Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький національний технічний університет

Інститут електроенергетики та електромеханіки

Кафедра електротехнічних систем електроспоживання та енергетичного менеджменту

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до бакалаврської дипломної роботи

на тему: АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕНЕРГОВИКОРИСТАННЯ НА ТОВ «САРМАТ»

Виконав: студент 4 курсу, групи 4Eм-09

6.050701- електротехніка та електротехнології

(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Драко К.Г.

Керівник Кравець О.М.

Вінниця ВНТУ - 2013

АНОТАЦІЯ

Драко К.Г. «Аналіз ефективності енерговикористання на ТОВ «САРМАТ». Бакалаврська робота. 6.050701. ІнЕЕЕМ. Кафедра ЕСЕЕМ - Вінниця: ВНТУ, 2013 - 85 с.

В даній бакалаврській роботі було розроблено проект системи електропостачання вінницького заводу „Аналог”, ТОВ „Сармат”, а саме здійснено вибір комутаційно-захисної апаратури та провідників цехової і заводської мереж, вибір та місце розташування цехових трансформаторних підстанцій. Здійснено розрахунок емнісного теплообмінного апарата.

АННОТАЦИЯ

Драко Е.Г. «Анализ эффективности энергопотребления на ОАО «САРМАТ»». Бакалаврская работа. 6.050701. ИнЭЭЭМ. Кафедра ЭСЭЭМ - Винница: ВНТУ, 2013 - 85 с.

В данной бакалаврской работе был разработан проект системы электроснабжения винницкого завода „Аналог”, ОАО «Сармат», а именно осуществлен выбор коммутационно-защитной аппаратуры и проводников цеховой и заводской сетей, выбор и место расположения цеховых трансформаторных подстанций. Осуществлен расчет емкостного теплообменного апарата.

ВСТУП

Актуальність роботи. Головним завданням промисловості є більш повне задоволення вимог народного господарства в високоякісній продукції, забезпечення технічного переозброєння виробництва по всіх галузях. Для цього передбачається розширення випуску прогресивних, економічних видів машин, обладнання i пристроїв, систематичне оновлення випускаємої продукції, підвищення технічного рівня i якості, покращення експлуатаційних властивостей виробів. Передбачається послідовне підвищення в основних виробничих фондах активної частки - машин i обладнання.

В зв'язку з цим велике значення мають питання правильного вибору обладнання, особливо електротехнічного, знання техніко-економічних показників машин, пристроїв i механізмів. Ці питання мають ще більше значення при здійснені реконструкції i технічного переозброєння підприємства. Подальше підвищення якості праці дуже залежить від росту енергоозброєності праці, системи розподілу i якості електричної енергії.

Розвиток економіки нерозривно пов'язаний з електрифікацією всіх галузей народного господарства. Величезна кількість електроенергії, що виробляється генераторами різних типів електростанцій , передається споживачам, якими є промисловість, сільське господарство, будівництво, транспорт і комунальні господарства міст.

Передача електроенергії від джерел до споживачів проводиться енергетичними системами, що об'єднують кілька електростанцій. Енергосистеми продовжують залишатися основним джерелом електропостачання споживачів електроенергії, в тому числі найбільш енергоємних, якими є промислові підприємства.

Реалізація вимог надійності, якості, економічності забезпечує зниження витрат при спорудженні та експлуатації всіх елементів системи електро- та тепло- постачання, виконання з високими техніко-економічними показниками планів електрифікації всіх галузей народного господарства, надійне і якісне електропостачання промислових підприємств. В результаті збільшується електроозброєність праці, а це в свою чергу забезпечує зростання продуктивності праці і ступінь його механізації. Таким чином, зростання електроозброєності праці визначається не тільки збільшенням вироблення електроенергії на електростанціях, але і фактично раціональним її використанням у різних пристроях і установках споживачів.

Мета. Мета роботи полягає в аналізі енергоефективності та розробці заходів з енергозбереження, вибору системи електропостачання заводу та підбору найбільш оптимального теплообмінного апарату.

Задачі. Для досягнення мети необхідно розв'язати такі задачі: енергоаудит електричної частини; енергоаудит теплової частини; формування менеджменту з енергоефективності на підприємстві.

Об'єкт дослідження. ТОВ «САРМАТ».

Предмет дослідження. Аналіз ефективності енерговикористання промислового підприємства.

Практичне значення. Створена система електропостачання забезпечить безперервне живлення всіх будівель підприємства, також система відповідає всім сучасним вимогам . Обраний теплообмінний апарат є досить потужним але компактним і економним, він зможе забезпечити надійне теплопостачання у всі холодні року.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПІДПРИЄМСТВО

ТОВ „Сармат” розміщено на теріторії підприємства „Аналог”, яке з перехідом на ринкову економіку перепрофілювалось, що призвело до зміни технологічних процесів, заміни цілого ряду технологічного обладнання та зміни номенклатури продукції, що випускається підприємством. В зв'язку з цим з'явилась необхідність розробити нову систему електропостачання, яка враховує приведені вище фактори та по можливості зберегла, з максимальною можливістю, основні елементи електропостачання. Виходячи з цього сформулюємо основні задачі, які повинні бути розв'язані в системі електропостачання в тому числі:

- розробити систему електропостачання підприємства з врахуванням інснуючої;

- перевірити завантаження трансформаторів та трансформаторних підстанцій і визначити їх кількість;

- при необхідності перерозподілити живлення окремих корпусів, цехів та дільниць підприємства;

- техніко-економічними розрахунками визначити оптимальну кількість трансформаторних підстанцій з врахуванням зовнішнього електропостачання і визначення можливості встановлення ЦРП на підприємстві;

- розробити заходи з енергозбереження та нормування електроспоживання.

1.1 Опис технологічного процесу підприємства

Всі технологічні операції виконуються відповідно точному графіку технологічного процесу. Всі цехи заводу, продукція яких іде на основне виробництво, пов'язані між собою єдиним технологічним процесом.

Також необхідно відмітити, що номенклатура продукції яка випускається вінницьким експериментальним заводом „Аналог”, ТОВ „Сармат” доволі широка і включає в себе такі вироби як випробувально пошукових комплексів УПК-10 на базі автомобіля УАЗ,РАФ, ЕРАЗ, регулятори коефіцієнта потужності РКМ-12, , тепло лічильники УСТ та водолічильники типу УСВ „Енергія-2000”, регулятори температури типу РТПЧ-ОЗМ. Також в умовах нинішніх ринкових відносин, підприємство освоїло випуск продукції, яка користується широким попитом : пломба пластмасова, пляшка поліетиленова, банка жерстяна (під фарбу), а також атракціони виготовляє ТОВ „Сармат”.

„Аналог” - єдиний в Україні завод, який випускає з 1999 року екстремальні („Американские Горки”, „Башня свободного падения”), сімейні („Клоун”, „Глобус”, „Скамейка”) і широкий спектр дитячих і водних атракціонів („Железная дорога”, „Зайчик”, „Голубой Нил”, „Стиль” та ін.).

Для випуску цієї продукції на підприємстві є цехи і дільниці: заготівельна дільниця, механічний та інструментальний цех, термічне відділення , координатно - розточна дільниця, дільниця зборки, та інші.

Збірка готової продукції передує наступний технологічний процес. На заготівельній дільниці, на пило відрізних станках, газозварюванням відрізають заготовки деталей виконуються на комбінованих ножицях НВ 5222 рубку листового металу. Після цього в механічному цеху із заготовки виготовляють деталі, в термічному відділені виконують закалку деталей. Операції по доведенню деталей до кінцевих розмірів виконуються на кооординатно-розточній дільниці.

