(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка системы, которая поддерживает определенную температуру в шкафу системы автоматического управления
Реферат
Размер объяснительной записки — 49 страничек.
Объяснительная записка содержит 17 рисунков, 9 таблиц
Главные слова — Система климат контроля, Шкаф САУ,
Объектом исследования является Шкаф САУ
Цель работы — Разработка систему, которая бы поддерживала определенную температуру в шкафу САУ.
Для разработки системы мы выполним последующие этапы:
Выберем систему остывания, произведем термодинамические расчеты, потом выберем пригодные составляющие с учетом расчетов, и сконструируем систему климат контроля.
Повсеместное внедрение микроэлектроники привело к миниатюризации компонент силовых устройств. Но обычная работа микроэлектронных систем вероятна лишь при определенных критериях окружающей среды. В истинное время при проектировании шифанеров с электронным и электрическим оборудованием нужно уделять особенное внимание вопросцам поддержания рационального локального климата снутри оболочки.
Оглавление
- 1.1 Общие сведения
- 1.2.Выполнение ГПА и условия работы
- 1.3. Автоматические системы управления
- 2. Шкаф САУ
- 2.1 Общие сведения
- 2.2 Система шкафа
- 3. Типы агрегатов термообмена
- 3.1 Нагреватели
- 3.1.1 Греющий кабель
- 3.1.2 электронный нагреватель
- 3.1.3 Термодинамические модули Пельтье
- 3.2 системы остывания
- 3.2.1 Воздушная система остывания
- 3.2.2 Термодинамические модули Пельтье
- 4. Расчет атмосферного климата шкафа. Остывание электротехнического оборудования
- 4.1 Общие сведения
- 4.2 Расчет термического баланса
- 4.3 Расчет атмосферного климата для шифанеров автоматики
- 4.4 Влажность воздуха либо точка росы
- 5. Конструирование системы контроля атмосферного климата
- 5.1 Механизм работы системы
- 5.2 Подбор компонент
Введение
Газовой индустрии Рф уже наиболее 50 лет. Естественно, посреди остальных больших отраслей ТЭК — угольной, нефтяной, электроэнергетики, имеющих наиболее чем столетнюю историю, она представляется достаточно молодым организмом. Но даже на данный момент, в критериях кризиса, ветвь показывает упругость и умение отыскивать зоны стабильности и ниши роста.
На природный газ возлагаются огромные надежды, как на более доступное высокоэкологичное горючее в период подготовки к переходу на наиболее обширное внедрение других нестандартных видов электроэнергии (ветра, солнца, приливной, внутреннего тепла земли). Не считая того, на местности Рф имеются огромные припасы этого вида горючего. Конкретно потому нужен кропотливый анализ газовой индустрии, как одной из самых принципиальных отраслей для экономики Рф.
Главными эксплуатационными показателями ГПА является мощность и КПД всей установки: характеристики технического состояния (вибрация, температура подшипников и др.); расход топливного газа и масла; расход запасных частей и материалов.
Современное развитие газоперекачивающих агрегатов (ГПА) характеризуется созданием и внедрением машин огромных агрегатных мощностей. Улучшение организации и способов технической эксплуатации ГПА оказывает существенное воздействие на эффективность транспортировки и переработки газа. Обслуживание агрегатов, внеплановые ремонты соединены с вещественными затратами и недоподачей газа. Потому нужно повысить эксплуатационную надежность ГПА, т.е. прирастить сроки его неотказной работы и межремонтный период. Для этих целей проводится комплекс профилактических операций технического обслуживания. Нормативы периодичности технического обслуживания устанавливают по средним групповым показателям. Но процесс изнашивания и старения узлов ГПА зависит от критерий его работы, т.е. от режима работы и квалификации обслуживающего персонала. Для 1-го определенного устройства из совокупы одноименных техническое сервис может оказаться ранним, для другого — запоздалым. Возникает задачка определения технического состояния всякого отдельного агрегата либо узла агрегата для установления пригодности агрегата для предстоящей эксплуатации, ресурса исправной работы, необходимости технического обслуживания и ремонта. Но нужно подразумевать, что для большинства задач, связанных с эксплуатацией, весьма принципиально, чтоб техническое состояние агрегата можно было найти без разборки агрегата.
Система автоматического управления некими газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА), выполненная с внедрением достижений микропроцессорной техники, обеспечивает работу агрегатов в автоматическом режиме, что дозволяет отрешиться от неизменного присутствия обслуживающего персонала около агрегата. Работа обслуживающего персонала в процессе использования агрегатов заключается в проведении регламентных работ по его обслуживанию, повторяющемуся контролю характеристик и состояния.
Оборудование, управляющее работой ГПА, устанавливается в особых шкафах системы автоматического управления (ШСАУ)
Поддержание хорошей температуры в электрораспределительных шкафах является одной из основ обеспечения обычной работы компании. Несоблюдение соответствующего температурного режима может привести к разным противным последствиям: от сокращения срока службы компонент и ухудшения черт электроустановок до остановки производства. Срок службы компонент впрямую зависит от значений температуры и влажности снутри оболочки. Более подходящие условия — это температура от +15 до +35°C и относительная влажность от 30 до 90 %.
Целью работы является создание системы контроля атмосферного климата для шифанеров САУ, поддержание температуры и влажности, в данном режиме. Для этого мы разглядим варианты систем поддержания температуры, сравним их, и выберем самый лучший вариант. Потом произведем термодинамические расчеты, с учетом всех характеристик системы, опишем систему шкафа, также принцип работы системы контроля атмосферного климата.
В первой главе мы поведаем о газоперекачивающем агрегате, его главных частях и оборудовании. Также его варианты размещения и условия работы.
Во 2-ой главе, будет рассмотрена сама система шкафа САУ, также условия, в каких работает шкаф, и его предназначение.
В третьей главе, мы разглядим разные варианты системы остывания и нагревания, также проведем сравнительный анализ, и исходя из него выберем пригодный для нашей системы вариант.
В четвертой главе будут произведены термодинамические расчеты.
В пятой главе будет произведена разработка САУ.
1. Газоперекачивающий агрегат
1.1 Общее описание
Одним из важных узлов газотранспортных магистралей является компрессорная станция (КС). Ее предназначение — поддерживать давление газа в трубопроводе на уровне 5,5 МПа. Эти функции на КС выполняетгазоперекачивающие агрегаты (ГПА).
Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) предусмотрены для внедрения в составе оборудования станции подземного хранилища газа (СПХГ) для закачки газа в ПХГ либо транспортирования по магистральным газопроводам. Газоперекачивающий агрегат представлен на рис 1.
Набросок 1-Газоперекачивающий агрегат
ГПА представляет собой комплекс оборудования, выполненный в виде транспортабельных составных модулей полной заводской готовности. Как правило, ГПА, газовые компрессорные станции либо дожимные компрессорные установки представляют собой компрессор (поршневой, винтообразной, центробежный либо осевой), приводной движок (газовая либо паровая турбина, электродвигатель либо движок внутреннего сгорания — газопоршневой либо дизельный) и вспомогательное оборудование. Любой тип компрессоров имеет личные индивидуальности как конструктивного, так и многофункционального нрава.
Газоперекачивающие агрегаты мощностью 16 и 25 МВт инсталлируются на компрессорных станциях современных газопроводов поперечником до 1420 мм.
Создание ГПА типа ГТН-6У предвидено для подмены работающего парка агрегатов мощностью 6 МВт, выработавших собственный ресурс. Новейший ГПА имеет в 2,5 раза наименьшую массу и на 26 % наименьший удельный расход горючего.
Любой из агрегатов оснащается семейством нагнетателей природного газа на конечное давление от 6 до 76 кгс/см2 производительностью от 12 до 51 млн.м3 в день.
Газотурбинные установки очень унифицированы меж собой и выполнены по схеме обычного открытого цикла без регенерации тепла уходящих газов.
ГПА различают:
· по типу нагнетателей: поршневые газомоторные компрессоры и ГПА с центробежными нагнетателями;
· по типу привода: ГПА с газовым движком внутреннего сгорания (газомоторные движки), с газотурбинным приводом, и электроприводом;
ГПА с газотурбинным приводом, в свою очередь, разделяются на агрегаты со стационарной газотурбинной установкой и с приводами от газотурбинных движков авиационного и судового типов.
В состав ГПА заходит:
· Нагнетатель природного газа
· Привод нагнетателя
· Воздухоочистительное устройство
· Маслосистемы
· Топливные коммуникации
· Доп оборудование
· системы автоматики
1.2 Выполнение ГПА и условия работы
По выполнению ГПА подразделяют на агрегаты:
· В личных укрытиях;
· Блочноконтейнерное-исполнение
· Общецеховое выполнение (с газотурбинным приводом, электроприводом)
ГПА следует изготавливать климатического выполнения У и ХЛ, УХЛ по ГОСТ 15150 категорий размещения 1 (для контейнерно-блочного выполнения) и 4 (для размещения в личных либо общих зданиях). Категорию размещения оборудования в контейнере описывает разраб ГПА.
Компрессорные цехи с установкой газоперекачивающих агрегатов в личных укрытиях характеризуются, с одной стороны, значительными выделениями теплоты в машинном зале личного убежища с работающей газотурбинной установкой, а, с иной стороны, недочетами теплоты в галерее нагнетателей газа при любом режиме работы и машинном зале при неработающей газотурбинной установке. Инерционность и практическое отсутствие регулирования водяных систем утилизации теплоты не разрешают вовремя реагировать на изменение термического баланса помещений.
Общецеховое выполнение — представляет собой совокупа газоперекачивающих агрегатов, расположенных в одном помещении. ГПА общецехового выполнения представлен на рис.2
Набросок 2 ГПА общецехового выполнения
Агрегат газоперекачивающий блочно-контейнерного выполнения включает: — центробежный нагнетатель природного газа — газотурбинный привод — вспомогательные системы, обеспечивающие работу и защиту нагнетателя и газотурбинного привода (системы пожаротушения, газовой сигнализации, освещения, вентиляции и климатконтроля).
— всеохватывающее воздухоочистительное устройство с шумоглушителем; — двухступенчатый шумоглушитель выхлопа; — блок воздушных маслоохладителей;
— блок электротехнический; — блок подготовки барьерного воздуха.
установка блоков ГПА заключается лишь в установке основного агрегатного блока на фундамент, присоединении к нему вспомогательных блоков и подключении к наружным коммуникациям. Газоперекачивающий агрегат блочно-контейнерного выполнения представлен на рисунке3.
Набросок 3. Газоперекачивающий агрегат блочного выполнения
1.3 Автоматические системы управления
Система автоматического управления обеспечивает работу ГПА на всех режимах без неизменного присутствия обслуживающего персонала.
Система автоматического управления представлена на рис.4
Набросок 4. Автоматическая система управления
Система автоматического управления ГПА обеспечивает:
— автоматическое выполнение и контроль предпусковых операций;
— автоматический запуск, обычный и аварийный останов агрегата по данному методу;
-автоматическое регулирование и контроль нужных характеристик ГПА, в том числе частот вращения роторов и температур товаров сгорания;
— предупредительную и аварийную сигнализацию;
— защиту агрегата на всех режимах работы, в том числе при превышении вибраций ГТД и нагнетателя и при осевом сдвиге ротора нагнетателя наиболее чем на 0,3 мм;
— связь агрегата с цеховой (станционной) системойавтоматического управления технологическими действиями и отработку ее установок;
— управление топливной системой и механизацией мотора ГПА;
— управление противообледенительной системой ГПА;
— автоматический переход на питание от запасных источников питания САУ;
— контроль подачи уплотнительного газа и барьерного воздуха при работе с сухими газодинамическими уплотнениями ;
— противопомпажное регулирование и защиту компрессора;
— контроль исправности линий связи и индикацию положения кранов и исполнительных устройств;
— взаимодействие с системами контроля загазованности ипротивопожарной защиты компрессорной станции;
— формирование и передачу инфы по характеристикам агрегата в систему отображения, регистрации и хранения;
— диагностирование технического состояния оборудования;
— функции архивирования, которые предугадывают возможность формирования файлов запуска, останова, проверки защит и т.п. Возможность раскрытия архивных файлов обычными программными средствами;
— расчет в режиме настоящего времени ряда характеристик ГПА (расход топливного газа, степень сжатия нагнетателя, расход газа через нагнетатель, мощность турбины и остальные).
