2.2а Выбор оборудования для автоматизации, контроля и управления технологической операции откачки NaAlO2

Ш Производим выбор насосов для откачки алюмината натрия NaAlO₂ из реактора в емкость.

Схема откачки алюмината натрия NaAlO₂ на рис.9

Исходные данные:

Dу = 100 мм - условный диаметр рабочего штуцера

V=20м³ - объем сборника

h_MIN = 1м - минимальный уровень суспензии сборнике

h_MAX = 0,25 м от в6ерха сборника - максимальный уровень

_NaAlO2 = 720 г/дм³ - содержание NaAlO2 в суспензии

_хов = 1000 кг/м³ - плотность хим. Очищенной воды

Р_атм = 98,07 кПа - атмосферное давление

Р₁ = 0,5 МПа - давление в системе откачки

Q = 19,8 м ³ /ч - подача насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При выборе насоса учитывается три основных технических параметра: Q_H - подача насоса, м³/час; Н_Н - напор, создаваемый насосом, м; N_Н - мощность насоса, кВт.

1.Определяем напор насоса

Напор насоса определяется по формуле:

+ Z + h_сопр, м (3.1)

Р₁ = 0,5 МПа - давление на выходе трубопровода;

Р₀ = Р_атм = 98,07 кПа - давление, передаваемое насосом;

- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³

= _хов + _NaOH (3.2)

_NaAlO2 = 720 г/дм³ - содержание NaAlO2 в суспензии

_хов = 1000 кг/м³ - плотность хим. Очищенной воды

= 1000+720 = 1720 кг/м³;

Z = 0 м - высота постановки насоса. Насос находится на одном уровне со сборником.

h_сопр - потери напора на преодоление гидросопротивления во всасывающем трубопроводе

h_сопр = h_дл + h_м, м (3.3)

где h_дл - потери напора по длине, м

h_дл = , м - формула Дарш-Вейебаха [6]. (3.4)

где f - коэффициент трения

f = = 64/Re - коэффициент Дарши (3.5)

Re - коэффициент Рейнольдса, Re = (Vd/) (3.6)

- динамическая вязкость = 1800 мкПа*с

V = = = 4,43 м/с

Re =

f = 64/4233 = 0,015

l - длина трубопровода от сборника к насосу l = 2м

d = Dу = 0,1 м - диаметр трубопровода

h_дл = 0,015*2/0,1*4,43²/(2*9,81) = 0,3 м

h_м - потери напора местные

h_м = V²/2g, (3.7)

- коэффициент местных сопротивлений = 0,131013

h_м = , м

h_сопр = 0,3+0,127 = 0,427 м

Из выше перечисленных вычислений находим напор насоса

Н = (0,5*10⁶ - 98,07*10³)/(1720*9,81) + 0,427 = 24,3 м

Учитывая технологические, технические и экономические показатели, действительный напор выше на 1525% от расчетного, получим:

Н_g = H_p + (0,150,25)H_p (3.8)

Н_g = 24,3+0,25*24,3 = 30,375 м

Выбираем насос с напором Н = 31 м

3. Определяем мощность насоса

Полезная мощность насоса определяется по формуле

N_пол = QHg, Вт (3.9)

где Q - подача насоса, Q = 19,8 м³/час

H - напор насоса, Н = 31 м

_NaAlO2 - плотность суспензии, = 1720 кг/м ³

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м²/с

N_пол = Вт 2,9 кВт

Действительная мощность насоса определяется по формуле

N_д = (3.10)

где - КПД насоса, = 0,85

N_д^Р = 2,9/0,85 3,4 кВт

Учитывая пусковые характеристики и работу в аварийном режиме действительная мощность выше на 515% расчетной

N_Н^Д = N_д^Р + (0,050,15)N_д^Р (3.11)

N_Н^Д = 3,4+0,15*3,4= 4 кВт

Применяем насос с мощностью N_Н = 4кВт

Вывод: Так как по условию дан насос с подачей Q = 19,8 м ³ /ч^, то выбираем ближайший к этому насос. Из справочных материалов выбираем электронасосный агрегат центробежной химической марки Х 25-32-160Д с подачей - 25 м³/час; напором - 32 м; мощностью - 4кВт; частота вращения рабочего колеса около 3000 об/мин; примерными габаритами (ДхШхВ), мм - 960х420х340; массой (Н+Д), кг - 70+25. Насос этой марки относится к химическим насосам производства Свердловского и Катайского насосных заводов.

