Электроснабжение цеха металлорежущих станков

Кроме описанных, к важным направлениям производства энергоресурсов на основе водной и  воздушной сред относится получение  кислорода, водорода и его перекиси (пероксида). Кислород и водород используется в устройствах по сварке, пайке, резке и других видах обработки материалов. В то же время, как показывает опыт, водород является идеальным энергетическим ресурсом, например, при электролизе воды. Сам по себе способ весьма прост. При прохождении постоянного электрического тока через элемент, состоящий из катода и анода, помещенных в водный электролит, на катоде выделяется водород, а на аноде - кислород. Как правило, устройства для получения кислорода и водорода состоят из электролизеров, разделительных колонок, работающих за счет разности плотностей газожидкостных смесей, холодильников, регуляторов давления газов, циркуляционного и подпитывающего насосов. Может быть, и другой вариант устройства для получения кислорода и водорода, который состоит из электролизера, вертикально размещенных разделительных колонок упомянутых газов, их промывателей и регуляторов давления с массивными поплавками.

В последнее  время ведутся разработки других способов получения водорода, в том  числе биологическим, биохимическим и синтетическим методам. В первом из них для разложения воды на водород и кислород используют микроорганизмы. Количество получаемого водорода по этому способу пока незначительно, но в перспективе можно ожидать появления разработки более эффективных его модификаций. Биохимический метод предлагает при разложении водной среды в реакторе использовать ферменты, однако и в этом случае водород тоже производится в малых количествах. Основу синтетического метода составляет фотолиз при полном отсутствии биологических компонентов. Нужно отметить, что хотя некоторые из перечисленных методов в настоящее время и недостаточно производительны, следует продолжать работы по повышению их эффективности.

Учитывая, что  водород служит идеальным энергоносителем, необходимо найти более надежные способы его аккумулирования и последующего хранения. Согласно литературным данным, он может находиться в газообразной или жидкой формах, а также в качестве составной части какого-либо химического соединения. Однако следует иметь в виду, что аккумулирование водорода в виде сжатого газа имеет ограничения из-за низких соотношений между его количеством и массой баллонов, в которых он содержится. Что же касается хранения водорода в жидкой форме, то здесь также имеются сложности, поскольку он сжижается при температуре -252,87 ̊С, при расходе значительной энергии. При этом его криогенное хранение представляет сложную проблему и требует многогранных исследований. Наиболее приемлемым вариантом компактного и безопасного хранения водорода является его содержание в составе особого класса компаудов-металлических гидридов. Последнее достигается тем, что водород под давлением принудительно вступает во взаимодействие с очищенной поверхностью какого-либо металла и, находясь в атомарной форме, растворяется в его межкристаллитном пространстве. При очень высоких давлениях отношение количества атомов водорода к атомам металла больше единицы, а часто может превышать и двойку. В этом случае образуются химические соединения - гидриды. В принципе они могут создаваться при взаимодействии с любым чистым элементом и с большой частью двойных сплавов.

По разработанному нами способу источником аккумулирования  энергии, пригодным для использования  при работе всех видов техники, в  том числе и любых транспортных средств, может быть водород, который по сравнению с другими видами горючего, наиболее дешевый и экологически чистый. В случае перевода двигателей внутреннего сгорания в современных машинах на такое водородное горючее необходимо лишь незначительно изменить конструкцию карбюратора и отрегулировать угол опережения зажигания для приведения его в соответствие с необходимым количеством воздуха и скоростью распространения фронта пламени. В процессе эксплуатации таких двигателей внутреннего сгорания выхлопными продуктами являются водяной пар и небольшое количество азота. Причем его выделение можно регулировать при помощи реакторов каталитической конверсии нашей разработки. Кроме того, при использовании водорода в качестве горючего для транспортных средств отсутствуют несгоревшие углеводороды, соединения свинца и окиси углерода, которые существенно загрязняют окружающую среду.

Таким образом, в результате анализа литературно-патентных  данных, можно сделать вывод, что  нетрадиционные подходы к выработке  энергоресурсов с использованием возобновляемых источников, которые состоят из энергии солнечных лучей, ветровой энергии,

биогумуса, являются как никогда актуальными.

при использовании  водорода в качестве горючего для  транспортных средств отсутствуют  несгоревшие углеводороды, соединения свинца и окиси углерода, которые существенно загрязняют окружающую среду.

Таким образом, в результате анализа литературно-патентных  данных, можно сделать вывод, что  нетрадиционные подходы к выработке  энергоресурсов с использованием возобновляемых источников, которые состоят из энергии солнечных лучей, ветровой энергии,

биогумуса, являются как никогда актуальными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

2 Исходные данные

Таблица 2.1 исходные данные.