системы автоматического управления бывают нескольких видов :
1.Удаленные сосредоточенные системы управления
2.Системы управления приближенной сосредоточенности
3.Распределительные системы управления.
4.Централизованные системы управления с распределенной периферией
системы автоматического управления находятся в особых шкафах САУ.
2. Шкаф САУ
2.1 Общие сведения
САУ с распределенной переферией устанавливается поближе к самому агрегату, и электрические устройства инсталлируются поближе к датчиками аппаратуры. В связи с сиим появляются сложные условия функционирования.
Возникают завышенные требвания по :
1.IP
2. Взрывозащите
3.Климатическим условиям
Ingress Protection Rating — система систематизации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникания твёрдых предметов и воды в согласовании с интернациональным эталоном IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96). Под степенью защиты понимается метод защиты, проверяемый обычными способами испытаний, который обеспечивается оболочкой от доступа к небезопасным частям (небезопасным токоведущим и небезопасным механическим частям), попадания наружных твёрдых предметов и (либо) воды вовнутрь оболочки. Маркировка степени защиты оболочки электрооборудования осуществляется с помощью интернационального знака защиты (IP) и 2-ух цифр, 1-ая из которых значит защиту от попадания твёрдых предметов, 2-ая — от проникания воды. 1-ая позиция — защита от проникания сторонних предметов представлена в таблице 1.
Таблица1- 1-ая позиция — защита от проникания сторонних предметов
Уровень
защита от сторонних предметов,
имеющих поперечник
Описание
0
_
Нет защиты
1
>50 мм
Огромные поверхности тела,нет защиты от сознательного контакта
2
>12,5 мм
Пальцы и подобные объекты
3
>2,5 мм
Инструменты, кабели и т.п.
4
>1 мм
Большая часть проводов, болтов и т.п.
5
Пылезащищенное
Некое количество пыли может просачиваться вовнутрь, но это не нарушает работу устройства. Полная защита от контакта
6
Пыленепроницаемое
Пыль не может попасть в устройство. Полная защита от контакта
2-ая позиция -указывает степень защиты оборудования от вредного действия воды, которую обеспечивает оболочка, представлена в таблице 2.
Таблица 2. 2-ая позиция степень защиты оборудования от вредного действия воды
Уровень
Защита от
Описание
0
—
Нет защиты
1
Вертикальные капли
Вертикально капающая вода не обязана нарушать работу устройства
2
Вертикальные капли под углом до 15°
Вертикально капающая вода не обязана нарушать работу устройства, если его отклонить от рабочего положения на угол до 15°
3
Падающие брызги
защита от дождика. Вода льётся вертикально либо под углом до 60° к вертикали.
4
Брызги
защита от брызг, падающих в любом направлении.
5
Струи
защита от водяных струй с хоть какого направления
6
Морские волны
защита от морских волн либо мощных водяных струй. Попавшая вовнутрь корпуса вода не обязана нарушать работу устройства.
7
Краткосрочное погружение на глубину до 1м
При краткосрочном погружении вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Неизменная работа в погружённом режиме не предполагается.
8
Долгое погружение на глубину наиболее 1м
Полная водонепроницаемость. Устройство может работать в погружённом режиме
По области внедрения оборудование делится на последующие группы:
I — оборудование, созданное для внедрения в подземных выработках шахт, рудников, небезопасных в отношении рудничного газа и (либо) горючей пыли, также в тех частях их наземных строений, в каких существует опасность присутствия рудничного газа и (либо) горючей пыли;
II — оборудование, созданное для внедрения во взрывоопасных зонах помещений и внешних установок;
III — оборудование, созданное для внедрения во взрывоопасных пылевых средах.
Шкаф САУ — предназначен для размещения в нём различного, в том числе взрывозащищенного оборудования и устройств, созданных для измерения характеристик технологических действий, работающих при положительных температурах, а так же для измерения характеристик веществ имеющих тенденцию к замерзанию (вода и т.п.). Шкаф автоматики и управления может эксплуатироваться в критериях умеренного атмосферного климата (УХЛ) группы размещения 4 по ГОСТ 15150, а в экспортном выполнении — и в критериях тропического (Т) атмосферного климата с той же группой размещения. Обычный корпус шкафа имеет степень защиты IP54 по ГОСТ 14254.
Для защиты промышленного электрооборудования в сложных критериях эксплуатации, при завышенной влажности и температуре, в запыленной атмосфере и наличии химически активных веществ, его устанавливают в шкафы со степенью защиты IP 54. Если не принять доп мер по остыванию, то из-за перегрева оборудование может выйти из строя фактически сходу опосля включения.
электронные приборы контроля и аппаратура управления устанавливается на перфорированные стойки с помощью реек либо на трубу поперечником 57 мм.
Шкафы автоматики могут устанавливаться на технологической площадке, поблизости от точки врезки либо конкретно на трубу с продуктом. В этом случае в нижней части шкафа предусматривается проходное отверстие под поперечник трубы. Стыковка трубы и корпуса шкафа автоматики делается через резиновое уплотнение.
2.2 Система шкафа
Устройство конструктивно делается в виде стенного шкафа,совмещающего автоматику и силовую часть. Питание шифанеров осуществляется от сети переменного трехфазного тока частотой 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ), с номинальным напряжением 380 В.
Сетевой фидер, силовые выходы вентилятора и наружные связи вводятся в шкаф через гермовводы, стандартно расположенныев нижней части шкафа. Шкаф обустроен запираемой дверцей, на которой установлены органы управления и индикации. Шкаф автоматики представлен на рис.5
Набросок 5 Шкаф автоматики
Шкафы автоматики используются во взрывоопасных зонах помещений и внешних установок с подключением и разветвлением кабелей с медными жилами в силовых цепях и цепях управления неизменного и переменного (50-60 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)) тока с напряжением 380 В.
Шкафы управления содержат в себе модули электропневматических распределителей с протоколом управления Profibus-Dp либо полным дистанционным контролем и управлением системой по протоколам удаленного доступа HTTP и SNMP по Ethernet либо остальным протоколам. Шкаф имеет взрывонепроницаемую оболочку.
