Буровая лебёдка БУ 4500 (реконструкция электропривода механизма подъёма) - часть 3

7.5 Рабочие характеристики привода лебедки

Задачей данного расчёта является определение напряжения и частоты, при которых выполняются требования к электроприводу по обеспечению заданных скоростей движения рабочего органа.

При питании асинхронного двигателя от преобразователя частоты в процессе преобразования возникают потери напряжения (мощности) в преобразователе. Обычно такие преобразователи имеют внутренние обратные святи, и при изменении нагрузки двигателя выходное напряжение и частота практически не изменяются [18]. Поэтом)' в дальнейшем напряжение и частоту на статоре двигателя будем считать независящими от нагрузки.

На рисунке 11 построены характеристики привода лебёдки и определены их параметры.

В таблице 7 приведены заданные точки и определённые параметры характеристик

8 ВЫБОР ПРОГРАММИРУЕМОГО КОНТРОЛЛЕРА

8.1 Задачи, предъявляемые к контроллеру

Как отмечалось выше - управление от контроллера является наиболее совершенным и надежным способом управления электроприводом в настоящее время. Управление от контроллера характеризуется:

а) расширением функциональных возможностей;

б) надежностью системы;

в) простотой реализации алгоритма;

г) возможностью реализации дополнительных защит;

д) контролем состояния и диагностирования неисправностей в системе автоматизации;

с) регулированием технологических переменных;

ж) программно - логическим управлением пуском, остановом и режимом работы. С помощью контроллера решаются задачи управление несколькими

электроприводами, синхронизации скоростей и положений, управления технологическими переменными.

Выбор программируемого контроллера обусловлен требованиями, описанными в техническом задании, такими как:

а) получая информацию от различных датчиков, установленных на буровой лебедки, в контроллере должна формироваться команда готовности к движению механизма;

б) формирование команд движения вверх и вниз;

в) формирование двух скоростей для дискретного задания скорости с джойстика на кресле оператора и их уставка;

г) срабатывание блоков управления тормозами;

д) экстрен нос торможение;

с) возможность передвижения груза на одном двигателе в аварийном режиме для завершения технологической операции;

Дополнительно при выборе программируемого контроллера, так же как и при выборе преобразователя необходимо руководствоваться технико - экономическими параметрами, удобством эксплуатации и масса - габаритными показателями.

Сравнение промышленных контроллеров

Для сравнения промышленных контроллеров воспользуемся следующими параметрами:

а) экономические показатели;

б) удобство программного обеспечения;

в) совместимость с другим оборудованием;

г) надежность работы;

д) распространение в промышленности;

е) наличие модулей расширения и дополнительных баз {опции).

Для сравнения рассмотрим программируемые логические контроллеры фирм: Schneider Electrick - несомненным плюсом, которою является надежность работы, но из - за больших экономических показателей не находит массового применения в промышленности.

АВВ - в контроллерах данной фирмы существует проблема совместимости с некоторым оборудованием (в том числе и с «родным» при обновлении версий), что также снижает показатель его распространения в промышленности;

Siemens - плюсом контроллеров, выпускаемых данной фирмой, является:

а) их помехоустойчивость (осуществляется установкой дополнительного трансформатора на входе),

б) удобное программное обеспечение (поддерживает несколько языков программирования: релейно - контакторное, функциональные блоки, язык мнемонических схем);

в) существует многообразие дополнительного оборудования, позволяющего осуществлять визуализацию технологического процесса, связь с другими

контроллерами и преобразователями, подключение высокоскоростных счетчиков;

Omron - контроллеры широко распространенны в технике благодаря оптимальным показателям цена - качество. Контроллеры обладают:

а) возможностью загрузки дополнительных баз;

б) нет проблем совместимости с другим оборудованием и сетями (Profibus, Ethernet, т.д.);

в) есть возможность обновления версий, (новые версии поддерживают программное обеспечение более старых версий);

г) существует ряд контроллеров, которые снабжены минимумом дополнительных функций, что делает их идеальными для применения в прикладных задачах, где необходимы большая вычислительная мощность, а требования к объему памяти и средствам ввода-вывода невысоки.

Для управления механизмом данной буровой лебедкой используем программируемый контроллер SIMATICS7-300 фирмы Siemens.

8.3 Описание и характеристика контроллера SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-300 - это модульный программируемый контроллер,

предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности [15].

