Учебная работа. Проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии

Введение

В настоящее время при автоматизации процессов в
промышленности все более широкое распространение получают различные системы
автоматического управления.

системы утилизации тепла предназначены для отбора тепловой
мощности от двигателя внутреннего сгорания, концентрации ее в выходном
теплообменнике и передачи в сеть теплоснабжения.

Автоматическое управление в технике, совокупность действий,
направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта
без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью
управления широко применяется во многих технических системах для выполнения
операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки
большого количества информации в ограниченное время, для повышения качества и
точности регулирования, освобождения человека от управления системами,
функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для
здоровья. Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во
времени регулируемой величины — выходной величины управляемого объекта. Для
осуществления цели управления, с учетом особенностей управляемых объектов
различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется
воздействие на управляющие органы объекта — управляющее воздействие. Оно
предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий,
стремящихся нарушить требуемое совокупность
взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует
систему автоматического управления.

таким образом, целью данной курсовой работы является
проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии.


1. Техническое задание

необходимо разработать систему автоматического управления,
позволяющую утилизировать тепловую энергию. Структурная схема данной системы
приведена на рисунке 1.

МП — микропроцессор;

У — усилитель;

ДВ — электродвигатель;

Н — насос;

Теп — теплообменник;

Дт — датчик температуры;

Вен — вентилятор.

Рисунок 1 — Структурная схема САУ утилизации тепловой энергии

МП — микропроцессор со специализированным программным
обеспечением, осуществляет циклический опрос датчика температуры с периодом не
менее 5 секунд и анализирует его показания;

У — усилитель, предназначен для усиления сигнала, подаваемого
с микропроцессора на исполнительный механизм — электродвигатель;

ДВ — двигатель, передает напор воды в насос;

Н — насос, перекачивает промежуточный теплоноситель в
теплообменник.

Теп — теплообменник, который используется в качестве
теплоутилизатора с промежуточным теплоносителем;

Дт — датчик температуры, учитывающий внешнее возмущающее
воздействие окружающей среды;

Вен — вентилятор, который осуществляет охлаждение
промежуточного теплоносителя в теплообменнике.

Работа системы осуществляется следующим образом: сигнал с
микропроцессора поступает на усилитель, на котором этот сигнал усиливается для
его приема двигателем. Начинает свою работу двигатель, который, в свою очередь,
вращает насос. Напор воды подается в теплообменник, функцией которого является
теплоутилизация. С теплообменника сигнал о температуре воды поступает на датчик
температуры, который фиксирует это воды на данный момент времени. В зависимости от
температуры окружающего воздуха и соответственно от нагрузки отопительной сети
тепловой поток в теплообменнике можно регулировать поворотом лопастей
вентилятора. В результате получаем САУ утилизации тепловой энергии.

параметры разрабатываемой регулируемой системы:

—       тепловой поток, кВт 50;

—       рабочее давление, мПа 32;

—       число параллельных потоков (газовых и
жидкостных) 1;

—       количество вентиляторов 1;

—       мощность привода, кВт 3;

—       утилизируемый тепловой поток, кВт 21-41;

—       габаритные размеры, мм 1870´1400´1440;

—       масса, кг 940;

—       время регулирования tp, мин 10;

—       перерегулирование s, % 30.


2. Определение элементной базы и расчет
передаточных функций выбранных элементов

2.1 Выбор микропроцессора

Для проектируемой локальной системы поддержания температуры
выбран однокристальный микропроцессор серии КР180ВМ1А. Это шестнадцатиразрядный
микропроцессор, имеющий фиксированную систему команд, совместимую с системой
команд ЭВМ. Микропроцессор осуществляет обработку как внешних, так и внутренних
прерываний и организует обмен информацией между микропроцессором и внешними
устройствами. В микропроцессоре используются регистровая, косвенно-регистровая,
автоинкрементная, косвенно — автоинкрементная, индексная, косвенно-индексная
виды адресаций.

Технические данные микропроцессора КР1801ВМ1А:

— напряжение питания, В                                  5±5%;

—       разрядность обрабатываемых команд            16;

—       число выполняемых команд                            68;

—       максимальный объем памяти, Кбайт               64;

—       число уровней прерывания                                       4;

—       быстродействие, тыс. оп./с                               500;

—       максимальный потребляемый ток, А              0.24;

Передаточная функция микропроцессора:

Wмп(p) = 1                              (1)

2.2 Выбор операционного усилителя

Мощность с выхода микропроцессора недостаточна для управления
исполнительным механизмом (двигателем). Поэтому для согласования сигналов по
напряжению и мощности, необходимо ввести усилитель мощности.

В данную систему автоматического управления мы выбираем
наиболее оптимальный по техническим характеристикам и доступный по цене
операционный усилитель типа К1322, который усиливает сигнал с выхода
микропроцессора с 5 В до 220 В-напряжение, необходимое для управления
электродвигателем.

Технические характеристики усилителя:

—       тип корпуса О.У.:Т099;

—       выходное напряжение, В 220;

—       выходная мощность, кВт 5,5;

—       минимальное входное напряжение, мВ 10;

—       габаритные размеры, мм 38 х 24.

Определение передаточной функции усилителя: коэффициент
усиления усилителя выбираем из условия согласования выходного сигнала с
микропроцессора 5 В с напряжением последующего исполнительного механизма
(электродвигатель), равного 220 В.

Передаточная функция усилителя:

W(p)=К;

W(p)=220/5=К= 44 (2)

2.3 Выбор электродвигателя

Из всех электрических двигателей выбор двигателя постоянного
тока обусловлен следующими причинами:

— лёгкость управления и значительный диапазон плавного
регулирования угловой скорости и вращающего момента;

—       линейность механических характеристик;

—       значительная величина пускового момента;

—       высокий КПД;

—       высокая надёжность;

—       удобство управления с помощью
электромагнитного усилителя.

В соответствии с уравнением скоростной характеристики
возможны три способа регулирования угловой скорости электродвигателя — за счёт
изменения управляющего напряжения, потока возбуждения и сопротивления в цепи
якоря.

Существует огромный выбор различных типов двигателей.
Рассмотрев некоторые из предложенных в литературе, подбираем двигатель по числу
оборотов n=1450
об/мин типа А112М4, так как он удовлетворяет требованиям системы по техническим
характеристикам.

Технические характеристики электродвигателя:

—       синхронная частота вращения n, об/мин 1450;

—       высота оси вращения, мм 112;

—       коэффициент мощности 0,85;

—       динамический момент инерции ротора, кг*м2
0,0236;

—       мощность N, кВт 5,5;

—       К.П.Д. двигателя η, % 87;

—       напряжение питания двигателя Uн, В 220±10;

—       моментная постоянная электродвигателя км,
Н/А 0,18;

—       сумма сопротивлений обмоток якоря
электродвигателя, соединительных проводов и выходной цепи Ra, Ом 3,6;

—       коэффициент вязкого трения kv, Н∙c/рад 0,00038;

—       постоянная противоЭДС ke, В∙c/рад 0,19;

—       приведенный к валу электродвигателя момент
инерции вращающихся частей и исполнительного механизма Jп, Н∙м∙c2 0,38;

—       электромагнитная постоянная якоря Tg, Гн / Ом La/Ra;

—       индуктивность якоря La, мГн 240;

—       габариты мм; 460х330х280;

—       масса, кг 45.

Передаточная функция электродвигателя имеет вид:

— апериодическое звено второго порядка,

где  — передаточный коэффициент двигателя;

Тд =постоянная времени звена;

ξд=,

где км = 0,18 (Н/А) — моментная постоянная
электродвигателя;

Ra = 3,6 (Ом) — сумма сопротивлений обмоток якоря электродвигателя,

соединительных проводов и выходной цепи;

kv = 0,00038 (Н∙c/рад) — коэффициент
вязкого трения;

ke = 0,19 (В∙c/рад) — постоянная
противоЭДС;

Jп = 0,38 (Н∙м∙c2) —
приведенный к валу электродвигателя момент инерции вращающихся частей и
исполнительного механизма;

Tg= La/Ra (Гн / Ом) — электромагнитная постоянная якоря;

La= 240 (мГн) — индуктивность якоря.

Передаточная функция электродвигателя примет вид:

 (3)

2.4 Выбор насоса

Известно большое количество типов насосов. В данную систему
автоматического управления мы выбираем наиболее оптимальный по техническим характеристикам
(число оборотов в минуту 1450) и доступный по цене насос масляный шестеренный с
фланцевый типа НМШФ 0.6-25-0,40/25Ю-3.

Технические характеристики насоса:

—       напряжение питания, В 220±10;

—       давление насоса, мПа 10;

—       производительность Qн, м3/час 2;

—       подача насоса Q, м3/сек 24;

—       напор Н, м 4,6;

—       число оборотов в минуту n 1450;

—       вакуумметрическая высота всасывания Нвак,
м 5;

—       мощность двигателя N, кВт 4;

—       входной диаметр круговой решетки рабочего
колеса насоса, м 0,64;

—       выходной диаметр круговой решетки рабочего
колеса насоса, м 1,19;

—       число лопаток круговой решетки zр 16;

—       масса, кг 4.

—       Вывод передаточной функции для насоса:
дифференциальное уравнение, описывающее работу насоса, имеет вид:


,

где U(t) —
вход, а x(t) —
выход.

Переходя к операторной форме, получим:

kн =Q/Н — коэффициент передачи насоса,

где Н=4,6 м — напор насоса;

Q=24 м3/сек — подача жидкости насосом.

kн=24/4,6=5,22 — коэффициент передачи насоса.

Тн =постоянная времени насоса,

где d1=0,64 м и d2 =1,19 м — входной и
выходной диаметры круговой решетки рабочего колеса насоса соответственно;

кv=0,96 — коэффициент, учитывающий потерю скорости
протекания жидкости о стенки насоса.

zр=16 — число лопаток круговой решетки.

Тн =

Передаточная функция насоса примет вид:

 (4)


2.5 Выбор теплообменника

Существует огромный выбор различных типов калориферов
(теплообменников). Рассмотрев некоторые из них, подбираем теплообменник типа
КСк 3-2-0,2ХЛ3Б. Теплообменник изготовлен из углеродистой стали обыкновенного
качества. Теплообменник предназначен для нагревания воздуха с помощью теплоты
перегретой (или горячей) воды, поступающего от внешних источников воздухо- и
теплоснабжения. Теплообменник удовлетворяет требованиям системы по техническим характеристикам.

Технические характеристики теплообменника:

для режима:

—       t воды на входе, 0С
150;

—       t воды на выходе, 0С
70;

—       массовая скорость в набегающем потоке,
кг/м2 3,6;

теплоноситель — горячая или перегретая вода с параметрами:

—       рабочее давление, мПА 10;

—       t не более, 0С
190;

—       производительность по воздуху, м3/сек
2500;

—       производительность по теплу, Вт 50,2;

—       площадь поверхности теплообмена, м2
13,8;

—       площадь фронтального сечения, м2
0,267;

—       площадь сечения для прохода теплоносителя,
м2 0,000774;

—       масса, кг 34.

,

Коэффициент передачи теплообменника kтеп определим из формулы:


kтеп = tmax/Pвх=7,

где tmax =70 0С= — температура воды на
выходе;

Рвх=1*10мПа — рабочее давление на
входе;

Постоянные времени теплообменника определим по формулам:

, ,

где Sтеп=13,8 м2 — площадь поверхности
теплообмена;

Qтеп=50,2 Вт — производительность по теплу;

Qвоз=2500 м3/сек —
производительность по воздуху;

Т1=13,8/50,2=0,275;

Т2=13,8/2500=0,00552

Передаточная функция теплообменника:

 (5)

2.6 Выбор вентилятора

В настоящее время существует огромное количество
вентиляторов. В данном случае наиболее оптимальным является вентилятор типа
ВР86-77, обеспечивающий охлаждение промежуточного теплоносителя воздухом.
Выбранный вентилятор удовлетворяет требованиям к системе по техническим
характеристикам.

Технические характеристики вентилятора:

—       электродвигатель:

—     мощность, кВт 7,5;

—       частота вращения, мин-1 1450;

—       параметры в рабочей зоне:

—       производительность, тыс. м3/час
8,6-17,5;

—       полное давление, мПа 10;

—       масса, кг 200;

—       виброизоляторы

—       количество 5.

Передаточная функция вентилятора имеет вид:

,

где kв=0,108 — коэффициент передачи вентилятора;

,

где Lср — вентиляционный воздухообмен;

aF — показатель теплообмена на внутренних поверхностях.

Постоянная времени воздухопровода, зависящая от
геометрических размеров равна:

,

где Vку, м3 — объем компрессорной установки

Vку=1,87*1,4*1,44=3,77

Т0=3,77*0,108=0,407

Передаточная функция вентилятора примет вид:


 (6)

2.7 Выбор датчика температуры

В качестве датчика температуры выберем термометр
сопротивления платиновый серии ТСП с изменяемым, в зависимости от величины
температуры, выходным напряжением. Термосопротивление представляет собой
апериодическое звено первого порядка, поскольку датчик преобразует сигналы
различной физической природы: входной сигнал — температуру в выходной —
напряжение, тогда его передаточная функция запишется в виде:

,

где  — температурный коэффициент
сопротивления:

,

где Rmax=1010 Ом — максимальное сопротивление
датчика;

Тmax 150 °С — максимальная
температура, воспринимаемая датчиком;

         

Для апериодического звена первого порядка время переходного
процесса Тпер связано с постоянной времени следующей зависимостью:


По этой формуле постоянная времени датчика температуры Т
равна:

Передаточная функция датчика температуры:

      (7)

Технические характеристики датчика температуры серии ТСП:

—       номинальное сопротивление при 0°С, Ом 100;

—       диапазон температур длительного
применения, °С от -55 до + 150;

—       сигнал выхода аналоговый;

—       выходное напряжение, В 5;

—       время нарастания переходного процесса Тпер,
с 5;

—       минимальное сопротивление, Ом 990;

—       время отклика, сек 4;

—       точность, 0С 1,27.

В результате получили структурную схему системы, в которой
определены передаточные функции для всех составных блоков системы
регулирования:



3. Расчет датчика обратной связи

тепловой энергия автоматический датчик

В качестве датчика обратной связи выбран термометр
сопротивления платиновый серии ТСП с изменяемым, в зависимости от величины
температуры, выходным напряжением.

Рассмотрим статическую характеристику термосопротивления, она
представляет собой зависимость сопротивления от температуры.

Для платинового термосопротивления она имеет вид прямой, как
представлено на рисунке 3:

Статическая характеристика платинового термосопротивления

Диапазон измеряемых температур для выбранного
термосопротивления ТСП составляет от -55 до 1500С, тогда, согласно
статической характеристики, сопротивление изменяется от 100 Ом до 1010 Ом.

Произведем расчет чувствительности датчика
обратной связи.

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры,
согласно формуле:


, (8)

где R1÷R2 — диапазон изменения сопротивления ТСП;

T1÷T2 — диапазон изменения температуры ТСП 001;

α — температурный коэффициент сопротивления.

следовательно температурный коэффициент:

.

Для металлического терморезистора
чувствительность определяется следующим образом:

Sд = α = 0.044 .

 

 



4.
Расчет устойчивости системы

 

4.1
Расчет общей передаточной функции системы и проверка системы на устойчивость

Для определения непрерывной части передаточной функции
системы, необходимо провести преобразование структурной схемы системы.

Структурная схема системы автоматического управления
утилизации тепловой энергии

; (9)

; (10)

; (11)

; (12)

Произведем оценку устойчивости системы по критерию устойчивости
Ляпунова. Для устойчивости системы необходимо, чтобы все корни характеристического
уравнения замкнутой системы имели отрицательные вещественные части.

Характеристическое уравнение замкнутой системы имеет вид:

Найдем корни характеристического уравнения:

поскольку вещественная часть корней характеристического
уравнения отрицательна, то делаем вывод о том, что система устойчива.

Построим переходный процесс замкнутой системы.

График переходного процесса замкнутой системы

По полученному переходному процессу определяем следующие
показатели качества системы управления:

—       время переходного процесса tперех — время регулирования
системы, определяется как интервал времени от момента приложения какого-либо
воздействия до времени вхождения в пяти процентную трубку (5% от Yуст), определяет
быстродействие системы. tперех = 0 с;

—       время согласования tсогл=0 с;

—       перерегулирование (максимальная
динамическая ошибка) — определяется выражением:

,

где , тогда: ;

—       колебательность n — число колебаний
системы от момента воздействия на нее до перехода в установившееся состояние, n = 1;

—       время нарастания регулируемой величины —
время, при котором выходная величина достигает своего максимального значения, tнар = 0 с.

В результате получили время переходного процесса 0 сек.,
задано 10 мин.; перерегулирование 0%, задано 30%.

чтобы определить косвенные оценки качества системы необходимо
построить амплитудно-частотную характеристику системы, для этого в передаточной
функции заменим p=jω:

Построим АЧХ замкнутой системы.


График амплитудно-частотной характеристики замкнутой системы

Определим косвенные показатели качества системы:

—       колебательность:

;

—       резонансная частота (частота, при которой АЧХ достигает своего
максимального значения): 1,34 Гц;

—       частота среза: 12 Гц;

—       перерегулирование: .

4.2 Расчет передаточной функции системы с учетом
микропроцессора, расчет системы на устойчивость

Для перехода от линейной системы к дискретной необходимо
провести z-преобразование
передаточной функции замкнутой системы.

Проведем z-преобразование передаточной функции САУ.


             (13)

где δ —
разрядность АЦП микропроцессора.

Для этого разложим передаточную функцию замкнутой системы на
элементарные дроби. Для каждой дроби запишем соответствующие z-преобразования. Их сумму умножим на, и после подстановки времени
дискретизации Т=30с и упрощений получим следующий вид функции:

Устойчивость дискретной системы определим по методу Шур-Кона.
Согласно этому методу замкнутая система устойчива, если все корни
характеристического уравнения лежат внутри круга единичного радиуса. корни
характеристического уравнения будут лежать внутри единичной окружности, если
коэффициенты уравнения удовлетворяют определителям Шур-Кона, имеющим значения:  для нечетных ,  — для четных . Характеристическое уравнение дискретной функции имеет вид:


Коэффициенты характеристического уравнения:

;

;

;

;

;

;

;

;

Определители Шур — Кона составляются из коэффициентов
характеристического уравнения.

Общий вид определителей имеет вид:

,

где к=1,2,…, n;

а1, а2,…, аn — значения коэффициентов
характеристического уравнения;

а1*, а2*,…, аn* — сопряженные значения
коэффициентов а1, а2,…, аn.

Найдем определители Шур — Кона:

Получили, что все корни характеристического уравнения лежат
внутри единичной окружности, все условия — выполняются. Значит, дискретная
замкнутая система является устойчивой.


5. Построение логарифмических характеристик
систем автоматического управления

5.1 Построение логарифмической амплитудочастотной
характеристики и логарифмической фазово-частотной характеристики системы
автоматического управления

Для дальнейшего исследования, передаточную функцию
разомкнутой системы подвергаем z — преобразованию.

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

 (14)

 (15)

 (16)

 (17)

Для перехода от линейной системы к дискретной необходимо
провести z-преобразование
передаточной функции замкнутой системы.

Проведем z-преобразование передаточной функции САУ.

                       (18)

где δ — разрядность АЦП
микропроцессора.

Для этого разложим передаточную функцию замкнутой системы на
элементарные дроби. Для каждой дроби запишем соответствующие z-преобразования. Их сумму умножим на, и после подстановки времени
дискретизации Т=30 с и упрощений получим следующий вид передаточной функции:

Заменим z на выражение от псевдочастоты l:

z = , (19)

где . (20)

Упростив выражение, получим передаточную функцию разомкнутой
системы, зависящую от псевдочастоты:

Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы в программе Matlab, для этого воспользуемся функцией:

>> margin(z); grid

По графику аппроксимируем ЛАЧХ стандартными наклонами -20,
+20 дБ/дек. Получим частоты излома (сопряжения).

 c-1;

 c-1.


Логарифмическая амплитудно — частотная характеристика и
логарифмическая фазово-частотная характеристика разомкнутой системы

Вывод: запасы устойчивости не соответствуют заданным в
техническом задании, следовательно, система нуждается в коррекции.

Для построения ЖЛАЧХ необходимы следующие исходные данные:

—       максимальная допустимая ошибка e = 0.05;

—       перерегулирование s = 30%;

—       время регулирования tр = 10 мин.

Частота рабочей точки определяется выражением.

где =60 В/сек — скорость обработки сигнала; =5,5 В/сек2 — ускорение изменения
входного сигнала

Найдем значение амплитуды рабочей точки:


Координаты рабочей точки запретной зоны имеют вид:

20Lg (26,8)=28,6

А(lk, 20×lgAр), то есть А (0,092;
28,6).

Точка А (0,092; 28,6) является рабочей точкой, для построения
запретной зоны. Проводим через рабочую точку прямую с наклоном минус 20 дБдек.
Зона находящаяся ниже построенной прямой является запретной и построение ЖЛАЧХ
в этой зоне запрещено.

По номограмме качества Солодовникова определяется частота
среза по заданному перерегулированию и времени регулирования системы:

            (21)

Арифметическое вычисление частоты среза запишется в виде:

                                            (22)

Условно ЖЛАЧХ разделяют на три части: высокочастотную,
среднечастотную, низкочастотную. Низкочастотная часть ЛАЧХ определяет
статическую точность системы. Среднечастотная часть ЛАЧХ определяет запасы
устойчивости и является наиболее важной. Чем больше наклон среднечастотной
ЛАЧХ, тем труднее обеспечить хорошие динамические свойства системы.
высокочастотная часть ЛАЧХ играет незначительную роль в определении
динамических свойств системы. Построение ЖЛАЧХ начинаем со среднечастотной
части. Через точку среза проводим прямую с наклоном минус 20 дБдек.


Номограмма Солодовникова

Определим среднечастотную область, с верхней границей (дБ) и с нижней границей  (дБ).

желаемая логарифмическая амплитудно — частотная характеристика
разомкнутой системы


Наклон ЖЛАЧХ в среднечастотной области равен -20 дБ/дек. Наклон
ЖЛАЧХ в высокочастотной области должен быть близким к наклону исходной ЛАЧХ.

Передаточная функция полученной желаемой ЛАЧХ запишется в виде:

где

желаемая логарифмическая амплитудно — частотная характеристика и
желаемая логарифмическая амплитудно-фазовая характеристика


Заключение

В курсовом проекте был предложен вариант реализации локальной
системы управления, позволяющей осуществлять утилизацию тепловой энергии в
компрессорной установке. Для данной системы подобраны функциональные элементы,
определены их передаточные функции в соответствии с техническими
характеристиками выбранных устройств. Далее исследована система управления на
устойчивость (включая дискретный элемент) и определены показатели ее качества,
построены реальные логарифмические характеристики. На основе проделанной работы
видно, что первоначальная система по своим техническим параметрам удовлетворяет
параметрам, указанным в техническом задании на разработку автоматической системы
(расхождение параметров укладывается в интервал ошибки 5%), система имеет запас
устойчивости по фазе.

Таким образом, можно сделать вывод, что спроектированная САУ
утилизации тепловой энергии отвечает требованиям, указанным в техническом
задании и ее можно реализовать на практике.