Взрывонепроницаемая оболочка — вид взрывозащиты в каком электротехнические оборудование помещается в крепкую оболочку, способную выдержать внутренний взрыв без деформирования корпуса. защита обеспечивается зазорами частей корпуса, которые обеспечивают выход газов, образовавшихся во время вспышки во внешнюю атмосферу без подрыва окружающей взрывоопасной среды. Все электронные вводы кропотливо герметизированы в местах ввода в оболочку.
Этот вид защиты основывается на идее сдерживания взрыва. В данном случае допускается, чтоб источник энергии вступил в соприкосновение с небезопасной консистенцией воздуха и газа. В итоге происходит взрыв, но он должен оставаться ограниченным в оболочке, сделанной таковым образом, чтоб выдерживать давление, возникающее при взрыве снутри оболочки, и таковым образом препятствовать распространению взрыва в окружающую атмосферу.
Нужные характеристики для взрывонепроницаемой оболочки включают крепкую механическую систему, контактное соединение меж крышкой и главный частью оболочки и маленькие размеры щелей в оболочке. Огромные щели не допускаются, но малые щели в местах соединений неминуемы. Нанесение изоляции на щель наращивает степень защиты от коррозийной атмосферы, но не избавляет щели.
Зависимо от природы взрывоопасной консистенции и ширины прилегающих поверхностей, допускаются разные наибольшие зазоры меж ними. систематизация оболочек основывается на категориях взрывоопасности консистенций и наибольшей величины температуры самовоспламенения, которая обязана быть ниже, чем температура возгорания консистенции, присутствующей в месте, где они установлены.
Степень защиты IP66. Внутреннее антиконденсатное покрытие.
Данный материал не дает способности появления на поверхности «точки росы», конденсата. Глиняная структура покрытия предутверждает прохождение воды, воздуха, разных газов и их действия на поверхность сплава. Покрытие нивелирует разницу температур, являясь антиконденсатным барьером.
Главные достоинства:
1. Предутверждает появление плесени, в особенности «темной плесени», ядовитых спор, имеющих резкий цвет покрытия по дефлоту RAL2004 (оранжевый) либо иной цвет по коду RAL.
Корпус шкафа защищенный антиконденсатным покрытием представлен на рис.6
Набросок 6. Корпус шкафа, защищенный антиконденсатным покрытием
Габариты шкафа 200х300х400 мм. Корпус шкафа выполнен из алюминия, имеет сварную систему. Алюминий- владеет высочайшей тепло и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт резвого образования крепких оксидныхпленок , защищающих поверхность от предстоящего взаимодействия. Покрытие-антистатическое полимерно-эпоксидное окрашивание, фрикционно искробезопасное, устойчивое к рабочим средам и ионизационному излучению. Имеется клапан для дренажа и слива конденсата.
Соответствующее остывание воздуха снутри шкафа приводит к повышению срока службы установленных компонент и к понижению простоев производства, вызванных дефектами.
Надежность электромеханических и электрических распределительных устройств впрямую зависит от критерий окружающей среды в месте их установки. При отсутствии контроля температуры и влажности снутри шкафа срок службы компонент существенно понижается.
3. Типы агрегатов термообмена
Для подогрева оборудования в шкафах употребляются устройства 1-го типа — нагреватели, а для отвода лишнего тепла, огромного количества устройств различного типа. методы управления температурой :Если для каждой электроустановки следует снаружи обеспечить нужную степень защиты IP/IK, так и снутри оболочки нужно обеспечить поддержание хорошей температуры. Есть разные методы решения данной для нас задачки, зависящие от критерий окружающей среды, типа компонент, установленных снутри оболочки и т.д. В неких вариантах довольно просто применять оболочку большего размера, или установить вентиляторы либо теплообменники «воздух/воздух». В остальных вариантах, при наиболее высочайшей внешной температуре, следует применять теплообменники «воздух/вода» либо кондюки воздуха.
3.1 Нагреватели
Разглядим несколько типов нагревателей:
• Греющий кабель
• Электронный нагреватель
• Элемент Пельтье
3.1.1 Греющий кабель
Греющий кабель — элемент, на котором основан принцип деяния хоть какой системы электрообогрева. Его роль заключается в преобразовании протекающего по нему тока в тепло. Потому мощность на единицу длины (удельное тепловыделение, Вт/м) — основная техно черта нагревательного кабеля. Греющий кабель показан на рисунке.7
Набросок 7. Греющий кабель
системы на базе греющего кабеля находят огромное применение как в бытовых, так и в промышленных целях:
-использование в системах антиобледенения;
-использование греющего кабеля в системах обогрева ступеней, сидений;
-поддержание рабочих температур трубопроводов, цистерн.
Нагревательный кабель бывает 2-ух типов: резистивный и саморегулирующийся: Резистивныйгреющий кабель имеет неизменное постоянное сопротивление по всей длине и состоит из тепловыделяющей железной жилы, изоляции, медной оплетки и наружной оболочки. Саморегулируемый греющий кабель автоматом меняют свое тепловыделение зависимо от температуры наружной среды, при этом, изменение мощности происходит локально по всей длине кабеля. Нагревательным элементом в саморегулирующемся греющем кабеле служит матрица, которая зависимо от температуры меняет свое сопротивление.
Резистивный греющий кабель обеспечивает завышенную погонную мощность и по мере необходимости быть может уложены в несколько нитей. Кабель весьма эластичен, что дозволяет его укладку на поверхностях хоть какой конфигурации. Недочеты этого кабеля — невозможность регулирования теплоотдачи, а означает вероятный перерасход электроэнергии, необходимость ухода (удаление мусора, чтоб избежать перегрев), кабель недозволено резать (фиксированная длина нагревательного кабеля при продаже и монтаже)
Достоинства саморегулируемого кабеля:
Возможность использования случайными (от 20 см) длинами, отрезаемыми «по месту», без конфигурации главных черт. В ряде всевозможных случаев не требуют использования регулирующей аппаратуры, кабели автоматом регулируют выделение тепла при изменении температуры. Не перенагреваются и не перегорают даже при самопересечении, т.к. любой участок кабеля сам адаптируется к окружающим условиям теплоотдачи. Саморегулируемые кабели не страшатся перепадов температур, воды, хим реагентов, огнеупорны и пожаробезопасны, не сбоят при эксплуатации на солнце, при скоплениях мусора и палой листвы… Их применение гарантирует наивысшую результативность антиобледенительного комплекса, увеличивают тепловыделение в снегу и талой воде в 1,5—2 раза. Недочеты саморегулирующихся кабелей:
Стартовый ток при низкой окружающей температуре значительно (в полтора-два раза) превосходит номинальный рабочий ток системы подогрева, что нужно учесть при расчете питающей сети и защитных устройств. Практическая невозможность обеспечить форсированный подогрев, к примеру, для резвого нагрева помещения.