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне

операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания

обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

Общие технические данные контроллера SIMATIC S7-300 приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Общие технические данные контроллера SIMATIC S7-300

9 ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

9.1 Джойстик

10 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ

На основе описания технологического процесса, выбора структуры привода и требования к автоматизации, составлена функциональная схема, которая представлена на чертеже ЮУрГУ - 140604.2012.503.01 Э2.

На функциональной схеме показана взаимосвязь отдельных элементов системы автоматизации. В данном проекте выбран привод переменного тока с питание от преобразователя частоты. Основным связующим элементов является программируемый логический контроллер. Все возможности задания и управления, а также считывание основной информации производиться с пульта бурильщика.
Описание отдельных узлов системы автоматизации

Нагревательные элементы, преобразующие электрическую энергию в- тепловую, создают теплообмен между собой и теплоносителем - ТЭН.

11.ТРЕБОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВОЙ ЛЕБЕДКОЙ

11.1 Требования к автоматизации буровой лебедки

Система автоматизированного управления обеспечивает повышение качества управления благодаря своей особенности быстро реагировать на возмущения и вырабатывать управляющие воздействия, в которых учитывается взаимное влияние параметров и показателей процесса. Кроме того система гарантирует качество управления, что особенно важно.

Задача системы автоматизации:

а) Буровая лебедка мощностью 1000 кВт представляет не мало опасностей травмирования персонала, в результате разрушения механизмов, к чему приводят нарушения оптимальных режимов работы лебедки . Исходя из этого главной задачей системы автоматизации являются защитные функции, которые предупреждают и предотвращают различные аварии и травмирования. То есть формирование сигналов отключения либо (.кланов механизм лебедки.

б) Так же необходимо формирование выходных, управляющих сигналов с безопасным алгоритмам работы основного привода и вспомогательных механизмов в зависимости от выполняемой операции с набором всех необходимых данных.

в) Для увеличения производительности труда система автоматизации должна помогать бурильщику в регулировке механической скорости бурения, а также позиционирование крюка при спуско-подъемных операциях, что так же повышает механическую скорость.

г) Информированность бурильщика о состоянии механизмов и сокращение поиска неисправностей обслуживающим персоналом зависит ог наличия различных индикаций. Для этого необходимо формировать сигналы ошибок по не работоспособности механизмов.

12 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОМ СХЕМЫ

Структура взаимосвязи отдельных узлов схемы и их назначение были описаны в разработке функциональной схемы (пункт 10). Поэтому ограничимся описанием особенностей электрических соединений.

В системе автоматизации стоит блок АЗ в который входит контроллер Simatic S7 - 300 с питанием от переменного напряжения 220 В и имеет дополнительные модули ввода и вывода дискретных сигналов, которые вместе с основными контроллер подключены по схеме «потребитель», так получают сигналы типа «источник» от частотного преобразователя. Так же блок А включает в себя аналоговый модуль, в котором задействованы три входа (задание частоты, момента и сигнал давления) и один выходной канал, который является общим для различных заданий преобразователя.

Так же важное звено - это блок UZ (преобразователь), который управляется сигналами с контроллера и собственными возможностями. Часть выходов сигналов поступает в контроллер, а часть непосредственно на пульт управления.

Следующий, заслуживающий внимание, блок А - пулы управления (бурильщика). НА нем установлены приборы по степени щиты не ниже IP62, так как он располагается непосредственно на рабочей площадке около роторного стола и подвергается забрызгиваю буровым раствором. По этой причине мы не стали применять операторную панель, а ограничились необходимыми светодиодными лампами индикации, переключателями режимов работы, кнопками, и джойстика на переключения скорости работы двигателя.

Внутренний источник питания преобразователя мы не трогаем, по той причине, что его мощности далеко не достаточно.

Исходя из ЭТОГО все потребители низкого напряжения запитывается от внешнего импульсного источника стабилизированного питания СП, который имеет исполнение но четырех - проводной системе питания 380 В.

13 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Целью дипломного проекта является реконструкция электропривода механизма подъёма лебедки буровой установки.

Основным этапом проектирования любого электрооборудования является рассмотрение вопроса о возможной безопасной эксплуатации электрооборудования для жизнедеятельности человека и работоспособности другого электрооборудования. Поэтому в этой главе дипломного проекта проводится проверка удовлетворения требованиям безопасности и экологичности проектируемого механизма.

