Технические характеристики воздухонагревателя ТАГ – 100

В режиме вентилятора после переключения ключа S1 в положение 2 питание подается на катушку К1, которая замыкает свои контакты в цепи двигателя М1 осуществляя его пуск.

Режим нагрева  воздуха: запуск режима осуществляется нажатием кнопки S3, ключ S1 находится в положении 1, через катушку К2 питание подается на двигатель М2. Двигатель расположен в камере воздухообменника горелки, на вал двигателя закреплен насос для подачи топлива на форсунку в камере сгорания. Одновременно с запуском двигателя М2 питание подается на электроклапан КL и на трансформатор Т к которому подключены электроды Э_к, через контакт К2.2. Между электродами возникает дуга, воспламеняющая топливо поступающего через форсунку. Клапан КL установлен в топливной системе теплогенератора и служит для регулирования подачи топлива в систему путем открывания и закрывания. По достижении в камере воздухообменника температуры 40⁰С замыкается контакт теплового датчика SK2 и  через катушку К1 происходит запуск двигателя М1 осуществляющий подачу нагретого воздуха в помещение. Остановка работы теплогенератора осуществляется нажатием кнопки S2, размыкающей свой контакт в цепи горелки.

В цепи управления установлен плавкий предохранитель F1, защита от КЗ осуществляется автоматическим выключателем Q1. От перегрева тепловой пушки в цепи управления предусмотрен тепловой датчик SK1, срабатывающий при температуре в 90⁰С. Система предусматривает защиту от самопроизвольного затухания факела и не зажигании его при запуске. Для этого в камере сгорания установлены фотодиоды Ф1, Ф2, которые открываются при попадании на них света факела. Через данные фотодиоды протекает постоянный ток, поступающий от диодного моста VD1, VD2,VD3,VD4 на катушку К3, которая в свою очередь имеет нормально замкнутый  контакт в цепи реле времени КТ. В случае самопроизвольного затухания факела. Фотодиоды  Ф1 и Ф2 остаются закрытыми катушка К3 обесточена, реле времени с выдержкой в 20 сек. разомкнет свой контакт в цепи катушки К2, запретив подачу топлива в камеру сгорания и отключив от сети трансформатор Т. Одновременно замкнется контакт КТ2.1 подключив к сети лампу аварии. Электрическая схема ТАГ-100 представлена на рисунке 1.3

 

Рисунок 1.3 – Электрическая схема ТАГ-100

 

7. Системы защиты и сигнализации

 

Для защиты двигателя тепловой пушки от перегрева  устанавливаются токоограничивающие силовые автоматические выключатели  типа 3RV1 фирмы Siemens. Характеристики расцепления силовых выключателей рассчитаны главным образом для защиты трехфазных двигателей. Расчетный ток защищаемого двигателя устанавливается на настроечной шкале. Расцепитель тока короткого замыкания настроен на заводе на 13-кратную величину расчетного тока. Этим обеспечивается нормальный пуск и надежная защита двигателя. Чувствительность выключателя к выпадению фазы гарантирует, что выключатель своевременно сработает при выпадении фазы и при вызванными этими обстоятельствами сверх токах в других фазах.

Силовые автоматические выключатели также  обеспечивают защиту линии.

 

 

 

1.2  Обоснование разработки новой системы управления

1.2.1  Недостатки существующей  системы

 

Вышеописанная система нагревания воздуха обладает следующими недостатками:

• Относительно высокий расход топлива.
• Невозможность регулирования температуры внутри помещения.
• Сложность в обслуживании и ремонте.
• Недостаточность визуальных средств наблюдения за работой системы и изменением параметров окружающей среды.
• Во время очередного запуска воздухонагревателя возможно воспламенение скопившегося в камере сгорания топлива. 

 

2.  Реализуемые решения

 

При автоматизации  процесса регулирования в пределах каждого контура возможны различные  решения схем. Выбор схемы автоматизации  связан с анализом кратковременных  суточных изменений режимов работы систем отопления воздуха. Он определяется динамическими свойствами системы и предъявляемыми требованиями по точности регулирования, быстродействию и другим показателям.