3.1.2 электронный нагреватель
Нагревательный элемент предназначен для монтажа снутри щитовых шифанеров, снабженных электроаппаратурой, с целью поддержания температуры, позволяющей поддерживать правильную эксплуатацию электронных устройств. Подогрев снутри шифанеров, расположенных снаружи спостроек, дозволяет избежать конденсации воды и пара, представляет собой хорошую защиту от морозов — температура снутри шкафа поддерживается выше уровня РОСЫ. Благодаря большенный поверхности дюралевого радиатора, происходит большая теплоотдача от нагревателя снутри шкафа.
Нагреватель представлен на рис. 8
Набросок 8 Нагреватель
В состав нагревателя входят: * Нагревательный элемент * Термостат * Контактная планка для DIN рейки * Застёжка для DIN рейки
3.1.3 Термоэлектрические модули Пельтье
Элемент Пельтье состоит из одной либо наиболее пар маленьких полупроводниковых параллелепипедов — 1-го n-типа и 1-го p-типа в паре (обычно теллуридависмута, Bi2Te3 и германидакремния), которые попарно соединены с помощью железных перемычек. Железные перемычки сразу служат тепловыми контактами и изолированы непроводящей плёнкой либо глиняной пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таковым образом, что появляется последовательное соединение почти всех пар полупроводников с различным типом проводимости, так чтоб вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу обратные (p->n). Протекающий электронный ток протекает поочередно через все параллелепипеды. Зависимо от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние греются — либо напротив. Таковым образом электронный ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на обратную и создаёт разность температур. Таковым образом, элемент Пельтье может употребляться как в качестве, охладителя, так и нагревателя.
3.2 системы остывания
Система остывания — набор средств для отвода тепла от нагревающегося в процессе работы оборудования.
Тепло в итоге может утилизироваться:
1. В атмосферу (радиаторные системы остывания):
1.1 Пассивное остывание (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт естественной конвекции)
1.2 Активное остывание (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт его обдува вентиляторами)
2. совместно с теплоносителем (проточные системы водяного остывания)
3. За счет фазового перехода теплоносителя (системы открытого испарения)
По способу отвода тепла от нагревающихся частей, системы остывания делятся на:
1.Системы воздушного остывания
2. системы жидкостного остывания.
3. Фреоновая установка.
4. Системы с внедрением частей Пельтье.
3.2.1 Воздушная система остывания
Воздушное остывание до сего времени остается самым пользующимся популярностью методом борьбы с температурными избытками. Сущность этого способа сводится к организации правильного воздушного потока — жаркий воздух должен отлично выводиться за границы шкафа. Обычно устанавливают один либо несколько вентиляторов .Правило эффективности воздушного остывания весьма обычное: чем лучше поток воздуха, тем лучше отводится тепло от греющихся узлов. Для увеличения свойства обдува можно применять один либо несколько способов:
— повышение количества вентиляторов;
— повышение скорости вращения крыльчатки;
— установка вентиляторов большего поперечника;
— повышение количества лопастей, также изменение их формы (т.е. подмена имеющихся вентиляторов на наиболее «продвинутые» модели);
— разработка наиболее действенной схемы движения воздушных масс;
— устранение препятствий на пути отвода воздуха.
Весьма нередко эффективность работы вентилятора увеличивают методом прибавления радиатора (пассивной системы остывания).
Плюсы: низкая стоимость; простота в установке и обслуживании
Недочеты: главный источник шума в шкафу; умеренные, в сопоставлении с иными активными системами, характеристики эффективности; маленькой потенциал для покрытия повсевременно растущих потребностей в охлаждении.
3.2.2 Система остывания термоэлектрическими модулями Пельтье
Посреди необычных систем остывания можно отметить одну весьма эффективную систему — на базе частей Пельтье. Термоэлектрический эффектбыл открыт французом Жаном Пельтье и с того времени носит его имя. Сущность явления заключается в изменении температуры полупроводниковых соединений при прохождении через их тока в определенном направлении.
Термоэлектрические модули Пельтье представлены на рис.9
Набросок 9- Элементы Пельтье
Современные системы Пельтье представляют собой пару пластинок, контактирующих с системой полупроводников. В итоге прохождения тока определенной полярности через полупроводниковые переходы одна из пластинок охлаждается и служит радиатором, а 2-ая греется и употребляется для отвода тепла. Отменная одноступенчатая система Пельтье обеспечивает разность температур до 70С градусов. Еще большего эффекта можно достигнуть методом каскадного подключения нескольких модулей Пельтье.
Элементы Пельтье сами по для себя являются гибридной системой, так как непременно включают доп остывание.
Плюсы: высочайшая эффективность, малогабаритный размер модуля, отсутствие передвигающихся частей, бесшумность, возможность четкой регулировки температурного режима
Недочеты: высочайшая стоимость, неотклонимая связка с иными системами остывания; при выходе частей из строя происходит резвый перегрев охлаждаемого компонента; высочайшее энергопотребление, возможность образования небезопасного для электрических компонент конденсата.
4. Расчет атмосферного климата шифанеров. Остывание электротехнического оборудования
4.1 Общие сведения
При конструировании электрооборудования одним из вопросцем является обеспечение и поддержание соответственных критерий эксплуатации, нужных для работы оборудования без ухудшения требуемых технических характеристик и уменьшения срока службы. В связи с не соблюдением требований к условиям эксплуатации может также стать вопросец о прекращении гарантийных обязанностей по тому либо иному оборудованию.