Механічний є по суті збірочним цехом, який виробляє основну продукцію. Відповідні матеріали, листовий метал, провідникові елементи та різні необхідні радіодеталі поступають в механічний цех за допомогою пресів, токарних і свердлильних станків виготовляють корпуса продукції, що випускається. Після цього продукція, що випускається, підлягає налагодженню та перевірці. Для чого в цеху передбачено випробувальні стенди. Після налагодження і прийомки, яка здіймається у відповідності з діючим законодавством, продукція демонтується і потрапляє на склад готової продукції для майбутньої реалізації. Дана продукція реалізується в Україні та країнах СНД.

1.2 Відомості про електричні навантаження

Генплан вінницького заводу „Аналог” (Додаток Б);

навантаження заводу (таб.1.2).

струм короткого замикання Iкз=10,2кА

Потужність короткого замикання Sкз = 75 МВА

Довжина живлячої лінії від підстанції енергосистеми l=2,5км

Таблиця.1.1 Відомості про електричні навантаження заводу

№	Назва цеху	Рн,кВт	F, м^2	Категорія
1	Корпус №1	1428	2448	II
1,3	Адміністративний корпус	85	1394	II
2	Виробничо - побутовий корпус №2	455	1191	II
3	Лабораторний корпус №3	550	1427	II
4	Виробничий корпус №4	440	1305	II
5	Склад ОКСА	10	452	ІІІ
5а	Склад ОМТС	10	443	ІІІ
6	ПТО автомобілів	20	160	ІІІ
7	Їдальня	35	412	ІІІ
8	КПП	21	64	ІІІ
9	Ангар	15	596	ІІІ
10	Склад іпортних частин	15	155	ІІІ

Згідно Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) приймачі електроенергії промислових підприємств по необхідній ступені безперебійності електропостачання поділяються на наступні категорії [6]:

• електроприймачі І категорії - електроприймачі, перерва електропостачання яких може викликати: небезпеку для життя людей, значні збитки народному господарству, пошкодження цінного основного обладнання, масовий брак продукції, розлад складного технологічного процесу, порушення функціонування особливо важливих елементів комунального господарства. Зі складу І категорії виділяють особливу групу електроприймачів, безперебійна робота яких необхідна для безаварійної зупинки виробництва з метою недопущення загрози життю людей, вибухів, пожеж і пошкоджень цінного основного обладнання. (Автоматичні системи пожежогасіння підприємств хімічної промисловості, диспетчерського управління рухом потягів, літаків, тощо).

• електроприймачі ІІ категорії - електроприймачі, перерва електропостачання яких призводить до масового недовідпуску продукції, масових простоїв робітників, механізмів та промислового транспорту, порушень нормальної діяльності значної кількості людей.

• електроприймачі ІІІ категорії - всі інші електроприймачі, що не підходять під визначення І і ІІ категорій.

Кожній категорії електроприймачів відповідає гарантований рівень надійності електропостачання та його схема.

Споживачі ТОВ «САРМАТ» відноситься до II та ІІІ категорії надійності електроспоживання. Приналежність кожного з цехів заводу до певної категорії з надійності електропостачання приведено в таблиці 1.1.

Таблиця 1.2 - Електричні навантаження виробничого корпусу 1

№ на кресленні	Назва	Кількість	Р,кВт одного
Координатно-розточний дільниця
1	координатно-розточний верстат	1	8
2	координатно-свердлильний верстат	1	2
3	координатно-розточний верстат	1	0,7
4	координатно-розточний верстат	1	1,6
1Т	Кран електричний	1	2,24
Координатно-шліфувальний дільниця
5	координатно-шліфувальний верстат	2	5
6	координатно-шліфувальний верстат	1	0,37
Інструментальний цех
7	токарно-венторезний верстат		1 10
8	токарно-венторезний верстат	2	6
9	токарно-венторезний верстат	1	10
10	токарно-венторезний верстат	4	10
11	токарно-венторезний верстат	1	4,6
12	плоскошліфувальний верстат	1	2,2
13	радіально-свердлильний верстат	1	1,5
14	вертикально-свердлильний верстат	1	1,5
15	вертикально-свердлильний верстат	1	1,5
16	вертикально-фрезерний консольний верстат	2	10
17	універсально-фрезерний верстат	3	3
18	горизонтально-фрезерний верстат	1	5,5
18	горизонтально-фрезерний верстат	1	6,9
19	плоскошліфувальний верстат	1	1,1
20	опіловочний верстат	1	1,1
21	прес гідравлічний	1	3
22	довбежний верстат	1	0,93
23	електропіч-вана соляна	1	60
24	витяжна в/установка	1	0,5
40	відсмоктуючий агрегат	1	1,5
2Т	Кран електричний	1	2,24
Термічний дільниця
25а	автомат для ультразвукової очистки деталей	1	0,5
26а	витяжна установка	1	0,5
27а	витяжна установка	1	0,5
28а	витяжна установка	1	0,5
25	пічь опору камерна	1	25
26	електропіч-вана соляна	1	60
27	електропіч камерна	1	14
28	пічь шахтна	1	73,2
29	пічь шахтна	1	88
30	прес гідравлічний	1	2,2
31	прес гідравлічний	1	2,2
32	прес гідравлічний	1	2,2
33	автомат для ультразвукової очистки деталей	1	23,1
33а	витяжна в/установка	1	2,2
4Т	Кран електричний	1	2,24
Механічний дільниця
9	токарно-венторезний верстат	1	10
4	токарно-револьверний верстат	4	4
35	токарно-венторезний верстат	1	22
37	вертикально-фрезерний верстат	2	7,5
38	вертикально-фрезерний верстат	1	3
39	різьбошліфувальний верстат	1	5,5
40	відсмоктуючий агрегат	6	1,5
41	круглошліфувальний верстат	1	5
42	шліфувальний верстат	1	3
43	безцентрово-шліфувальний верстат	1	2,5
44	плоскошліфувальний верстат	1	2,2
18	горизонтально-фрезерний верстат	1	6
45	токарно-венторезний верстат	2	4,5
46	токарно-венторезний верстат	1	11
47	різьбошліфувальний верстат	1	10
48	зубодовбежний п/автомат	1	3
49	зубошліфувальний п/автомат	1	4
50	шліфувальний верстат	1	6,3
51	контрольно -обкаточний верстат	1	3,9
3Т	Кран електричний	1	2,24
36	фрезерний верстат	1	3
Дільниця фінішної обробки
40	відсмоктуючий агрегат	7	1,5
52	круглошліфувальний верстат	1	5,4
53	круглошліфувальний верстат	1	10
59	Монепулятор	2	1
54	плоскошліфувальний верстат	1	2,2
55	внутрішньошліфувальний верстат	1	5,4
56	різьбошліфувальний верстат	1	3
57	Верстат для доводки отворів	1	0,6
58	зубошліфувальний п/автомат	1	3
Дослідний дільниця
60	токарно-венторезний верстат	1	10
39	різьбошліфувальний верстат	1	5,5
61	дифектоскоп	1	0,5
Дільниця ТВЧ
62	вистокочастотний генератор	2	80
63	таль електрична	1	0,6
Дільниця СОЖ
64	вана електорообігівачем	2	29
Заточний дільниця
65	точильно-шліфувальний верстат	2	4
66	зоточний п/автомат	1	0,6
67	заточний профіле- шліфувальний верстат	1	0,6
68	заточний верстат	1	0,6
69	Заточний верстат	2	4,6
40	пилевідсмоктуючий агрегат	7	1,5
КОРПУС 1.1		122

2. АНАЛІЗ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПІДПРИЄМСТВА

2.1 Розрахунок електричних навантажень

Розрахункові активна та реактивна потужності силового обладнання цеху визначаються за методом коефіцієнта попиту.

РМ.С = КПРН, (2.1)

QМ.С = РМtgС . (2.2)

де КП - коефіцієнт попиту, який вибирається з довідника;

Рн - номінальна активна потужність споживача;

tgС - коефіцієнт реактивної потужності споживача.