Список литературы

1.   Асфаль
Р. Автоматизация производства. Пер. с англ. М.Ю. Евстигнеева и др. — М.
Машиностроение, 1989.

2.      Бессекерский
В.А. Теория систем автоматического управления 3-е изд. — М. Наука, 1970.

.        Козырев
Ю.Г. Промышленные системы автоматики: Справочник — М. Машиностроение, 1983 —
376 с.

.        Механика
промышленных работ. В 3-х кн. Кн. 3. основы конструирования /Под ред. К.В. Фролова, Е.И.
Воробьева. — М.: Высшая школа, 1989.

.        Топчеев
Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. Пос.
для ВТУЗов. — М.: Машиностроение, 1989

6.   Егоров
К.В. основы теории автоматического регулирования. М.: Энергия, 1967.

7.      Ильиных
И.И. Гидроэлектростанции: учебник для техникумов.-М.: Энергоиздат, 1982.

.        Полушкин
Н.П. Автоматическое регулирование гидротурбин.-Л.: Изд-во «Энергия», 1967.

.        Орго
В.М. Гидротурбины. Учебное пособие. Л., Изд-во Ленингр. Ун-та, 1975.

.        Солодовников
В.В. Теория автоматического регулирования. книга 1. М.: Машиностроение, 1967.

Учебная работа. Проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии

Учебная работа. Проектирование систем контроля расхода и температуры пара

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование систем контроля расхода и температуры пара

Курсовая
работа

«Проектирование
систем контроля расхода и температуры пара»

По
курсу: «Технические измерения и приборы»


Содержание

1.      Измерение
расхода пара по методу переменного перепада давления

.        Расчёт
диафрагмы

.        Измерение
температуры пара

.        Расчёт
элементов измерительной потенциометрической схемы

.        Поверочный
расчёт реохорда

.        Оценка
точности измерения и передачи сигнала измерительного компонента

.        Выбор
воспринимающих элементов и вторичных приборов

Список
литературы

 



1. Измерение расхода пара по методу переменного
перепада давления

 

В данном курсовом проекте для измерения расхода пара
используется метод переменного перепада давления.

Этот метод основан на том, что поток пара, протекающего в
трубопроводе, неразрывен и в месте установки сужающего устройства скорость его
увеличивается. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии
давления в кинетическую энергию скорости, вследствие чего статическое давление
в суженном сечении будет меньше давления перед местом сужения. Разность
давлений перед суженным участком и в месте сужения, называемая перепадом
давления, зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой
расхода, этот перепад давления измеряют дифманометром, выходной сигнал которого
градуируется в единицах расхода.

установка для измерения расхода состоит из: первичного
преобразователя, расположенного в трубопроводе — камерной диафрагмы для сужения
сечения потока (создания перепада давления); дифманометра — измеряющего этот
перепад, подсоединенного к первичному преобразователю двумя трубками
(называемыми соединительными линиями). При передаче показаний расходомера на
значительное расстояние используют вторичный преобразователь, преобразующий
перемещение подвижного элемента дифференциального манометра в электрический
сигнал, который по линии связи (проводам), передается к вторичному
измерительному прибору.

В качестве сужающего устройства для создания в трубопроводе
перепада давления чаще всего применяются стандартные сужающие устройства, в
нашем случае это камерная диафрагма ДКС 10-300. Она зажимается с помощью двух
обойм, через отверстие в которых производится отбор давления до и после
диафрагмы. Обоймы в свою очередь зажаты во фланцах трубопровода. Сужающее
устройство соединяется с дифманометром соединительными трубками.

Дифманометры служат для измерения расхода по методу
переменного перепада давления. Дифманометры ДМ являются безшкальными приборами
(датчиками), преобразующими измеряемую величину в электрический сигнал,
передаваемый на вторичный прибор расходомер РМ1.

2. Расчёт диафрагмы

Исходные данные:

Измерение
расхода пара

температура
среды

t = 375 °С

Давление пара

Р = 2.85 МПа

максимальный
расход

Мmax = 115000 кг/ч

минимальный
расход

Мmin = 80000 кг/ч

потеря давления

Рп.д.
= 36 кПа

Внутренний
диаметр паропровода при t = 20 °С

D = 330 мм

) Плотность пара в рабочих условиях: rв = 10.22 кг/м3

) Динамическая вязкость пара: m =3.309 · 10 — 5 Н·с/м2

) Внутренний диаметр паропровода при рабочей температуре:

) Верхний предел показаний расходомера:

Мшк.max = а · 10
n = 1.25 · 10 5 = 125000
кг/ч

) потеря давления при расходе равном выбранному верхнему пределу
показаний:


) Вспомогательная величина С:

7) Перепад давления в диафрагме (при m = 0.2):

) потеря давления в диафрагме:

) Ориентировочное значение величины Рmax равно:

10) ближайшие стандартные значения Рmax:

) Значение m для
испытываемых перепадов:


12) потеря давления для испытываемых перепадов:

Окончательно выбранная величина верхнего предела измерений
разности давлений DРmax=

) Вспомогательная величина m·:

 

) соответствующая ожидаемому среднему расходу величина отношения  равна:

) Поправочный множитель


 

17) диаметр отверстия диафрагмы при t = 20 °С:

) Проверка расчета:

 < 0.3 % от 125000 = 375 кг/час

) Находим Remin (при М=Мmin=80000 кг/час=22.22кг/с):

Для m = 0.517 Reпред = 189000, следовательно, Remin > Reпред

Выбираем диафрагму по условному давлению 2.85 МПа и условному
проходу 300 мм, этим условиям удовлетворяет камерная диафрагма ДСК 10 — 300. До и после диафрагмы необходимо иметь прямолинейные успокоительные
участки постоянного диаметра и длиной l1, l2. Сначала определяем величину m=. Паропровод содержит местное
сопротивление создающее винтовое движение (колено) и поэтому при m=0.521 величина l1/D=0.5 , отсюда l1=0.5D=0.5·330=165мм. Прямолинейный участок после диафрагмы
находим из условия , отсюда l2=5D=. По расчету для нашего перепада давления Pmax = 0.63 кг/см2 и статическому
давлению Р = 2.85 МПа в качестве воспринимающего элемента перепада давления
принимаем дифманометр ДМ 3583М с вторичным прибором РМ1.

3. Измерение температуры пара

Для измерения температуры пара используем термоэлектрический
термометр — термопара ХК (хромель-капель).

Термопара — это два проводника (термоэлектрода), изготовленные из
разных металлов, спаянные в одной точке. Для измерения разности температур
удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары,
соединенных навстречу друг другу.

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей,
принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных
металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую
температуру (Т1 не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток (рис. 1).
Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением
направления тока.

Рис. 1 Явление Зеебека


Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование
термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур
между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

таким образом, термопара может образовывать устройство (или
его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Термоэлектрический эффект может быть объяснен наличием в
металле свободных электронов, число которых в единице объема для разных
металлов различно. Поэтому при соприкосновении металлов свободные электроны из
металла с большой плотностью диффундируют в металл с меньшей плотностью, что
приводит к избытку положительного электричества в одном металле и
отрицательного в другом. При этом в месте спая образуется электрическое поле,
препятствующее диффузии электронов, в результате чего наступает состояние
подвижного равновесия, при котором между металлическими электродами возникает
некоторая разность потенциалов — термоэлектродвижущая сила.

В сочетании с электроизмерительным прибором термопара
образует термоэлектрический термометр.

Термопары ХК:

обладают: Наибольшей чувствительностью; Высокой
термоэлектрической стабильностью при температурах до 600°С.

предназначены: для работы в окислительных и инертных
средах.

недостаток: высокая чувствительность к деформациям.

4. Расчёт элементов измерительной
потенциометрической схемы

исходные данные:

Измерение
температуры пара:

ток

 i1 = 1.0 мА,i2 = 2.0 мА

Эквивалентное
сопротивление

Rэ = 95 Ом

Сопротивление
реохорда

Rр = 130 Ом

Удельное число
витков намотки реохорда

Wу.д. = 16

Средний диаметр
реохорда

Dр = 126 мм

Центральный
угол, соответствующий рабочей части намотки реохорда

j = 310°

Сопротивление
линии

2rл = 10.0 Ом

Температура
среды

t=375 °С

Определяем интервал температур:

температура нижнего предела

Температура верхнего предела

Для измерения температуры пара, в пределах до 563С, выбираем термопару градуировки ХК
(Хромель — Капель).

) Вычислим сопротивление :

Ен.э. =

2) По градуированной таблице определяем чувствительность термопары
градуировки ХК:

) Вычислим сопротивление компенсирующей катушки . Сопротивление  выполнено из никеля c температурным коэффициентом

4) По таблице для термопары ХК находим и соответствующие пределам измерения температур (0-563С):

 


Исходя из этих данных, найдём :

) Вычислим сопротивление :

) Сопротивления потенциометра раны:  

) Вычислим сопротивление шунта:

5. Поверочный расчёт реохорда

) Общее число витков намотки реохорда:

) Длина намотки реохорда:

Средний диаметр реохорда: Dр = 126 мм;

Центральный угол рабочей части намотки = 310°;


3) Диаметр провода намотки реохорда в изоляции:

Материал провода — манганин с эмалевым покрытием.  = 0.42 · 10 -5 Ом·м.

) диаметр провода без изоляции: d = — 0.02 = 0.21 — 0.02 = 0.19

) Сопротивление одного метра провода при  = 0.42 · 10 -5 Ом·м:

) Общая длина провода:

7) Длина одного витка спирали намотки реохорда:

) Диаметр круглой изолированной шинки:

) Относительная погрешность от нечувствительности реохорда:


6. Оценка точности измерения и передачи сигнала измерительного
компонента

1) Для расхода пара

а)s1 погрешность метода расчёта 0.3 %

б) s2погрешность дифманометра и класс точности1 %

в) s3 погрешность вторичного прибора
(погрешность записи) 1 %

г) s4 погрешность линии связи 0.5 %

Общая погрешность измерений и передачи показаний принятой системы:

 %

2) Для температуры пара

а) sпогрешность термоэлектрического термометра1 %

б) s2 погрешность
реохорда 0.0313 %

в) s погрешность вторичного прибора (погрешность записи) 0.5 %

г) s4 погрешность
линии связи 0.5 %

Общая погрешность измерений и передачи показаний принятой системы:

 %



3) Общая погрешность измерений для принятой системы:

 %

7. Выбор воспринимающих элементов и вторичных приборов

 

На основании имеющихся данных и результатов расчетов можно
произвести выбор воспринимающих элементов и вторичных приборов для систем
измерения расхода и температуры пара.

Система измерения расхода пара.

Для преобразования входной величины — перепада давления, в
выходную — измерение напряжения, необходимо использовать дифманометр. По
результатам расчёта выбираем по верхнему пределу измерения разности давлений DРmax= — дифманометр ДМ3583М, в комплекте с вторичным прибором
расходомером РМ1.

Система измерения температуры пара.

Для преобразования входной величины — температуры, в выходную —
изменение сопротивления, необходимо использовать термоэлектрический термометр.
В своей работе для измерения температуры пара на интервале от 0С до 563С выбираем термопару ХК (хромель-капель).

Дифманометр ДМ3583М.

Описание прибора: Предназначены для пропорционального преобразования разности
давлений в выходной унифицированный сигнал взаимной индуктивности.


Преобразователи (дифманометры) применяются в системах контроля,
автоматического регулирования и управления технологическими процессами при
измерении расхода жидкости, газа или пара по разности давления в сужающих
устройствах, разности вакуумметрических и избыточных давлений, уровня жидкости
по давлению гидростатического столба, находящегося под атмосферным, избыточным
или вакуумметрическим давлением.

Технические параметры прибора: Преобразователи выпускаются с верхними пределами
измерений соответствующими ряду:
1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25 кПа (160;
250; 400; 630; 1000; 1600; 2500 кгс/м2) 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 кПа
(0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/см2). Нижний предел измерения равен
нулю.

предельно допускаемое рабочее избыточное давление мПа(кгс.см2):16(160)

Пределы изменения взаимной индукции: для ДМ3583М: 0-10 мГн для ДМ-3583ФМ: +-10
мГн

Класс точности: 1,5

температура окружающей среды: от -30 до 50 °C

Масса дифманометра без упаковки, кг: не более 12 Выходной сигнал дифманометра
прямо пропорциональный перепаду давления

Условия эксплуатации: Преобразователи предназначены для измерения параметров
неагрессивных газов и жидкостей при температуре окружающего воздуха от минус 30
градусов до плюс 50 градусов по Цельсию и относительной влажности до 95 процентов.
Преобразователи с верхними номинальными пределами измерений 1,6; 2,5; 4,0 кПа
(160; 250; 400 кгс/м2) предназначены только на предельно допускаемое рабочее
избыточное давление 16 МПа (160 кгс/см2). Преобразователи с верхними пределами
измерений 1,6 и 2,5 кПа (160 и 250 кгс/м2) предназначены только для
преобразования в выходной сигнал измеряемых параметров газа.

Комплект поставки: 1. Дифманометр. 2. Ниппель 6шт. (по заказу). 3. Гайка накидная
6шт.(по заказу) . 4. Разъём. (по заказу). 5. Вентиль игольчатый 2 шт. (по
заказу). 6. Паспорт. 7. Техническое описание (1 экз. на 50 приборов),

Расходомер РМ1.

Назначение

Расходомер РМ1 позволяет заменить применяемый для
вычисления результатов измерения расхода, давления и температуры комплект
аппаратуры АКЭСР (самописцы КСД, частотные сумматоры и т.д.).

 

функциональные возможности

 ВЫЧИСЛЕНИЕ СУММАРНОГО РАСХОДА жидкости или газа по
перепаду давления, измеренному стандартным суживающим устройством

 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ в трубопроводе

 РЕГИСТРАЦИЯ СРЕДНЕЧАСОВОГО значения расхода,
температуры и давления во внутренней энергонезависимой памяти прибора

 КАЛИБРОВКА КАНАЛА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА совместно с
датчиком

 ИНДИКАЦИЯ любых измеренных и вычисленных величин

 ПРОГРАММИРОВАНИЕ кнопками на лицевой панели прибора

 ЗАЩИТА ПАРАМЕТРОВ от несанкционированного доступа

Входы для подключения датчиков

Расходомер РМ1 имеет три входа, к которым подключаются
следующие датчики:

 дифманометр для определения перепада давления P;

 манометр для измерения давления P;

 термопреобразователь сопротивления типа ТСМ или ТСП для
измерения температуры T.

 

функциональная
схема расходомера ОВЕН РМ1

 

Сигнал, поступающий с первых двух датчиков, преобразуется во
входном устройстве в сигнал электрического напряжения постоянного тока. Для
измерения перепада давления P и давления P могут быть также использованы более современные
датчики, имеющие на выходе унифицированный выходной сигнал тока (4…20 мА,
0…5 мА, 0…10 мА, 0…20 мА), изменяющегося пропорционально перепаду
давления.

Вычисление расхода

Расходомер РМ1 вычисляет расход по измеренному на стандартном
суживающем устройстве (диафрагме, специальном сопле и т. п.) перепаду давления.

Точное измерение массового расхода газа

Для точного измерения массового расхода газа и пара в РМ1
проводится коррекция показаний в соответствии с изменением давления и
температуры в трубопроводе.

Юстировка входных устройств

Юстировка входных устройств 1 и 2 производится совместно с
датчиками по двум или по двадцати точкам, что позволяет уменьшить погрешность,
возникающую вследствие нелинейности датчиков.

Часы реального времени

Расходомер оснащен часами реального времени, которые
позволяют привязать средние расход, давление и температуру к реальному
календарному времени.

Регистрация данных

Регистрация среднечасового значения температуры, давления и
расхода производится в момент перехода к следующему часу. Данные сохраняются в
энергонезависимой памяти расходомера. Считывание накопленной информации
производится пользователем при помощи контактного устройства, подсоединяемого к
расходомеру, и носителя информации DS1996L-F5. Во избежание потери информации,
считывание необходимо производить не реже чем раз в два месяца.

Устройство для ввода данных в компьютер

Устройство для ввода в компьютер считанной из расходомера РМ1
информации из DS1996L-F5 и соответствующее программное обеспечение поставляется
ОВЕН по отдельному заказу. программа для считывания информации позволяет
представить данные в виде таблицы, пригодной для обработки в Excel, или в виде графиков.

 



Расходомер
ОВЕН РМ1. Элементы управления прибором

. Комплект крепежных элементов Щ.

. Паспорт.

. Руководство по эксплуатации.

. Гарантийный талон.

дополнительно с расходомером поставляются

1. Контактные устройства DS1402D и DS9092.

. Устройство для ввода в компьютер считанной информации
(считыватель) DS9097U-009.

. Носитель информации («таблетка») DS1996L-F5.

. Программа, позволяющая представлять информацию в виде
таблиц, PM1_DB.exe.

Термопара ХК (хромель-капель).

 

ОВЕН:
датчики температуры ДТПК, ДТПL

Назначение

Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения
температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы,
химические реагенты и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в
стандартном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с
трубной резьбой по спец. заказу.

основные критерии правильного выбора термопреобразователей

 Соответствие измеряемых температур рабочим
диапазонам измерений датчиков температуры

 Соответствие прочности корпуса датчика условиям
эксплуатации

правильный выбор длины погружаемой части датчика и
длины соединительного кабеля

 Необходимость взрывозащищенного исполнения для работы на
взрывопожароопасных участках (см. Термопреобразователи во взрывозащищенном
исполнении <#"528885.files/image078.gif">




Диафрагма камерная ДКС-10.


Технические характеристики:

ДКС-10 — камерная диафрагма, предназначена для создания
перепада давления при измерении расхода жидкостей газов или пара по методу
переменного перепада давления. Устанавливается во фланцах трубопровода, на
условное давление до 10 МПа, с условным проходом от 50 до 500 мм. Диафрагмы ДКС
выпускаются в двух исполнениях и имеют одну пару отбора давления. По требованию
заказчика количество пар отбора давления может быть увеличено до четырех.
размеры диафрагмы ДКС по МИ 2638. Диафрагмы камерные ДКС изготовляются по ГОСТ
8.563.1- 97, ГОСТ 8.563.2-97. Материал диафрагм сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632,
материал корпусов кольцевых камер сталь 20 ГОСТ 1050 или сталь 12Х18Н10Т ГОСТ
5632 (по требованию заказчика). Для монтажа диафрагмы ДКС на измерительном
трубопроводе применяется комплект фланцев. Фланцы изготовлены в соответствии с
ГОСТ 12820. В комплект поставки входят фланцы, болты, гайки, уплотнительные
прокладки. В состав ДКС в зависимости от диаметра условного прохода и способа
установки могут входить специальные диафрагмы: — с коническим входом: для Dу от
50 до 100 мм — износоустойчивые: для Dу от 50 до 350 мм

Условный проход
Dу, mm

Обозначение
диафрагмы при условном давлении до 10,0 Ру, МPа

50

ДКС 10-50

65

ДКС 10-65

80

ДКС 10-80

100

ДКС 10-100

125

ДКС 10-125

150

ДКС 10-150

175

ДКС 10-175

200

ДКС 10-200

225

ДКС 10-225

250

ДКС 10-250

300

ДКС 10-300

350

ДКС 10-350



список литературы

давление температура пар потенциометрический сигнал

1.
В.И. Музалевский, Л.В. Леонов: «Технологические измерения и приборы в
лесной и деревообрабатывающей промышленности»

.
Л.В. Леонов, В.К. Вороницын: «Технологические измерения и приборы в лесной
и деревообрабатывающей промышленности»

.
В.Г. Дианов: «Технологические измерения и контрольно — измерительные
приборы химических производств»

.
Л.В. Леонов: «Измерение расхода и температуры жидкости и газов»

.
Б.А. Кашарский: «Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные
системы»

. www.owen.ru

Учебная работа. Проектирование систем контроля расхода и температуры пара

Учебная работа. Проектирование системы электрообогрева теплицы с использованием солнечной энергии в ООО Агрофирме &#039;Росток&#039; Ивнянского района

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование системы электрообогрева теплицы с использованием солнечной энергии в ООО Агрофирме ‘Росток’ Ивнянского района

МИНИСТЕРСТВО
СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

российской
ФЕДЕРАЦИИ

Департамент
научно-технологической политики и образования

ФГОУ
ВПО

«Белгородская
государственная сельскохозяйственная

Академия»

КАФЕДРА
«Электрификации, автоматизации и безопасности жизнедеятельности»

 

Расчетно-пояснительная записка
к дипломному проекту

на тему: «Проектирование
системы электрообогрева теплицы с использованием солнечной энергии в ООО
Агрофирме «Росток» Ивнянского района»

Студент

Сотников В.А.

Белгород
— 2010


СОДЕРЖАНИЕ

гелеоэлектрический
обогрев теплица

Введение

.
Анализ хозяйственной деятельности

.1
Общие сведения о хозяйстве

.2
Климат

.3
Рельеф

.4Экономические
показатели

.5
Показатели обеспеченности хозяйства трудовыми ресурсами и производительности их
труда

.6
характеристика тракторного парка и парка с/х машин

.7
Электрическая часть

.8
Характеристика существующего хозяйства в ООО «Росток» и обоснование дипломного
проекта

.
Технологическая часть

.1
Обзор технологий для обеспечения микроклимата

2.2
Оборудование
для микроклимата

.3
Теплофизический расчет теплицы

.3.1
Назначение теплофизического расчета

.3.2
Этапы теплофизического расчета

.3.3
Принятые допущения

.3.4
Расчетная схема теплообмена в пленочной теплицы

.3.5
Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с
одинарным покрытием

.3.6
Выражение тепловых потоков потерь через определяющие их

параметры
для теплицы

.3.7
Расчет суммарных тепловых потерь для теплицы с пленочным ограждением, покрытым
конденсатом

.3.8
Расчет тепловой мощности оборудования пленочной теплицы

.4
Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с
дополнительными разработками

.4.1Уравнение
теплового баланса для рабочей зоны I

.4.2
1Уравнение теплового баланса для рабочей зоны I
I

.4.3
Уравнение теплового баланса для поверхности почвы

.4.4
Уравнение теплового баланса для поверхности зонного укрытия

.4.5
Уравнение теплового баланса на поверхности наружного ограждения теплицы

.4.6
Уравнение теплового баланса для всего сооружения в целом

.4.7
тепловые потоки потерь теплицы с зонным обогревом выражают через определяющие
их параметры

.5
Управление системы электротермического оборудования в теплице на пониженном
напряжении

.
Конструкторская и электрическая часть

.1
Расчет предлагаемой теплицы для хозяйства

.2
Пути решения модернизации системы электрификации теплиц

.3
Расчет теплового баланса гелиоустановки теплицы

.4
Расчет тягового электромагнита

.5
Расчет Пружины электромагнита

.6
Расчет системы вентиляции

.7
Приточно-вытяжные установки

.8
Расчет системы полива

Безопасность
жизнедеятельности и экологичность проекта

.1
Теплицы с электрическим обогревом

.1.1
Состояние охраны труда на предприятии

.1.2
обстоятельства и причины травматизма

.1.3
Мероприятия по предупреждению травматизма

.1.4
Описание забеливания рабочих на предприятии

.1.5
Мероприятия по предупреждению заболеваний

.1.6
Состояние противопожарной безопасности

.1.7
Противопожарные мероприятия

.1.8
Описание состояния условий труда

.1.9
Мероприятия по улучшению условий труда

.2
Экологичность проекта

.2.1
Описание экологически вредных факторов производства

.2.2
Мероприятия по обеспечению экологически чистого производства

.3
Заземление

.4
Расчет контурного заземления теплицы

.
экономическая часть

.1
Экономическое обоснование проекта

Выводы

Заключение

список
использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Выращивание многих сельскохозяйственных культур
можно вести в защищённом грунте, который оснащен оборудованием, обеспечивающим
создание микроклимата, что создает благоприятные условия для роста растений не
зависимо от состояния внешней среды.