Наименование	Кол-во	Pп , кВт	Ки	сos φ /tg φ	ПВ, %	Pном, кВт
Электропривод раздвижных ворот	3	4	0,7	0,8/0,75	25	6,9
Универсальные заточные станки	3	3,5	0,14	0,5/1,73
Заточные станки для червячных фрез	2	8	0,14	0,5/1,73
Резьбошлифовальные  станки	2	5,2	0,14	0,5/1,73
Заточные станки для фрезерных головок	2	3,2	0,14	0,5/1,73
Кругошлифовальные станки	5	9,6	0,14	0,5/1,73
Токарные станки	3	8,5	0,14	0,5/1,73
Вентиляторы	3	4,5	0,8	0,5/1,73
Плоскошлифовальные  станки	6	28	0,14	0,5/1,73
Внутришлифовальные  станки	6	10,4	0,14	0,5/1,73
Кран-балка	1	12	0,1	0,5/1,73	40	7,6
Заточные станки	4	2,8	0,14	0,5/1,73

 

В таблице 2.1 приведены  исходные данные для проектирования электроснабжения цеха металлорежущих станков. Значение коэффициента мощности и коэффициента использования определяем по таблице 2.2 [1, стр. 135].

 

 

 

 

 

 

 

Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного  производства деталей по заказу.

    Основным оборудованием цеха металлорежущих станков являются группы токарных, шлифовальных и заточных станков. К шлифовальному оборудованию относятся станки кругло- , плоско- , внутри- и резьбо- шлифовальные станки. К заточной группе относятся: универсально заточные станки, заточные для червячных фрез и заточные для фрезерных головок. В цехе предусмотрены производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения. Транспортные операции выполняются кран-балкой и наземными электротележками. ЦМС получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от ГПП завода.. Напряжение 10 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭСН), расположенной на расстоянии 15 км. Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения. Работают в нормальной окружающей среде. Грунт в районе цеха – глина, с температурой +5 ̊С. Каркас здания сооружен из блоков – секций длиной 6 м и 8 м каждый. Размеры цеха 50х30х8 м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м. 

2.1 Показатели  проектирования

Цех металлорежущих станков предназначен для серийного производства изделий. Для этой цели установлено основное оборудование: обдирочные, шлифовальные, анодно-механические станки и др.

На стороне 10 кВ трансформатора установлена ячейка КСО-366, с выключателем нагрузки, трансформатором тока и трансформатором напряжения. Так же установлены шины и изоляторы.

Защита  от токов короткого замыкания  на стороне 0,4 кВ выполнена автоматическими  выключателями серии ВА57-35.

Распределительная сеть выполнена шинопроводом марки  ШМА 73У3, двумя распределительными шинопроводами  марки ШРА-4 и ШРА-2, так же распределительным шкафом серии ПР85. Соединение с электроприемниками осуществляется проводами марки АПРТО. Соединение шинопроводов и распределительного шкафа осуществляется кабелями марки АПВГ.

   3 Технико – технологический раздел

      3.1 Расчет электрических нагрузок

период наиболее загруженной смены. Согласно суточному  графику работы промышленных предприятий  наиболее загруженной считают первую смену в течение 8 ч работы.

Для вновь проектируемых  промышленных предприятий активная (кВт) и реактивная (квар) мощности каждого одиночного электроприемника:

                                Р_см = Р_номk_u        (3.1)  [2, стр. 51]

                                q_см = Р_смtgφ_u   (3.2)  [2, стр. 51]

 где  k_u - коэффициент _{использования} электроприемника.

Рассматривая электрическую  нагрузку в комплексе, присоединенную к трансформаторной подстанции, сменную мощность суммируют:

                                (3.3)  [2, стр. 51]

                                   (3.4)  [2, стр. 51]

 

 

 

 

 

 

 

Приведение  мощностей 3- фазных электроприемников  к длительному режиму.

Для приемников с длительном режимом 

                                  Р_ном = Р_п      (3.5)  [2, стр. 50]

Приведение 1-фазных нагрузок к условной 3-фазной мощности. Нагрузка 1-фазного повторно-кратковременного режима, включенная на линейное напряжение, приводится к длительному режиму и к условной 3-фазной мощности:

      (3.6)  [2, стр. 50]

  При включении на линейное напряжение нагрузки отдельных фаз однофазных электроприемников определяются как полусуммы двух плеч, прилегающих к данной фазе:

             

    Р_А =Р_с = Р_ф.ном = Р_ном + 2Р_ном / 2 = 1,5_ном = 1,5 · 2 = 3 кВт

Нагрузки распределяются по фазам с наибольшей равномерностью и определяется величина неравномерности