Розрахунок виконується на прикладі виробничого цеху.

(кВт),

(кВАр).

Розрахункове навантаження освітлення визначається за формулою (2.3):

РН.О.=Кпра? (Рпит.о?F), (2.3)

де Рпит.о = 0,011 - 0,024 кВт/м2, і визначається за класом зорових робіт;

F - площа приміщення;

Кпра - коефіцієнт, який залежить від типу ламп, вибраних для даного приміщення.

Коефіцієнти:



Так як для ремонтно-механічного цеху було вибрано лампи типу ДРЛ, то

Кпра = 1,1.

(кВт).

Активна, реактивна та сумарна потужності освітлення ремонтно-механічного цеху розраховуються за формулою (2.4)

РМ.О.=КПО?РН.О, (2.4)

(кВт).

QМ.О.= РН.О?tgц, (2.5)

(кВАр).

Аналогічно виконується розрахунок для всіх інших приміщень, результати занесені в таблицю 2.1.

Розрахункові навантаження заводу:

(кВт), (2.6)

(квар). (2.7)

де Ко = 0,9 - коефіцієнт одночасності максимумів навантаження для 0,3<КВ<0,5 і 5 - 8 приєднань 10 кВ на збірних шинах РП.

(2.8)

Розрахунки навантажень підприємства представлені у таблиці 2.1.

2.1.1 Вибір місць розташування підстанцій

Для вибору місць розташування підстанцій будується картограма та визначається центр електричних навантажень підприємства. Картограма навантажень будується на кресленні генерального плану підприємства. Навантаження кожного з цехів зображається кругом, площа якого пропорційна розрахунковій активній потужності:

, (2.9)

де тр - масштаб навантаження.

Для вибору масштабу побудови картограми навантажень приймається радіус круга навантаження головного виробничого корпусу який дорівнює 75м, тоді масштаб побудови визначається:

(кВт/м2). (2.10)

Таблиця 2.1 - Розрахунок навантажень підприємства

Споживачі	Силове навантаження	Освітлювальне навантаження	Всього
	Рн, кВт	Кп	сosц	tgц	Pмс, кВт	Qмс, квар	F, мІ	Рпит. О	Рно, кВт	Кпо	Кпра	Pмо, кВт	Qмо, квар	сosц0	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Корпус №1	604,25	0,75	0,8	0,75	453,19	339,9	3923,7	0,02	78,47	0,8	1,1	69,06	51,79	0,9	522,24	391,68	652,81
Адміністративний корпус	51,77	0,75	0,8	0,75	38,83	29,12	336,16	0,01	3,362	0,6	1,1	2,22	1,66	0,9	41,05	30,78	51,31
Виробничо-побу-товий корпус №2	200,1	0,85	0,8	0,75	170,1	127,6	1299,3	0,01	12,99	0,6	1,1	8,58	6,43	0,9	178,66	134,00	223,33
Лабораторний корпус №3	214,19	0,85	0,8	0,75	182,1	136,5	1390,8	0,01	13,9	0,6	1,1	9,18	6,88	0,9	191,24	143,43	239,05
Виробничий корпус №4	323,53	0,85	0,8	0,75	275	206,3	2100,8	0,01	21,01	0,6	1,1	13,87	10,40	0,9	288,87	216,65	361,08
Склад ОКСА	5,84	0,85	0,7	1,02	4,96	5,06	37,9	0,01	0,38	0,6	1,1	0,25	0,26	0,9	5,21	5,32	7,45
Склад ОМТС	6,25	0,5	0,7	1,02	3,13	3,19	40,58	0,019	0,77	0,6	1,1	0,51	0,52	0,9	3,63	3,71	5,19
ПТО автомобілів	8,04	0,7	0,7	1,02	5,63	5,74	52,2	0,01	0,52	0,6	1,1	0,34	0,35	0,9	5,97	6,09	8,53
Їдальня	18,9	0,85	0,8	0,75	16,07	12,05	122,72	0,01	1,23	0,6	1,1	0,81	0,61	0,9	16,87	12,66	21,09
КПП	9,01	0,85	0,7	1,02	7,66	7,81	58,5	0,01	0,58	0,6	1,1	0,39	0,39	0,9	8,04	8,21	11,49
Ангар	6,54	0,5	0,7	1,02	3,27	3,34	42,46	0,019	0,81	0,6	1,1	0,53	0,54	0,9	3,80	3,88	5,43
Склад імпортних частин	3,74	0,7	0,7	1,02	2,62	2,67	24,28	0,01	0,24	0,6	1,1	0,16	0,16	0,9	2,78	2,83	3,97
Всього по підприємству	1452,2				1162,5	853,4	9429,5	0,01	134,3			105,8	80,01		1268,4	959,23	1590,7

Вибирається кВт/м2. Значення радіуса круга при даному масштабі буде дорівнювати:

(м). (2.11)

Сектор освітлювального навантаження ремонтно-механічного цеху складає:

. (2.12)

Розрахунки по інших цехах подані у таблиці 2.2

Таблиця 2.2 - Дані для побудови картограми навантажень

	Споживачі				Координати	Pм,кВт	Pмо,кВт	rk,м	бє
					x,м	y,м
1. Корпус №1	151	62	604,248	33,048	98,1	19,7
1.3 Адміністративний корпус	192	102	51,77	17,77	28,7	124
2. Виробничо - побутовий корпус №2	61	65	200,1	18,1	56,4	32,6
3 Лабораторний корпус №2	34	34	214,19	21,69	58,4	36,5
4. Виробничий корпус №4	86	112	323,53	15,53	71,8	17,3
5. Склад ОКСА	132	115	5,84	4,34	9,64	268
5а. Склад ОМТС	147	114	6,25	4,25	9,98	245
6. ПТО автомобілів	224	102	8,04	2,04	11,3	91,3
7. Їдальня	20	60	18,9	4,9	17,3	93,4
8. КПП	125	153	9,01	0,61	12	24,5
9. Ангар	165	118	6,54	4,29	10,2	236
10. Склад імпортних частин	160	150	3,74	1,49	7,72	143
Всього			1452,17

Координати центру навантажень визначаються:

(м), (2.13)

(м). (2.14)

Рисунок 2.1 - Картограма навантажень підприємства

2.2 Вибір та розміщення трансформаторних підстанцій

На підстанції зазвичай встановлюють два однакових трансформатори такої потужності, щоб при виході з ладу одного з них, другий трансформатор забезпечив роботу основних споживачів на період відновлення пошкодженого. При цьому враховується, як перевантажувальна здатність трансформаторів, так і можливість обмеження споживачів без збитків для основної діяльності підприємства. Встановлення одного трансформатора дозволяється у випадку, якщо буде забезпечена необхідна надійність електропостачання з використанням резервування на низькій стороні напруги живлення.

Орієнтовано кількість та потужність трансформаторів можна вибрати по питомі густині навантаження і розрахунковому навантаженню об'єкта.

Сумарна потужність на напрузі 0,4 кВ визначається (кВА):

652,8+51,31+223,3+239,1+361,1+7,45+5,19+8,53+21,09+

+11,49+5,43+3,97=1590,73(кВА), (2.15)

(кВА/м кв.). (2.16)

При такій питомій потужності доцільно застосовувати трансформатори потужністю 630 кВА. Розглядаємо два варіанти спорудження однотрансформаторної підстанції з трансформаторами потужністю 630 і 1000 кВА.

Нижче проведені розрахунки визначення економічної кількості трансформаторів.

При Sек = Sном.т = 630 кВА число ТП.

Отже, розглядається два варіанти спорудження двотрансформаторних підстанцій номінальними потужностями 630 кВА і 1000 кВА:



Визначимо економічну кількість ТП:

(2.17)

де - коефіцієнт завантаження трансформаторів (для споживачів ІІ, ІІІ категорій =0,80ч0,85).