Защищённый грунт делится на утеплённый грунт,
парники и теплицы.

Теплицы — вид сооружений, предназначенный в
первую очередь для выращивания рассады овощных культур, саженцев и другого. В
настоящее время наиболее целесообразно применять те тепличные помещения,
которые являются наименее энергозатратными сооружениями.

Так называемые ребристые радиаторы с
термостатами — надежные и прочные. Регулируемое тепло распределяется по
длинному корпусу. В теплицах, в которых удерживается температура выше 10°С,
независимо от мощности обогревателя следует предусмотреть ночное понижение
температуры.

Для теплиц подойдет и водяное отопление,
работающее от электричества и обогрев с помощью электрокалориферов.

Проблемой ведения тепличного хозяйства обычно
является неоправданно большие затраты на традиционные энергоресурсы.

При этом целесообразным является электрический
обогрев в парниках и теплицах, обладающий рядом ценных преимуществ перед
другими традиционными видами обогрева (возможность тонкой регулировки
температурных режимов, использование для обогрева одного вида энергии,
значительная экономия затрат труда и многое другое). большим резервом
дальнейшего повышения экономической эффективности в этом производстве в
современных условиях может служить и широкое использование и нетрадиционных
экологически чистых источников энергии — энергии солнца, ветра, глубинного
тепла земли. Целью дипломного проекта является снижение энергозатрат с помощью
применения современной системы электрификации, автоматизации и дополнительного
использования системы гелеоэлектрического обогрева и охлаждения теплиц в ООО
Агрофирме «Росток» Ивнянского района.

РАЗДЕЛ 1 анализ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

.1 Общие сведения о хозяйстве

общество ограниченной ответственности Агрофирма
«Росток» создано в 1994 году на базе обанкротившегося хозяйства Ивнянского
района и реорганизации районного топливного склада.

Целью создания ООО «Росток» является извлечение
прибыли путем организации прибыльного производства сельскохозяйственной
продукции, а также выполнение работ и услуг для удовлетворения общественных
потребностей.

Общество ограниченной ответственности «Росток»
расположено в первой природно-экономической зоне Белгородской области и в
центральной части Волоконовского района. Центральная усадьба хозяйства
находится на удалении от областного центра города Белгорода — 120 км, в самом
районном центре поселка Ивня — 3 км (пункт сдачи, овощей, плодов и ягод).

Связь с Белгородом и осуществляется по
автодорогам, имеющим асфальтированное покрытие и находящихся в хорошем
состоянии.

Землепользование хозяйства состоит из трех
участков. Протяженность основного участка с севера на юг на 4 км и с запада на
восток 2 км.

территория хозяйства имеет явно выраженную
волнистую поверхность, сильно изрезанную балками и оврагами. В целом рельеф
сильно расчленен, что затрудняет механизированную обработку почвы. В целом
почвы хозяйства обладают высоким потенциальным плодородием и пригодны для
возделывания сельскохозяйственных культур. Общая площадь землепользования по
данным государственного учета земель на 1 января 2009года составляет15,57га.

Внутрихозяйственное сообщение осуществляется по
грунтовым и части асфальтированным дорогам, а с районным и областными центрами
асфальтированной трассой.

Данные по посевным площадям сельскохозяйственных
культур приведены в таблице1.1.

Таблица1.1- Посевные площади
сельскохозяйственных культур

Культура

Площадь,
га

2005

2006

2007

2008

2009

Маточно
— черенковый сад

2,15

2,3

2

2,25

2,28

Плодово-ягодные
культуры

2,3

2,5

2

2,2

2,3

Декоративные
растения

1

1,2

1,5

2

2,28

Сортовая
малина

0,9

0,6

1

0,8

1

Ежевика

0,9

0,6

1

0,8

1

Земляника

0,9

0,5

1

0,8

1

Маточно
— семенной сад

2,7

2,4

2,6

2,4

2,71

Семенные
сады

1,6

1,5

1,5

1,4

1,7

Маточник
клоновых подвоев плодово-ягодных культур

0,5

0,5

0,6

0,5

0,65

Декоративные
культуры

0,3

0,5

0,6

0,5

0,65

Всего
с/х угодий

13,25

12,6

11,8

13,65

15,57

.2 Климат

территория хозяйства относится к юго-западному
климатическому району области. Среднегодовая температура воздуха составляет +60С.

наиболее холодным месяцем является январь, самым
теплым — июль. Безморозный период продолжается в среднем 163 дня. Климат в
целом характеризуется жарким летом и сравнительно холодной зимой.

Средняя продолжительность вегетационного периода
составляет 192 дня, что вполне обеспечивает выращивание сельскохозяйственных
культур.

По данным районной метеостанции, среднегодовое
количество осадков составляет 497 мм. Наибольшее количество осадков выпадает в
летний период.

1.3    Рельеф

Рельеф территории характеризуется наличием
обособленных участков, расчлененных балками, пологих и слабопологих склонов.
Уклон местности на пахотных землях лежит в пределах от 2-3 до 5-8 градусов.

1.4    Экономические показатели

Основными экономическими показателями, по
которым судят о работе хозяйства, являются: стоимость основных фондов, объем
производства продукции работ, услуг в стоимостном выражении, объем реализации
продукции работ и многого другого от которого хозяйство получает Прибыль.

Основные производственно — экономические
показатели производства сельскохозяйственной продукции ООО «Росток» сведены в
таблицу 1.2.

Таблица 1.2- основные
производственно — экономические показатели по хозяйству

показатели

Ед.
изм

2005

2006

2007

2008г.

2009г.
оценка

2009г
в % к 2005г

Стоимость
основных фондов

Тыс.руб.

1531

1340

1221

1782

4656

304,1

Величина
активов

Тыс.руб.

10030

1229

9036

16718

25200

251,1

Численность
работающих

человек

60

65

61

63

88

146,7

Объем
производства продукции работ, услуг в стоимостном выражении

Тыс.руб.

18898

17542

17798

19005

28427

150,4

В
т.ч. по растениеводству

Тыс.руб

13390

11605

12290

13474

21320

159,2

объем
реализации продукции работ, услуг в физическом выражении

Тыс.шт.

324

315

304

317

400

170,9

объем
реализации продукции работ, услуг в стоимостном выражении

Тыс.руб.

14030

13840

12930

19005

24050

171,4

показатели

Ед.
изм

2005

2006

2007

2008

2009

2009г
в % к 2005г

В
т.ч. по растениеводству

Тыс.руб

10751

12474

9751

13474

18038

167,8

затраты
на производство и реализацию продукции

Тыс.руб

10670

9760

9670

13303

18520

173,6

В
т.ч. по растениеводству

Тыс.руб

8211

8509

8711

8748

13600

165,6

Прибыль
от реализации

Тыс.руб

3360

3200

3250

5702

5530

164,4

В
т.ч. по растениеводству

Тыс.руб.

2540

2330

2430

4726

4438

174,7

Рентабельность

%

31,5

29,3

30,4

42,9

29,9

94,8

В
т.ч. по растениеводству

%

30,9

27,6

29,8

54,0

32,6

105,5

Среднемесячная
заработная плата

Руб.

4406

4286

4396

5822

7961

180,7

годовой
фонд заработной платы

Тыс.руб.

3172,5

2962,4

3062,5

4401,3

8406,8

265,0

Суммы
уплаченных налогов

Тыс.руб

1095

1105

1125

1564

2150

196,3

.5 показатели обеспеченности
хозяйства трудовыми ресурсами и производительность их труда

Определяющая роль в процессе производства
материальных благ принадлежит труду. Высокая эффективность использования
трудовых ресурсов является важнейшим условием повышения эффективности
сельскохозяйственного производства.

Численность работающих в ООО «Росток»
характеризуется данными приведенными в таблице 1.3

Таблица 1.3 — Численность работающих
в ООО «Росток»

показатели

По
годам

 

2007

2008

2009

 

чел

%

чел

%

чел

%

Рабочих
всего, в т. ч. :

100

63

100

88

100

1
.Работников, занятых в с/х производстве, из них:

49

80,3

51

83,6

66

75

а)
Рабочие постоянные

36

59,3

38

62,2

47

53,4

б)
Служащие, из них:

13

21,3

13

21,3

19

21,5

-Руководители

5

8,1

5

8,1

7

7,9

-Специалисты

7

11,4

7

11,4

13

14,7

2.
Работники, занятые в подсобных промышленных предприятиях

10

16,3

10

16,3

10

11,3

3.
Работники торговли и общественного питания

2

3

2

3

2

3

Из приведенных в таблице 1.3 данных следует, что
общая численность работающих возросла за три года с 61 человек до 88 или на
44,2%, в том числе на 30,5% увеличилась численность постоянных рабочих, занятых
в сельскохозяйственном
производстве. Численность же работников торговли и общественного питания в течение
трех лет остается постоянной.

.6 Характеристика тракторного парка
и парка с/х
машин

Тракторный парк в ООО «Росток» представлен в
таблице 1.4

Таблица 1.4 — Состав тракторного
парка

Марка

количество

2005

2006

2007

2008

2009

1

ДТ-75

6

8

8

7

7

2

Т-25

5

4

4

3

3

3

Т-
70

1

1

1

1

1

4

Т-
150

3

3

2

2

2

5

МТЗ-80

5

7

7

7

7

6

МТЗ-
82

9

7

8

9

9

7

МТЗ-952

1

2

2

2

2

8

ЮМЗ

1

1

1

1

1

Из таблицы видно, что в хозяйстве в 2006 году
приобрели два трактора ДТ-75, два трактора МТЗ-80 и один трактор МТЗ -952.

Таблица 1.5 — Состав парка
сельскохозяйственных машин

Наименование
и марка машины

Количество

2005

2006

2007

2008

2009

1

ПЛУГИ

ПЛН-4-35

3

3

ПЛН-5-35

2

2

2

КУЛЬТИВАТОРЫ

КРН-5,6

6

6

КСН-4

3

3

3

БОРОНЫ

ЗБП-0,6

6

6

БДТ-70

3

3

4

ЛУЩИЛЬНИКИ

ЛДГ-10

2

2

5

ОПРЫСКИВАТЕЛИ

ПОМ-630-1

1

1

ОП-2001

1

1

ОВ-2001

1

1

.7 электрическая
часть

Электрическая часть в ООО «Росток» представлен в
таблице 1.6

Таблица 1.6 — электрическая часть

Наименование

Количество

2005

2006

2007

2008

2009

1

Комплексная
трансформаторная подстанция РУ-10/0,4кВт

1

1

1

1

1

2

оросительный
насос АБТ-4

4

4

5

5

5

Продолжение таблицы 1.6

Наименование

количество

2005

2006

2007

2008

2009

3

Погружной
электронасос БЦМ

1

1

1

1

1

4

Сварочный
трансформаторТДС-305

1

2

2

2

2

Из таблицы видно, что в хозяйстве в 2006 году
приобрели один сварочный трансформаторТДС-305 и в 2007 году один оросительный
насос АБТ-4. Протяженность всей электрической линии по производству составляет
300 метров.

.8 Характеристика существующего
тепличного хозяйства в ООО «Росток» и обоснование дипломного проекта

На территории хозяйства ООО «Росток» построены
три теплицы с пленочным покрытием длиной 60м, шириной 24м каждая, площадь одной
теплицы составляет 1440 м2.

К недостаткам электрификации тепличного
хозяйства можно отнести следующие:

отопление осуществляется путем подогрева воды
электричеством, без автоматического регулирования температуры;

вентиляция теплицы только естественная,
производиться открыванием дверей, которые расположены параллельно друг другу;

по графику полив сельскохозяйственных культур
делается один или два раза в сутки,

по длине всей теплицы расположено четыре лампы
накаливания, которые недостаточно обеспечивают освещенность рабочей зоны в
темное время суток.

Все эти недостатки в отоплении, вентиляции,
поливе и освещении указывают на то, что предприятие несет определенные убытки в
тепличном хозяйстве.

Для устранения всех этих недостатков
целесообразно:

введение в систему автоматического регулирования
воздухообмена;

полив растений в теплице целесообразно проводить
в автоматическом режиме по заранее заданной программе автоматического
управления, что сократит затраты ручного труда;

при проектировании необходимо провести более
точный расчет необходимого для растения уровня освещенности, что позволит
ускорить рост растений и их качество;

использовать в системе оригинальный солнечный
котел с жалюзями, для получения дополнительного тепла и охлаждения при
необходимости тепличного помещения, что даст экономию затрат традиционных
источников тепла, (в нашем случае затрат на электроподогрев и принудительную
вентиляцию).

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ часть

.1 Обзор технологий, для обеспечения
микроклимата

Автоматическое управление позволяет поддерживать
в теплице заданные технологические параметры микроклимата. Кроме того, это дает
существенный экономический эффект, так как обеспечивает оптимальные условия
выращивания растений и разных овощных культур при наименьших расходах теплоты
на обогрев теплиц.

основные функции системы автоматического
регулирования заключаются в следующем:

автоматическое регулирование температуры
воздуха;

автоматическое регулирование обогрева;

автоматическое управление осветительными
установками;

автоматическое управление циркуляцией воздуха.

Портативный измеритель температуры ИВТМ — 7

Прибор предназначен для измерения температуры, а
также для определения других температурных характеристик воздуха. В качестве
чувствительного элемента измерителя температуры используется пленочный терморезистор,
выполненный из никеля. Принцип работы прибора основан на преобразовании емкости
датчика влажности и сопротивления датчика температуры в частоту с дальнейшей
обработкой ее с помощью микроконтроллера.

2.2 Оборудования для микроклимата

Оборудование (рис.2.1 и рис2.2), разработанное
головным конструкторским бюро (г. Москва) по механизации овощеводства,
предназначено для автоматического поддержания оптимального микроклимата в
теплицах площадью до 1500 м2. Регулирование температуры воздуха в
сторону повышения происходит за счет включения дополнительного обогрева, а в
сторону понижения — за счет усиления естественной вентиляции через форточки.
Влажность регулируют периодическим распылением воды в воздух.

В систему регулирования температуры входят датчики
температуры, два калорифера, два электромагнитных вентиля. Датчиками
температуры служат электроконтактные термометры типа ТК-6 с регулируемой
магнитной головкой.

Два из них регулируют температуру днем, два —
ночью, а один сигнализирует об аварийном снижении температуры.

Один из термометров каждой пары устанавливают на
верхний предел задаваемого диапазона температур, другой — на нижний. При
получении сигнала от датчика температуры на включение отопления вступают в
работу двигатели калориферов и электромагнитные вентили, открывающие доступ
теплоносителя к калориферу.

Система увлажнения воздуха включает в себя
датчики влажности, трубопроводы, распылители, насосную станцию, регулятор
температуры воды. Датчиком влажности служит двухпозиционный камерный влагорегулятор
ВДК, включенный в электрическую цепь системы увлажнения. Необходимое значение
влажности задают, настраивая влагорегулятор.

Пластмассовые трубопроводы подвешивают на
растяжках под кровлей вдоль теплицы в три линии с расстоянием 3…3,5 м от
кровли теплицы и с шагом в линии 3 м. Распылители 10, прикрепляемые к трубам,
представляют собой капроновые насадки с двумя отверстиями (диаметром 0,4 мм
каждое), расположенными строго соосно, благодаря чему струйки воды, выходящие
из них под давлением, сталкиваясь, разбиваются в мельчайшую пыль, которая
образует вокруг распылителей веер, достигающий 2 м в диаметре. Распылители
закрепляют на трубопроводах в шахматном порядке с шагом в линии 3 м. Для сбора
воды и отвода капель, образующихся на трубах при распылении и от конденсации
паров воды из воздуха, под

Рис. 2.1 Схемы оборудования теплицы:

— электроконтактный флюгер; 2 — калорифер; 3 —
ручной вентиль; 4 — электромагнитный вентиль; 5 — привод открывания форточек; 6
— шкаф управления; 7 — насос; 8 — водоподогреватель; 9 — желоб; 10 —
распылители воды; 11 — шкаф с датчиками.

Рис. 2.2 Управление оборудованием микроклимата
теплицы (схема электрическая функциональная).

трубами устанавливают желоба 9, по которым вода
стекает в канализацию. Насосная станция, предназначенная для подачи к
распылителям теплой воды под постоянным давлением, состоит из бака
подогревателя 8 и центробежного насоса 7 типа 2КМ-6 с электродвигателем.
Уровень воды в баке поддерживается поплавковым клапаном, а ее температура
автоматическим регулятором прямого действия типа РТ, установленным на входном
патрубке змеевика, по которому пропускается подогретая вода.

В узел вентиляции входят фрамуги с приводом 5 от
двух электродвигателей через червячные редукторы и четыре барабана с канатной
системой и блоками. Форточки могут быть открыты с правой или левой стороны
теплицы или с обеих сторон одновременно.

Для подачи команды на открытие форточек с
подветренной стороны применен электроконтактный флюгер 1, устанавливаемый на
крыше теплицы. В зависимости от направления ветра кулачок вращающейся части
флюгера воздействует на микропереключатель и замыкает цепь включения вентиляции
левой или правой стороны теплицы. В шкафу управления предусмотрен выключатель SА5,
блокирующий контакты флюгера для включения вентиляции с двух сторон. Шкаф
управления устанавливают в помещении (вне теплицы), где условия не препятствуют
нормальной работе электрооборудования.

Программы работы систем задаются программным
реле времени 2РВМ с приставкой, позволяющей получить выдержки в 0.5..3 мин
через нужные промежутки. Реле 2РВМ имеет диск настройки с резьбовыми
отверстиями под штифты в два ряда (для двух программ). Минимальное время
уставки первой программы 15 мин, второй — 20 мин. Через установленное время штифты
нажимают на микровыключатели, замыкаются цепи питания реле, которые включают
цепи соответствующих программ. Первая программа задает дневной или ночной режим
работы, вторая периодически (через каждые 60 мин) включает систему увлажнения с
заданной длительностью впрыска (до 2 мин).

В дневном режиме работы замыкаются контакты реле
времени КТ1, срабатывает реле КL1
и включает цепи датчиков температуры дня SК1,
SК3 и влажности
воздуха Sφ. термометр SК1
устанавливается на верхний предел регулируемой температуры (например, 28 °С), а
SК3- на нижний
(например, 25 °С), Если температура станет ниже 25°С, контакты датчика SК3
размыкаются, реле лишается питания, контакты КL3
в цепи реле КL5 замыкаются. Реле
КL5 через пускатель
КМ4 включает электродвигатели М4 и М5 калориферов вентиляторов и электромагниты
вентилей УА1, УА2, открывающих доступ теплоносителю в калориферы.

Электромагниты вентилей после срабатывания
теряют питание, однако вентили, удерживаемые механическими защелками, остаются
открытыми, а контакты в цепи электромагнитов защелок закрываются (вентили
подготавливаются к закрытию). Когда температура достигает 25°С, контакты SK3
замыкают цепь реле КLЗ, которое
разрывает цепь питания реле КL5,
катушка пускателя КМ4 исключается из цепи тока, одновременно подается импульс
на электромагниты защелок УА31, УА32 и вентили закрываются, а катушки защелок
оказываются отключенными.

Если температура в теплице превысит 28°С,
замкнутся контакты термометра SК1,
оживится реле КL2 и замкнет
цепь питания обмотки реле КL6
или КL7 в зависимости от
положения флюгера Ф (при установке двухсторонней вентиляции — одновременно оба
реле), а реле замкнет цепь питания катушек пускателей К.М2В или КМЗВ, которые
включат электродвигатели приводов, открывающих форточки. Шайбы на тросах форточек
нажмут на концевой выключатель SQ1
или SQ3 и
остановят двигатели, оставляя форточки открытыми.

Когда температура понизится до 28°С, цепь
питания реле KL2
разорвется, контакты его в цепи реле КL6
и KL7 откроются, реле КL6
или К.L.7 потеряет питание
и его контакты замкнут цепь пускателя КМ2Н или КМ3Н, двигатели реверсируются,
форточки закроются. после этого выключатель SQ2
или SQ4 отключит
двигатель. При понижении температуры до аварийно низкой разомкнутся контакты
датчика SК5; выводя из цепи
тока реле КL8, включатся
звуковой и световой сигналы.

Когда закрываются контакты реле времени КТ2 по
второй программе и в случае уменьшения относительной влажности воздуха в
теплице по отношению к заданной, замыкаются контакты датчика влажности Sφ.
Реле КL4 включает пускатель
KМ1 двигателя
привода насоса бака водоподогревателя и электромагнитный вентиль УАО системы
увлажнения, и вода поступает к распылителям. Через заданное время контакты реле
времени КТ2 размыкаются, реле КL4
лишает питания пускатель и электромагнит вентиля УАО. Впрыск прекращается. О
работе системы сигнализируют лампы НL1…НL7.

В ночном режиме работы контакты КТ1 разомкнуты,
поэтому цепи реле KL1
и КL4 открыты, система
увлажнения не работает, системой обогрева управляют датчики SК2
и SК4. Автоматические
выключатели QF1…QF4
служат для включения и защиты двигателей.

2.3 Теплофизический расчет теплицы

.3.1 Назначение теплофизического
расчета

Теплофизический расчет устанавливает
аналитическую связь между требуемыми параметрами микроклимата в теплице и необходимыми
для их обеспечения потоками тепла и вещества, взаимодействующих в сооружении.
Это средство количественного анализа закономерностей регулирования
энергетического режима в теплице. Сооружение рассматривают как единую
энергетическую систему, включающую в себя отопление, вентиляцию и теплотехнику
ограждающих конструкций [6].

2.3.2 Этапы теплофизического расчета

1 этап. Составление расчетной схемы тепло- и
массообмена в сооружении.

этап. Составление системы уравнений
энергетического баланса сооружения, соответствующих принятой расчетной схеме и
представляющих собой физико-математическую модель формирования энергетического
режима в теплице.

этап. Приведение системы балансных уравнений к
расчетному виду подстановкой численных выражений.

этап. Численное решение системы балансных
уравнений.

2.3.3 Принятые допущения

При составлении расчетной схемы энергетического
режима теплицы приняты следующие допущения:

ночной режим сооружения;

массообменные процессы происходят только в
рабочей зоне;

экран (растения) как худший случай с точки
зрения энергетической обеспеченности сооружения не учитывают, так как при
наличии экрана снизится лучистый тепловой поток от почвы к ограждению;

влияния продуктов жизнедеятельности растений на
влажностный режим в сооружении также не учитывают, так как ночью транспирация
растений равна нулю;

осредненные величины температур поверхностей
ограждений, почвы, слоев воздуха, потоков тепла и массы;

условия протекания процессов тепло- и
массообмена в сооружении и снаружи стационарные;

термическим сопротивлением ограждения
пренебрегают.