Условное обозначение насоса соответствует ГОСТ 10168.1-85 .

Насосы этого типа "Х" - центробежные, горизонтальные, консольные, одноступенчатые предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей плотностью не более 1850 кг/м³, содержащих твердые включения в количестве не более 0,1% по объему с размером частиц не более 0,2 мм, кинематическая вязкость до 30х10^-6м²/с

Ш Производим электрический расчет силового оборудования для насоса (выбор электродвигателя)

Исходя из того что мощности и частота вращения рабочих колес обоих насосов совпадают то относительно справочных данных применяем для второго насоса такой же трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель марки А42-2М4У2 (чугунной оболочкой) или АЛ42-2М4У2 (алюминиевой оболочкой) - защищенные, Щ2 - с двумя щитовыми подшибниками со свободным концом вала: N = 4,5 кВт, скольжение s= 4.35%,

n = 3000 об/мин, ток статора I= 9.1 A при U = 380 В, КПД = 85,5%, cos = 0,88.

Для двигателя второго насоса выбираем ту же элементную базу.

Выбор контроля давления

Применение: Датчик давления используется для измерения давления газов или жидкостей. Измеряемые величины преобразуются в стандартные аналоговые сигналы 0…10 В или 4…20 мА. Мембрана из нержавеющей стали, обеспечивает герметичность. Датчик может устанавливаться как в гидравлических, так и в пневматических системах.

Вывод: На основании того что давление в системе откачки P= 0.5 MПа применяем датчик давления марки SHD-U 6 (SHD-I 6) рассчитанный на диапазон измерения от 0 до 0,6 Мпа. Является производством 2004-2005 ООО “НУМЕРИКС” - Россия. Москва. Данный датчик служит для контроля давления в трубопроводе.

Вывод: выбранное оборудование автоматизации контроля откачки алюмината натрия из реактора представлена на рис.11.

3. Понятие надежности. Анализ и расчет основных показателей надежности

Количественные прогнозы надежности становятся все более необходимы в связи с возросшей ролью надежности промышленной продукции. В большинстве случаев усилия в области прогноза надежности концентрируются главным образом на предсказании вероятности возникновения системы или схемы из-за постепенного ухудшения параметров подсистем или элементов интересуются, как показывает практика, только во вторую очередь. Во многих случаях такой подход оправдан, но возникают ситуации, когда изменение параметров элементов нужно соответствующим образом учитывать.

К современной радиоэлектронной аппаратуре предъявляются многогранные технические требования. Поэтому для реализации приборов необходимо применять различные элементы. Сложность аппаратуры отрицательно сказывается на ее надежности, в то время как характер выполняемых современной аппаратурой функций требует именно высокой надежности. Исследования по теории надежности подчинены одной цели - разработке действенных методов повышения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации. В процессе проектирования одно из основных условий принятия решений - системный подход при рассмотрении характеристик, включая и показатели надежности. Теория надежности изучает работу систем и устройств с учетом влияний внешних и внутренних воздействий с целью определения характеристик надежности и выработки методов расчета и способов обеспечения нормального функционирования.

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Таким образом, надежность можно характеризовать, как способность изделия работать безотказно в заданных условиях эксплуатации.

Все технические системы можно свести, в смысле критерия надежности, к простым и сложным системам. В первом случае отказ любого элемента приводит к отказу всей системы, во втором ухудшается качество управления, но полный отказ не наступает. При изучении функционирования технических систем, как и при изучении любых явлений, будь то физические, экономические или социальные, прибегают к моделированию. Можно выделить три типа моделей технических систем:

1. модель идеального функционирования, изучающая преобразования, которые совершает система над входными сигналами, без учета вопросов работоспособности;

2. модель работоспособности, анализирующая надежность системы;

3. общая модель, учитывающая функциональную надежность работы системы.

Теория надежности использует модели работоспособности, являющиеся абстракцией определенного уровня. Законы теории надежности, полученные на этих моделях, подтверждаются практическими испытаниями реальных систем на надежность. Результаты испытаний обрабатывают методами математической статистики. Широкое применение математических средств не может считаться специфической особенностью теории надежности. Математизация знаний происходит буквально во всех отраслях науки и практической деятельности, и это единственный путь научно-технического прогресса.