(шт.).

(шт.).

Отже, необхідно встановити 1 двотрансформаторну підстанцію.

Трансформаторні підстанції розподіляються між цехами і визначаються їх фактичні коефіцієнти завантаження за формулою (2.18). Дані розрахунку приведені в таблиці 2.3.

(2.18)

Таблиця 2.3 - Розподіл трансформаторних підстанцій між цехами

Цех	Sм, кВА	F, мІ	Sном.т=630 кВА	Sном.т=1000 кВА
			N, шт	kз	N, шт	kз
1,6,7,8	673,98	4054,38	3	0,35	4	0,16
2,3,4,9	534,78	3149,07	1	0,84	1	0,53
5,10,11,12	381,97	2226,08	2	0,3	2	0,19

Визначаються втрати потужності в ЦТП.

Параметри встановлених на підприємстві трансформаторів наведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 - Паспортні дані вибраних трансформаторів

Sн.тр, кВА	Uн.т, кВ	?Рхх, кВт	?Рк, кВт	Іхх%	Uк%
630	10	1,8	9	1,5	6,5
1000	10	2,1	10,5	1,4	6

Варіант 1:

(кВт), (2.19)

(кВАр). (2.20)

Варіант 2:

(кВт),

(кВАр).

Решта розрахунків виконуються аналогічно і результати представлені у таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 - Втрати в трансформаторах

Варіант 1
№ ЦП	К-сть	Sном	Кз	?Р	?Q
2,3,4,9	1	630	0,76	10,96	4,26
1,6,7,8	36,462413,14-191,12	630	0,7	8,45	1,89
5,10,11,12	1	630	0,7	10,96	4,26
Всього	4			30,37	10,41

Розраховується потужність заводу з врахуванням втрат в цехових ТП

Варіант 1:

(кВт), (2.21)

(квар). (2.22)

Варіант 2:

(кВт),

(квар).

Визначається реактивна потужність, що може бути спожита з енергосистеми в години великих навантажень:

Варіант 1:

(квар), (2.23)

де - для підстанцій напругою 10 кВ.

Варіант 2:

(квар).

Визначається необхідна потужність компенсувальних пристроїв:

Варіант 1:

(квар), (2.24)

Варіант 2:

(квар).

Розраховується повна потужність, що споживається підприємством з енергосистеми:

Варіант 1:

(кВА). (2.25)

Варіант 2:

(кВА). (2.26)

Отже, обираэмо варыант з меншою повною потужныстю, а саме: S=1512,3кВА. Будемо встановлювати ТП з трансформатором потужністю 630кВА.

2.2.1 Вибір схеми та основних елементів заводської мережі

Рисунок 2.2 - Однолінійна схема внутрішньозаводського електропостачання.

Високовольтні вимикачі вибираються за номінальною напругою і розрахунковим струмом:

(2.27)

(2.28)

де - розрахунковий максимальний струм для після аварійного режиму.

Розраховуються струми для нормального і післяаварійного режимів:

Для ТП-1:

(А), (2.29)

(А). (2.30)

Для ТП-2:

(А),

(А).

Для ТП-3:

(А),

(А).

Визначається економічний переріз кабелів, які будуть живити ТП від ЦРП:

, (2.31)

.

,

.

,

.

Для кабелів з паперовою ізоляцією в алюмінієвій оболонці з ТМ=1000-3000 =1,6.

На стороні 10 кВ встановлюються вакуумні вимикачі ВВТЕ-10-10-630У3. Номінальний струм вимикачів для всіх приєднань. Власний час відключення вимикача 0,055 с.

Завод заживляється від підстанції «Західна» 110/10. Визначається економічний переріз кабелю:

(А), (2.32)

. (2.33)

Для кабелів з паперовою ізоляцією в алюмінієвій оболонці з ТМ=1000-3000 =1,6. Живлення буде подаватись кабелями ААБ перерізом 3х35 мм2 з .

Живлення буде подаватись броньованими кабелями з паперовою ізоляцією алюмінієвій оболонці типу ААБ 3x35, що відповідає вимогам ПУЕ. Споживачі елекроенергії підприємства працюють на напрузі 0,4 кВ, тому розподілення електричної енергії в цехових мережах виконується за допомогою цехових РП 0,4 кВ.

Для внутрішньозаводської низьковольтної мережі вибір кабелів та автоматичних вимикачів здійснюємо аналогічно до вибору кабелів і вимикачів цехової мережі. Результати заносимо до таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 - Вибір високовольтних вимикачів і перерізу провідників

Лінія	І, А	І,А	Вимикач	І,А	S, A	Провідник	I, А
ЦРП - ТП1	45,62	47,28	ВВТЕ-10-10-630УЗ.	630	28,51	ААБ 3х35	135
ЦРП - ТП2	37,49	47,28	ВВТЕ-10-10-630УЗ.	630	23,43	ААБ 3х25	115
ЦРП -ТП3	43,66	47,28	ВВТЕ-10-10-630УЗ.	630	27,28	ААБ 3х35	135

2.3 Розрахунок схеми електропостачання цеху

В залежності від схеми, цехові мережі поділяють на радіальні, магістральні та змішані.

Радіальними називають мережі, в яких для передачі електричної енергії до споживача використовується окрема лінія. В радіальних мережах від розподільчого щита ТП відходять лінії живлення щитів станцій управління (ЩСУ), первинних розподільчих пунктів, ЕП великої потужності (більше 55 кВт).В свою чергу, від ЩСУ або первинних РП і живляться вторинні РП і ЕП середньої потужності. Від вторинних РП живляться ЕП малої потужності.

У радіальних цехових мережах лінії електропередач виконують кабелями., кожна лінія живить одинарне навантаження. Радіальні схеми забезпечують високу надійність будь-якої категорії електропостачання.

Магістральними називають мережі, в яких для передавання електроенергії до декількох споживачів використовується одна лінія електропередач.

Широкого поширення набули цехові магістральні мережі, виконані комплектними шинопроводами.

Радіальна схема електропостачання електричного цеху наведена на рисунку 2.3.

Таблиця 2.7 - Обладнання виробничого приміщення цеху №1

Назва розподільного пристрою	Вид електроприймача, що під'єднується до даного РП	Позначення ЕП на схемі
РП-1	Пиловідсмоктуючий аг-т	1,3,4
	Круглошліфувальний верстат 1	2
	Круглошліфувальний верстат 2	5
	Монепулятор	6
РП-2	Плоскошліфувальний в-т	7
	Внутрішньошліфувальний	8
	Різбошліфувальний в-т	11
	Верстат для доводки отворів	12
	Зубошліфувальний п/автомат	13
	Пиловідсмоктуючий аг-т	9, 10, 14, 15
РП-3	Токарно-венторізний в-т	16
	Різьбошліфувальний в-т	17
	Дифектоскоп	18
	Таль електрична	19
	Високочастотний генератор	20, 21

Рисунок 2.3 - План механычного цеху

2.3.1 Аналіз розрахунку навантажень цеху

Визначаємо потужність для електроприймача(ЕП) - круглошліфувальний верстат №1 (2) за формулою (2.34):

(кВт). (2.34)

де рн - потужність верстата, (кВт)

n- кількість верстатів.

Середня активна потужність визначається за формулою (2.35):

(кВт), (2.35)

де кв -коефіцієнт використання.

Середня реактивна потужність визначається за формулою (2.36):

Qсм = Рсм* tgц=1,08*2,68=2,89 (квар), (2.36)

де tgц- коефіцієнт реактивної потужності.

Груповий коефіцієнт використання та ефективне число ЕП для РП1 визначаються за формулами (2.37), (2.38):

(2.37)

(2.38)

Коефіцієнт розрахункового максимуму навантажень Км знаходиться за ефективним числом ЕП та коефіцієнтом використання з таблиці 1,1 [1] для мереж живлення напругою до 1000 В. В даному випадку Км = 1,17.