2.3.4 Расчетная схема теплообмена в
пленочной теплице

Расчетная схема энергетического баланса
пленочной теплицы в ночное время представлена на рисунке 2.3. Эта схема
учитывает затраты тепла на инфильтрацию QВ,
испарение из почвы QИ,
конденсацию влаги на внутренней поверхности ограждения теплицы Qконд.


2.3.5 Физико-математическая модель
формирования энергетического режима в теплице с одинарным покрытием

На основании принятой расчетной схемы
энергетического режима теплицы составляют системы уравнений теплового баланса,
в которых учитывают потоки двух категорий [6].

Рис. 2.3. Расчетная схема энергетического
баланса теплицы с техническим обогревом для ночного времени, с одинарным
ограждением.

К первой категории относятся переменные потоки
тепла и массы, которые регулируются отопительно-вентиляционными устройствами. В
систему балансных уравнений они входят как неизвестные величины, подлежащие
определению.

Вторую категорию составляют потоки,
характеризующие тепло — и массообмен на поверхностях почвы, ограждения и в
объемах теплицы, связанные с фазовыми превращениями, конвективным и лучистым
теплообменом, теплопроводностью почвы. Их численно выражают через параметры,
определяющие энергетическое состояние системы: геометрические и физические
константы, параметры наружного и внутреннего воздуха. Теплицу рассматривают,
как некоторое пространство, заполненное однородным, хорошо перемешиваемым газом
и ограниченное тонкой полупрозрачной дырчатой оболочкой, а также поверхностью
полуограниченного массива [7].

Методический подход к составлению уравнений
теплового баланса для пленочной теплицы принимают в соответствии с
рекомендациями Гипронисельпрома [8].

Уравнение теплового баланса для теплицы в целом

Qш+Qп=Qп.г+Q+к2+Q+л2+Qв
(2.1)

где Qш
и Qп
— установленная тепловая мощность (тепловой поток) соответственно систем
шатрового и почвенного обогрева, Вт; Qп.г
и Qв
— тепловые потоки потерь соответственно в грунтовый массив и на инфильтрацию,
Вт; Q+к2-
тепловой поток в результате теплообмена конвекцией наружной поверхности
ограждения с окружающим воздухом, Вт; Q+л2-
лучистый тепловой поток от наружной поверхности ограждения, Вт.

Уравнение теплового баланса для поверхности
почвы в теплице

Qп
= Qп.г
+ Qко
+ Qл.о
+ Q и,
(2.2)

где Qко
— конвективный тепловой поток от почвы к воздуху в рабочей зоне теплицы, Вт; Qл.о
— лучистый тепловой поток от поверхности почвы в теплице, Вт; Q
и
тепловой поток, характеризующий затрату теплоты па испарение влаги из почвы,
Вт.

Уравнение теплового баланса на поверхности
ограждения теплицы

Q-к2+Q-л2+Qконд
= Q+к2+Q+л2
(2.3)

где Q-к2-
тепловой поток в результате теплообмена конвекцией внутренней поверхности
ограждения с воздухом в рабочей зоне, Вт; Q-л2-
лучистый тепловой поток от внутренней поверхности ограждения, Вт; Qконд
тепловой поток, характеризующий выделение теплоты при конденсации пара на
внутренней поверхности ограждения, Вт.

2.3.6 Выражение тепловых потоков
потерь через определяющие их параметры для теплицы

С пленочным ограждением:

Qп.г= (2.4)

где:tо6 и tн-температура
соответственно обобщенная и наружного воздуха, °С; F —
поверхность почвы в теплице, м2; Rср0 —
средневзвешенная по площади величина сопротивления теплопередаче почвы
(принимается по данным [9]);

 (2.5)

где Спр-приведенный
коэффициент излучения; τ2 —
температура поверхности ограждения теплицы, °С;

Спр = (2.6)

где  и — степень
черноты соответственно почвы и ограждения; F2 —
поверхность ограждения, м2;

 (2.7)

где F0 —
поверхность почвы в теплице, примыкающая к наружному ограждению и имеющая
ширину 2 м, м2; F2.0 и F3.0 — то же,
отстоящая от продольного наружного ограждения соответственно на 2 и 4 м, м2;
F4.0- остальная
поверхность почвы, отстоящая на 6 м от продольных наружных ограждений, м2.

Qко (2.8)

где Аз — коэффициент для расчета
конвективного теплообмена (является функцией температур поверхности теплообмена
и окружающего воздуха, определяется по данным, приведенным в [10]); m — коэффициент
для расчета конвективного теплообмена, равный 1,3 при 0
>t и 0,7 при 0 <; 0 и  —
температура соответственно поверхности почвы и воздуха в рабочей зоне, °С.

Qл.о=Спр (2.9)

где t2 —
температура поверхности ограждения теплицы, °С.

 (2.10)

где r0= 693 —
0,66; t0ж — удельная
теплота испарения, Вт ч/кг (t0ж —
температура жидкости, °С); η = 0,8 — коэффициент неполноты водности [8]; ß — коэффициент
массообмена, м/ч;  —
концентрация пара при 100%-ном насыщении и температуре поверхности почвы, кг/м3;
р —
относительная влажность воздуха в рабочей зоне, % ;
концентрация водяного пара насыщенного воздуха в рабочей зоне при температуре tp кг/м3;
Р6 — барометрическое давление, мм рт. ст.;

 (2.11)

где D —
коэффициент диффузии, м2/ч; L1= vF0 / определяющий
размер, м; q — ускорение
силы тяжести, м2/с; v — коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с
(принимают при tопр [11], γtp и γτо — плотность
воздуха при температуре соответственно в рабочей зоне и поверхности почвы кг/м3

D=0,00754 (2.12)

где tопр-
определяющая температура 0С;

tопр= (2.13)

γtp=1.293 (2.14)

где -упругость (парциальное давление)
насыщенного водяного пара при температуре tp, мм. рт.ст;

γτо=1,293 (2.15)

где -упругость насыщенного водяного пара
при температуре tо, мм. рт.ст;

=(Fв2+0,7Fн2) (2.16)

где Fв2 и Fн2 — площадь
соответственно вертикальных и наклонных ограждений теплицы, м2;
коэффициент, зависящей от температуры [10]; t2-
температура наружного ограждения 0С.

=Спрkп (2.17)

где kп-
коэффициент поглощения длинноволнового излучения, равный 0,88 для теплиц и 0,93
— парников и малогабаритных укрытий [6].

Qконд= rc 2.210-6(0.5tp+0.5τ2+273)0.42 (2.18)

где  — разность объемного содержания
пара в воздухе, %; — принимают
при  [11]; F2 —
поверхность наружного ограждения теплицы, м2;

= 100 (2.19)

где — упругость насыщенного водяного
пара при τ2, мм рт. ст.

=ак2(τ2-tн)F2, (2.20)

где ак2- рассчитанный
коэффициент теплоотдачи конвекций наружного ограждения теплицы, Вт/(м2 •0С);

=3,7 (2.21)

где  — коэффициент теплоотдачи
конвекцией для наклонного участка ограждения, Вт/(м2•°С);  —
скорость ветра, м/с; L — наименьший размер сооружения в
плане, м;

=10, (2.22)

где -коэффициент теплоотдачи конвекцией
для вертикального участка ограждения, Вт/(м2•°С);

=  (2.23)

=Qэф+Qокр, (2.24)

где Qэф —
эффективное излучение наружной поверхности ограждения в окружающее
пространство, Вт; Qокр-лучистый теплообмен
наружной поверхности ограждения с окружающими почвой и строениями, Вт;

Qэф=5,67[(0,27-0,007φн)•(1-с/)()+]•(Θ)F25,67(Θ)F2[(0,814tн+55,55)•(0,27-
0,007φн)•(1с/)()+0,814(τ2-tн)]; (2.25)

где ()- функция, учитывающая ориентацию
ограждения; — степень
черноты ограждения теплицы; φн —
относительная влажность наружного воздуха; — упругость насыщенного водяного
пара при температуре tн мм рт. ст.;
с’ — коэффициент, зависящий от широты местности (0,74 для 55° с, ш’, 0,7 для
45° с. ш.); n0 -облачность
в долях единицы; (Θ)= 1
-функция, учитывающая взаимное расположение теплицы и окружающих строений, для
отдельно стоящего сооружения [6];

()= (2.26)

где=0,5 для облачного неба и 0,35-
безоблачного [6]; — угол наклона
кровли теплицы ();

Qокр=5,67φопF25,67 φоп F2 . 0.814(τ2-tн), (2.27)

где— степень черноты поверхности почвы;
φоп-
коэффициент облученности системы «ограждение — почва и здание»;

φоп=0,5; (2.28)

где γtн- плотность
наружного воздуха, кг/м3

.3.7 Расчет суммарных тепловых
потерь для теплицы с пленочным ограждением, покрытым конденсатом

Определяют коэффициент теплопередачи
через стены теплицы [6]

= (2.30)

Коэффициент теплопередачи через
одинарную пленку, покрытую конденсатом[6, 7]

= 1,1, (2.31)

потребное количество теплоты на
обогрев пленочной теплицы

+=(F2+)(tp-tн) (2.32)

Установленные тепловые мощности
почвенного нагревательного устройства и шатрового
определяются из следующих выражений:

= (+); (2.33)

=(+); (2.34)

2.3.8 Расчет тепловой мощности
оборудования пленочной теплицы

Требуется рассчитать установленную
тепловую мощность нагревательных устройств для обогрева почвы и шатра в
пленочной теплицы, расположенной в Южной климатической зоне и предназначенной
для производства саженцев и различных видов рассады.

Исходные заданные: tн= -150С;
tр=7 0С;τ0=200С;
φн= 80%; φр=70%; =5 м/с; =0,96; =0,94; F0=1440м2;
F2=2045м2;
Fв2=394м2;
Fн2=1651м2;
L=30м; L1=

определить  и .
Последовательность расчета показана в табл. 2.1. Из расчета следует, что без
учета тепла, вносимой солнечной радиацией, теплица должна иметь только
почвенное нагревательное устройство удельной установленной мощностью 236 Вт/м2.

Таблица 2.1 Последовательность
расчета

Номер
формулы

Обозначение

Результаты
расчета

Размерность

Примечание

2.6

спр

522

=0,96, =0,94; F0=1440м2;
F2=2045м2;

2.5

tоб

7,1

τ2=-90С

2.7

Rср0

10,53

м2•0С
/Вт

F1=F2=F3=96 м2;
F4=864 м2

2.4

Qп.г

3023,5

Вт

tо6=7.10С; Rср0=10,53
м2•0С /Вт

2.8

Qко

78635,7

Вт

Аз=1,375;m=1,3

2.9

Qл.о

177441,8

Вт

τ2=-90С

2.12

D

22,97•10-6

м2/с

tопр=13,50С;Рб=760мм.рт.ст.

2.14

γtp

1,256

кг/м3

=7,492
мм.рт.ст.

2.15

γτо

1,194

кг/м3

=17,53
мм.рт.ст.

2.11

5,9м/чv=14,47•10-6
м2/с; L1=37,95м

2.10

Q и

54567,7

Вт

r0=679,8Вт•ч/кг; η=0,8; =17,2•10-3
кг/м3; р=0,7; =7,7•10-3
кг/м3

2.16

91274,9Вт=1,455; τ2=-90С

2.17

156148,3Вт=177441,8
Вт;
kп=0,88;

2.19

0,39=2,267 мм.рт.ст.;

2.18

Qконд

39200

Вт

rc=693
Вт•ч/кг; =13,2•10-6
м2/с

2.21

2,7Вт/(м2
•0С) γн=1.368 кг/м3;
=0,5 м/с

2.22

22,4Вт/(м2
•0С)-

2.23

105Вт/(м2
•0С)-

2.20

128835Втτ2=-90С

2.26

()0,77=0,35;cos=0,866

2.28

оп0,1Fв2=394м2;
F2=2045м2;

2.25

Qэф

147948,6

Вт

с’=0,77;
n0=0; τ2=-90С;
=1,4
мм.рт.ст.; =0,94

2.27

Qокр

5110,6

Вт

оп=0,1; =0,96

2.29

30486

Вт

γtн=1,368
кг/м3;
γtр=1,261
кг/м3; Qпг из (4); из (9); =(25)

2.24

153059,2Вт-

2.2

Qп

313668,7

Вт

2.1

Qш+Qп

315404

Вт

2.30

6,3Вт/( м2
•0С)-

2.32

+340270Вт=6,9 Вт/(
м2 •0С)

2.31

6,9Вт/( м2
•0С)-

2.33

340270ВтНужен
только почвенный обогрев при удельной установленной тепловой мощности 236
Вт/м2

2.4
Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с
дополнительными разработками

При выращивании саженцев, рассады и другой
растительности имеющей высоту перед высадкой в открытый грунт не более 0,25 м,
нет необходимости обогревать всю теплицу высотой 3,2-4 м. достаточно обогреть
только рабочую зону высотой 0,3 м, оградив ее от объема теплицы малогабаритными
укрытиями. Такой обогрев, называемый зонным, позволяет уменьшить расход теплоты
на выращивание рассады и снизит, удельную тепловую мощность нагревательных
устройств теплицы. Расчетная схема энергетического режима теплицы с зонным
укрытием рабочего объема, в котором развивается рассада, показана на рис, 2.4.

Рис.2.4 Расчетная схема энергетического баланса
теплицы с техническим обогревом для ночного времени с зонным укрытием

В рабочей зоне I
действуют тепловые потоки от нагревателя, заложенного в почву, Qп
и шатрового нагревателя Qш,
смонтированного под зонным укрытием.

тепловые потоки потерь представлены
затратами тепла на испарение Qи,
инфильтрацию Qвр а также
лучистые и конвективные потоки Qло , Qко и . На
внутренней поверхности зонного укрытия, покрытой конденсатом, действует поток Qконд,
учитывающий фазовое превращение водимого пара в воду. В нерабочем объеме II действуют
только потоки потерь из инфильтрацию Qв1 а также
лучистый и конвективный Q+л1, Q-л2, Q+к1 и Q-к2. Внутренняя
поверхность наружного ограждения бывает покрыта необильным конденсатом и, ввиду
его незначительности, выделениями тепла при конденсации можно пренебречь.

2.4.1 Уравнение теплового баланса
для рабочей зоны
I

Qш+Qп=Qп.г + Q+л1+ Q+к1 +Qвр        
(2.35)

где Qш и Qп-
установленные тепловые мощности шатрового и почвенного нагревателей, Вт; Q+л1 — лучистый
тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к внутренней поверхности
наружного ограждения, Вт; Q+к1 —
конвективный тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к воздуху в
объеме II, Вт; Qвр -тепловой
поток потерь тепла на инфильтрацию в зоне I, Вт.

2.4.2 Уравнение теплового баланса
для рабочей зоны
II

Q+л1+ Q+к1 = Q+л2+ Q+к2 +Qв1 (2.36)

где Qв1- тепловой
поток потерь на инфильтрацию в зоне II, Вт.

.4.3 Уравнение теплового баланса для
поверхности почвы

Qи+ = Qп.г + Qко + Qл.о + Q и, (2.37)

где — составляющая теплового потока
шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене с поверхностью почвы, Вт: Qи -затраты
теплоты на испарение влаги из почвы, Вт; Qл.о и Qко -тепловой
поток потерь с поверхности почвы под зонным укрытием соответственно
лучеиспусканием и конвекцией, Вт,


2.4.4 Уравнение, теплового баланса
для поверхности зонного укрытия

+ Qконд +Q-к1+Q-л1 = Q+к1+Q+л1    (2.38)

где  — составляющая теплового потока
шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене с поверхностью зонного
укрытия, Вт; Qконд — тепловой
поток, характеризующий выделение теплоты па внутренней поверхности зонного
укрытия при конденсации влаги, Вт: Q-л1 — тепловой
поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью
зонного укрытия и поверхностью почвы, Вт; Q-к1 — тепловой
поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью
ограждения и воздухом рабочей зоны I, Вт.

2.4.5 Уравнение теплового баланса на
поверхности наружного ограждения теплицы

Q-к2+Q-л2=Q+к2+Q+л2, (2.39)

где Q-л2 — тепловой
поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью
наружного ограждения и поверхностью зонного укрытия, Вт; Q-к2- тепловой
поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью
наружного ограждения и воздухом в зоне II, кВт.

2.4.6 Уравнение теплового баланса
для всего сооружения в целом

Qш+Qп=Qп.г+Q+к2+Q+л2+Qв1+ Qвр (2.40)


2.4.7 тепловые потоки потерь теплицы
с зонным обогревом выражают через определяющие их параметры

Учитывая, что поверхности ограждения
теплицы из полимерных пленок бывают, покрыты конденсатом, препятствующим
пропусканию длинноволновой радиации, выражения для определения потоков потерь
лучеиспусканием принимают такими же, как для сооружений со стеклянными
покрытиями, с последующей поправкой на коэффициент теплопотерь.

С учетом этого допущения выражения
для тепловых потоков потерь принимают следующий вид: Qп.г по формуле

(4); tоб — (5); Rср0-(7);
Qко — (8); Q и — (10); — (11); Д —
(12); Qконд — (18): — (19) с
заменой τ2 на τ1 и F2 на F1/: -(20); , ,
соответственно (21), (22) и (23); Q+л2- (24); Qэф — (25) и Qокр — (27).

тепловые потоки, действующие под
зонным укрытием, в объеме I выражены в следующем виде [10]

Qл.о=cпр (2.41)

где cпр-
приведенный коэффициент облучения; τ0 на τ1-
температура поверхности соответственно почвы и зонного укрытия, °С

Спр = (2.42)

где  и -степень
черноты соответственно почвы и пленки; F0 и F1 — площади
почвы и поверхности зонного укрытия, м2.

Q-л2=kпQло≈0,93Qло, (2.43)

где kп —
коэффициент, учитывающий поглощение лучистой энергии воздушной средой.

Q-к1=(Fв1+0,7Fн1)  (2.44)

где Fв1 и Fн1 — площади
соответственно вертикальной и наклонной поверхностей зонного укрытия, м2;
tp-
температура воздуха, под зонным укрытием, °С;  — коэффициент, зависящий от  (10).

Qв= (γн- γр)(Qпг++), (2.45)

где γн и γр — объемные
массы соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.

Выражение для определения тепловых
потоков, действующих в нерабочем объеме II, следующие:

Q-л.о=c/пр (2.46)

где τ2 —
температура наружного ограждения, °С; F1-
поверхность зонного укрытия, м2;

с/пр = (2.47)

где с/пр —
приведенный коэффициент облучения системы «зонное укрытие-наружное ограждение»;
— степень
черноты наружного ограждения; F2- площадь
наружного ограждения, м2; F/1-площадь
зонного укрытия, участвующая в лучистом теплообмене с наружным ограждением, м2;

Q+к1= (2.48)

где m-
коэффициент (m=1,3 при τ1>t2); t1-
температура в зоне II, °С; — коэффициент, зависящий от  [10];

Q-л2=k/пQ+л1≈0,88Q+л1, (2.49)

где k/п —
коэффициент, равный 0,88[6]

Q-к2=(Fв2+0,7Fн2)  (2.50)

где Fв2 и Fн2 — площади
соответственно вертикальных и наклонных поверхностей наружного ограждения, м2;

коэффициент, зависящий от определяющей температуры, tопр= [10];

Qв1= (γн- γ1)(+), (2.51)

где γ1 — плотность
воздуха в зоне II, кг/м3,

При теплофизическом расчете теплицы
с технологическим обогревом определяют установленную тепловую мощность систем
шатрового и почвенного обогрева, обеспечивающую необходимый температурный режим
в почве и рабочей зоне для выращиваемых саженцев или рассады овощей, который
соответствует заданной расчетной температуре наружного воздуха.

В общем случае даны следующие
величины: конструктивные параметры теплицы L, F1, F2. F0,
температурные и влажностные режимы внутри ее τ0, tp, φр, параметры
наружного воздуха tн, v, φн.

Требуется определить тепловые
мощности нагревательных устройств Qп, Qш,
температуры ограждений τ1, t2 и воздуха t1 в зоне II, без знания
которых невозможно рассчитать тепловые балансы па поверхностях ограждений и в
объемах теплицы.

Расчет сводится к совместному
решению уравнений (35) -(40).

затем по формуле (30) определяют
коэффициент теплопередачи через остекление, и с учетом выражений (31) — (34)
находят установленные тепловые мощности систем обогрева для пленочной теплицы.

2.5 Управление системы
электротермического оборудования в теплице на пониженном напряжении

На выбор схемы управления
электронагревательными устройствами сооружения оказывают влияние. Применяемое
оборудование и нагревательные элементы. Во всех схемах управления, должно быть,
предусмотрело автоматическое регулирование температуры. Автоматизация
электрообогрева позволяет экономить до 40% электроэнергии по сравнению с ее годовым
расходом на обогрев при ручном управлении.

При использовании нагревательных
элементов, которые выполнены из неизолированной проволоки, питаемой током
пониженного напряжения, можно применить схему управления, разработанную в
«ВНИИЭлектропривод». принципиальная электрическая схема управления
электронагревательным устройством на пониженном напряжении питания представлена
ДПЭ1020.030000.03 Э2. комплект оборудования КП-1 управляет нагревательными
устройствами почвы на площади до 1.5 га. В пего входят понижающие
трансформаторы Тр1 типа ТМОБ-63 (4 шт.), шкафы местного управления (4 шт.) и
датчики температуры ДТВ, ДТП типа ТСМ-239С (16 шт.].

Питание на трансформаторы ТМОБ-63
подают от фидерного автомата подстанции мощностью не менее 250 кВА.
Трансформаторы в режиме «разогрев» соединяют по схеме Y/Y, а в режиме
«обогрев» Y/∆.

При этом линейное напряжение на
вторичной стороне трансформатора в зависимости от положения переключателя при
разогреве равно 125, 103, 85 В, а при обогреве — соответственно 70, 60, 49 В. К
первичной стороне питающего трансформатора Тр1 присоединяют через В5 и В6
регулирующие логометры ЛР1, ЛМ2, с помощью которых осуществляют двухпозиционное
регулирование и контроль температуры в сооружении. Переключателем В13
оборудование переводят с «автоматического» режима на «ручной». К первичной
стороне Тр1 подключают с помощью В13 электрифицированные механизмы для обмотки
почвы и ухода за растениями. Ко вторичной обработке Тр1 через рубильники на 600
А (В8-В11) подсоединяют нагревательные элементы ЭН1-ЭН4. Контролируют
напряжение и ток: во всех фазах по амперметру и вольтметру, установленным на
вторичной стороне питающего трансформатора и подключаемым поочередно в каждую
фазу с помощью переключателей В4 и ВЗ.

Датчики температуры ДТВ, ДТП
присоединяют по трехпроводной схеме в целях уменьшения погрешности, вносимой
сопротивлением соединительной линии, и посредством выключателей В1, В2
подключают к логометрам ЛР1 и ЛР2.

При температуре воздуха или почвы с
сооружении выше заданной логометры подают команду на отключение главного
автомата В7, а при ее понижении — на включение.