Весьма изредка электротехническое оборудование устанавливается на открытых панелях, где происходит беспрепятственный термообмен с окружающей средой. Будь то установка на открытом пространстве или в закрытом помещении, вопросец о согласовании требуемым нормам эксплуатации постоянно остается важным. Речь идет о главных погодных параметрах:
1. Рабочая температура; (в виду не соблюдения термического режима в наилучшем случае могут усугубиться выходные свойства в сопоставлении с номинальными, в худшем — резвое старении изоляционных материалов на токоведущих частях с возникновением трещинок или просто ее плавление, завышенный Износ и выход из строя электроаппаратных средств ввиду реакции протекающих в их физических действий на завышенную температуру)
2. Влажность; (понятно, что конденсат сам по для себя по собственной природе не может являть проводником так как он и есть дистиллированная вода. Все так, если б не было в воздухе тех частей, которые при протекающей без нашего ведома хим реакции преобразуются в соли, что и делает сконденсировавшуюся воду нехорошим, но проводником, а означает его присутствие на токопроводящих частях нужно исключить.)
3. Высота над уровнем моря; (С конфигурацией высоты меняется атмосферное давление, а означает ухудшаются условия термообмена. Как следует, чем больше высота над уровнем моря устанавливаемого оборудования, тем с большей производительностью нужно организовывать принудительную вентиляцию. )
В случае монтажа оборудования снутри шкафа появляется изолированная среда с параметрами, которые могут различаться от атмосферных, При проектировании можно двигаться разными способами, но обычно выбирают нужную оболочку для имеющегося оборудования. В области систем локального климата для шифанеров действуют несколько эталонов VDE 0660 часть 500, EN60814, DIN 57660 часть 500, IEC60890(МЭК 890) и являются одной и той же нормой принятой разными институтами. При размещении оборудования в закрытой оболочке сходу же встает вопросец о термообмене, а означает, для проектирования нужно знать:
1.Рабочую температуру оборудования
2.Спектр температуры окружающей среды
3.Излучаемую мощность от оборудования снутри шкафа
4.Высоту над уровнем моря
4.2 Расчет термического баланса
Расчет температурного баланса предполагает сопоставление количества тепла, выделяемого компонентами при работе, с количеством тепла, без помощи других рассеиваемого стенами оболочки.
Нужно высчитать температуру снутри оболочки при отсутствии системы поддержания локального климата, опосля что следует найти необходимость установки данной для нас системы, делая упор на данные значения внутренней и внешной температуры
Для расчета термического баланса нужно знать :
1. Габариты шкафа (высота, ширина, глубина) [м]
2. Вид установки (напр. один шкаф, ряд шифанеров) согласно формуле, поверхность шкафа A [м2]
3. Материал производства (сплав, пластмасса) коэффициент теплопередачи из таблицы к [Вт/м2К]
4. Перепад температуры меж хотимой температурой в шкафу Ti [°C] и ожидаемой температурой наружи шкафа Tu [°C] ,ДT
5. Мощность утрат (самонагревание) всех интегрированных частей во время эксплуатации Pv [Вт]
Считается, что единственным методом термообмена шкафа с окружающей средой является естественная конвекция. Как следует, принципно принципиальным является понятие действенной площади термообмена шкафа.
Виды установки шифанеров и формулы для расчета поверхности шкафа представлены в таблице 3.
Таблица 3 — Расчет поверхности шкафа для разных видов выполнений
Вид выполнения шкафа
Формула для расчета поверхности шкафа
Раздельно стоящий шкаф
A = 1,8 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 *Ш * Г
Шкаф для стенного монтажа
А=1,4 * Ш * ( В + Г ) + 1,8 * Г * В
1-ый/крайний стоящий шкаф
раздельно стоящий
A = 1,4 * Г * ( В + Ш ) + 1,8 * Ш * В
1-ый/крайний шкаф для стенного монтажа
A = 1,4 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 * Ш * Г
Средний шкаф раздельно стоящий
A = 1,4 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 * Ш * Г
Средний шкаф для стенного монтажа
А= 1,8 * Ш * В + 1,4 * Ш * Г + Г * В
Средний шкаф для стенного монтажа с крышей
A = 1,4 * Ш * В + 0,7 * Ш * Г + Г * В
Где Ш- ширина, В-высота и Г-глубина. Материал шкафа и коэффициент его теплопередачи представлены в таблице 4.
Таблица 4-Коэффициенты теплопередачи для разных материалов
Материал шкафа
Коэффициент теплопередачи, к
Листовая сталь, лакированная
k~5,5 Вт/м2 *K
Листовая сталь, нержавеющая
k~4,5 Вт/м2*K
Алюминий
k~12 Вт/м2*K
Материал Шкафа
Коэффициент теплопередачи, к
Алюминий, двойной
k~4,5 Вт/м2 *K
Полиэфир
k~3,5 Вт/м2*K
Для расчетов будут употребляться последующие переменные и характеристики :
Ti— температура снутри шкафа, K;
Ta— температура окружающей среды, K;
ДT = Ti- Ta -перепад температур
Qv— термо утраты, выделяемые оборудованием снутри шкафа, Вт;
Qs— тепло, отводимое через поверхность шкафа, Вт;
Qs>0 приДT>0,
Qs<0 при ДT<0;
Q0 — нужная мощность остывания холодильного агрегата (кондюка) шкафа либо тепловаямощность обогревателя шкафа если (Q0<0), Вт;
V — объёмный поток воздуха, м3/ч;
A — действенная площадь термообмена шкафа, м2;
k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 · К)
Если шкаф не имеет средств климатизации, то установившаяся (Qv=Qs)
разность температур меж внутренним местом шкафа и окружающей средой описывается уравнением теплопроводимости
ДT = Qs /k*A
Если приобретенного выражения при помощи выражения ДT = Ti- Ta
Q0=Qv- Qs.
Подстановка даёт итоговое выражение:
Q0=Qv- k · A · (Ti- Ta)
4.3 Расчет атмосферного климата для шкафа автоматики
задачка: Имеется шкаф автоматики стенного типа, 300 мм длинноватой, 400 мм высотой, 250 мм глубиной. температура снаружи шкафа может достигать от -30оС до 90оС. Наша задачка заключается в том, чтоб температура снутри шкафа лежала в границах от 0оС до 60оС. Суммарная мощность термических утрат выделяемая оборудованием снутри шкафа равна 83,9 Вт. На рисунке 10, представлены элементы САУ, с выделяемой ими мощностью.
Числа на элементах, демонстрируют выделяемую мощность в Вт.