Вопросы проектирования разрабатывались в соответствии с требованиями ГСХ.Т «Правит устройств и безопасной эксплуатации буровой лебёдки» Госгортехнадзора, «Правил устройств электроустановок» (ПУЭ) и «Правил технической эксплуатации обслуживания электроустановок потребителей» (ПТЭ).

В настоящее время требования безопасности к конструкции наземного бурового оборудования регламентируются в соответствии с государственным стандартом Российской Федерации по ГОСТ 12.2.141 оборудование буровое наземное требования безопасности.

Данный стандарт распространяется на оборудование, предназначенное для бурения нефтяных и газовых скважин, а также скважин другого назначения с использованием буровых установок нефтяного ряда поГОСТ 16293.

Конструктивное исполнение системы «Частотный Преобразователь - Асинхронный Двигатель» - закрытое, в шкафах, степень защиты 1Р 33 по ГОСТ 14254. Система является составной частью электропривода, размещается в отдельном контейнере. Рабочее положение - вертикальное.

Система устанавливается заказчиком в шкафах в соответствии с ГОСТ 10985 или поставляется в шкафах.

Электромонтаж должен соответствовать требованиям ГОСТ 51321.1 — 2000, схемам электрическим принципиальным, схемам соединения и требовани-

13.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов:
а) уровни шума на постоянных рабочих местах должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003 ССБТ [4J;

б) уровни вибрации на постоянных рабочих местах должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.012 ССБТ [8];

в) электробезопасность на постоянных рабочих местах должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.019 ССБТ [7].

Требования безопасности, предъявляемые к буровой лебедке:

а) все электрооборудование должно иметь сертификаты и паспорта, эксплуатационная документация на электрооборудование должна содержать подробные инструкции по наладке, эксплуатации техническому обслуживанию, как по общей системе электропривода, так и по отдельным комплектным устройствам;

б) управление механизмами буровой лебёдкой должно выполняться с использованием пневматических систем;

в) модуль лебедки должен иметь регулятор подачи долота, поддерживающий постоянной заданную нагрузку на забой, точность поддержания нагрузки - ± 5% от заданной нагрузки, диапазон скорости подачи долота 0..200 м/час, диапазон задания нагрузки на долото 0...30т. РПДЭ модуля лебедки должен обеспечивать грузоподъемность на крюке 270 т при ликвидации прихватов и спуске обсадной колонны с питанием от дизельной электростанции 200 кВт.

г) конструкция барабана лебедки должна обеспечивать крепление подвижной ветви каната, исключающее возможность его смятия или перегиба, самопроизвольного ослабления или отсоединения в месте крепления;

д) конструкция тормоза должна исключать возможность самопроизвольного торможения или растормаживания барабана лебедки;

е) тормозной механизм лебедки должен иметь не менее двух независимых СУ.

ж) управление лебедкой должно осуществляться дистанционно с пульта бурильщика;

з) конструкция механического привода {трансмиссии, коробки передач и т. д. должна исключать возможность одновременною включения более одной передачи, а также самопроизвольное отключение и переключение передачи.

и) система управления лебедкой должна обеспечивать автоматическое отключение привода с одновременным включением тормоза при поступлении сигнала предохранительных устройств ограничителя грузоподъемности лебедки, ограничителя подъема талевого блока);

к) отключение привода и торможение лебедки должно быть таким, чтобы не происходила разгрузка и разматывание ходовой ветви талевого каната.

133 Требования к системам блокировки должно быть предусмотрено:

а) ограничитель грузоподъемности лебедки;

б) блокировка, исключающая одновременное включение главною и вспомогательного приводов лебедки;

в) блокировка, исключающая включение барабана лебедки при выдвинутой стреле автомата спуско - подъема, а также выдвижение стрелы автомата при включенном барабане лебедки;

г) блокировки, исключающая выдвижение стрелы автомата спуско -подъема при включенном барабане лебедки, а также включение барабана лебедки при выдвинутой стреле автомата спуско - подъема.

1) Для успешной борьбы с шумом необходимо знать его физическую природу, основные закономерности возникновения и распространения.

Звук как физическое явление представляет собой волновое движение упругой среды; как физиологическое явление он определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне частот 16 -20000 Гц. Шумом являются всякого рода звуки, мешающие восприятию полезных

звуков или нарушающие тишину, и также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм человека.