отклонения температуры от заданного
значения, при двух позиционном регулировании комплектом КП-1 не превышают ±1,5°
С.

РАЗДЕЛ 3. КОНСТРУКТОРСКАЯ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3. Расчет предлагаемой теплицы для
хозяйства

Определяем тепловую мощность
нагревательного устройства для зонного обогрева пленочной теплицы,
расположенной в Южной климатической зоне и предназначенной для производства
саженцев и различных видов рассады.

Исходные данные: tн= -150С;
tр=7 0С;
τ0=200С;
φн= 80%; φр=70%; =5 м/с; =0,96; ==0,94; kп=0,93; k/п=0,88; Fн1= F/1 =F0=1440м2;
Fв1=47м2;
F1=1487м2;
Fв2=347м2;
Fн2=1651 м2
; F2=1998 м2;
L=30м; L1=

определить Q,
необходимую для обеспечения tр=7°С и τо = 20° С при
tн= -150С
В расчете имеющейся теплицы было установлено, что для обеспечения требуемых
температурных режимов при посадке саженцев и различных видов рассады в
пленочной теплице с одинарным ограждением достаточно только почвенного
нагревателя, обеспечивающего поверхностную мощность около 230 Вт/мг,
В таком случае система уравнений теплового баланса теплицы с зонным обогревом
(почвенным) состоит из четырех уравнений с четырьмя неизвестными Qп, τ1, t1 и τ2.

Qп = Qп.г + Q+л1 + Q+к1+ Q вр ; (3.1)

Q+л1 + Q+к1 = Q+л2 + Q+к2+ Q в1; (3.2)

Qп= Qп.г + Qко + Qл.о + Q и; (3.3)

Q-л2 + Q-к2= Q+л2 + Q+к2 (3.4)

Формулы 3.1-3.4 взяты из раздела 2
от формул

.1 = 2.35; 3.2 = 2.36;

.3 = 2.37; 3.4 = 2.39.

Численные значения составляющих
теплового баланса теплицы с зонным обогревом даны в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Численные значения
теплового баланса (см.раздел 2)

Номер
формулы

Обозначение

Результаты
расчета

Размерность

Примечание

2.42

спр

5,14

=0,96, =0,94; F0=1440м2;
F1=1487м2;

2.5

tоб

9,95+0,3
τ1

2.47

с/пр

5,11

F/1=1440м2;
F2=1998м2; ==0,94

2.4

Qп.г

3412+41
τ1

Вт

2.7

Rср0

10,53

м2
•0С /Вт

F1•0=
F2•0=
F3•0=96м2;
F4•0=864 м2

2.8

Qко

78636

Вт

Аз=1,375;m=1,3

2.9

D

22,910-6м2/сtопр=13,50С;Рб=760мм.рт.ст.

2.14

γtp

1,256

кг/м3

=7,492
мм.рт.ст.

2.15

γτо

1,194

кг/м3

=17,53
мм.рт.ст.

2.11

5,9м/чv=14,4710-6
м2/с; L1=37,95м

2.10

Q и

43894

Вт

r0=680Втч/кг; η=0,8; =17,210-3
кг/м3; F0=1440м2;
=7,710-3
кг/м3

2.41

Q ло

120498-6025
τ1

Вт

спр
=5,14; F0=1440м2

2.43

112063-5603
τ1Втkп=0,93;

2.44

1055хх(7-τ1)ВтFв1=47 м2;
Fш=1440м2

2.46

6185(t1-t2)Втс/пр=5,11

2.48

Вт m=1,3;
F/1=1440м2

2.48

1872хх(τ1-t1)Втm=1,3;
F/1=1440м2

2.49

5443(τ1-τ2)Втkп=0,88

2.50

Qк2

1503ххВтFв2=347 м2;
Fн2=1651 м2

2.20

305694+20380
τ2Вт=7,6 Вт/(
м2 0С); =22,4; =10,2

2.24

235579+9500
τ2ВтQэф=223097+8668
τ2

2.45

365+666
τ1-662
τ2+200х(τ1-t1)4/3ВтQокр=12482+832
τ2

(Принято
Qв1)

1,1(+)Вт-

после подстановки в уравнения численных значений
тепловых потоков потерь, взятых из табл. 3.1, получают

 (3,1/)

 (3.2/)

Qп=3412+41τ1+54568+120498-6025τ1+78636; (3.3/)

 (3.4/)

после преобразования уравнений (3.2/)
и (3.4/)имеем:

6185τ1-39053τ2+1872; (3.2/)

5443 τ1-35323 τ2+1503; (3.4/)

после этого расчета вводим замену
переменных: ∆t1= τ1-t1; ∆t2=t1-τ2, тогда τ1=∆t1+ t1; τ2= t1-∆t2.

Уравнение (3.2/) и (3.4/)
с новыми переменными и А≈1,47,
А≈1,5
после преобразований получаем:

∆t1-32868t1+39053∆t2+2752∆t14/3-595400=0;
(3.2/)

∆t1-29880 t1+35323 ∆t2+2254,5∆t14/3-541273=0;
(3.4/)

Освобождаются от коэффициентов при t1

-t1+0,188∆t1+1,188∆t2+0,0837∆t14/3-18,11 = 0;
(3.2/)

t1+0,182∆t1+1,182∆t2+0,0755∆t14/3-18,11 = 0;
(3.4/)

после вычитания из уравнения (3.2/)
выражения (3.4/) и разделим переменные и получим

,006∆t1+0,837 t14/3=-0,006∆t2 +0,0755 t14/3 (3.2/)
— (3.4/)

Умножим обе части, уравнения на 1000

∆t1+83,7 t14/3=-6∆t2+75,5 t14/3 (3.2/)
— (3.4/)

Решим полученные уравнения (3.2/)
-(3.4/) методом последовательных приближений и представим их в виде
таблицы 3.2.

Таблица 3.2метод последовательных
приближений

∆t1(задают)

6∆t1

∆t83,7 t14/3Левая
часть

 

13

78

28567

30,67

2558,5

2636,5

 

10

60

10000

21,55

1803,3

1863,3

 

8

48

4096

16

1339

1387

 

6

36

1296

10,9

912

948

 

5

30

625

8,5

715

745

 

4

24

256

6,3

555

 

2

12

16

2,5

211

223

 

∆t2(задают)

-6∆t2

∆t75,5 t24/3Правая
часть

15

-150

50625

37

2793

2643,5

11

-65

14641

24,5

1847

1781

9

-54

6561

18,7

14,1

1359

7

-42

2401

13,4

1011

968

6

-36

1296

10,9

823

787

4,8

-29

531

8,1

611

582

2,4

-14

33,17

3,2

243

229

а                                            б

Рис.3.1 Графический метод определения
зависимостей: а-∆t2(∆t1);
б- t1(∆t1)

Строим график ∆t2(∆t1)
из рис, 3.1 а находят ∆t2=1,15∆t1,
или ∆t1
= 0,869∆t2.

В уравнение (3.2/)подставим ∆t2=1,15∆t1
и
после преобразований получим:

t1+1,554∆t1+0,0837t14/3-18,11=0,
(3.2//)

t1=1,554∆t1+0,0837t14/3-18,11
(3.4//)

Решение уравнения сведем в таблицу 3.3

Таблица 3.3 Решение уравнения

∆t1(задают)

1,554∆t1

∆t0,0837t14/3t1

13

20,2

28567

30,564

2,558

4,6

10

15,54

10000

21,545

1,8

-0,8

8

12,43

4096

16

1,34

-4,3

6

9,32

1296

10,9

0,91

-7,9

По данным таблицы 3.1 строят графики t1(∆t1)
и из рисунка 3.1б находят t1=1,73
∆t1-18,11.
Так как ∆t1=0,869∆t2,то
t1=1,5∆t2-18,11

В уравнение (3.4/) подставим
выражения; t1=1,5∆t2-18,11и
∆t1=0,869∆t2.

Получим после преобразований

,075 ∆t24/3=0,16
∆t2.      
(3.4//)

Умножим обе части на 1000

∆t24/3=160
∆t2.     
(3.4//)

Решив уравнения (3.4//) методом
последовательных приближений показало, что ему удовлетворяет ∆t2
=10°
С.

Тогда ∆t1=0,869∆t2≈8,7°С;
τ1-t1=8,7; τ1=t1+8,7; t1=1,5∆t2-18,11=1,510-18,11≈-3,1° С; τ1=-3,1+8,7=5,6°С;
∆t2= t1- τ2; τ2= t1-∆t2=-3,1-10=-13,1°С.

Подставляя найденные значения τ1=5,6°С, t1=-3,1°С и τ2=-13,1°С в
уравнение (3.3), находят тепловую мощность

Qп=3412+415,6+43894+120498-60255,6+78636=212930Вт

Погрешность расчетов проверим по
формуле (3.1)

Qп=3412+415,6+6185(5,6+13,1)+18721,44+365+6665,6+2001,44=177155Вт

Погрешность δ=

Для наших расчетов эту погрешность
можно признать удовлетворительной.

Определяем коэффициент теплопотерь
(Вт/(м2 0С) для
пленочной теплицы по формуле 2.30 (см. раздел2)

==

Из выражения (2.31) (см. раздел2)
следует

= 1,1=1,14,3=4,73

Из выражения (2.32) (см. раздел2)
следует

=(F2+)(tp-tн)=

Удельная установленная мощность
почвенного электронагревательного устройства при зонном обогреве согласно
расчетам составит

qп==159,7 ≈160
Вт/м2.

Для пленочной теплицы без зонного
укрытия аналогичные температурные режимы (tp-7°С и t0=20°С при tн =-15° С)
обеспечивались при qп =236 Вт/м2.
следовательно, применение зонного обогрева позволит уменьшить установленную
тепловую мощность на

∆ qп==32%

3.2 Пути решения модернизации
системы электрификации теплиц

Конструкция представляет собой
теплицу, с расположенной под частью застекленной крышей гелиокотла, что
обеспечивает возможность регулирования температуры внутри помещения.

Рис. 3.2 Гелиокател

конструкция гелиокотла рис. 3.2
представляет собой теплоизоляционную камеру, ориентированную на юг, с целью
захвата максимума энергии солнца. Нагревательные элементы состоят из
расположенных на передней стенке емкости системы жалюзей, окрашенных с одной
стороны в черный, а с другой стороны в белый цвет. Над системой жалюзей (поглотительная
поверхность) вмонтирована рама со стеклами. При высокой температуре внутри
теплицы жалюзи разворачивают, при помощи автоматического электромагнита, белой
стороной к солнцу, что приводит к понижению температуры и отражению солнечной
радиации от поверхности теплицы, а при пониженной температуре наоборот,
происходит поглощение солнечной радиации обратной (черной) стороной жалюзей,
что приводит к повышению температуры. Принудительная циркуляция воздуха
обеспечивается электрическими вентиляторами. Воздушный зазор между стеклами
составляет 10-15 см при двухслойной системе.

Работа системы жалюзей действует от
электромагнитов, которые срабатывают от схемы автоматического управления
температурным режимом теплицы.

Плоская установка, помимо прямой
солнечной радиации, воспринимает и рассеянную радиацию, в пасмурную погоду, при
легкой облачности.

.3 Расчет теплового баланса
гелеоустановки теплицы

На основе анализа теплового баланса
гелиоустановки вычисляем среднюю температуру воздуха tf1
в теплице в зависимости от средней наружной температуры tf2.

Согласно известной методике Б.А.Гарфа, расчетная
формула для определения средней температуры воздуха в теплице в холодное время
года будет:

 (3.20)

где Е0 -количество
поступающей на приемник солнечной энергии, ккал/м2 ч;

Dс —
коэффициент пропускания солнечной радиации стеклом;

Aк —
коэффициент поглощения солнечной радиации зачерненным металлом

Тb, Тk Т —
соответственно массы воздуха, растений и алюминия, кг;

Сb, Сk С —
соответственно коэффициенты теплоемкости воздуха, растений и металла
(алюминия), ккал/ м2. град2;

К — средний коэффициент
теплопередачи ограждающих частей установки, ккал/ м2. град;

Y1 —
коэффициент ограждения;

Y2 —
коэффициент, учитывающий затраты тепла, обусловленные воздухообменом;

F2
— общая площадь теплицы, м2 (1440 м2 (60х24));

F1-
площадь жалюзей, м2

J- продолжительность
солнечного дня, ч.

tf1,
tf2-
температура внутреннего и наружного воздуха 0С.

Результаты найденных значений tf1
в зависимости от tf2
и условий проведения опыта, показаны на графике.

исходные параметры для расчета принимались
следующие:

Е0= 500-540 ккал/м2.ч (по
Туркмении — Е0= 650-700 ккал/м .ч);

Dс=0,88;
Ак=0,92; Св=0,25 ккал/кг.град;

С=0,5 ккал/кг.град; Ск=0,21 ккал/кг.град;

К- 5 ккал/м2 .ч.град; Y1 =1,5; Y2=1,25;

J =8 ч; Тb=156
кг; Тk=500
кг;

Т=345 кг; F1=134
м2; F2=1440
м2;

= =6,20С,

tf1- фактически
величина прибавления температуры за счет использования гелеоэффекта с черной
стороной жалюзей.

Даже при понижении внешней
температуры до 5-7 0С, внутри теплицы можно получить на 6-8 °С выше
чем с наружи, при расчетной площади жалюзей до 9,3% по отношению к общей
площади застекления теплицы.


3.4 Расчет тягового электромагнита

рисунок 3.3 Тяговый электромагнит.
1-валик; 2-винт; 3-планка; 4-стойка; 5-болт; 6-гайка; 7,8-шайба;
9-электромагнит.

Электромагнит, втягивая, управляет
положением пластин жалюзей гелиоустановки.

Возвращение электромагнита в
исходное положение осуществляется при помощи пружины. значит, электромагнит
должен обеспечить противодействие пружине и силам трения электромагнита во
втулках.

Из конструктивных данных жалюзи
имеем, что ход якоря электромагнита должен быть δ = 35мм. Усилия в
начале хода равно 50Н, а во включенном положении — 80 Н, поперечное сечение
якоря электромагнита составляет 1,2см2.

В электромагните такой мощности
магнитная индукция в стержнях рекомендуется в пределах 0,8÷1,2Тл

Тяговое усилие электромагнита
определяем по формуле

F= 4105 BS, (3.21)

где В- магнитная индукция стержня
=1,2 Тл;

S — площадь
поперечного сечения стержня = 1,210-4 см1

F = 41051,221,210-4=70Н

Рассчитаем намагничивающую силу
электромагнита в выключенном положении.

Для стали Е31 при магнитной индукции
В=1,2Т: напряженность магнитного ноля будет равняться Н = 400А/м. Длина силовых магнитных линий в стали
составляет lст =0,075м
Тогда

Fст= Н lст (3.22)

где Н- напряженность магнитного поля
А/м:

lст — длина
магнитных силовых линий в стали, м.

Fст = 4000,075 = 30А

Определяем напряженность магнитного
поля в воздушном зазоре

Нп= (3.23)

где µ0 — магнитная
проницаемость

µ0=4π10-7

Н ==955400А/м

Основная часть магнитного потока
будет проходить по направляющим листовой стали направляющих магнита.

таким образом, воздушный зазор будет
напряженный и величину напряженности определяем коэффициентом шунтирования (0,1
÷0,85).

Принимаем коэффициент шунтирования
0,3.

Воздушный зазор между штоком и
направляющими МИl3 = 0,5мм

Тогда магнитная напряженность в
зазоре между штоком и направляющими МИ.

F3=0.3Hп l3 (3.24)

F3= 0,3955400  0,5 10-3 = 143,3А

Определяем полную намагничивающую
силу магнитной системы электромагнита

F = F ст+ F 3, (3.25)

F = 30 +
143,3 = 173,3А

Задаемся количеством витков электромагнита
W = 1000.
Тогда величину тока, создающего рассчитанную намагничивающую силу определяем по
формуле

F = IW, (3.26)

I==0.1733А

Исходя из плотности тока определим
поперечное сечение провода

S= (3.27)

где δen — плотность
тока

δen = 1.8÷4А/мм2

Принимаем δen =2А/мм2

S==0,0866мм2

По полученным расчетам выбираем
стандартный сечение провода ПЕЛ.

S = 0,0962; d = 035мм.

3.1 Расчет пружины электромагнита

Для определения размеров пружины
исходными данными служат:

Р1- сила пружины при
поперечной деформации, кг.

Принимаем Р1=5Н.

Р2 — сила пружины при
рабочей деформации.

Исходя из выбранного электромагнита
Р2 = 50Н.- выносливость (число циклов до разрушения), принимаем N —
1107.

h — рабочий
ход пружины.

Принимаем И = 35мм, который при
соотношении плеч коромысла 1/3.

движение электродов на 105мм, что
обеспечивает безотказное срабатывание тиристорного ключа;

Д — наружный диаметр при внутреннем
диаметре отверстия 10мм для прохождения в нем якоря электромагнита;

V0 —
наибольшая скорость перемещения пружины при нагрузке, принимаем V0= 5м/с.

Для проектируемого механизма нам
необходимо рассчитать пружину сжатия. Параметры этой пружины показаны на
рисунке 3.1.

Рис. 3.1 — Пружина сжатия

При заданной сопротивляемости
пружина относится к первому классу.

Определяем силу пружины при
максимальной деформации Р3, кг по формуле.

Р3= (3.28)

где Р3 — сила пружины при
рабочей деформации (соответствует наибольшему перемещению подвижного звена в
механизме);

δ — относительный инерционный
зазор пружины сжатия. Для пружины сжатия 1, 2 классов δ =
0,05÷0,25(1).

Р3=÷=53-67Н

В интервале от 53,0 до 67,0 к ним
относятся следующие силы 53,0; 56,0; 60,0; 63,0; 67,0.

Исходя из заданного диаметра и
желания обеспечить наибольшую критическую скорость, останавливаемся па витке со
следующими данными (номер пружины 310) d = 1,6мм; Д
= 15мм: Р3 = 67H; Z1 =27,24-; φ3= 2,46мм.

учитывая, что для пружины 1 класса
норма напряжения г3 = 0,36G находим,
что для найденного диаметра проволоки расчетное напряжение r = 0,32100 = 630Н/мм2

Принадлежность к 1 классу проверяем
путем определения отношения , для чего предварительно находим
критическую скорость по формуле

 (3.29)

=

Найденная величина свидетельствует о
наличии смятие витков в данной пружине и исходя из этого нужна жесткость какой
должна быть обеспечена.

Попробуем использовать пружину
второго класса. Заданным внешним диаметром и найденными выше силами Р3
соответствует виток со следующими данными пружина № 264.

Р3 = 60Н; d = 1,2мм; Д
= 12мм; 2 = 16,46 Н/мм.

учитывая норму напряжений для
пружины II класса
находим

r= 0,50G3= 0,5 2300 = 1150 H/мм2.

Тогда относительный инерционный
зазор:

δ=1- (3.30)

δ=

и находим Vкр, с помощью
которых определяем принадлежность пружины до II класса.

Vкр=м/с

найденная величина указывает па
отсутствие смятие витков, и исходя из этого отсюда выбранная пружина
удовлетворяет заданным условиям. Остальные размеры определяем по формулам.

Жесткость пружины

Z= (3.31)

Z=Н/мм

Число рабочих витков пружины

h= (3.32)

h=шт.

При нерабочих витках полное число
витков

h1=12,5+1,5=14

Средний диаметр пружины

Д0 =12-1,2 = 10,8мм

Вычисляем деформации, высоту и шаг
пружины:

3.4 Расчеты системы вентиляции

Произведем расчет вентиляции. Для
определения основных элементов системы вентиляции определяем воздухообмен ,
необходимый для удаления излишней влаги из помещения теплицы по формуле:

, (3.33)

где — суммарное количество влаги,
выделяемое с влагоемных мест (смеситель и т.д.), = 2520 г/час =  м3/час.

Исходя из общей площади цеха (1440 м2)
и средневзвешенной влаговыделяемости с 1 м2 площади 50 г/час;

 — влагосодержание внешнего воздуха;

 = 3,1 г/м3;

 — относительная влажность
внутреннего и наружного воздуха, соответственно,  = 75%,  = 40%.

м3/час.

Полный объем цеха равен м3.

минимально-допустимая кратность
воздухообмена  определяем
из отношения:

 (3.34)

 м3/час

Расчетный объем вентиляции с учетом
потерь воздуха в системе от прососов принимаем по соотношению:

 (3.35)

где — коэффициент запаса системы
вентиляции, = 1,5.

 м3/час.

Необходимая часовая кратность
воздухообмена, , час-1,
составит:

 (3.36)

Принимаем = 3 час-1.

 час-1

Так как = 3÷5, то принимаем
систему вентиляции с механическим побудителем (вентилятором) или
проточно-вытяжную систему вентиляции.

Определяем подачу вытяжных
вентиляторов по формуле:

, (3.37)

где 2÷3 — коэффициент
запаса, позволяющий регулировать параметры микроклимата.

 м3/час.

Подачу приточных вентиляторов
принимаем на 20÷25
% меньше
подачи вытяжных вентиляторов, т.е.:

м3/час.

Число вентиляторов находим по
формуле:

, (3.38)

где  — подача приточного или вытяжного
вентилятора, м3/час.

Для данного варианта вентиляции в
качестве приточно-вытяжного устройства принимаем ПВУ-6.

3.5 Приточно-вытяжные установки

Приточно-вытяжная установка, включает
3, 6, 9 шахт, автоматически обеспечивающих постоянную циркуляцию воздуха в
помещениях, поддерживающих температуру в заданных пределах в холодный и
переходный периоды года, регулируют воздухообмен в зависимости от наружной и
внутренней температуры.

Автоматическая приточно-вытяжная
вентиляционная установка с подогревом воздуха в холодный период года ПВУ-6
состоит из основного двигателя M1 с вентилятором двухстороннего действия,
вспомогательного М2 для привода заслонок, трубчатых электронагревательных
элементов, смонтированных в выходных соплах, магнитных пускателей КМ1, КМ2,
КМ3, терморегуляторов SK1, SK2, SK3 типа
ПТР-2. Терморегулятор SK1 управляет по температуре
внутреннего воздуха работой привода заслонок и первой секции нагревательных
элементов. Летом заслонки полностью открыты, в переходный период и зимой
частично или полностью закрыты. Терморегулятор SК2 управляет
работой нагревательных элементов второй секции и подает сигнал «холодно».
Терморегулятор SK3 контролирует температуру наружного
воздуха.

Переключатели SA1, SA2, SA3 служат для
настройки схемы на заданный режим и для ручного управления.

3.6 Расчеты системы полива

В соответствии с «Нормами
технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов» интенсивность
полива почвы в теплице дождеванием должна быть не более 1 л на 1 кв. м в
минуту.

Необходимо, чтобы температура
поливочной поды была равна 22-25 0С, расход воды— 10 л/м2.
Продолжительность полива не должна превышать 4 ч в сутки.

При использовании проточных
электрических водонагревателей их мощность (кВт) рассчитывают по формуле

 (3.39)

где Q- количество
тепла, потребное для нагрева поливочной воды, кДж/ч; Ф-время нагрева, ч; 3600 —
термический эквивалент, кДж/(кВтч); k-1,1-1,2
коэффициент запаса; G — масса воды, подлежащая нагреву в
течение часа, кг; с- удельная теплоемкость воды,=4,19 кДж/(кг°С); tк и tн
-температура нагрева воды конечная и начальная, °С; η- КПД
водонагревателя.