Основными вопросами теории надежности являются: математический аппарат теории надежности; количественные критерии (параметры) надежности элементов и систем; методы инженерного расчета надежности аппаратуры; обоснование требований к надежности; анализ факторов, влияющих на надежность, и причины появления отказов; пути повышения надежности аппаратуры; научные методы эксплуатации аппаратуры с учетом ее надежности (обоснование режимов профилактических работ, норм запасных элементов, методов отыскания неисправностей, сбора и анализа статистических данных об отказах).

Исходные данные, которыми располагает проектировщик систем, весьма ограничена. Обычно это результаты кратковременных испытаний новых узлов в лабораторных условиях, а также статистические данные о надежности подобных устройств в условиях эксплуатации, часто отличающихся от тех, для которых предназначается разрабатываемая система.

Следует подчеркнуть необходимость задания количественных требований по надежности, так как без этого невозможно проведение обоснованного проектирования сложной технической системы. Вопросы о рациональном введении резерва, использования облегченных режимов нагрузки элементов, частоте и глубине профилактических мероприятий не могут быть решены без применения математических методов, а следовательно, и без задания количественных характеристик.

Одним из самых сложных вопросов в теории надежности является целесообразных или хотя бы оправданных количественных требований по надежности на аппаратуру и системы различного направления. Норму надежности можно считать обоснованной, если она целесообразна или оптимальна в некотором смысле. Повышение надежности, как и прочих характеристик, связано тем или иным образом с увеличением затрат на производство, поэтому обоснованное задание требований по надежности подразумевает рациональное распределение затрат между компонентами системы. На современном этапе развития пользуются эвристическими оценками функции цели, отражающими целесообразность распределения затрат между подсистемами. На практике надежностные характеристики задают достаточно целесообразно, а их наличие - прогрессивное явление. Таким образом, необходим выбор оптимальной системы путем последовательного сравнения различных вариантов.

Основная задача теории надежности на этапе технического проектирования - помочь разработчику принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры системы, необходимости использования вводимой избыточности, построения оптимальной системы контроля и др. Более строго теория надежности призвана решить следующую двойственную задачу: при заданных характеристиках системы создать систему с минимальной «стоимостью», при чем характеристика «надежность» включена в прочие характеристики; при заданной стоимости добиться максимальной надежности системы.

Для произведения расчетов параметров надежности спроектированного прибора необходимо знать интенсивности отказа элементов, составляющих устройство.

Расчет основных показателей надежности

Определяем опасность отказов всех блоков технологического процесса.

Исходя из данных работы этих блоков за 10000 часов из восьми приборов отказало два.

Решение

1. Определяем среднее число исправно работающих блоков питания по формуле (4.1):

N_СР = , (4.1)

где N_Н - число исправно работающих элементов в начале времени t; N_Н = 12

N_К - число исправно работающих элементов в конце t; N_К = 10

N_СР = (12+10)/2 =11

2. Определяем опасность отказов по формуле (3.2):

(t) = , (4.2)

где N - число элементов, отказывающих за время t; N = 2

t - время работы t = 1 год = 10000 часов 1/ч

(t) = 2/(11*10000) = 0,18*10^-6 1/ч

3. Определяем среднее время исправной работы блоков питания по формуле (4.3):

t_СР = , (4.3)

t_СР = 10⁶/0,18 = 5555555часов

4. Определяем вероятную надежность блоков питания

Р(t) = е ^-2t, (4.4)

Р(t) = е ^{-0,18*10(-6)*10000} = 1/е^0,02 = 0,9803

Вероятность исправной работы может иметь значение 0 Р(t) 1

5. Определяем вероятность отказов (ненадежность)

Q = 1- Р(t), (4.5)

Q = 1- 0,9803 = 0,0197

6. Определяем коэффициент готовности системы автоматики уровнемеров по формуле (3.6):

k_Г = , (4.6)

где t_И - время исправной работы, час;

t_П - время простоя

За 10000 часов попловковое реле простаивает примерно 1000 часов, тогда

t_И = 10000-1000 = 9000 часов

k_Г = 9000/(9000+1000) = 0,9

7. Определяем коэффициент вынужденного простоя

k_П = , (4.7)

k_П = 1000/(1000+9000) = 0,1

Проверка, должно выполняется условие k_Г + k_П = 1

0,9 + 0,1 = 1 Условие выполняется

Вывод: Вероятность надежности блоков данного технологического процесса на протяжении 10.000 часов равна 0,9803.