Визначаються розрахункові активна та реактивна потужності по РП1 за формулами (2.39), (2.40):

Рм = Км * Рсм =5,33*9,96 = 53,08 (кВт), (2.39)

, (2.40)

.

де Км -коефіцієнт розрахункового максимуму активної потужності.

Сумарна потужність визначається за формулою (2.41):

(кBA). (2.41)

Після розрахунку значення для кожного з РП, виконуються розрахунки по цеху в цілому. Такої ж послідовності дотримуються і при визначенні розрахункових навантажень PM, QM, SM і в цілому по цеху. За однією відмінністю, значення Км вибирається з таблиці 1,2 [1] на шинах НН цехових трансформаторів і магістральних шинопроводів напругою до 1000В.

Ефективне число ЕП по цеху в цілому визначається за формулою (2.38):

Тоді Км = 1,47 , за формулами (2.39), (2.40) та (2.41) визначаються розрахункові активна, реактивна та сумарна потужності:

Рм = 1,47 * 101,18 = 148,74 (кВт),

,

(квар).

(кBA).



2.4 Вибір комутаційних та захисних апаратів цехової електромережі

При виборі автоматичних вимикачів повинні виконуватись такі умови:

(2.42)

(2.43)

де - номінальний струм розчіплювача,

- струм спрацювання відсічки,

- коефіцієнт відстроювання, що визначається з умов надійності відстроюван-ня захисту від перевантажень і його неспрацювання (повернення) при (після) пуску або самозапуску,

розрахунковий струм окремого електроприймача чи РП в цілому при ,

- коефіцієнт надійності відстроювання струмової відсічки,

- піковий (пусковий) струм;

- ККД, що приймається в межах 0,79-0,92

Здійснюється вибір автоматичних вимикачів з лінії РП1 - ЕП, для цього визначається розрахунковий струм для цієї ж лінії:

(A). (2.44)

Піковий (пусковий) струм розраховується за формулою (2.12):

. (2.45)

Для цієї ліні вибирається тип вимикача серії ВА з тепловим та електромагнітним розчеплювачами.

Розраховуються також номінальний струм розчіплювача та струм спрацювання відсічки:

(А),

(А).

За розрахованими значеннями струмів вибирається автоматичний вимикач ВА51-25 з тепловим і електромагнітним розчіплювачем, з номінальним струмом вимикача 25А, номінальним струмом розчіплювача 25А та струмом спрацювання відсічки 250А (кратність струму 10). Аналогічно вибираються автоматичні вимикачі для всіх інших ЕП. Результати розрахунків представлені у таблиці 2.2.

Вибирається автоматичний вимикач для захисту лінії від ТП до РП-1:

(A).

Визначається піковий стум за формулою (2.13):

(2.46)

(А).

де Ін.макс і Іп.макс - номінальний і піковий струми найбільш потужних електроприймачів.

Розраховуються номінальний струм розчіплювача та струм спрацювання відсічки:

(А),

(А).

Вибирається для захисту цієї лінії вимикач серії ВА08-0403 - автоматичний вимикач з тепловим і електромагнітним розчіплювачем, з номінальними струмом розчіплювача 64А, та номінальним струмом вимикача 160А, заданої кратності вимикача, яка дорівнює 3, знаходиться струм спрацювання відсічки - 480А.

Аналогічно виконуються розрахунки для захисту лінії від РП-1 до ЕП. Дані занесені до таблиці 2.9

Таблиця 2.9 - Розрахунок комутаційно-захисної апаратури цеху

№ ЕП	Iм, А	Iп, А	Тип	Iном, А	Iн.р, А	Iс.в.р, А	Iс.в, А
ЕП-2	23,17	115,85	ВА51-25	25	25	243,28	250
ЕП-5	48,81	244,04	ВА51-31	100	50	512,49	700
ЕП-6	41,35	206,74	ВА51-31	100	50	434,15	700
ЕП-1,3,4	15,65	78,25	ВА51-25	25	16	164,32	175
РП-1	47,36	239,63	ВА08-0403	160	64	503,21	480
ЕП-7	20,28	101,42	ВА51-25	25	25	212,97	250
ЕП-8	44,60	223,02	ВА51-31	100	50	468,34	700
ЕП-11	8,85	44,25	ВА51-25	25	10	92,93	175
ЕП-12	1,19	5,97	ВА51-25	25	6,3	12,53	175
ЕП-13	3,34	16,71	ВА51-25	25	6,3	35,10	175
ЕП-9,10,14,15	20,13	100,66	ВА51-25	25	25	211,38	250
РП-2	101,55	174,32	ВА55-37	160	128	366,08	128
ЕП-16	40,64	203,21	ВА51-31	100	50	426,75	700
ЕП-17	40,91	204,57	ВА51-31	100	50	429,59	700
ЕП-18	1,44	7,22	ВА51-25	25	6,3	15,16	175
ЕП-19	1,14	5,70	ВА51-25	25	6,3	11,96	175
ЕП-20,21	601,20	3006,02	ВА51-39	630	630	6312,6	630
РП-3	1219,00	1233,71	ВА55-43	1600	1280	2590,7	1280

Відповідно до вимог правил улаштування електроустановок вибираються наступні способи прокладки ліній:

- від ТП до усіх РП цеху, прокладка кабелем з алюмінієвими жилами марки АВВГ в полівінілхлоридній оболонці по стінах;

- від РП до усіх ШРА прокладка кабелем з алюмінієвими жилами марки АВВГ в полівінілхлоридній оболонці по стінах в металевих трубах.

Умова вибору перерізу провідника:

Від ТП до РП1 вибирається переріз кабелю з умови, що допустимий струм кабелю більший за розрахунковий струм який буде в ньому протікати:

,

(А).

.

Вибирається кабель АВВГ перерізом 4х10 мм кв.. При прокладені відкрито допустимий тривалий струм якого складає 64А.

Від РП-1 до ЕП-2 вибирається переріз кабелю з умови:

,

.

Вибирається кабель марки АПВ перерізом - 6 мм кв. при прокладанні в одній трубі в підлозі, допустимий тривалий струм якого складає 30А. Аналогічно обираються перерізи решти провідників. Результати розрахунків представлені у таблиці 2.10.

Таблиця 2.10 - Вибір провідників цехової мережі

№ ЕП	Iм, А	Тип кабеля	Тип ШРА	Iдоп, А	Спосіб прокла-дання	S, ммІ	Iдоп, А
ЕП-2	25,98	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-5	48,11	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	70
ЕП-6	4,81	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-1,3,4	7,22	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
РП-1	105,37	АВВГ	ШРА73	250	По стінах	4х10	-
ЕП-7	10,58	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-8	25,98	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-11	14,43	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-12	2,89	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-13	14,43	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-9,10,14,15	7,22	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
РП-2	97,19	АВВГ	ШРА73	250	По стінах	4х10	-
ЕП-16	48,11	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	70
ЕП-17	26,46	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-18	2,41	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-19	2,89	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	29
ЕП-20,21	384,90	АПВ	ШРА73	250	ТТ 28	4(1х4)	385
РП-3	849,67	АВВГ	ШРА73	250	По стінах	4х95	205
ТП-РП	1052,22	АВВГ	ШРА73	250	По стінах	4х120	240

Перевіряються вибрані перерізи за допустимими втратами напруги.

Для перевірки втрат напруги вибирається лінія ТП1 - ЕП2

(B) (2.46)

Загальні втрати складають:

(2.47)

Результати розрахунків втрат напруги для інших ліній представлені у таблиці 2.11.