Набросок 10 — Элементы САУ, и выделяемая ими мощность
Рассчитаем термический баланс с учетом этих характеристик:
1. Расчет поверхности шкафа : Зная что шкаф стенного типа, можно высчитать площадь термообмена . Для обозначенного шкафа
А=1,4 * Ш * ( В + Г ) + 1,8 * Г * В
А=1,4х0,3(0,4+0,25)+1,8х0,25х0,4=0,453 ( м2)
2. Наибольшая температура окружающей среды равна 90оС а наибольшая температура снутри шкафа равна 60оС. Разность температур будет определяться как разность меж температурой снутри шкафа и температурой снаружи.
ДT = Ti- Ta= -30 (K)
3. Коэффициент теплопередачи для этого шкафа будет зависеть от материала, из которого изготовлен шкаф, и материала которым он будет теплоизолирован.
Корпус шкафа выполнен из алюминия, и имеет двойные стены, меж которых проложен теплоизоляционный материал. В качестве теплоизоляционного материала мы избрали полистирольный пенопласт.
Полистирольный пенопласт (пенополистирол) является более всераспространенным теплоизоляционным материалом, состоящим из спекшихся меж собой сферических частиц вспененного полистирола. Пенополистирол является жесткой пеной с замкнутыми порами. Это твердый материал, стойкий к действию воды, большинства кислот и щелочей. Значимый недочет пенополистирола — его горючесть. При температуре 80 оС он начинает тлеть, потому его советуют устраивать в системах, замкнутых со всех сторон огнестойкими материалами. Он употребляется в качестве утеплителя в слоистых панелях из железобетона, алюминия, асбестоцемента и пластика. Требуемая толщина термоизоляции определяется зависимо от погодных критерий эксплуатации и предназначения строения. Не считая того следует учесть мероприятия по защите от конденсации воды и энергосбережение. Характеристики термоизоляции из полистирольного пенопласта приведены в таблице 5.
Таблица 5- характеристики термоизоляции из полистирольного пенопласта
Толщина термоизоляции, мм
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 х °С)
40
0,83
50
0,68
60
0,58
70
0,51
80
0,45
90
0,37
100
0,31
110
0,39
120
0,27
С учетом этого, коэффициент теплопередачи будет равен:
K= 4,25+0,58=4,83
4.Суммарная мощность термических утрат снутри шкафа равна
Qv=83,9 Вт
5.Рассчитаем тепло, отводимое через поверхность шкафа по формуле :
Qs =k · A · (Ti — Ta)
Qs=4,83 *0,453 * (-30)= — 65(Вт)
Нужную мощность остывания холодильного агрегата найдем по формуле:
Qо=Qv — Qs=83,9+65=148,5 (Вт)
Таковым образом, нам нужно избрать холодильный агрегат имеющий мощность остывания, не ниже 145 Вт. В зимних критериях, температура снаружи, быть может ниже температуры, которая обязана быть снутри шкафа. Потому, для поддержания температуры, нам также будет нужно нагреватель. Нужная мощность нагрева определяется по формуле
PH [Вт] = А [м2] к [Вт/м2К] * ДT [К]
где, А-поверхность шкафа, к-коэффициент теплопередачи
ДT- разность меж мало температурой снутри шкафа, и малой температурой снаружи шкафа.
PH [Вт] =0,453*4,83*30= 65 Вт
Расчет большого потока V. Для расчёта объёмного потока V, не_
обходимого для отвода термический мощности Qv применяется последующее выражение:
,
Где, f- коэффициент, зависящий от высоты над уровнем моря. Зависимость коэффициента f от высоты над уровнем моря приведена в таблице 6
Таблица 6- Зависимость коэффициента f от высоты над уровнем моря
Высота над уровнем моря, м
f , м3*K/Вт*ч
0-100
3,1
100-250
3,2
250-500
3,3
500-750
3,4
750-1000
3,5
V=3,1х80/20=12,4 м3/ч.
Потому что шкаф у нас выполнен в уличном выполнении, то охлаждаться он будет уличным воздухом. Для этого будут употребляться обыденные ПВХ- шланги. вентилятор будет гнать воздух с улицы, через шланг в шкаф. Шланг будет прикреплен к шкафу через особое отверстие, подходящего поперечника на верхней части шкафа. ПВХ -шланг представляет собой воздуховод серии PVC-F 600 с защитной полосой из темного ПВХ. Владеет завышенной устойчивостью к наружным перегрузкам.
Поливинилхлорид (ПВХ) — это материал, относящийся к группе термопластов (Термопласты — это пластмассы, которые опосля формования изделия сохраняют способность к повторной переработке). Незапятнанный ПВХ на 43% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% из связанного хлора, получаемого из поваренной соли.
ПВХ является трудновоспламеняющимся и самогасящимся материалом. Он устойчив к действию щелочей, кислот, извести, также к атмосферным действиям.
ПВХ шланг приведен на рисунке.11
Набросок 11 ПВХ — шланг
свойства шланга представлены в таблице 7
Таблица 7 — свойства ПВХ шланга
Внутренний поперечник, мм
16
Внешний поперечник, мм
20
Длина, м
10
Температурный спектр
от -12 до +70 С
Для использования ПВХ шланга в нашей системе, необходимо также знать, какое сопротивление воздушного потока будет в шланге, и его термообмен с температурой в помещении.
Расчет термических утрат :для расчета термических утрат в воздуховоде употребляется последующая формула :
Где, Q- термо утраты, Вт
L-длина шланга, м
D- внешний поперечник шланга с изоляцией, м
Tr- температура среды снутри шланга, Cо
d- поперечник шланга без изоляции, м
Tu- внешняя температура, Cо
П- число «Пи»(3,14)
КТП- коэффициент теплопроводимости изоляции, Вт/м*К
Q= — 0,14 Вт
При соединении воздуховода со шкафом, возникает вопросец о взрывоопасности системы. Для этого можно установить оборотный клапан межфланцевый TECOFI.
Оборотный межфланцовый клапан TECOFI изображен на рис 12.
Набросок 12 Оборотный межфланцовый клапан TECOFI
Пока работает вентилятор клапан будет раскрываться воздушным потоком, при появлении пожара либо взрыва электросеть отключится и отключится вентилятор тем закрыв вход поступления воздуха в шкаф.