определить установленную мощность
проточного электроводонагревателя для нагрева воды от tн=4 0С
до tк = 25° С для
полива рассады в теплице площадью F0=1440м2
при η
-0,98 за
время, равное 2 ч

Расход воды через проточный
водонагреватель при норме 10 л/м2 в течение 1 ч равен

G==7200л

количество тепла, потребное для
нагрева в течение часа 7200л воды с учетом потерь в окружающую среду

Q==775748,5
кДж/ч

Установленная мощность проточного
электроводонагревателя

Р==215кВт

Эту величину можно рассматривать,
как суммарную мощность отдельных проточных водонагревателей, установленных в
теплице.

РАЗДЕЛ 4. безопасность
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Безопасность жизнедеятельности в
электрификации с/х

Электрификация стала прочной базой
перевода сельского хозяйства страны на индустриальную основу с использованием
высокопроизводительной техники и средств автоматизации.

Электрическая энергия в
сельскохозяйственном производстве применяется повсеместно. Основная ее часть
преобразуется в механическую энергию в электроприводах стационарных и
передвижных сельскохозяйственных машин и орудий. Она в больших количествах
используется для обогрева парников, полов в животноводческих помещениях,
подогрева воздуха в отопительно-вентиляционных установках и т, д.

Преимущества электричества перед
другими видами энергии неоспоримы. Но оно невидимо, не имеет, ни запаха, ни
цвета, беззвучно и поэтому очень опасно, особенно если не знать основных правил
электробезопасности или, зная, нарушать их. Безграмотность, халатность и
невнимательность в обращении с электроэнергией, как на производстве, так и в
быту могут привести к несчастным случаям. Вот почему сейчас, когда электричество
находит повсеместное применение в сельской местности, проблема обучения живущих
там людей правилам электробезопасности становится особенно актуальной.

Многочисленные случаи травматизма.
Связанные с электрическим током, бывают вызваны различными причинами. основные
из них следующие:

нарушение правил электробезопасности
в охранной зоне линии электропередачи (ЛЭП),

прикосновение к проводникам,
оказавшимся под напряжением,

нарушение правил электробезопасности
при устранении неисправностей на подстанциях и в распределительных щитах, при
эксплуатации передвижных машин на токах и оборудования на животноводческих
фермах,

эксплуатация неисправных сварочных
трансформаторов,

отсутствие заземлений (занулений)
электрооборудования,

нарушение технологии монтажа и
демонтажа электроустановок,

замена электроламп под напряжением,

использование неисправного
инструмента и т. д.

Основные правила электробезопасности
должны знать, прежде всего, электромонтеры, механизаторы, разнорабочие — люди,
чаще всего имеющие дело с током, а также представители других профессий,
связанные с ним непосредственно или косвенно.

4.1 Теплицы с электрическим
обогревом

Согласно ПТЭ и ПТБ, парники и
теплицы с электрическим обогревом по степени опасности поражения током делится
на две категории:

категория А — напряжение питания
электронагревательных элементов выше 65 В при обогреве с помощью электродов,
заложенных в землю, или неизолированных сопротивлений, проложенных в земле или
по воздуху;

категория Б — напряжение питания
нагревательных элементов не более 65 В при обогреве с помощью электродов,
проложенных в земле или по воздуху, а также при напряжении выше 65 В, но с
прокладкой нагревательных элементов в асбоцементных трубах или при применении
специальных нагревательных кабелей.

В сельском хозяйстве культивационные
сооружения обогревают с помощью стальной неизолированной проволоки, проложенной
в трубах или почве, специальными нагревательными проводами ПОСХВ и
электрокалориферами. Участок под парниками и теплицами категории А обносят забором
высотой 2 м, отстоящим на расстоянии не менее I м от
ближайших сооружений. Обслуживать электрифицированные парники и теплицы
поручают специально подготовленному персоналу — электромонтерам, имеющим
квалификационную группу по технике безопасности не ниже III. Они несут
ответственность за нормальную эксплуатацию электроустановок и безопасность
работы в парниках и теплицах.

Перед включением парников и теплиц
категории А электромонтер обязан убедиться, что на участке нет людей, закрыть
вход на территорию и вывесить плакаты «Под напряжением! опасно для жизни»,
«Вход на территорию воспрещен». работать в парниках и теплицах категории А
можно только при полном снятии напряжения. электрическое освещение может
оставаться включенным.

По степени опасности поражения током
парники и теплицы категории Б менее опасны, чем категории А, однако при их
обслуживании также необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
прежде чем включить их на электрообогрев, электромонтер обязан известить всех
работающих в них об этом и вывесить предупреждающий плакат «Под напряжением!
опасно для жизни».

Устройства для автоматического
регулирования температуры и влажности внутри сооружений выполняют на напряжении
не выше 36 В. рукоятки регуляторов для установки и изменения режимов, как
правило, изготавливают из изолирующих материалов. Изменять режимы
автоматического регулирования температуры и влажности в теплицах и парниках
могут те, кто их обслуживают, но при условии, что они прошли инструктаж по
электробезопасности под руководством электромонтера на рабочем месте. О
проведении инструктажа записывают в специальном журнале с обязательной росписью
инструктируемого и инструктирующего.

В электрифицированном
парниково-тепличном хозяйстве должны быть электрическая схема всего участка
закрытого грунта, инструкции по эксплуатации и безопасному обслуживанию
электроустановок, а также комплект защитных средств. Для исключения опасности
поражения шаговым напряжением запрещается производить какие-либо изменения в
схемах коммутации электропарниково — тепличного хозяйства без согласования с
вышестоящей организацией, имеющей Право изменять схему.

4.1.1 Состояние охраны труда на
предприятии

анализ состояния охраны труда
представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Динамика
производственного травматизма и заболеваний.

Годы

п/п

Показатель

2007

2008

2009

1

Среднесписочная
численность рабочих

276

215

135

2

Число
травм за год

1

1

1

3

Число
потерь рабочих дней по травматизму за год

72

35

21

4

Число
заболеваний рабочих за год

12

15

16

5

Число
потерь рабочих дней по болезням за год

187

219

6

Коэффициент
частоты травматизма на 100 чел.

3,62

4,65

7,41

7

Коэффициент
тяжести травматизма

72

35

21

8

Коэффициент
потерь рабочего времени по травматизму на 100 чел.

260,87

162,6

155,55

Определим коэффициент частоты травматизма на 100
рабочих: [29]

Кч=n1/npх100
(4.1)

где п1 — число травм за год;

пР — среднесписочная
численность рабочих.

Приведем расчет по 2007 году, результаты
расчетов по остальным годам сведем в таблицу 5.1.

Кч= 1/276 х 100 = 0,36.

Определим коэффициент тяжести травматизма,
который характеризует среднюю длительность временной нетрудоспособности
пострадавших: [29]

 

Кт = Дн/п1(4.2)

где: Дн — число потерь рабочих
дней за год.

Кт = 72/1
=72 . Определим коэффициент потерь рабочего времени на 100 человек:

Кл= Дн / пР
х 100   (4.3)

Кп= 72/276
х 100 = 2,60

4.1.2 обстоятельства и причины
травматизма

В предприятии в 2007г. произошло один несчастный
случай.

При демонтаже с ремонтируемого трактора, в
результате обрыва крюка, произошло падение двигателя. Слесарь получил травму.

диагноз — переломы пальцев правой руки.

Число потерь рабочих дней — 72.

Причина происшествия — использование строп после
окончания срока действия плановой проверки.

В 2008г. в предприятии произошёл один несчастный
случай. При погрузке ремонтного материала рабочий находился в непосредственной
близости от автопогрузчика и, в результате падения груза получил травму.

диагноз — ушиб голеностопного сустава.

Число потерь рабочих дней — 35.

Причина происшествия — несоблюдение требований
техники безопасности.

В 2009г. в предприятии произошёл один несчастный
случай.

В теплице, пренебрегая требованиями техники
безопасности, рабочий находился около электропривода форточек, где
отсутствовало заземление. В результате он получил травму от поражения
электрическим током.

Диагноз — поражение электрическим током.

Число потерь рабочих дней -21.

Причина происшествия — несоблюдение требований
техники безопасности.

.1.3
Мероприятия по предупреждению травматизма

Проанализировав описанные выше происшествия,
предлагаю следующие мероприятия по предупреждению травматизма:

. К работе допускать лиц, прошедших инструктаж
по технике безопасности при выполнении конкретных работ, изучивших устройство и
правила эксплуатации различных механизмов и приспособлений.

. Не допускать к эксплуатации механизмы и
приспособления, техническое состояние которых не соответствует техническим
условиям.

. Систематически проводить обучение работников
приемам безопасного выполнения работ, правилам техники безопасности с последующим
проведением аттестационных экзаменов.

4.1.4
Описание заболеваний рабочих на предприятии

Проанализировав больничные листы работников
предприятия, выявили, что порядка 87% заболеваний имеют простудный характер
(ОРЗ, бронхит и т.д.), 5% — хронические заболевания, остальные 8% —
профессиональные заболевания:

у токарей и слесарей — заболеваний

1. Произвести проверку эффективности системы
отопления в производственном помещении, при необходимости заменить трубы и
радиаторы системы на новые.

. Повысить производительность системы вентиляции
на моечном и сварочном участках.

улучшить освещение на всех производственных
участках путем установки дополнительных ламп.

Оборудовать специальные площадки для отдыха
рабочих во время обеденных перерывов на свежем воздухе.

Провести контурное заземление всего оборудования
с электроприводом

4.1.6 состояние противопожарной
безопасности

В результате осмотра теплицы был выявлен ряд
нарушений правил пожарной безопасности:

.        В некоторых местах электропроводка
имеет механические
повреждения, нарушение изоляционной оболочки.

Загромождение выхода.

Неполное укомплектование противопожарного щита.

4.1.7 Противопожарные мероприятия

Согласно выявленных нарушений принимаем
следующие противопожарные мероприятия:

.        Заменить поврежденную электропроводку и
устаревшее электрооборудование на новые.

Освободить выходы.

.        Доукомплектовать противопожарные щиты
необходимым набором инструментов.

4.1.8 Описание состояния условий
труда

анализ условий труда выявил ряд недостатков,
оказывающих значительное влияние на состояние здоровья работающих:

повышенная влажность воздуха.

Наличие сквозняков в теплице.

.        недостаточное обеспечение рабочих
средствами индивидуальной защиты.

4.1.9 Мероприятия по улучшению
условий труда

Увеличить производительность системы вентиляции.

Обеспечить достаточный уровень герметизации
оконных и дверных проемов.

Обеспечить рабочих средствами индивидуальной защиты
согласно типовым отраслевым нормам бесплатной выдачи.

.2 Экологичность проекта

4.2.1 Описание экологически вредных
факторов производства

Хранение удобрения в рабочем помещении.

Сжигание высохшей ботвы.

Засорение прилегающей территории отходами тепличного
производства.

.2.2 Мероприятия по обеспечению
экологически чистого производства

1.       Обеспечить хранение удобрений в
специально отведенном помещении

Сжигание ботвы в специально отведенном месте с
изгородью или использовать как биоудобрения.

Организовать сбор и вывоз отходов производства
на свалку.

4.3 Заземление

Заземление — одна из основных и старейших
защитных мер. Это преднамеренное соединение частей электроустановки с
заземляющим устройством, которым принято считать заземлители и заземляющие проводники.
Заземлители бывают естественные и искусственные. В качестве естественных
заземлителей используют проложенные под землей водопроводные и другие
трубопроводы (кроме труб для горючих и взрывчатых жидкостей и газов, а также
покрытых изоляцией для защиты от коррозии, обсадных труб и металлических
конструкций, арматуры железобетонных здании и сооружений). нельзя использовать
для заземления оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники.

В качестве искусственных проводников для
вертикального погружения в землю берут угловую сталь, стальные стержни, трубы и
т, д. Для горизонтальной прокладки в земле применяют стальные полосы, круглую
сталь, другие проводники. Так как искусственные заземлители, находящиеся в
земле, подвергаются коррозии, в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ)
утверждены нормы на их размеры, приведенные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Правилах устройства
электроустановок

Заземлитель

Размер,
мм

место
расположения

в
здании

в
наружных установках

в
земле

Угловая
сталь

Толщина
полосы

2

2,5

4

Круглый

диаметр,
мм2

5

6

6

Прямоугольный

Сечение

24

48

48

Стальная
газопроводная труба

Толщина
стенок

2,5

2,5

3,5

Стальная
тонкостенная труба

Толщина
стенок

1,5

Не
допускается

Заземляющими проводниками могут быть
металлические конструкции зданий и сооружений, каркасы распред-устройств,
стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей,

Заземлители и заземляющие проводники,
находящиеся в земле, окрашивать строго запрещается. В электроустановках
напряжением до 1000В сечение заземляющих проводников не может быть меньше
указанного в таблице 4.2 (мм).

Таблица4.2. Сечение заземляющих проводников

Проводники

Медь

Алюминий

голые
при открытой прокладке

4

6

Изолированные

1,5

2,5

Заземляющие
жилы кабелей или многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными
жилами

1

1,5

Различают защитное, рабочее и грозозащитное
заземление. Защитное заземление служит для обеспечения электробезопасности
людей и сельскохозяйственных, животных, Все заземления, выполняемые в
электроустановках напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью, относятся
к категории защитных.

Рабочее заземление выполняется для
электроустановок; оно способствует определенному режиму работы в нормальных и
аварийных условиях. В качестве примера можно привести заземление нейтрали трансформаторов
напряжением 110 кВ. Предельные значения сопротивлений заземляющих устройств
установлены ПУЭ.

Пока не установлены нормы на предельно
допустимые значения напряжений шага, но правила требуют, чтобы элементы
искусственных заземлителей по площади располагались равномерно. Соблюдение
этого требования направлено на уменьшение шагового напряжения.
нельзя применять в качестве заземляющих проводников металлические оболочки
трубчатых проводов (провода типа ТПРФ), металлические оболочки изоляционных
трубок. Согласно ПУЭ, заземление металлических корпусов электрооборудования,
нормально не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под ним в
результате пробоя изоляции, необходимо выполнять при напряжении 500В и выше.
Заземлению не подлежат: арматура подвесных и опорных изоляторов, кронштейны и
осветительная арматура на деревянных опорах высоковольтной линии, корпуса
электроизмерительных приборов, реле, установленные на щитках, в шкафах.

Рис 4.1. Схема трехфазной сети с заземленной
нейтралью

В нашей стране почти все сельские электрические
сети напряжением 380/220.В выполнены с глухозаземленной нейтралью (рис. 4.1).
Это — нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему
устройству непосредственно или через малое сопротивление. Металлические части
электроустановок на 380/220В с глухозаземленным нулевым проводом, которые могут
оказаться под напряжением из-за нарушения изоляции, заземляют соединением с
нулевым проводом сети (зануляют). В этих электроустановках заземлять корпуса
электрооборудования без соединения с нулевым проводом сети запрещается. На
рисунке 4.2 изображена схема электроустановки, где корпус электродвигателя не
имеет контакта с землей. В случае пробоя электроизоляции обмотки электродвигателя
и замыкания фазного провода на корпус напряжение между корпусом и землей будет
равно фазному (220 В) и не нарушит его нормальной работы. Прикосновение
человека или животного, стоящего на земле или мокром полу, к корпусу или
металлическим частям установки, на которых закреплен электродвигатель, может
привести к смертельному исходу от поражения электрическим током. Поэтому
нетоковедущие части (станины, кожухи и корпуса электроприемников) заземляют.

Рис. 4.2. Схема трехфазной сети с заземленным
нулевым проводом: 1 — нулевой провод; 2- зануляющий провод

На рисунке 4.3 показана электрическая схема
установки, у которой заземлен корпус электродвигателя. При нарушении изоляции и
замыкания на корпус между ним и землей будет напряжение, величина которого
прямо пропорциональна сопротивлению заземления.

а                                             б

Рис. 4.3 Схема заземления электродвигателя: а —
без заземления корпуса; б — с заземлением корпуса

Чем меньше сопротивление заземления корпуса
электродвигателя, тем меньше напряжение между корпусом и землей. Исходя из
условий электробезопасности, заземлитель следует монтировать непосредственно
возле заземляемого оборудования, т. е. у электродвигателя. Чтобы в сетях с
глухозаземленной нейтралью увеличить ток однофазного замыкания на землю до
величины срабатывания защиты, все нетоковедущие металлические части — корпуса
электрифицированных машин, электродвигателей, электроводонагревателей,
переносных электроприборов, металлические каркасы распределительных щитов,
щитков и силовых шкафов, корпуса пусковых аппаратов, металлическая и облучающая
арматура, металлическая оболочка кабелей и проводов — должны быть заземлены.

На рисунке 4.4 показаны правильные и
неправильные схемы заземления. В мастерских и других производственных
помещениях с большим количеством установленного электрооборудования в
соответствии с требованиями ПТЭ и ПТБ по стенам внутри помещения прокладывают
магистральную линию заземлений, выполненную сталью полосовой размером 3х3 мм2
или круглой диаметром не менее 5 мм и соединенную с нулевым проводом при вводе
его в помещение.

         а                 б

Рис. 4.4. Схемы заземления электродвигателей: а
правильная; б — неправильная

На рисунке 4.5 показана схема трехфазной
электроустановки с заземленной нейтралью. Провод, соединенный с заземленной
нейтралью, называют нулевым, а преднамеренное соединение частей установки с
заземленной нейтралью трансформатора или генератора — занулением. По этой цепи
при однофазном замыкании протекает достаточно большой ток, который способен
обесточить цепь за счет плавкой вставки или срабатывания автомата. Очень часто
нулевой провод служит рабочим для подключения однофазных приемников. В этом
случае его принято называть зануляющим.

Рис. 4.5. Схема зануления при наличии короткого
замыкания фазы А на корпус и замыкания фазы С на землю:

N — нулевой
проводник, Iф-з
— ток замыкания на землю, Iк
— ток короткого замыкания, Rзм
— сопротивление заземления нулевого провода, Rзм
пов — тоже повторное, Rзам
— сопротивление замыкания фазы на землю.

Но эта сеть имеет недостатки. При замыкании
фазного провода одного электроприемника на корпус во всех остальных до
срабатывания защиты появляется напряжение относительно земли, потому что все
они соединены с нулевым проводом. чтобы уменьшить напряжение между нулевым
проводом и землей, надо устраивать больше повторных заземлителей с меньшей
величиной сопротивления, что позволит уменьшить напряжение между нулевым
проводом и землей в момент однофазного замыкания на корпус.

Глухозаземленный нулевой провод воздушных линий
напряжением 380/220 В должен иметь одинаковые марку и сечение с фазными
проводами на участках, питающих животноводческие и птицеводческие фермы,
независимо от материала и сечения проводов. Если нет возможности обеспечить
другими средствами необходимой защиты от коротких замыканий на землю,
допускается применение нулевых проводов с большим сечением, чем у фазных
проводов.

4.4 Расчет контурного заземления
теплицы

Сопротивление растеканию тока, Ом, через
одиночный заземлитель из труб диаметром 25…50 мм

Rтр=0,9(p/lтр),Ом
(4.4)

где р -удельное сопротивление грунта, которое
выбирают в зависимости от его типа, Ом-см (для песка оно равно 40 000…70 000,
для супеси — 15 000…40000, для суглинка — 4000…15 000, для глины
800…7000, для чернозема — 900…5300);так как почва имеет структуру чернозема
принимаем среднее

Rтр=0,9()=270

затем определяют ориентировочное
число вертикальных заземлителей без учета коэффициента экранирования

n= Rтр/r (4.2)

где r —
допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом.

n =270/4=68шт

В соответствии с Правилами
устройства электроустановок (ПУЭ) на электрических установках напряжением до
1000 В допустимое сопротивление заземляющего устройства равно не более 4 Ом.

Разместив вертикальные заземлители
на плане и определив расстояние между ними, определяют коэффициент
экранирования заземлителей (табл. 4.3).

Таблица 4.3. Коэффициенты
экранирования заземлителей

Число
труб (уголков) 

Отношение
расстояния между трубами (уголками к их длине)

Отношение
расстояния между трубами (уголками к их длине)Отношение расстояния между трубами
(уголками к их длине)

4

1

0,66…0,72

2

0,76…0,8

3

0,84…0,86

6

1

0,58…0,65

2

0,71…0,75

3

0,78…0,82

10

1

0,52…0,58

2

0,66…0,71

3

0,74…0,78

20

1

0,44…0,5

2

0,61…0,66

3

0,68…0,73

40

1

0,38…0,44

2

0,55…0,61

3

0,64…0,69

60

1

0,36…0,42

2

0,52…0,58

3

0,62…0,67

Число вертикальных заземлителей с учетом
коэффициента экранирования

n1=n/ (4.3)

n1=68/0,36=188шт

Длина соединительной полосы, м,

lп= n1а (4.4)

где а — расстояние между
заземлителями, м.

а=м

lп=1882,5=470

После этого следует уточнить
. Если а/lтр =2,5/3=0,83
что < 3, принимаем  = 1.

Пересчитаем количество вертикальных
электродов и периметр заземляющей полосы

n1=68/1=68шт

lп=682,5=170

Так как расчетная длина
соединительной полосы незначительно больше периметру теплицы, то длину
соединительной полосы необходимо принять равной периметру теплицы плюс 12… 16
м.

ап= lп +12 (4.5)

ап=170+12=182м

Сопротивление растеканию
электрического тока через соединительную полосу, Ом,

Rn=2,1(p/ln), (4.6)

Rn=Ом

Результирующее сопротивление
растеканию тока всего заземляющего устройства, Ом,

R3=, (4.7)

где п —
коэффициент экранирования соединительной полосы = 0,7 (табл.2).

R3=Ом

полученное результирующее
сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства сравнивают с
допустимым.

На плане теплицы размещают
вертикальные заземлители и соединительную полосу.

Таблица 4.4. Коэффициенты
экранирования соединительной полосы

Отношение
расстояния между заземлителями к их длине

Число
труб

4

8

10

20

30

40

1

0,45

0,36

0,34

0,27

0,24

0,21

2

0,55

0,43

0,40

0,32

0,30

0,28

3

0,70

0,60

0,56

0,45

0,41

0,37

РАЗДЕЛ 5. экономическая ЧАСТЬ

.1 Экономическое обоснование проекта

Экономическую эффективность характеризуют
следующие показатели:

снижение затрат на традиционные теплоносители;

повышение производительности труда;

использование полезной площади покрытия теплицы
на гелиокотел;

время окупаемости капиталовложений;

годовой экономический эффект.

Основные капиталовложения теплицы состоят из капиталовложений
на сооружения, строения и оборудование:

К=Сб+Б,(5.1)

где Сб — стоимость сооружении и
построек, руб.;

Б — балансовая стоимость оборудования, руб.