Н = Р_ф.нб – Р_ф.нм / Р_{ф.нм ·} 100% = 33%

При Н > 15 % и включении  на линейное напряжение

             _

Р_у⁽³⁾ = √3Р_м.ф⁽¹⁾

Р_у⁽³⁾ = √3·4 = 6,9 кВт

Приведение мощностей 3-фазных электроприемников к длительному режиму

Р_ном = Р_п √ПВ = 12·√0,4 = 7,6  кВт

 Рассчитываем среднесменную активную мощность:    

                           Р_см = ∑^п_i=1 Р_ном k_u            (3.7)  [1, стр. 140]

Р_см = ∑^п_i=1 Р_ном k_u · 6,9 · 0,7 · 3+ 0.14 · (3,5· 3 + 8· 2 + 5,2 · 2 + 3,2 ·2 + 9,6 · 5 +

8,5 · 3 + 28 ·  6 + 10,4 + 28 · 4) + 4,5 · 0,8 · 3 + 7,6 · 0,1 · 1 = 76, 23 кВт. 

_{Определяем  среднесменную реактивною мощность:}

       _{Qсм = ∑^пi=1 Рсмtgф}                (3.8)  [1, стр. 140]

               

  _{Qсм = ∑^пi=1 Рсмtgф = 6,9 · 0,7 · 3 + 0,14 · 1,73 · (3,5 · 3 + 8 · 2 + 5,2 · 2 + 3,2 · 2 + 9,6 · 5 + 8,5 · 3 +28 · 6 + 10,4 · 6 + 2,8 · 4) + 4,5 · 0,8 ·1,73 · 3 + 7,6 ·0,1· 1,73· 1= 117,64 квар.}                

_{Определяем  коэффициент силовой  сборки:}

                      _{m= Pном. мах /Pном. мин}                  (3.9)  [1, стр. 138]     

_{m= 28/2,8 = 10;=> m >3}

_{Определяем  средневзвешенное значение коэффициент использования:}

                     _{Ku.ср=∑Рсм/Рном}                              (3.9)  [1, стр. 138]     

_{Ku.ср = 76,23 /400,2 = 0,2 .}

_{Таблица 3,1 Зависимость Kм = F(п3. Ku)}

nэф	Коэффициент использования Ки
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
4	3,43	3,22	2,64	2,14	1,87	1,65	1,46	1,29	1,14	1,05
5	3,23	2,87	2,42	2	1,76	1,57	1,41	1,26	1,12	1,04
6	3,04	2,64	2,24	1,88	1,66	1,51	1,37	1,23	1,1	1,04
7	2,88	2,48	2,1	1,8	1,58	1,45	1,33	1,21	1,09	1,04
8	2,72	2,31	1,99	1,72	1,52	1,4	1,3	1,2	1,08	1,04
9	2,56	2,2	1,9	1,65	1,47	1,37	1,28	1,18	1,08	1,03
10	2,42	2,1	1,84	1,6	1,43	1,34	1,26	1,16	1,07	1,03
12	2,24	1,96	1,75	1,52	1,36	1,28	1,23	1,15	1,07	1,03
14	2,1	1,85	1,67	1,45	1,32	1,25	1,2	1,13	1,07	1,03
16	1,99	1,77	1,61	1,41	1,28	1,23	1,18	1,12	1,07	1,03
18	1,91	1,7	1,55	1,37	1,26	1,21	1,16	1,11	1,06	1,03
20	1,84	1,65	1,5	1,34	1,24	1,2	1,15	1,11	1,06	1,03
25	1,71	1,55	1,4	1,28	1,21	1,17	1,14	1,1	1,06	1,03
30	1,62	1,46	1,34	1,24	1,19	1,16	1,13	1,1	1,05	1,03
35	1,25	1,41	1,3	1,21	1,17	1,15	1,12	1,09	1,05	1,02
40	1,5	1,37	1,27	1,19	1,15	1,13	1,12	1,09	1,05	1,02
45	1,45	1,33	1,25	1,17	1,14	1,12	1,11	1,08	1,04	1,02
50	1,4	1,30	1,23	1,16	1,14	1,11	1,10	1,08	1,04	1,02
60	1,32	1,25	1,19	1,14	1,12	1,10	1,09	1,07	1,03	1,02
70	1,27	1,22	1,17	1,12	1,10	1,10	1,09	1,06	1,03	1,02
80	1,25	1,20	1,15	1,11	1,10	1,10	1,08	1,06	1,03	1,02
90	1,23	1,18	1,13	1,10	1,09	1,09	1,08	1,06	1,02	1,02
100	1,21	1,17	1,12	1,10	1,08	1,08	1,07	1,05	1,02	1,02