Для систем воздухоподогрева различного назначения эти требования варьируются в довольно широких пределах. Например, для комфортного отопления допустимы колебания температуры до 1,5 ⁰С, для технологического отопления воздуха – до 1 ⁰С, для специальных систем – tв до 0,1 ⁰С. Регулирование приточных вентиляционных систем, как правило, осуществляется только в зимнее время, регулирование систем отопления воздуха – в течение всего периода эксплуатации.

По своим  динамическим свойствам системы  нагрева воздуха и обслуживаемые  ими помещения относятся к  объектам с разделенными параметрами, нестационарные процессы в которых  описываются дифференциальными  уравнениями в частных производных. Аналитическое решение таких  уравнений крайне затруднительно, поэтому  для инженерных расчетов пользуются упрощенными зависимостями, полностью  справедливыми только для объектов с сосредоточенными параметрами. Элементы систем отопления воздуха рассматриваются  как инерционные объекты, работающие с запаздыванием.

Анализ  суточных изменений расчетных режимов  работы систем отопления воздуха  с учетом нестационарности процессов, происходящих в них,позволяет определить тепловые нагрузки, действующие на системы, и характер их изменения. Такой анализ выполняется по различным методикам, основанным на частных решениях исходной системы дифференциальных уравнений.

Средства  автоматизации должны соответствовать  требуемой точности поддержания  параметров. Устройства автоматики принципиально  могут обеспечить любую степень  точности поддержания параметров, но бесполезно добиваться точного регулирования, если этого не требует функциональное назначение обслуживаемых помещений  или если сама система отопления  воздуха не способна в некоторой  мере реагировать на сигналы регуляторов. Ни по практическим, ни по экономическим соображениям не следует выбирать устройства автоматики, обеспечивающие более точное регулирование, чем это требуется, и отягощать систему специальным сложным оборудованием. Системы отопления воздуха эксплуатируются в течение многих лет, поэтому наилучшей будет простая надежная система автоматики, дающая необходимый эффект.

 

3. Разработка системы управления

1.3.1 Функциональная схема системы

 

В состав автоматизированной системы  генерации тепла на базе тепловых пушек ТАГ-100 входят следующие компоненты, агрегаты и измерительные устройства:

1. Система питания - баллоны со сжатым газом, предназначенным для питания тепловых пушек ТАГ-100, и затворный клапан, регулирующий подключение/отключение тепловых пушек к системе питания.
2. Измерители давления газа – установлены перед системой ЗК(затворных клапанов) – 1шт., и после него на газопроводе питания каждой тепловой пушки – 6 шт.
3. Датчики наличия питающего напряжения тепловых пушек, а так же управляющего устройства автоматизированной системы управления – программируемого логического контроллера (ПЛК), и ЗК каждой пушки – 13 шт.
4. Тепловые пушки ТАГ-100, оснащенные светочувствительными датчиками наличия пламени горелки – 6 шт.
5. Датчики температуры, расположенные на потолке помещения соответственно областям нагрева воздуха тепловыми пушками – 6 шт.

Функциональная схема системы  генерации тепла на базе тепловых пушек ТАГ-100 представлена на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 – Функциональная схема системы генерации тепла

 

1.3.2  Выбор схемы включения двигателя

 

Поскольку питание воздухонагревателя ТАГ-100 осуществляется от сети 380 В, подключение к которой не всегда осуществимо в ремонтируемых зданиях, следует спроектировать подключение трехфазного двигателя к однофазной цепи, что позволит облегчить его использование и упростить схему системы управления.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.5 – Схема подключения к однофазной сети трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Трехфазные  асинхронные электродвигатели с  короткозамкнутым ротором обычно подключают к однофазной сети по схеме, показанной на рисунке 1.5

Расчет  показывает, а практика подтверждает, что даже при оптимальном выборе емкости фазосдвигающего конденсатора С1 вращающий момент на валу включенного подобным образом двигателя не превышает 35 % номинального.