С учетом транспортировки и монтажа определяют
балансовую стоимость сооружений и построек по формуле:

Сб =Vб  Kv (5.2)

где Vб — объем
строения базовой теплицы=2160 м3;

Vс — объем
существующей теплицы=2160 м3;

Kv — стоимость
1 м3 строения теплицы, Kv =128руб

Для проектируемой теплицы;

Сбп =2160 128 = 276480руб

для существующей теплицы:

Сбс=2160128=276480руб.

Балансовую стоимость гелиокотла
определяют по формуле:

Б=КЦ, (5.3)

где К — коэффициент, который
учитывает затраты на транспортировку и монтаж оборудования, К= 1,2;

Ц — прейскурантная цена гелиокотла,
руб.

Б=1,2143700=172440руб.

Цены на комплектующие гелиокотла
вносим в таблицу 5.1.       

Таблица 5.1 — Цены на комплектующие
гелиокотла

Наименование

Единица
измерения

цена,
руб.

ДСП
2х1,5х0,02

м

21000

Деревянный
брус 10х10

м

54400

Труба
алюминиевая d10

м

1800

Стекло

м2

38400

Прокат
алюминиевый 2х1,5

м2

18000

Электровентилятор
ПВУ

шт.

1050

Втулка
d15

шт

4050

вместе

143700

Балансовую
стоимость

172440

Капиталовложения для проектируемой теплицы:

Кп= Сбп + Б (5.4)

Кп=276480+172440=448920 руб.

Эксплуатационные затраты состоят из оплаты
труда, амортизационные отчислений, отчислений на текущий ремонт, затрат на
электроэнергию и др.

Годовая программа теплицы рассчитывается по
формуле:

Рк=Т.Q.t,
(5.5)

где Т — число дней работы теплицы в году, Т =
240 дней;

Q —
производительность теплицы, Q
ск
— 4 т/мес; Q пр
= 4,5 т/мес;

t — время работы
теплицы в день, t
ск
= 7 час; t пр
= 7 час,

Для существующей теплицы годовая программа
составляет:

Ркс =240.4.7 =
6720 т. (5.6)

Для проектируемой теплицы годовая программа
составляет:

Ркп =240.4,5.7
= 7560 т.

Затраты на оплату труда с учетом отпусков и
перерасчетов определяют формуле:

Зоп =[(Т.3,2.m1.t1)+(
Т.2,8.m2.t2)]
.1,9 (5.7)

где Т — число дней работы теплицы;

,2; 2,8 — часовые тарифные ставки оператора и
работника, час;

m1;
m2
— число операторов и работников, в проектируемой теплицы непосредственно, (не
включая уборку, посадку и доставку удобрения) работает 2 человека; в
существующей — 4 человека, за счет преобладания ручного труда

,9 — коэффициент, учитывающий начисления.

Фонд оплаты труда в существующей теплице:

Зоп.с =[(240.3,2.2.8)+(
240.2,8.2.8)] .1,9=23,40 руб.

Фонд оплаты труда в проектируемой теплице;

Зоп.п =[(240.3,2.2.8)+(
240.2,8.1.8)] .1,9=21888 руб.

Амортизационные отчисления теплицы состоят из
амортизационных счислений здания, машины, оборудования:

А= (5.8)

Ка — коэффициент
ежегодных амортизационных отчислений, %.

Отчисления на амортизацию
сооружений:

для существующей теплицы:

Зам.с.с==9285 руб.

для проектируемой теплицы:

Зам.с.п=8570,9 руб.

Отчисления на амортизацию
оборудования:

для проектируемой теплицы:

Зам.с.п==34833,6
руб.

Отчисления на текущий ремонт
сооружений составляет 3% от первоначальной стоимости:

для существующего кормоцеха:

Зт.р.с.= =8985,6 руб.

для проектируемого кормоцеха:

Зт.р.п.= =8294,4руб.

затраты на электроэнергию
рассчитываются по формуле:

Зэ.=240. N.2,6
(5.9)

где N — суточные затраты на
электроэнергию, кВт.час; (по данным хозяйства Nс≈193
кВт.час и Nп≈188,5 кВт.час с учетом
экономии от солнечной энергии)

,6- цена электроэнергии, руб/кВт.час

— количество дней работы.

Зэ.п=240.
188,5.2,6=117624 руб.

Зэ.с=240. 193.2,6=120432
руб.

Общая сумма эксплуатационных затрат
составит:

Зэ=Зоп+Зам.с+Зт.р.
+Зэ,(руб) (5.10)

Зэс=23040+9285+8985,6+120432=214081,6руб.

Зэп=2188+8570,9+8294,4+117624=205692,5руб.

Эксплуатационные затраты на
приготовление удобрения определяют по формуле:

Ск= (5.11)

где Рк — годовая
программа кормоцеха, руб.

Эксплуатационные затраты на
производительность теплицы составят:

в существующей теплице:

Ск.с.==31,8 руб./т

в проектируемой теплице:

Ск.п==27,2 руб./т

годовая экономия эксплуатационных
затрат:

Е=( Ск.с- Ск.п)
. Ркп (5.12)

Е=( 31,8- 27,2) .
7560=34776руб

затраты труда на приготовление 1т
продукции можно определить по формуле:

Зт=, (5.13)

где qm — суточные
затраты труда в теплице, чел.час;

аm — суточная
производительность теплицы, т/сут.

суточные затраты труда:

в существующей теплице:

qmс =4.8=32
чел.час;

в проектируемой теплице:

qmп =3.8=24чел-час.

затраты труда на производство:

в существующей теплице:

Зm с==0,67
чел-час/т

в проектируемой теплице:

Зm п==0,43
чел-час/т

таким образом, экономия труда на
приготовление 1т продукции составит:

m= Зm с- Зm п (5.14)

m
=0.67-0.43=0, 24 чел-час/т

следовательно, экономия труда в
проектируемой теплице в сравнении с существующей будет составлять:

Е= m .Рк.п
(5.15)

Е=0,24.7560=1814,4
чел-час

капиталовложения на получение 1 т
продукции составит:

Кк.в.=, (5.16)

для существующей теплицы:

Кк.в.с==87,7руб/т

для проектируемой теплицы:

Кк.в.п==74,9 руб/т

годовые приведенные затраты
рассчитываются по формуле:

Ппр=Зэ+К .
Ен (5.17)

Для существующей теплицы:

Ппр.с.= 214081,6+589800
.0,2=332041,6 руб.

Для проектируемой теплицы:

Ппр.п=205692,5+566760.0,2=133921,5
руб.

Приведенные затраты на 1 т
продукции: — для -существующей теплицы:

Пс==49,4руб.

для проектируемой теплицы:

Пп==17,7руб.

годовой экономический эффект
определяется:

Эг=[(Скс+Кквс.0,2)-(
Скп+Кквп.0,2)] .Ркп,
(5.18)

Эг=[(31,8 +87,7.0,2)-(27,2
+74,9.0,2)] . 7560=54129,6руб.

Срок окупаемости капитальных
вложении составит:

Т0= (5.18)

Т0==3,18 года

Результаты расчетов сводим в таблицу
5.2

Таблица 5.2 экономическая
эффективность проекта

Показатели

Варианты
теплиц

существующий

Проектируемый

Годовая
программа

6720

7560

Капиталовложения:
основные — удельные

 589800
87,7

 566760
74,9

Затраты
производства на 1 т. -труда, чел.час; -эксплуатационные, руб. —
приведенные, руб.

 0,67
31,8 49,4

 0,43
27,2 17,7

Экономия:
-труда, чел.час; -эксплуатационных затрат, руб.

 —

 1814,4
34776

Годовой
экономический эффект, руб.

Срок
окупаемости капитальных вложений, лет.

3,1

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.       Агаркова
А.М., Ивешко Г.Г. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов
при эксплуатации теплиц. — К.: Будивельник, 1985. -120с.

.        Безручко
А.С., Пчелкин Ю.Н. Система автоматического регулирования микроклимата в
теплицах. — «Механизация и электрификация сельского хозяйства» , 1984, №6, с.11

.        Беккет,
Кеннет. Растения под стеклом /Перевод с англ. М.Г. Барабанщикова; Под редакцией
И.В. Дрягиной.- М.: мир, 1988. — 197 с.

.        Бодин
А.П, Московкин Ф.И. Новое электрооборудование для сельского хозяйства. — М.:
Россельхозиздат, 1975. — 239 с.

.        Бурлаков
В.С.Разработка и исследование принципиальных конструкций гелеоэлектрических
установок для подогрева воды и воздуха // Сб. научных трудов ХЗВИ, выпуск 9,
часть 3, Харьков. 2001.-С. 261-264.

.        Вернер
В.В. основы термодинамических расчетов вентиляций и кондиционирования воздуха.
М. «Высшая школа»1995

.        Гариков
В.В. Теплофизические расчеты сельскохозяйственных производственных зданий М.,
Стройиздат, 1983, 216с.

.        Голуб
Г.А. микроклимат сооружений для выращивания грибов //Вестник аграрной науки. —
2003. — №10. — С. 46-49.

.        ГОСТ
12.4.155-85 «Устройства защитного отключения. классификация. Общие требования.»

.        ДНАОП
0.00-1.32-01 Правила строения электроустановок. Электрооборудование специальных
установок.

.        Дорохов
И. А. рекомендации по технологии выращивания рассады овощных культур в
пленочных теплицах. МСХ. СССР. главное управление картофеля, овощных и бахчевых
культур. М., «Колос»,1982, 14с.

.        Зуев
В.С. Устройство и расчет парников с электрическим обогревом. М., ВИЭСХ, 1998,
с77 .

.        Климов
В.В. Оборудование теплиц для подсобных и личных хозяйств. — М.:
Энергоатомиздат, 1992. — 96 с.

.        Кудрявцев
И.Ф. и Карасенко В.А. электрический нагрев и электротехнология. — М.: Колос,
1975 — 384 с.

.        Луковников
А.В., Шкрабак В.С. Охрана труда. — М.: ВО Агропромиздат, 1991.-288 с.

.        Марченко
О.С. Справочник по монтажу и налаживанию электрооборудования в сельском
хозяйстве. — К.: урожай, 1994. — 240 с.

.        Мартыненко
И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. — 2-ое изд., перераб. и
доп. — М.: Агропромиздат, 1990. -243 с.

.        Овощеводство
защищенного грунта. Под ред. Д-ра с-х. наук С. Ф. Ващенко. «Колос». 1989. с.350

.        Пособие
по проектированию теплиц и парников: (к СНиП 2.10.04-85)/разраб.
Гипронисельпром Госагропрома ССР: Н.А. Нестругин, В.И. Костенецкий, В.З. Павлов
и др.- М.: Стройиздат, 1988. — 72 с.

.        Правила
технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники
безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. — М.:
Энергоатомиздат, 1986. — 424 с.

.        Прищеп
Л.Г. эффективная электрификация защищенного грунта. -М.: Колос, 1980.-208 с.

.        Садовой
А.Ф., Советов В.П. Установки искусственного климата. — М.: Агропромиздат, 1985.
— 72 с

.        Сакулин
В.П. Охрана труда при монтаже и эксплуатации сельских электроустановок. -Л.:
Агропромиздат, 1987. — 223 с.

.        Усатенко
С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД:
Справочник. — М.: Издательство стандартов,1989.- 325с.

Учебная работа. Проектирование системы электрообогрева теплицы с использованием солнечной энергии в ООО Агрофирме &#039;Росток&#039; Ивнянского района

Учебная работа. Проектирование системы электроснабжения поселка

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование системы электроснабжения поселка

Введение

Электрификация, т.е. производство, распределение и применение
электроэнергии, — основа устойчивого функционирования и развития всех отраслей
промышленности и сельского хозяйства страны и комфортного быта населения.

Сельское хозяйство получает электроэнергию в основном от энергетических
систем. Воздушными линиями охвачены почти все населенные пункты.
Электроснабжение сельскохозяйственных объектов имеет свои особенности по
сравнению с электроснабжением промышленности и городов. главная из них — это необходимость
подводить электроэнергию к большому числу сравнительно маломощных
электроприемников, рассредоточенных на значительной территории, что определяет
особенности соответствующих проектных решений.

В данном курсовом проекте необходимо: спроектировать систему
электроснабжения 10 кВ., выбрать трансформатор, выбрать коммутационно-защитные
аппараты, спроектировать систему электроснабжения 0,4 кВ для данного поселка.
необходимо проверить выбранное оборудование на действие токов короткого
замыкания.

Характеристика объекта и исходной информации

Объектом электроснабжения является поселок на 46 двухквартирных домов.
Данный поселок относится к потребителю III категории. По надежности электроснабжения.

На территории поселка, кроме жилых домов также находятся следующие
социально-культурные здания: дом культуры, магазин на 2 рабочих места,
начальная школа на 40 учащихся, столовая и детский сад. План поселка приведен
на листе 1 графического материала.

Источником питания является ВЛЭП-10 кВ, проходящая с
северной стороны в 500 метрах от поселка. Расчетные нагрузки по
социально-бытовым и культурным учреждениям приведены в табл. В.2.

Таблица В.2. Расчётные нагрузки по социально-бытовым
учреждениям

№ п/п

Наименование потребителя

Нагрузка

Р, кВт

Q, квар

1

Дом культуры

3

1,5

2

магазин на 2 рабочих места

4

1,92

3

Начальная школа на 40
учащихся

5

1,65

4

Детский сад

4

1,32

5

Столовая

10

4

1. Проект системы электроснабжения 10 кВ

.1 Обоснование схемы

Ранее указывалось, что потребитель электроэнергии жилой посёлок с
административными и социально-культурными (бытовыми и детскими) учреждениями
относятся к потребителям третьей категории по надежности электроснабжения.
следовательно, для его электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ
используется однотрансформаторная подстанция напряжением 10/0,4 кВ. Подключение
этой подстанции к источнику питания осуществляется отпайкой от ВЛ-10 кВ,
проходящей с северной стороны посёлка, также в виде ВЛ.

Схема ТП 10/0,4 кВ типовая, в которой со стороны высокого напряжения (РУВН)
расположены: разъединитель как коммутационный аппарат; предохранители как
защитные аппараты; разрядники как защитные аппараты от перенапряжений,
приходящих с ВЛ.

Описанная однолинейная принципиальная схема представлена на рис 1.1.

В качестве наилучшего места для установки подстанции является так
называемый центр электрических нагрузок. Учитывая застройку посёлка, подстанцию
разместили в месте, указанном на плане. С учётом указанного места установки
подстанции длина отпайки будет 1500 м.

1.2 Расчет электрических нагрузок

Для того, чтобы рассчитать электрическую сеть, то есть выбрать мощность
трансформатора, сечение ЛЭП, электрические аппараты, необходимо рассчитать для
них расчетные нагрузки.

Расчетная нагрузка это такая постоянная во времени величина, которая
приводит к установившемуся нагреву, как и максимальный нагрев при реальной
передачи энергии потребителю в то время когда объект будет функционировать. В
качестве исходной информации при оценке расчетной нагрузке по подстанции
являются расчетные нагрузки на вводах в квартиру и расчетные нагрузки
общественных учреждений и коммунальных потребителей указанных в таблице В.1

В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП) расчетная
нагрузка на вводе в квартиру в данном населенном пункте принимается 3 кВт.

Для потребителей жилищно-коммунального характера в качестве метода оценки
расчетных нагрузок применяются: для жилищных потребителей — метод коэффициента
одновременности, как однородных потребителей. Для учета расчетной нагрузки
общественных и коммунальных потребителей используется метод попарного
суммирования. Согласно методу коэффициента одновременности расчетная нагрузка
жилищных потребителей определится по выражению:

Pж = Ко·i ,

где
Рi — расчетная нагрузка на вводе в одну квартиру,

n — число
квартир в поселке 92,

Ко
— коэффициент одновременности 0,26,

Pж = 0,26·92·3 = 71.76 кВт.

Для
оценки реактивной мощности для жилищных потребителей примем cosφ=0,98 => tgφ=0,2,
тогда реактивная мощность полная мощность определится по выражению:

Qж = Pж· tgφ,

Qж = 71.76·0,2 = 14.352 квар.

Определяем расчетную нагрузку неоднородных потребителей. Для этого
используем метод попарного суммирования:

 = ΔPДК + ΔPмаг + ΔPшк + ΔPдет сад + ΔPст ,

где
k — количество неоднородных потребителей,

ΔP — доля
нагрузки потребителя, определяемая по таблице.

 = 1,8 +
2,4 + 3 + 2,4 + 6 = 15,6 кВт.

Реактивная
нагрузка неоднородных потребителей определяется:

ΔQ = ΔQДК
+ ΔQмаг + ΔQ шк + ΔQ
дет сад + ΔQст ,

ΔQ = 0,9 + 1,15 +
1 + 0,8 + 2,4 = 6,25 квар.

Суммарная
нагрузка будет равна:

Pр = Pж + ,

Pр = 71.76 + 15,6 = 87.36 кВт.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр = Qж + ΔQ,

Qр = 14.352 + 6,25 = 20,602 квар.

К
выше полученной расчетной нагрузке, которая состоит из нагрузки жилых домов,
социально культурных учреждений необходимо добавить нагрузку уличного
освещения.

Примем
ширину проезжей части улиц посёлка 9 — 12 м с покрытием простейшего типа, при
котором норма освещённости равна 2 Лк. Для достижения этой освещённости
необходима удельная электрическая мощность осветительных установок 7 Вт/м,
отсюда определим суммарную мощность осветительных установок:

Pосв = Pуд·L,

Pосв = 7·1150 = 8,05 кВт.

Для
реализации освещения улиц примем светильники с лампами ДРЛ, мощностью 250 Вт
каждая. Отсюда количество ламп, необходимых для установки по улицам:

k =  =  = 32.

Принимаем
число ламп k = 32.

Для указанных ламп коэффициент мощности cosφ = 0,85, тогда реактивная мощность
осветительной нагрузки:

Qосв
= Pосв· tgφ = 8,05·0,62 = 4.991 квар.

Итого расчётная нагрузка по подстанции составит:

Pрас
= Pр + Pосв = 87.36 + 8,05 =95.41 кВт,

Qрас
= Qр + Qосв
= 20.602 + 4.991 =
29,13 квар,

Sрас = ==98,78кВА.

1.3
Расчет электрической сети

1.3.1
Выбор мощности трансформатора

При
обосновании схемы электроснабжения принята однотрансформаторная подстанция, для
которой в соответствии с методикой выбора мощности трансформатора, мощность
трансформатора определяется по условию:

Sтн > Sрас,

По
шкале номинальных мощностей выбираем мощность трансформатора Sтн = 100 кВА. Принимаем трансформатор ТМ-100.

Паспортные
характеристики этого трансформатора равны:

ΔPхх = 0,33 кВт,

ΔPкз = 2,27 кВт,

Uk =
4,7 %.

1.3.2 Расчет сечения линии электропередачи

Критериями для расчета сечения ЛЭП напряжением 10 кВ являются: а)
длительно допустимый ток; б) экономическая плотность тока; в) механическая
прочность.

Расчётный ток равен:

Iр = ==5.7 А.

Для
реализации ВЛ-10 кВ принимаем провод марки АС, для которого на основании
справочной информации из условия Iдоп > Iр, где Iдоп —
допустимая токовая нагрузка для соответствующего сечения. Исходя из условия (Iдоп) принимаем сечение с учётом механической прочности
для ВЛ-10 кВ — 35 мм2, марка — АС-35, для которого Iдоп = 175 А.

Оценим
сечение линии электропередач по экономической плотности тока. Принимаем для
указанного потребителя электрической энергии число часов использования
максимальной мощности Тм = 5000 ч в год.

Тогда
в соответствии со справочной информацией принимаем значение экономической
плотности тока jэ = 1,1
А/мм2, тогда расчётное экономическое сечение определяется по
формуле:

S э = Iр/ jэ
= 5.7/1,1 = 5.18 мм2.

Принимаем
ближайшее значение. Итого на основании рассмотренных критериев принимаем
большее сечение, т.е. провод марки АС-35.

1.3.3 Выбор электрических аппаратов

Электрические аппараты по функциональному назначению были определены на
стадии обоснования схемы электроснабжения:

QS1 —
разделитель, необходим для снятия U с отпайки при ремонтных работах и профилактических.

QS2 —
разделитель, необходим для снятия напряжения с подстанций.

FU —
предохранитель, необходим для реализации защиты трансформатора от ненормальных
режимов работы.

Теперь произведем выбор указанных электрических
аппаратов по номинальному току:

а) выбор разъединителей.

Условием выбора является Iн>Iр,
где Iн — номинальный ток разъединителя, а Iр — расчетный ток.

Выбираем разъединитель для наружной установки типа
РЛНД — 10/200 с номинальным током Iн=200А.

б) выбор предохранителя.

Предохранитель выбирается по номинальному току предохранителя из условия Iн>Iр, и по номинальному току плавкой вставки из условия Iнп > Iр·kз,

где kз = 1,25 коэффициент запаса,
учитывающий погрешность расчётов.

Принимаем предохранитель марки ПКТ с номинальным напряжением 10 кВ и
номинальным током отключения 31,5 А.

Iнп > 5.7·1,25 =7.125 А,

Принимаем плавкую вставку с номинальным током 8 А

1.4 Проверка оборудования на действия токов КЗ

Ранее электрические сети ( трансформатор, проводники ЛЭП, электрические
аппараты) были выбраны исходя из нормального режима работы. После этого их
необходимо проверить и при необходимости скорректировать выбор, исходя из
условий действий токов КЗ. Этими условиями являются:

а) термическое действие- проверка на термическую стойкость.

б) динамическое действие-проверка на динамическую способность.

В соответствию с ПУЭ из элементов, рассматриваемых в данном проекте,
подлежит проверке следующее: электрические аппараты- на термическую и
динамическую стойкость.

Для проверки аппаратов на действия токов КЗ необходимо рассчитать токи в
точках:

а) К1- для проверки QS1

б) К2 — для проверки QS2
и FU

Вид КЗ-трехфазный.

Для расчета токов КЗ в качестве исходной информации принимаем:

а) ток на подстанции РТП на шинах 10 кВ Iкз=7 кА

б) удаленность точки К1 от подстанции L=5 км, проводом АС-50.

Для расчета токов КЗ составляем схему замещения:

Рис. 1.2. Схема замещения

где Х0- удельное сопротивление.

Полное сопротивление до точки К1 равно

До
точки К2 равно:

Рассчитаем
токи КЗ в точках К1 и К2:

 

Проверки
QS1:

На
термическую стойкость

I2ТС*tT-условный импульс теплатс-ток термической стойкости

tт- время его протекания ( задается заводом изготовителем,
справочная информация)n- приведенное время действия токов КЗ

n=tc3+tотк

tc3- время срабатывания защиты

tотк- время отключения аппарата

tc3=0

tотк=0,5 с

Iтс=16 кА

tт=1 c

>0,98
к А2с

Разъединитель
обладает термической стойкостью.

На
динамическую стойкость:

Условием
проверки является:

где
 — показатель динамической стойкости(показатель
паспортной характеристики);

iдин=41 кА

 —
ударный ток КЗ в точке К1

Куд-
ударный коэффициент, он уменьшается, стремясь к 1, на пути к электрическим
приемникам.

Для
шин 10 кВ прнимаем Куд=1,2

>2,38

Разъединитель
обладает динамической стойкостью.

Естественно
разъединитель QS2,
находящийся за большим сопротивлением, так же обладает и термической и
динамической стойкостью.