Источниками звуков и шумов являются колеблющиеся твердые, жидкие или газообразные тела. Колебательные возмущения, распространяющиеся от источника звука в окружающей среде, называются звуковыми волнами, а пространство, в котором они наблюдаются - звуковым полем. Основными характеристиками звуковых волн являются их интенсивность, длина и закон распространения в пространстве.

Скорость распространения звуковых волн в звуковом иоле (скорость звука) зависит от свойств среды. В воздухе при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении она равна 344 м/с. Скорость звука не зависит от частоты звуковых колебаний и при неизменных параметрах среды является постоянной величиной. При увеличении температуры воздуха скорость звука также возрастает примерно на 0,71 м/с на 1 °С.

Комплектные маломощные приводы РИД и вспомогательной лебедки выполнены в настенном исполнении:

На двери каждою шкафа установлена съемная панель.

Каждый модуль, находящийся в шкафу, имеет большой охлаждающий вентилятор. Комплектные маломощные приводы также имеют охлаждающие вентиляторы.

Основным источником шума в контейнере являются охлаждающие вентиляторы.

Все шкафы КЧЭ являются закрытыми. Это позволяет оградить обслуживающий персонал от шума вентиляторов, охлаждающих преобразователи, при настройке приводов в помещении контейнера с помощью панели управления.

Общий уровень шума на рабочем месте, при настройке приводов в помещении контейнера, в соответствии с ГОСТ 12.1.003, не должен превышать 60 дБ. Ниже приведена таблица уровней звука в дБ.

Таблица 13 - Фактические и допустимые значении уровней звука в дБ на рабочем месте

Из таблицы видно, что фактический уровень давления превышает допустимый. Для поглощения шума предполагается ряд мероприятий.

8 В случае превышения уровня шума, регламентируемою ГОСТ, необходимо принять меры для снижения шума на рабочем месте.

9 Для снижения шума в помещении контейнера двери преобразовательных шкафов могут быть покрыты с внутренней стороны звукопоглощающим материалом.

10 Наиболее эффективным способом избавления обслуживающего персонала от шума, при настройке частотных приводов, является вынесение работ по настройке и регулированию приводов из контейнера на пост управления, находящийся вне контейнера, где е помощью ЭВМ осуществляются все необходимые настройки привода.

11 Использования индивидуальных средств защиты (беруши, наушники, ватные тампоны).

13.4 Вибрация

Вибрация определяется как колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести какою-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, которую оно имело в статическом состоянии. Вибрация в ошикает вследствие колебаний частей аппаратов, машин, коммуникаций и сооружений, вызываемых неуравновешенностью вращающихся деталей, пульсаций давления при транспортировке жидкостей и т.н. [8].

Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственного контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, автоматизации и замены технологических операций.

Снижение вибрации машин достигается тщательной балансировкой вращающихся частей, сокращением динамических процессов, вызываемых ударами, резкими ускорениями и т.п.

Дня виброзащиты применяются средства индивидуальной защиты для рук, ног и тела оператора. В качестве средства защит ы для рук применяются рукавицы и перчатки, вкладыши и прокладки но ГОСТ 12.4.002

13.5 Эргономика

Буровая лебедка должна удовлетворять требованиям эргомики ГОСТ 12.2.049 ССБТ:

а) системы управления и переключения измерительных цепей приборов должны быть расположены на панели пульта или щита и соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.064;

б) системы управления, связанные с определенной последовательностью действия работающего, должны быть сгруппированы так, чтобы сто действия осуществлялись слева направо и сверху вниз. Расположение идентичных органов управления должно быть единообразным на всех пультах;

в) при размещении органов управления на одной панели, а связанных с ними индикаторов - на другой, относительное расположение элементов на обеих панелях должно быть одинаковым;

г) расстояние между центрами двух соседних кнопок должно быть не менее, мм: нажимаемых большим пальцем 75

нажимаемых остальными пальцами 45 «пуск» и «стоп» 75

«пуск»и «пуск» 125

д) расстояние между центрами двух соседних тумблеров должно быть не менее 25 мм;

е) при необходимости одновременного включения двух соседних переключателей обеими руками расстояние между ними должно быть не менее 75 мм, а при маневрировавши в каждый момент только одним переключателем вте менее 25 мм;

ж) пульты управления, расположенные на открытых рабочих площадках, должны иметь исполнение, соответствующее категории размещения I но ГОСТ 15150;

з) высота расположения рычагов и рукояток - но ГОСТ 12.2.032 и ГОСТ 12.2.033;

и) у рукояток (кнопок) органов управления должны быть четкие и несмываемые надписи указывающие назначение и направление вызываемых движений.