Таблиця 2.11 - Розрахунок втрат напруги цехової мережі

№ ел.	L, м	ДU, В	ДU, %
ЕП-2	3,6	0,52	0,14
ЕП-5	4,5	0,21	0,05
ЕП-6	3,15	0,04	0,01
ЕП-1,3,4	3,15	0,27	0,07
РП-1	62	3,32	0,87
ЕП-7	3,6	0,10	0,03
ЕП-8	3,45	0,16	0,04
ЕП-11	3,3	0,06	0,02
ЕП-12	3,15	0,01	0,00
ЕП-13	3,45	0,02	0,01
ЕП-9,10,14,15	3,15	0,34	0,09
РП-2	53	2,24	0,59
ЕП-16	3,45	0,40	0,10
ЕП-17	3,6	0,45	0,12
ЕП-18	3,3	0,02	0,01
ЕП-19	3,3	0,01	0,00
ЕП-20,21	3,45	1,77	0,46
РП-3	47	1,99	0,52

Зробивши розрахунок електропостачання підприємства була обрана схема електропостачання заводу відповідно до неї підібраний ряд комутаційно-захисної апаратури також спроектована однолінійна схема електропостачання. Розроблена схема живлення цеху.

3. ЕНЕРГОАУДИТ ТЕПЛОВОЇ ЧАСТИНИ

3.1 Характеристика системи теплопостачання

На території заводу ТОВ «САРМАТ» для забезпечення підприємства тепловою енергією розташована котельня - система забезпечення всіх будівель підприємства тепловою енергією (системи опалення, гарячого водопостачання, вентиляції та для технологічних потреб). Котельня даного заводу являє собою розташовану в одному технічному приміщенні установку, яка складається з котла і допоміжного обладнання для отримання гарячої води за рахунок теплоти палива, що спалюється. Дана котельня працює на твердому паливі (вугіллі). Основним пристроєм котельні є водогрійний котел, в якому відбувається нагрівання робочої рідини (води). Дана котельня локального призначення ( використовується лише у межах даного підприємства). Димові гази, які утворюються при роботі котлів, відводяться за допомогою димової труби.

Отже, метою даного розділу бакалаврської дипломної роботи є розробка теплообмінника для ТОВ «САРМАТ» для підвищення ефективності використання теплової енергії. В якості теплообмінного устаткування в даній роботі обрано накопичувальний (ємнісний) водонагрівач.

Накопичувальний водонагрівач - це велика теплоізольована ємність, у якій, за допомогою електрики, газу або твердого палива, нагрівається вода. Є варіант, коли вода в накопичувальному водонагрівачі нагрівається за допомогою опалювального котла. Такі водонагрівачі називають бойлерами непрямого нагрівання.

Накопичувальні водонагрівачі дозволяють запасти велику кількість гарячої води, яке може вимірюватися в сотнях літрів.

Серед основних недоліків будь-якого накопичувального водонагрівача варто назвати великі габарити і значний час нагрівання води.

В пристрої накопичувального (ємнісного) водонагрівача в ємкості, яка заповнена холодною водою, встановлений вже знайомий нам нагрівальний елемент - тен. Нагрівання воду до заданої температури, він відключається. Як тільки вода в накопичувачі остудилася на 0,5 градусів, тен включається автоматично і знову підігріває воду до заданої температури. Щоб зменшити втрату тепла між зовнішнім корпусом нагрівача і ємністю з гарячою водою, прокладається теплоізоляція з твердого пінопласту.

При виборі водонагрівача необхідно визначити, яку кількість кранів в приміщенні буде обслуговувати водонагрівач. Якщо тільки один кран - підійде накопичувальний водонагрівач безнапірного (відкритого) типу. А якщо кілька кранів - прилад напірного (закритого) типу.

У водонагрівачі відкритого типу вентиль, який перекриває воду, розташований між магістраллю і баком. У баку присутній тільки атмосферний тиск, але немає ніякого натиску. Водонагрівачі відкритого типу вимагають спеціальної змішувальної арматури. За вартістю такої нагрівач трохи дорожче закритого водонагрівача таких же потужності і обсягу. Частіше все ж використовуються напірні водонагрівачі, що працюють таким чином: перекриває вентиль знаходиться між баком і водопровідним краном.

Для того щоб водонагрівач служив надійно і довго, він повинен бути зроблений з матеріалів з відмінними антикорозійними властивостями. Внутрішня ємність у не дуже великих за обсягом ємнісних нагрівачів виготовляється з міді або поліпропілену. Найчастіше ємності виробляють зі сталі, а на внутрішню поверхню наносять шар захисної емалі. В результаті виходить дуже міцний, нетоксичний, стійкий до високих температур, а також до впливу хімічних речовин, матеріал. Щоб збільшити термін служби бака всередину нього встановлюється металевий антикорозійний анод. Але, на жаль, незалежно від виду водонагрівачів, на внутрішніх стінках з часом осідає накип.

Термін служби водонагрівачів становить від 10 до 15 років.

3.2 Основні вимоги до теплообмінників

1. Дотримання умов технічного режиму в цілях збереження високої якос-ті виготовленого продукту особливо важливо дотримуватись температурного режиму.

2. Висока продуктивність і, відповідно, інтенсифікація теплообміну, яка досягається підвищенням коефіцієнта теплопередачі та збільшенням усередненої різниці температур.

3. Висока економічність, для яких першочергове значення має вибір теплоносія та їх параметрів з тим щоб використання цих теплоносіїв було пов`язане з мінімальними витратами палива. Дуже важливе значення набуває використання вторинних теплових ресурсів (відхідних газів, відпрацьованих або вторинних парів, гарячої води).

4. Надійність на безпечність устаткування, яке досягається можливістю регулювання температурного режиму процесу, зручність контролю, дотримання умов техніки безпеки.

3.3 Багатоваріантний аналіз типів і конструкцій теплообмінників

Теплообмінні апарати, як зазначалось вище, - це пристрої, де проходить процес передачі теплоти від одного тіла до іншого.

За принципом дії ТА поділяються на:

· Рекуперативні,

· Регенеративні,

· Змішувальні (контактні).

У рекуперативних апаратах одна сторона поверхні теплообміну весь час омивається гарячим теплоносієм, друга - холодним.

У регенеративних одна і та сама поверхня теплообміну, яку називають насадкою регенератора поперемінно обмивається гарячим і холодним теплоносіями.

У контактних ТА теплота передається під час безпосереднього контакту теплоносіїв, при цьому теплообмін супроводжується масообміном. У контактних ТА теплоносії можуть практично не змішуватись між собою.

Існують ТА з внутрішніми джерелами енергії, де використовується одне середовище, яке відводить теплоту, що виділяється в апараті (електронагрівники, атомні реактори).

За взаємним напрямком руху теплоносіїв:

· Прямотечійні,

· Протитечійні,

· Перехреснотечійні.

За характером теплоносіїв:

· Апарати, у яких обидва теплоносіїв не змінюють свого агрегатного стану (газо-газові, рідинно-рідинні, газорідинні),

· Апарати, у яких змінюється агрегатний стан теплоносія (парогенератори, підігрівники),

· Апарати, у яких змінюється агрегатний стан обох теплоносіїв (конденсатори, випарники).

Залежно від конструктивного виконання:

· Трубчасті,

· Трубчасто-ребристі,

· Пластинчасті,

· Пластинчасто-ребристі.

Широке застосування знайшли пластинчасті теплообмінники. Вони компактні й мають високу продуктивність. Конструкція теплообмінника повинна задовольняти ряду вимог, що залежать від конкретних умов протікання процесу теплообміну (теплове навантаження апарата, температура

й тиск, при яких здійснюється процес, агрегатний стан і фізико-хімічні властивості теплоносіїв, їхня хімічна агресивність, умови тепловіддачі можливість забруднення робочих поверхонь апарата й ін.). При виборі теплообмінника необхідно враховувати також простоту пристрою й компактність апарату, витрати металу на одиницю переданого тепла й інші техніко-економічні показники. Звичайно жодна з конструкцій не задовольняє повністю всім вимогам і доводиться обмежуватися вибором найбільш підходящої конструкції.