Проверка
FU:

Они
реализуются на основании паспортной характеристики— отключающий способности,
для предохранители ПКТ она равна 12,5 кА

Iотк=12,5 кА

очевидно,
что условие Iотк>Iкзк2
выполняется, поэтому предохранитель
обладает термической и динамической стойкостью.

1.5
Конструктивное исполнение

Воздушная
линия электропередач выполнена на железобетонных опорах. Опоры воздушных линий
разнообразны по конструкции. Большая часть опор на линии служит только для
поддержания проводов на высоте. Такие опоры называют промежуточными (рис. 1,
а).Анкерные опоры (рис. 1, 6) устанавливают в начале и конце линии (концевые
опоры), с обеих сторон переходов через автомобильные и железные дороги, реки и
другие препятствия. На прямых участках анкерные опоры размещают через каждые 2
— 3 км. Их рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрыве всех проводов.
В местах поворота линии применяют угловые опоры.

 

Рис.
1.3. Железобетонные опоры воздушной линии напряжением 6(10) кВ: а —
промежуточные; б — анкерные Провода подвешивают на опорах с помощью
изоляторов(рис.4).Для ВЛЭП 10 кВ применяем штыревые изоляторы(рис.4,б).

Рис. 1.4. Линейные изоляторы: а — штыревой для линий напряжением 400 В; б
— штыревой для линий напряжением 6 (10) кВ; в — штыревой для линий напряжением
20 (35) кВ; г — подвесной для линий напряжением 35 кВ в загрязненных районах
Изоляторы ВЛ изготовляют из фарфора или закаленного стекла. К достоинствам
стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя либо
разрушающего механического, или термического воздействия закаленное стекло
изолятора не растрескивается, а рассыпается. Это облегчает нахождение не только
места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора. Изоляторы
крепят на опорах с помощью крюков, штырей и специальных скоб.

Ввод в ТП осуществлен с помощью кабельных вставок.

2. Проект системы электроснабжения 0,4 кВ

.1 Обоснование схемы

В основе обоснования схемы распределительной сети 0,38
кВ лежит характер ИП и территориального расположения потребителей электрической
энергии 0,38 кВ. местоположение подстанции, выбранное в разделе 1, указано на
листе 1 графического материала.

В качестве ТП принята комплектная ТП мощностью 100 кВ∙А, имеющая 3
фидера 0,4 кВ, следовательно, распределительную сеть формировать в виде трех
магистралей.

Для данной КТП заводом изготовителем определена схема распределительного
устройства РУ — 0,4 кВ, представленная на рисунке 2.1.

2.2 Расчет электрических нагрузок

Задачей расчета электрических нагрузок в распределительной
сети 0,38 кВ является оценка расчетных нагрузок по каждой ЛЭП и фидеру. В
качестве методики оценки расчетных нагрузок используется метод коэффициента
одновременности для однородных потребителей и метод попарного суммирования для
разнородных потребителей которые описаны в пункте 1.2. Распределения
потребителей по ЛЭП представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Распределение потребителей по ЛЭП

Линия

потребители

Л1Ф1

16 квартир

Л1.1Ф1

Дом культуры, 16 квартир

Л2Ф2

Школа, 20 квартир

Л2.1 Ф2

16 квартир

ЛЗ Ф3ф

магазин, детский сад, 14
квартир

Л3.1Ф3

Столовая, 14 квартир

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л1.

Расчётная нагрузка составит:

Pл1 = Ко·i,

где Рi — расчетная
нагрузка на вводе в одну квартиру,

n —
число квартир 16,

Ко — коэффициент одновременности 0,36,

Pл1 = 17,28кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр1 = Pл1 +  = 17,28+0= 17,28кВт.

Реактивная нагрузка:

Qл1 = Pл1· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр1 = Qл1 + ΔQ= 3,456+0=
3,456квар.

Sрас1 = ==17,62кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л1.1.

Расчётная нагрузка составит:

электрическая нагрузка электропередача трансформатор

Pл1.1 = Ко·i = 0,36·16·3=17,28кВт, ΔPДК =1,8кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр1.1. = Pл1.1. +  = 17,28+1,8= 19,08кВт.

Реактивная
нагрузка:

Qл1.1. = Pл1.1.· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар, ΔQДК =0,9квар.

Суммарная
реактивная нагрузка будет равна:

Qр1.1. = Qл1.1. + ΔQ= 3,456+0,9=
4,356квар.

Полная
расчётная мощность:

Sрас1.1. = ==19,57кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л2.

Расчётная нагрузка составит:

Pл2 = Ко·i = 0,34·20·3=20,4кВт, ΔPшк =3кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр2 = Pл2 +  = 20,4+3= 23,4кВт.

Реактивная
нагрузка:

Qл2 = Pл2· tgφ =20,4·0,2= 4,08квар, ΔQшк =1квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр2 = Qл2 + ΔQ= 4,08+1=
5,08квар.

Полная
расчётная мощность:

Sрас2. = ==23,94кВА.

Для линии Л2.1.

Расчётная нагрузка составит:

Pл2 = Ко·i,

где Рi —
расчетная нагрузка на вводе в одну квартиру,

n —
число квартир 16,

Ко — коэффициент одновременности 0,36,

Pл2,1 = 17,28кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр2,1 = Pл2,1 +  = 17,28+0= 17,28кВт.

Реактивная нагрузка:

Qл2,1 = Pл2,1· tgφ =17,28·0,2= 3,456квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр2,1 = Qл2,1 + ΔQ= 3,456+0=
3,456квар.

Полная расчётная мощность:

Sрас2,1 = ==17,62кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л3.

Расчётная нагрузка составит:

Pл3= Ко·i = 0,38·14·3=15,96кВт ΔPмаг =2,4кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр3 = Pл3 +  = 15,96+2,4= 18,36кВт.

Реактивная нагрузка:

Qл3 = Pл3· tgφ =15,96·0,2= 3,192квар, ΔQмаг =1,15квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр3 = Qл3 + ΔQ= 3,192+1,15=
4,342квар.

Полная
расчётная мощность:

Sрас3 = ==18,86кВА.

Проведём расчёт электрической нагрузки для линии Л3.1.

Расчётная нагрузка составит:

Pл3.1= Ко·i = 0,38·14·3=15,96кВт ΔPст =6кВт.

Суммарная нагрузка будет равна:

Pр3.1. = Pл3.1. +  = 15,96+6= 21,96кВт.

Реактивная
нагрузка:

Qл3.1. = Pл3· tgφ =15,96·0,2= 3,192квар, ΔQст =2,4квар.

Суммарная реактивная нагрузка будет равна:

Qр3.1. = Qл3.1. + ΔQ= 3,192+2,4=
5,592квар.

Полная
расчётная мощность:

Sрас3.1. = ==22,66кВА.

Расчёт
нагрузок сведён в таблицу 2.2.

Таблица
2.2. электрические нагрузки по линиям

Линия

Рр, кВт

Qр, квар

Sр, кВА

Л1

17,28

3,456

Л1.1

19,08

4,356

19,57

Л2

23,4

5,08

23,94

Л2.1

17,28

3,456

17,62

Л3

18,36

4,342

18,86

Л3.1

21,96

5,592

22,66

Расчет фидеров.

Оценку расчетной нагрузки по фидерам произведем с помощью методом
коэффициента одновременности при суммировании электрических нагрузок отдельных
линий, приходящихся на конкретный фидер, где коэффициент одновременности также
будем брать по таблице (42.4) Расчет нагрузки для кабельных вставок и автоматов
определяется исходя из несовпадения максимумов нагрузок присоединенных к одному
автомату.

n

1

2

3

4

K0

1

0,98

0,9

0,85

Для фидера 1, в котором участвуют линии Л1 и Л1.1., расчётная нагрузка:

Pф1 = (Pр1+ Pр1.1 ) =(17,28+19,08)0,98=35,63кВт,

Qф1 = (Qр2+ Qр1.1) =(3,456+4,356)0,98=7,65квар,

Sф1 = (Sр1+Sр1.1) . =(17,62+19,57)0,98=36,5442кВА.

Для
фидера 2, в котором участвуют линии Л2 и Л2.1., расчётная нагрузка:

Pф2 = (Pр2+ Pр2.1. ) =(23,4+17,28)0,98=39,6328кВт,

Qф2 = (Qр2+ Qр2.1.
) =(5,08+3,456)0,98=8,29472квар,

Sф2 = (Sр2+Sр2.1.
) =(17,62+23,94)0,98=40,7288кВА.

Для
фидера 3, в котором участвуют линии Л3 и Л3.1., расчётная нагрузка:

Pф3 = (Pр3+ Pр3.1. ) =(18,36+21,96)0,98=39,51кВт,

Qф3 = (Qр3+ Qр3.1) . =(4,342+5,592)0,98=9,73квар,

Sф3 = (Sр3+Sр3.1.
) =(18,86+22,66)0,98=40,68кВА.

Расчёт электрических нагрузок по фидерам сведен в
табл. 2.3.

 

Таблица 2.3
электрические нагрузки по фидерам

Фидер Фидер

Р, кВт

Q,квар

S,кВА

Ф1

35,63

7,65

36,5442

Ф2

39,6328

8,29472

40,7288

ФЗ

39,51

9,73

40,68

2.3 Расчет электрической сети

2.3.1 Расчет сечения линий электропередачи

Ранее (п.1.3.2) были рассмотрены критерии выбора сечения проводников ЛЭП
в сетях до 1 кВ из рассмотренных критериев используются следующие: 1)Допустимая
токовая нагрузка; 2)Допустимая потеря напряжения; 3)Механическая прочность. Приведем
пример расчета сечения проводников для линии Л1.Ф1.
Условием выбора сечения по допустимой токовой нагрузке Iдоп>Iр

Ip===27.107 А

По таблице 25 [2], выбираем провод АС-10. Рассчитаем для данного сечения
с учетом нагрузки и ее длины потери напряжения. Для данного сечения по таблице
50 [2], определяем удельные сопротивления r0=3,12Ом/км, x0=0,3Ом/км. потеря напряжения для шин
с равномерно-распределенной нагрузкой по длине определяется по эквивалентной
схеме в которой длина половина исходной и нагрузка сосредоточена в конце, тогда
потеря напряжения в процентах от номинального определиться по выражению:

𝛥V===6.088%,

эта величина превышает допустимое например берем провод

АС-25, r0=1,25Ом/км; x0=0,287Ом/км,
Iдоп=130 А.

это сечение удовлетворяет требованию по потере напряжения. Для остальных
линий расчет аналогичен и сведен в таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Расчёт сечения ЛЭП

линии

Iр, А

S, мм2

Iдоп, А

∆V%

Л1

27,10769

25

130

2,503255

Л1.1.

30,10769

25

130

3,12883

Л2

36,83077

25

130

4,678498

Л2.1.

27,10769

25

130

3,754882

Л3

29,01538

25

130

3,016141

Л3.1.

34,86154

25

130

3,621802

2.3.2 Выбор электрических аппаратов

В КТП, которая выбрана для реализации в данном проекте, предусмотрена
установка в РУ-0,4 кВ линейных автоматических выключателей типа ВА 88-32, Iy=125 А в количестве трех штук. Для
каждого фидера необходимо рассчитать номинальный ток теплового расцепителя
автомата по условию Iнр>Iр·кз, где кз=1,25.

QF1: Iнр>Iр·кз= 71.51А

остальные расчеты аналогичны и сведены в таблицу 2.5

Таблица 2.5

№ фидера

Iр·кз, А

Iнр, А

QF1

71.51

80

QF2

79.92

80

QF3

79.84

80

2.4 Конструктивное исполнение линии 0,4 кВ

ВЛЭП 0,4 кВ выполнена на деревянных опорах с железобетонными пасынками.
Деревянные опоры (рис. 2.2) изготавливают из сосны или лиственницы и применяют
на линиях напряжением до 110 кВ в лесных районах, но все реже. Основными
элементами опор являются пасынки (приставки) 1, стойки 2, траверсы 3, раскосы
4, подтраверсные брусья 6 и ригели 5. Опоры просты в изготовлении, дешевы,
удобны в транспортировке. Основной их недостаток — недолговечность из-за
гниения древесины, несмотря на ее обработку антисептиком. Применение
железобетонных пасынков(приставок) увеличивает срок службы опор до 20-25 лет.

Рис2.2 Применение деревянных опор и типов опор: а —
промежуточная(0,38-10 кВ; б — промежуточная (0,38-35 кВ); в — угловая
промежуточная (6-35 кВ); г — промежуточная (35кВ); д — промежуточная свободно
стоящая (35-220 кВ). Провода подвешивают на опорах с помощью изоляторов(рис.4).Для
ВЛЭП 0,38 кВ применяем штыревые изоляторы(рис.4,а). Вывод из ТП осуществлен с
помощью кабельных вставок.

Заключение

В ходе работы были выполнены расчеты электрических
нагрузок в сети 10 и 0.4 кВ и по их значениям выбраны соответствующие аппараты,
сечения ЛЭП, трансформатор и т. д. Приведенные вычисления показывают, что
электрооборудование должно обеспечивать надежное электроснабжение поселка.

список литературы

1. И.Ф. Шаповалов. Справочник по расчёту электрических сетей.
— 3-е изд., перераб. и доп. — К.:Будiвельник, 1986. — 226 с.

2.       Будзко И.А., Лещинская Т.Б., Сукманов В.И.
Электроснабжение сельского хозяйства. — М.: Колос, 2000. — 536 с.

Правила устройства электроустановок. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС,
2005. 4. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбор
электрооборудования./ Под ред. Б.Н.Неклепаева.- М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.

Учебная работа. Проектирование системы электроснабжения поселка

Учебная работа. Проектирование системы электроснабжения строительной площадки жилого дома

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Проектирование системы электроснабжения строительной площадки жилого дома

Федеральное
агентство по образованию российской Федерации

Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования

Белгородский государственный технологический

университет им. В. Г. Шухова

Кафедра
электроэнергетики

КУРСОВАЯ
РАБОТА

на
тему: Проектирование системы электроснабжения строительной площадки жилого дома

по
дисциплине: системы электроснабжения

Белгород
2008

Введение

Для создания надежных и экономичных систем
электроснабжения различных предприятий и производств при проектировании
необходимо руководствоваться современными методиками электрических расчётов,
нормативными указаниями и руководящими документами, такими как: руководящие
указания по расчёту нагрузок, руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания
и выбору электрооборудования, правила устройства электроустановок и пр.

Возникающие при проектировании вопросы
необходимо решать комплексно, используя серийно выпускаемое оборудование.
особое внимание надо уделять вопросам обеспечения необходимой надёжности
электроснабжения, качества электроэнергии и электромагнитной совместимости
устройств. Релейная защита и оперативная автоматика должны работать с высокой
степенью быстродействия и селективности.

В данном проекте разрабатывается система
электроснабжения строительной площадки жилого дома. Основные расчёты,
необходимые для выполнения поставленной задачи: расчёты электрических нагрузок
с учётом компенсации реактивной мощности и расчёт токов короткого замыкания.
Выбору подлежат силовые трансформаторы КТП, основные проводники и
коммутационная аппаратура.

1. Расчёт силовой нагрузки методом упорядоченных
диаграмм

Расчёт силовой нагрузки производится в два
этапа. На первом этапе рассчитывается суммарная нагрузка строительной площадки
для выбора трансформаторов комплектной трансформаторной подстанции (КТП). На
втором этапе определяются нагрузки по группам подключения электроприёмников для
выбора низковольтного электрооборудования. Выполнение второго этапа расчётов
возможно только после разработки схемы низковольтного стройплощадки, поэтому в
данной главе рассчитывается только суммарная нагрузка стройплощадки.

Исходными данными к расчёту являются номинальные
мощности электрооборудования, перечень которого дан в таблице 1.1.

Таблица 1.1. перечень электрооборудования

Наименование
электрооборудования


на плане

Pэп, кВт

Сварочные
трансформаторы (ПВ=25%)

1,
2

20
кВА

Токарно-винторезный
станок

3

10,5

Трубогибочный
станок

4

2,2

Ножницы
механические

5

3,2

Транспортер
грузовой

6,
11

5

Кран
погрузчик (ПВ=50%)

7,
27

18,2

Башенный
кран (ПВ=60%)

8

41,5

Насосы
раствора

9,
10, 19, 20, 22

6,5

Малярная
станция

12,
13, 14

15

Трансформаторы
термообработки бетона (ПВ=40%)

15,
16

50
кВА

Насос
водяной поршневой

17,
18

7,5

Подъемник
мачтовый грузовой (ПВ=60%)

21,
23

12

Станок-резак
по металлу

24

7

Станок
наждачный (1-фазный)

25

1,5

Вертикально-сверлильный
станок (1-фазный)

26

1,2

Мощности трёхфазного оборудования, работающего в
повторно-кратковременном режиме, приводим к длительному режиму:

Рн=Sп∙cosφ∙,(1.1)

Рн=Pп∙,(1.2)

здесь Рн − приведенная к
длительному режиму мощность;

Рп − паспортная активная
мощность, кВт;

cosφ

коэффициент мощности приёмника [1, с. 24−25];

ПВ − продолжительность включения, о.е..

Для сварочных трансформаторов, кранов,
подъёмников и трансформаторов термообработки бетона имеем:

Р1,2=20∙0,35∙=3,5
кВт;

Р7,27=18,2∙=12,9
кВт;

Р8=41,5∙=32,1
кВт;

Р15,16=50∙0,95∙=30,0
кВт;

Р21,23=12∙=9,3
кВт.

Имеющуюся на стройплощадке однофазную нагрузку
(наждачный и вертикально-сверлильный станок) необходимо привести к условной
трёхфазной мощности. Принимаем, что однофазные приёмники включаются на фазное
напряжение, тогда:

Ру(3)=3∙Рм.ф(1),(1.3)

здесь Ру(3) −
условная трёхфазная мощность;

Рм.ф(1) − мощность
наиболее загруженной фазы.

Рм.ф25,26(1)=Р25=1,5
кВт,Ру25,26(3)=3∙1,5=4,5 кВт.

Расчёт суммарной нагрузки стройплощадки выполнен
в таблице 1.2 в следующем порядке.

Для каждой группы одинаковых электроприёмников
определены значения коэффициента использования Ки i
и коэффициента мощности tgφi
по [1, табл. 1.5.1; 2, табл. 2.2].

Средние активные Рсрi
и реактивные мощности Qсрi
каждой группы одинаковых электроприемников рассчитаны по формулам:

Рср
i=SРном
i·Ки
i;(1.4)ср
i=Рср
i·tg φi
,(1.5)

Где Рном i
— номинальная мощность одного электроприёмника в i-ой
группе, кВт.

Средневзвешенные коэффициенты Киср и tgφср
для
стройплощадки в целом определялись по формулам:

Ки
ср=SРср i
/Рном∑,(1.6)

tgφср=SQср
i / SРср
i,(1.7)

здесь Рном∑ — суммарная
номинальная мощность всех электроприёмников, кВт.

эффективное число электроприемников находится по
формуле:

nэ=2·Рном∑
/ Рном.max.(1.8)

гдеРном.max
наибольшая номинальная мощность одного электроприемника.

Коэффициент расчетной нагрузки Кр
определяется по [3, табл. 2] в зависимости от средневзвешенного коэффициента
использования и эффективного числа электроприемников Кр=f(Ки.ср,
nэ).

Расчетная активная и реактивная силовая нагрузка
стройплощадки [3]:

Рр=Кр·SРср
i ;(1.9)р=Кр·SQср
i .(1.10)

В результате проведённых расчётов получено:

Рр=105,9 кВт,

Qр=76,8
кВАр.

Таблица 1.2. Расчет электрических нагрузок
(форма Ф6336-90) для выбора трансформаторов КТП

Наименование
электроприемника

Кол-во
ЭП nф

Номинальная
мощность, кВт

Ки

tgφ

Pср,
кВт

Qср,
кВАр

Кр

РрS, кВт

QрS, кВАр

одного
ЭП

общая

Сварочные
трансформаторы

2

3,5

7

0,25

2,67

1,75

4,67

Токарно-винторезный
станок

1

10,5

10,5

0,14

1,73

1,47

2,54

Трубогибочный
станок

1

2,2

2,2

0,15

1,33

0,33

0,44

Ножницы
механические

3,2

3,2

0,15

1,33

0,48

0,64

Транспортер
грузовой

2

5

10

0,15

1,73

1,5

2,59

Кран
погрузчик

2

12,9

25,8

0,1

1,73

2,58

4,46

Башенный
кран

1

32,1

32,1

0,1

1,73

3,21

5,55

Насосы
раствора

5

6,5

32,5

0,7

0,75

22,75

17,06

Малярная
станция

3

15

45

0,7

0,75

31,5

23,63

Трансформаторы
термообработки бетона

2

30,0

60

0,75

0,33

45

14,85

Насос
водяной поршневой

2

7,5

15

0,7

0,75

10,5

7,88

Подъемник
мачтовый грузовой

2

9,3

18,6

0,1

1,73

1,86

3,22

1

7

7

0,14

1,73

0,98

1,7

Станок
наждачный

1

4,5

4,5

0,14

1,73

0,63

1,09

Итого

26

2,2−32,1

273,4

0,46

0,725

124,54

90,32

17

0,85

105,9

76,8

2. Расчёт осветительной нагрузки

Кроме силовой нагрузки на участке имеется
осветительная нагрузка от рабочего освещения, охранного и сигнального.

Рабочее освещение выполнено на железобетонных опорах
прожекторами заливного света типа ПЗС−35, размещенных по периметру
территории, охранное − светильниками типа РКУ с лампами ДРЛ−490,
сигнальное − лампами накаливания (42 Вт).

Так как наименьшая высота установки прожекторов
ПЗС−35 с лампами Г220−500 равна 13 м [4, табл. 9.6], то
предварительно принимаем, что прожекторы установлены на высоте 15 м, расстояние
между ними также составляет 15 м. Таким образом, по периметру стройплощадки
устанавливается 11 прожекторов (предварительно).

Установленную мощность прожекторного освещения
территории стройплощадки можно рассчитать по формуле [4, с. 254]:

Рпрож..≈Ен∙Кз∙m∙S,(2.1)

здесьЕн=10 лк − нормированная
освещенность территории стройплощадки [4, табл. 4-6];

Кз − коэффициент запаса,
принимаем 1,5;

m

величина, которая установлена для прожекторов с лампами накаливания в пределах
0,2−0,25 Вт/(лк∙м2) [4, с. 254];


− освещаемая площадь.

Руст.н.о.≈10∙1,5∙0,25∙15∙30=5625
Вт.

Данная величина очень хорошо согласуется с
предварительно принятым числом (11) прожекторов ПЗС−35 с лампами Г220−500,
установленных по периметру площадки:

Рпрож/Рл=5625/500=11,25,

здесьРл=500 Вт − мощность одной
лампы Г220−500.

Для охранного освещения используется 6
светильников РКУ с лампами ДРЛ−490, расстояние между ними − 25−30
м.

Для определения установленной мощности ламп
освещения вспомогательных помещений и строительного модуля здания необходимо
найти их количество, которое зависит от размещения светильников.

Учебная работа. Проектирование системы электроснабжения строительной площадки жилого дома