Модернізація електропривода вентилятора для охолодження форм лінії виготовлення склотари

Abstract

У вступі висвітлено актуальність поставленої задачі, яка полягає у підвищенні енергоефективності та забезпеченні можливості автоматизації процесу охолодження форм склотари. Механічні методи регулювання вентиляторних установок, що базуються на дроселюванні, мають ряд недостатків, серед яких низький ККД та відсутність можливості інтегрувати обладнання до АСУ ТП. У роботі запропоновано модернізацію вентиляторної установки шляхом застосування регулювання продуктивності зміною швидкості обертання робочого колеса. У першому розділі висвітлена загальна характеристика вентиляторних установок дуття, описаний технологічний процес охолодження склотари та поставлено вимоги до модернізації. У другому розділі проведено порівняльний аналіз найпоширеніших методів регулювання продуктивності: дроселювання на вході та виході вентилятора та зміни швидкості обертання робочого колеса. У підсумку визначено, що частотне регулювання є найбільш енергоефективним, наведено графічні характеристики ефективності методів. У третьому розділі виконано розрахунок необхідної потужності приводного електродвигуна. Вибрано асинхронний двигун WEG W22 315L 4 з номінальною потужністю 280 кВт. У четвертому розділі обґрунтовано вибір системи живлення двигуна. Розглянуто загальні принципи роботи ПЧ, висвітлено основні закони частотного управління та вибрано закон, який найбільш відповідний для випадку вентиляторного моменту навантаження на валі електродвигуна. Обрано перетворювач частоти, який відповідає поставленим вимогам. Також розроблено електричну схему зовнішніх підключень. У п’ятому розділі описано реалізацію автоматичного режиму роботи та можливість інтеграції до АСУ ТП. Описаний принцип дії програмно-реалізованого ПІ-регулятора. У шостому розділі висвітлені питання охорони праці, пожежної та електробезпеки. Розглянуті потенційні ризики для персоналу та заходи з їх мінімізації. Розраховано блискавкозахист. У сьомому розділі проведено економічний аналіз модернізації виробництва. Розраховано вартість модернізації та її впровадження, термін окупності інвестицій. Показано доцільність модернізації з технічної та економічної точок зору. Об’єктом дослідження є вентиляторна установка дуття, що використовується для охолодження форм при виготовленні склотари. Предметом дослідження є методи керування продуктивністю вентилятора, реалізація автоматизованої системи керування, інтеграція до АСУ ТП. Метою роботи є дослідження та порівняння сучасних методів регулювання продуктивністю вентиляторів, здійснення вибору необхідного обладнання, розроблення системи живлення для керування асинхронним двигуном, розробити електричну схему зовнішніх з’єднань ПЧ.The introduction highlights the relevance of the proposed task, which lies in increasing energy efficiency and enabling automation of the mould cooling process in glass container production. Mechanical methods for controlling the performance of fan units, based on throttling, have a number of disadvantages, including low efficiency and the inability to integrate the equipment into automated process control systems (APCS). The work proposes the modernization of the fan system by implementing performance control through variation of the impeller's rotational speed. The first chapter presents a general overview of blowing fan units, describes the technological process of mould cooling, and formulates the requirements for modernization. The second chapter provides a comparative analysis of the most common performance control methods: throttling at the fan inlet and outlet, and speed control of the impeller. It concludes that frequency control is the most energy-efficient method, and includes graphical characteristics of the methods’ efficiency. The third chapter includes the calculation of the required power of the drive motor. An asynchronous motor WEG W22 315L 4 with a rated power of 280 kW was selected. The fourth chapter justifies the choice of the motor power supply system. The general principles of frequency converter (FC) operation are considered, and the main frequency control laws are analyzed. The most appropriate control law for the case of fan-type load torque is selected. A frequency converter meeting the specified requirements was chosen, and the external wiring diagram was developed. The fifth chapter describes the implementation of automatic control mode and the possibility of integration into the APCS. The operating principle of the software-implemented PI controller is explained. The sixth chapter addresses occupational safety, fire safety, and electrical safety issues. Potential risks to personnel are analyzed and measures to mitigate them are outlined. Lightning protection is calculated. The seventh chapter presents an economic analysis of the modernization. The cost of the modernization and its implementation is calculated, along with the investment payback period. The technical and economic feasibility of the modernization is demonstrated. The object of the study is the blowing fan unit used for cooling moulds in the production of glass containers. The subject of the study includes methods of controlling fan performance, implementation of an automated control system, and integration into the APCS. The aim of the work is to investigate and compare modern methods of fan performance control, select the necessary equipment, develop the power supply system for controlling the asynchronous motor, and design the external wiring diagram of the frequency converter.