, поэтому каскадные схемы асинхронного привода для приводов средней и большой мощности рациональны для регулирования частоты вращения нагнетателей.
Вентильные приводы и каскады получили промышленное применение для нагнетателей мощностью от десятков до нескольких тысяч киловатт. Каскадные приводы, а также машины двойного питания являются рациональной системой регулируемого электропривода для нагнетателей большой и средней мощности при ограниченном изменении скорости от номинального значения.