Символы органов управления - по ГОСТ 12.4.040.

При расстоянии надписей от оператора до 900 мм высота цифр должна быть 6 мм, при расстоянии более 900 мм - 8 мм.

Электроснабжение буровой установки осуществляется от линии электропередачи напряжением 63 кВ [5j. Значения показателей качества электрической энергии (отклонение частоты и напряжения, коэффициент искажения кривой напряжения) должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109.

13.6 Заземление и зануление

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции применяется защитное заземление.

Дня обеспечения безопасности людей металлические части электроустановок, корпуса электрооборудования и приводное оборудование должны быть затемнены, занулены в соответствии с требованиями ПУЭ - 02. Рядом с этим элементом должен отображаться символ «Заземление».

Защитное заземление - это преднамеренное соединение е землей различных конструктивных, металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при случайном соединении с токоведущими частями. Задача защитного заземления - устранение опасности поражения тела человека в случае прикосновения к корпусу, оказавшемуся под напряжением.

Защитное зануление - это преднамеренное металлическое соединение с тлу-хозаземленной нулевой точкой (нейтралью) трансформатора вестях переменного тока и с глухозаземленной средней точкой источника электроснабжения в трех-проводных сетях постоянного тока частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут случайно оказаться под таковым.

Соединение ЭТО выполняют проводником, который называется зануляющим, или нулевым защитным проводником [5].

Нейтраль считают глухозаземленной, если она присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, например, через трансформатор тока. Сети с глухим заземлением нейтрали используют дня электроснабжения трехфазных приемников с линейным напряжением 380 В и однофазных приемников напряжением 220 В в жилых, общественных, промышленных зданиях и наружных установках.

В данном проекте используется система подсистема с отдельными рабочим и защитным нулевыми проводниками обозначают как TN-S (рисунок 15)

Электрооборудование буровой лебедки, его установка, защитное зануление, изоляция должны соответствовать требованиям «Правит устройства электроустановок» и «Правил технической безопасности Эксплуатации электроустановок потребителей», ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 122.003.

Заземляющие проводники и заземляющие устройства должны соответствовать ГОСТ 30331.10.

Электродвигатель и частотный преобразователь подключены к контуру заземления медным проводом сечением не менее 2,5 мм с помощью болтов.

11ожарная безопасность

Опасными факторами пожара, воздействующими на людей, являются: открытый огонь, искры, повышенная температура окружающей среды, предметов
и т.д.

Дчя обеспечения пожаробезопасности на площадке буровой лебедки используются следующее исполнение: вся аппаратура управления размещена в герметизированном контейнере, электродвигатели всех механизмов имеют степень защиты от внешней среды.

Для обеспечения пожарной безопасности комплектный электропривод и пусковой реостат должны быть изготовлены в соответствии с ГОСТ 12.1.004 с применением негорючих и трудно горючих материалов по ГОСТ 12.1.044, выбором зазора между токоведущими частями но ГОСТ 12.2.007.7.

Следует отмстить, что при любом воспламенении на лебедочном блоке бурильщик обязан немедленно отключить главный рубильник и приступить к тушению огня, при помощи сухого огнетушителя типа ОУ - 2, имеющий стальной баллон с углекислым газом, сжатым до 170 атм.

Курение на вышечно - лебедочном блоке, как на верху, так и на помосте, строго запрещается.

14 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

14.1 Обоснование необходимости расчета

Задачей экономического раздела дипломного проекта является - расчет затрат на реконструкцию электропривода и системы автоматизации участка буровой лебедки.

Реконструкция - усовершенствование, улучшение, обновление объекта, приведение его в соответствие с новыми требованиями и нормами, техническими условиями, показателями качества.

Расчет материальных затрат на проектирование

Затраты по статье “Расходные материалы” определяются по каждому виду, как производственные нормы расхода на цену [19]:

содержание .. 1 2 3