В одноходових кожухотрубчастих теплообмінниках сумарний поперечний переріз труб відносно великий, що дозволяє одержувати досить високі швидкості в трубах тільки при більших об'ємних витратах середовища, що рухається в них. Тому такі апарати раціонально використовувати, коли швидкість процесу визначається величиною коефіцієнта тепловіддачі в межтрубном просторі, а також у процесі випару рідин. Багатоходові (по трубному просторі) кожухотрубчасті теплообмінники застосовуються головним чином як парові підігрівники рідин і конденсаторів. Саме в цих випадках взаємний напрямок руху теплоносіїв у багатоходових теплообмінниках (змішаний струм) не приводить до зниження середньої рушійної сили порівняно із противотоком, за принципом якого працюють одноходові теплообмінники.

Багатоходові теплообмінники доцільно використовувати також для процесів теплообміну в системах рідина-рідина й газ-газ при більших теплових навантаженнях. Якщо ж необхідна поверхня теплообміну невелика, то для зазначених систем більше придатні елементні теплообмінники. Особливе значення мають трубчасті теплообмінники нежорсткої конструкції (у тому числі багатоходові) у тих випадках, коли різниця температур теплоносіїв значна й необхідна компенсація неоднакового теплового розширення труб і корпуса апарата. Однак ці апарати дорожче теплообмінників жорсткої конструкції. Теплообмінники з подвійними трубами застосовуються в основному в контактно-каталітичних і реакційних процесах, що протікають при високих температурах, коли необхідно надійно забезпечити вільне подовження всіх труб, незважаючи на подорожчання апарату й більш важкий його монтаж.

Змієвикові теплообмінники (заглибні, зрошувальні, змійовики, приварені до зовнішніх стінок апаратів) найбільш ефективно використовують для охолодження й нагрівання сильно агресивних середовищ, коли необхідне застосування хімічно стійких матеріалів, з яких важко або неможливо виготовити трубчасті теплообмінники. Крім того, ці апарати придатні для процесів теплообміну, що протікають під високим тиском. Однак апарати таких конструкцій працюють лише при помірних теплових навантаженнях.

Основними перевагами пластинчастих теплообмінників є компактність і висока інтенсивність теплообміну. Разом з тим їхнє застосування обмежене невеликими різницями тисків і температур обох теплоносіїв. Спіральні теплообмінники використовуються для нагрівання й охолодження рідин, газів і паро-газових сумішей. Область застосування пластинчастих теплообмінників - процеси теплообміну між рідинами. Важливим фактором, що впливає на вибір типу теплообмінника, є вартість його виготовлення, а також експлуатаційні витрати, що складаються з вартості амортизації апарата й вартості енергії, затрачуваної на подолання гідравлічних опорів.

Теплообмінні апарати всіх типів повинні працювати при оптимальному тепловому режимі, що відповідає сполученню заданої продуктивності й інших показників, обумовлених технологічними умовами, з мінімальною витратою тепла.

Отже, обрано ємнісний ТА, основними перевагами якого є:

· Простота ремонту, очищення між трубного простору,

· Проведення ремонту за допомогою стандартних інструментів і матеріалів безпосередньо на місці експлуатації,

· Підвищена на 25-30 % теплова ефективність.

3.4 Аналіз вихідних даних

Вихідні дані:

Потужність змієвика: Q = 50 кВт;

Температура грійної води на вході в теплообмінник:

Температура грійної води на виході з теплообмінника:

Температура води, що нагрівається на вході в теплообмінник:

Температура води, що нагрівається на виході із змійовика:

Грійне та нагріване середовище - вода.

Середня температура грійної води

t/1=0,5( t/1 + t//1), [єС], (3.1)

t/1 =0,5(10+40)=2 [єС].

де t/1, t//1 - температура грійної води н вході та виході з водонагрівача

відповідно.

Теплофізичні характеристики грійної води при середній температурі :

- коефіцієнт теплопровідності: 1 = 0,61 Вт/(мК);

- густина води: 1 = 995,95 кг/м3;

- критерій Прандтля для води: Рr=6,01;

- кінематична в'язкість: 1 = 0,8710-6 м2/с;

- теплоємність: =4,18 кДж/кгК.

Середня температура нагріваної води

t/2=0,5( t/2 + t//2), [єС], (3.2)

t/2 =0,5(90+70°)=80 (єС).

де t/2, t//2 - температура нагріваної води на вході та виході з водонагрівача відповідно.

Теплофізичні характеристики води при середній температурі [55]:

- коефіцієнт теплопровідності: 2 = 0,67 Вт/(мК);

- густина води: 2 = 971,8 кг/м3;

- критерій Прандтля для води: Рr=2,21;

- кінематична в'язкість: 2 = 0,3610-6 м2/с;

- теплоємність: =4,19 кДж/кгК.

Об'ємна витрата грійної та нагріваної води

[м3/с], (3.3)

(м3/с).

[м3/с], (3.4)

(м3/с).

Менша різниця температур між теплоносіями

?tм= t1? - t2? [єС], (3.5)

?tм =90 - 40 = 50 (єС).

Більша різниця температур між теплоносіями

?tб= t1? - t2? [єС], (3.6)

?tб =70 - 10 = 60 (єС).

Середньологарифмічний температурний напір

tср = (tб - tм)/ln(tб /tм) [єС], (3.7)

?tср= (60-50)/ln(60/50) = 54,85 (єС).

Оскільки температура зовнішньої та внутрішньої стінки труби невідома, беремо її в першому наближенні tст= 60єС. Для цієї температури величина Prст=2,98.

3.5 Тепловий розрахунок теплообмінного апарату

Приймаємо діаметр труб в більшому змієвику dзн =29,7Ч2,5мм

Площа поперечного перерізу труби для проходження води

f = 0,785 • dІвн [м2], (3.8)

f = 0,785 • 0,0274І =5,89·10 -4 (м2).

Швидкість води в змійовику

w = Vгр/fтр [м/с], (3.9)

w = 4,0038·10-4/(5,89·10-4) = 0,68 (м/с).

Критерій Рейнольдса для грійної води

Rе1 = (w · dвн)/ н1, (3.10)

Rе1 = (0,679·0,0274)/(0,8725· 10-6) = 21323,32.

Поправковий коефіцієнт для критеріального рівняння теплообміну

, (3.11)

де R - радіус вигину змієвика, м.

.

Критерій Нуссельта для грійної води

Nu1 = 0,021·Re0,8·Pr10,33 ·(Pr/Prст)0,25·езм, (3.12)

Nu1 = 0,021·21323,320,8·6,0040,33 ·(6/2,98)0,25·1,242 = 163,04.

Коефіцієнт тепловіддачі від грійної води до стінки труби

б1= ( Nu1 ·л1)/dвн [Вт/м2 К], (3.13)

б1 = (163,04·0,612)/0,0274 = 3641,6 (Вт/м2 К).

Критерій Грасгофа

, (3.14)

де g - прискорення вільного падіння, м2/с;

в - безрозмірний коефіцієнт термічного розширення середовища, для рідин береться з таблиці;

Дt - перепад температури між рідиною та стінкою, єС;

dзн - визначальний розмір, мм;

н - кінеметична в' язкість, м2/с.

Критерій Релея

Ra2 = Gr2·Pr2 , (3.15)

Ra2 = 2,44·106·2,21 = 53924000.

Критерій Нуссельта для міжтрубного простору

Nu2 = 0,5·Rа0,25 ·(Pr/Prст)0,25, (3.16)

Nu2 = 0,5·539240000,25 ·(2,21/2,98)0,25 = 39,76.