Расчет утрат давления определяется по диаграмме представленной на рис 13.
Набросок 13- Диаграмма- Расчет утрат давления в воздуховоде.
4.4 Влажность воздуха либо точка росы
Потому что температура снутри шкафа, будет постоянно ниже, внешнего воздуха, то выделение конденсата нереально.
температура точки росы газа (точка росы) — это воды
Значения точки росы (°С) в различных критериях приведены в таблице 8.
Таблица 8- значения точки росы
Температура внешнего воздуха (Сo)
Относительная влажность ,%
20
25
30
35
40
45
50
55
40
6
11
15
19
24
28
33
37
50
9
14
19
23
28
32
37
41
60
12
17
21
26
31
36
40
45
70
14
19
24
29
34
38
43
48
80
16
21
26
31
36
41
46
51
90
18
23
28
33
38
43
48
53
100
20
25
30
35
40
45
50
55
значения точки росы в градусах °C для ряда ситуаций определяют при помощи пращевого психрометра и особых таблиц. Поначалу определяют температуру воздуха, потом влажность, температуру подложки и при помощи таблицы Точки росы определяют температуру, при которой не рекомендуется наносить покрытия на поверхность.
5. Конструирование системы контроля атмосферного климата
5.1 Принцип работы системы контроля
Механизм работы системы контроля атмосферного климата, заключается в поддержании данной температуре снутри шкафа. Это будет осуществляться, при помощи управляющих устройств, термостата, и гидростата. вентилятор, нагреватель и устройства управления подключены к источнику питания 220 В. Принцип поддержания температуры представлен на рисунке 14.
Набросок 14 — Схема поддержания температуры в шкафу САУ
В шкафу установлен термодатчик, который подает информацию о температуре на термостат. На термостате задается температура которая обязана поддерживаться в шкафу. Рабочая температура оборудования лежит в спектре от 0oC до 60oC . Если температура .
5.2 Подбор компонент
Нагревание: В нашей системе мы будем применять электронные нагреватели. Они препятствуют образованию конденсата снутри оболочки и гарантируют поддержание хорошей температуры для обычной работы электрических устройств.
Мы избрали электронные нагреватели, поэтому что они:
· малогабаритные
· снабжены нагревательными элементами с положительным температурным коэффициентом, не позволяющими дюралевой поверхности разогреться выше определенной температуры
· Два выполнения:
— с теплоизолирующим кожухом с низкой температурой поверхности
— дюралевые, с наибольшей температурой поверхности +75°C
установка нагревателя :
· устанавливается в нижней части оболочки
· вокруг нагревателя следует бросить 100 мм вольного места
· недозволено устанавливать над электронагревателем крупногабаритных, компонент, препятствующих естественной конвекции
· не устанавливать прямо над электронагревателем ,составляющие чувствительные к теплу
· При использовании нескольких электронагревателей соединять их следует лишь параллельно, последовательное соединение запрещается
· Для обеспечения естественной конвекции устанавливать электронагреватели следует лишь в вертикальном положении.
С учетом термодинамических расчетов, мы можем подобрать составляющие для поддержания температуры.
Мощность нагревателя по расчетам не обязана быть ниже 65 Вт. В качестве нагревателя, для системы мы избрали электронный нагреватель с теплоизолирующим кожухом. Нагреватель представлен на рисунке 15.
Набросок 15 —электронный нагреватель с теплоизолирующим кожухом
Общие свойства:
· Малогабаритные электронагреватели, препятствующие образованию конденсата и льда.
· Обеспечивают усиленную естественную конвекцию и владеют высочайшей теплопроизводительностью.
· Дюралевый экструдированный корпус.
· Снабжены серым пластмассовым кожухом, защищающим от прикосновения к дюралевому радиатору, категория воспламеняемости V0 согласно UL94.
· температура поверхности < 70 °C.
· Изолированный соединительный кабель.
· Двойная изоляция.
· Нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом.
· Крепление защелками на DIN-рейку шириной 35 мм (в согласовании с EN 50022).
· Маркировка соответствует нормам ЕС, сертификация UL и VDE.
Условия эксплуатации
1.Электронагреватели следует применять совместно с устройствами управления (термостаты, гигростат), контролирующими температуру и влажность воздуха снутри оболочки.
2.Оболочка обязана быть герметичной для предотвращения проникания внешнего воздуха.
3. На вводе следует установить электронное устройство защиты
свойства нагревателя представлены в таблице 9.
Таблица 9- Технические свойства нагревателя
Мощность
100 Вт
Напряжение
110-250 В переменного тока
Нагревательный элемент
С положительным температурным коэффициентом
температура поверхности
Не наиболее 70°C, кроме верхней сетки
Присоединение
Клеммный блок с 4 зажимами для кабеля сечением 2,5 мм2
Крепление
Защелками на DIN-рейку шириной 35 мм (согласно EN 50022)
Корпус
Пластик, категория воспламеняемости V0 согласно UL94
Рабочее положение
Вертикальное
Рабочая температура
-40 … +70°C (-10 … +158°F)
Степень защиты
Класс II, IP20 (с двойной изоляцией)
Сертификация
Выполнение в согласовании с нормами VDE и UL
Остывание: Потому что воздух в шкаф будет поступать через воздуховод с улицы, то в качестве холодильного агрегата был избран вентилятор прямоугольный канальный (ВКП) серии ASF предназначен для перемещения воздуха по воздуховодам в приточно-вытяжных системах вентиляции и кондиционирования, в разных технологических установках. Канальный прямоугольный вентилятор изображен на рис.16
Набросок `16 — вентилятор Systemair К 250 L для круглых каналов
Корпус вентилятора сделан из покрытой цинком листовой стали. Для роста плотности корпуса его части соединены вальцовкой. Корпус имеет минимальную длину фланцев 25 мм для правильного крепления к воздуховодам. На корпусе закреплен кронштейн для резвого и комфортного монтажа на стенку либо потолок.
В данном вентиляторе Systemair употребляются движки с наружным ротором с рабочим колесом с вспять загнутыми лопатками, сделанными из композиционного материала. Для защиты движков от перегрева вентилятор имеет встроенную термозащитуХарактеристики вентилятора :
]]>