Это объясняется  тем, что ток, протекающий по обмотке III двигателя, сдвинут по фазе относительно токов в обмотках I и II таким образом, что в суммарном магнитном  поле статора, кроме компоненты, вращающей  ротор в нужном направлении, образуется еще одна, вращающаяся в другую сторону. Она тормозит ротор, уменьшая момент на валу и бесполезно расходуя свою энергию на нагревание проводов и магнитопровода двигателя.

 

 

 

 

Рисунок 1.6 – Схема отключения одной из обмоток трехфазного двигателя

 

Отключив  обмотку III (рисунок 1.6), удается увеличить вращающий момент до 41 % номинального. Он возрастает еще больше, до 58 %, если вновь подключить эту обмотку, изменив направление тока в ней (рисунок 1.7).

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок  1.7 – Схема подключения третьей обмотки с изменением направления тока

 

Эффект  достигается не только за счет смены  направления вращения "вредной" компоненты магнитного поля. Происходит взаимная компенсация создаваемых  обмотками II и III составляющих полей, совпадающих  по направлению с полем обмотки I и потому не участвующих во вращении ротора.

Экспериментально  установлено, что применение двух фазосдвигающих конденсаторов облегчает и пуск двигателя. Емкости конденсаторов  С1 и С2 должны быть одинаковы.

Их рассчитывают по известной формуле С = 2800 · Iф /U, где:

Iф — номинальный фазный ток электродвигателя, A;

U = 220 В. 

Правильность  выбора конденсаторов можно проверить, измерив напряжения на каждой из трех обмоток двигателя под нагрузкой. Они должны быть приблизительно равны.

Равенство напряжений на обмотках II и III электродвигателя дает возможность соединить их встречно-параллельно, как показано на рисунке 1.7 штриховой линией. Конденсаторы С1 и С2 в этом случае заменяют одним удвоенной емкости.

 

 

 

1.3.3  Выбор  пусковых конденсаторов

 

Произведем  выбор конденсаторов для двигателей вентилятора на основании следующей зависимости:

 

                                         

, мкФ                                         (1.1)

 

где = 8А – фазный ток двигателя;

U = 220В – напряжение сети;

С – ёмкость конденсаторов для двигателя;

 

 

Можно установить один конденсатор емкостью 102 мкФ, при помощи справочника выбираем конденсатор типа МБВГ с номинальной емкостью 100мкФ, допуск составляет ± 10%, U_н =220В, диапазон рабочих температур от – 60⁰С до + 60⁰С.

 

1.3.4  Расчёт мощности  и выбор двигателя вентилятора  для теплогенератора ТАГ – 100

 

Исходные  данные:

• Теплопроизводительность не менее ккал/ч                        95000
• Производительность по воздуху, м³/ч.                8500
• Температура нагрева воздуха, ⁰С                         40
• Расход топлива не более, кг/ч.                              11,7
• Параметры электрической сети, В/Гц                  380/50

Обычно  вентиляторы используют для перемещения  больших количеств воздуха под  малым давлением. Им, как правило, не приходится преодаливать значительных статических подпоров. Весь напор создаваемый вентилятором, расходуется на ускорение массы воздуха, проходящей через вентилятор. Кинетическая энергия, запасенная в движущейся массе воздуха, расходуется далее на покрытие потерь в воздухопроводах.

Исходя, из этих соображений можно рассчитать мощность, требуемую для привода вентилятора. Примем, что в камере, откуда вентилятор забирает воздух, скорость воздуха равна нулю, а в выходном патрубке вентилятора равна v.

Каждую  секунду вентилятор ускоряет Q  м³ воздуха от нуля до скорости v.

                          

,кВт ^. с   (1.2)

=1,29- плотность воздуха, кг/м³.

Следовательно, мощность Ру, необходимая для ускорения воздуха составит:

                                         

,кВт                                   (1.3)    

           

От  электродвигателя требуется получить мощность Р:

                                

, кВт                           _(1.4)