Коефіцієнт тепловіддачі від води, що нагрівається до стінки

б2= ( Nu2 ·л2)/dзн [Вт/м2 К], (3.17)

б2= (39,76 ·0,674)/0,0274 = 978,04 (Вт/м2 К).

Коефіцієнт теплопередачі теплообмінника

[Вт/(м.К)], (3.18)

(Вт/(м.К)).

де дст - товщина стінки труби [м];

лст - коефіцієнт теплопровідності стальних труб [Вт/(м.К)].

Питомий тепловий потік

q = K·Дtср·10-3 [кВт], (3.19)

q = 800·54,85·10-3 = 43,88 (кВт).

Температура внутрішньої стінки труби

tст = t2+q/б2, [°С]; (3.20)

tст = 80+43,88·103/978,04 = 44,94 (°С).

Отже, різниця між взятою та розрахунковою температурами складає 5°С. Тому уточнення розрахунків не потребує.

3.6 Конструктивний розрахунок

Поверхня нагріву водонагрівача

[м2], (3.21)

(м2).

Загальна довжина змійовика

[м], (3.22)

(м).

Довжина кола змійовиків

L = р·D [м], (3.23)

Lб = 3,14·0,278 =0,87 (м).

Lм = 3,14·0,403= 1,26 (м).

Кількість витків змійовика

[шт], (3.24)

nвб = 12,2/0,87 = 14 (шт.).

nвм = 12,2/1,26 = 10 (шт.).

3.7 Розрахунок теплової ізоляції водонагрівача

Приймаємо температуру внутрішньої стінки ізоляції 50°С.

Приймаємо температуру зовнішньої стінки ізоляції tст = 30°С.

Температура в приміщенні tпов = 20°С.

Ізоляція складається з таких матеріалів: нержавіюча сталь (дст = 6 мм); пінополіуретан (ліз = 0,05 Вт/(мК)); кожух (дкож = 0,6 мм).

Теплофізичні властивості для повітря при 20°С.

· коефіцієнт теплопровідності: = 2,59·10-2 Вт/(мК);

· критерій Прандтля для води: Рr = 0,703; Рrст = 0,701;

· кінематична в'язкість: 1 = 15,0610-6 м2/с.

Критерій Грасгофа

, (3.25)

.

Критерій Релея

Ra = Gr·Pr , (3.26)

Ra = 2,29·109·0,703 = 1,61·109.

Критерій Нуссельта

Nu = С·Rаn·(Pr/Prст)0,25, (3.27)

Nu = 0,15·(1,61·109)0,33 ·(0,703/0,701)0,25 = 175,65.

де с і n - значення з таблиці И.1[6].

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря

б= ( Nu ·л)/l [Вт/м2 К], (3.28)

б = ( 175,65·2,59·10-2)/12,2 = 3,73 (Вт/м2 К).

Питомий тепловий потік

q = б·Дt [Вт/м], (3.29)

q = 3,73·(30-20) = 37,3 (Вт/м).

Товщина ізоляції (пінополіуретан)

[Вт/м], (3.30)

(Вт/м),

звідки (м).

Отже, водонагрівач теплоізольовано пінополіуретаном товщиною 18 мм.

Коефіцієнт тертя по довжині труби

; (3.31)

де Ке = 0,06 мм - коефіцієнт еквівалентної шорсткуватості,

Втрати тиску по довжині труби

; (3.32)

Потужність теплового насоса:

[Вт],

Експлуатаційні затрати на ТО:

3.8 Вибір вимірювальних пристроїв для ТО

Будь-який технологічний процес у тому числі і процес обміну тепла потребує постійного контролю і регулювання.

І тому безпосередньо перед теплообмінним апаратом необхідно встановлювати необхідну арматуру (вентилі, засувки), різні вимірювальні прилади (мановакууметри, витратоміри, тепломіри).

Дані від усіх вимірювальних приладів зводяться до одного щита управління чи подаються на пульт диспетчеру установки, звідки можна безпосередньо вести контроль і регулювання різними складовими агрегатами установки, зокрема і теплообменним апаратом.

При виборі приладів контролю керуються такими основними положеннями:

- прилади повинні забезпечувати необхідну точність вимірювання, бути досить швидкодіючими;

- прилади повинні мати наочну шкалу і покажчик, самописні прилади повинні мати точну реєстрацію показань;

- похибка датчиків не повинна виходити за допустимі межі, захисні трубки термопар і термометрів опору повинні бути досить міцними;

- при виборі приладів контролю і автоматизації враховується їх вартість, а також вимоги пожежо-, вибухонебезпечності.

Виходячи з вище викладених умов, обрані наступні засоби автоматичного контролю:

Для контролю температури:

а) термопара хромель-копель ТХК-539;

б) прилад контролю та реєстрації пневматичний ПКР.1.

Для контролю тиску:

а) вимірювальний перетворювач тиску "Сапфір 22 ДІ". Межа вимірювання 0 ... 2,5 МПа. Клас точності перший. Вихідний сигнал 4 ... 20 мА.

б) прилад вторинний реєструючий А-542. Вхідний сигнал 4 ... 20 мА. Клас точності 0,1.

Для контролю рівня:

а) електронний вимірювач рівня ЕіУ-1;

б) вимірювальний перетворювач рівня "Сапфір 22 ДГ". Вихідний сигнал у межах 4 ... 20 мА.

в) прилад аналоговий реєструючий А-542.

Для контролю витрати:

а) передавальний перетворювач витрати 13ДД11;

б) прилад контролю та реєстрації пневматичний ПКР.1.

Виходячи з вище викладених умов, обрані наступні засоби автоматичного регулювання:

а) електронний потенціометр КСП-3;

б) електропневматичний перетворювач ЕПП-63-ЕХ;

в) прилад контролю пневматичний показуючий і самописний ПВ10.1Е;

г) мембранно - виконавчий пристрій ПР3.31;

ПВ10.1Е - прилад контролю пневматичний показуючий і самописний здійснює запис і показання величини регульованого параметра, показання величини завдання та керуючого впливу; перемикання системи регулювання на ручне дистанційне, автоматичне або автоматичне програмне управління; формування задає впливу в автоматичному режимі і керуючого впливу в режимі дистанційного управління.

Дія приладу заснована на компенсаційному принципі вимірювання, при якому зусилля на приймальному елементі, що виникає від вхідного тиску, врівноважується зусиллям від натягу пружини зворотного зв'язку.

ПР3.31 - пристрій регулює пневматична пропорційно-інтегральне призначено для стабілізації параметрів технологічних процесів з ПІ-законом регулювання. Дія пристрою базується на принципі компенсації сил.

В даному розділі був спроектований накопичувальний (ємнісний) водонагрівач для підігріву мережної води, схема якого наведена на кресленні.

В результаті проектних розрахунків, ми визначили, що загальна довжина змійовика для нашого ємнісного водонагрівача потужністю в 50 кВт, складає 12,2 м, а поверхня нагріву водонагрівача рівна 1,14 м. Розрахували довжини більшого та меншого кіл змійовиків, а саме 0,87 м і 1,26 м відповідно. В результаті чого, виходячи з отриманних даних розрахували необхідну кількість витків змійовиків. У нашому випадку, це 14 та 10 витків, що зображено на кресленні.

Розраховуючи теплову ізоляцію накопичувального водонагрівача, ми знайшли коефіцієнт тепловіддачі від стінки до повітря, що складає 3,73 Вт/мК, а також питомий тепловий потік: q=37,3 Вт/м. Звідки визначили, що товщина ізоляції складає 18 мм, і виготовлена з пінополіуретану.

Отже, в результаті досліджень було виконано тепловий, конструктивний розрахунок та розрахунок теплової ізоляції даного накопичувального (ємнісного) водонагрівача.