Электрификация и механизация зерноочистительно-сушильных пунктов

Электрификация, то есть производство, распределение электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства и быта населения - один из факторов технического прогресса. В настоящее время электричество является основной базой производства, животноводства, растениеводства, ремонтного производства, стационарных процессов растениеводства. Уровень энерговооруженности труда, в этих отраслях, определяет рост производительности труда.

Развитие материально-технической базы общества, происходит, прежде всего на основе ускорения научно-технического прогресса, широкого использования открытий и изобретений, достижений науки и техники электрификации и автоматизации технологических процессов.

Сейчас на первый план выдвигается повышение эффективности капитальных вложений, их концентраций на решающих участках, от которых зависит быстрое достижение высшего народнохозяйственного эффекта, получение наивысшего прироста продукции и дохода на каждый рубль затрат.

Весь урожай зерновых, бобовых, масличных культур и семян трав после комбайновой уборки подлежит очистке, а около 60 % убранного урожая необходимо подвергать искусственной сушке.

Необходимость в послеуборочной обработке зерна (очистке, сортировке, сушке) вызвана тем, что поступающей из-под комбайнов зерновой ворох наряду с зерном содержит до 20…30 % сорных и до 5 % соломистых примесей, а влажность зерна в зависимости от климатических условий значительно отличается от допустимой (14%) и достигает 30% и более. Поэтому промышленность выпускает зерноочистительно-сушильные комплексы типа КЗС.

1. Общая часть

1.1 Обоснование темы проекта

Электрификация и автоматизация зерноочистительно-сушильных пунктов обеспечивает их высокую производительность и сохранение требуемых качественных показателей зерна и при этом уменьшает время затраченное на обработку зерна из-за постоянной готовности оборудования к работе. Кроме этого, в результате электрификации и автоматизации увеличивается коэффициент использования зерносушильных пунктов, повышается надёжность их работы, уменьшается расход топлива и число обслуживающего персонала, так как функции управления технологическим процессом передаются системам автоматического управления, которые не только включают отдельные узлы сложных установок в определённой последовательности, но и поддерживают рабочие параметры установки в заданных пределах.

Комплексная электрификация и механизация зерноочистительных пунктов существенно облегчает физический труд людей работающих на пункте , так как операции по обработки , транспортировки зерна выполняют специальные механизмы .Кроме этого , использование электрической энергии в качестве источника для привода отдельных механизмов в движение , существенно оздоровляет условия окружающей среды , устраняя вредные выбросы в атмосферу , и позволяет включать оборудование в работу в любой момент времени без предварительной подготовки .

Благодаря электрификации очистительно-сушильных пунктов стало возможным произвести их полную автоматизацию, в результате чего повысилась качество обрабатываемого материала, так как за температурой и влажностью зерна следит специальное оборудование, которое исключает ошибочные действия обслуживающего персонала и продлевает срок службы оборудования, соответственно повышая его надёжность.

Помимо всего прочего, существенно снижается себестоимость обрабатываемого материала и соответственно его стоимость, так как ручной труд благодаря электрификации сводится до минимума. Таким образом, электрификация и механизация зерноочистительно-сушильных пунктов даёт значительный экономический и социальный эффект

1.2 Характеристика хозяйства

Валовой сбор зерновых и зернобобовых культур в весе после доработки составляет 3957 тонн при средней урожайности 22,2 ц/га.

Заготовлено кормов - всего 3961 тонн, в расчете на условную голову скота - 22,2 ц.к.ед

Заготовлено кормов из трав 3013 тыс.тонн, в расчете на условную голову скота - 16,9 ц.к.ед

Таблица 3 - Экономические показатели животноводства

За январь - декабрь 2015 года темп роста производства молока составил 121,4 % при валовом надое 4491, тонн.

Средний удой от коровы 4908 кг. Темп роста составил 117,7 %.

Товарность молока - 90,9 %.

За январь - декабрь 2015 года производство скота составило 329 тонны или 162,9 % к уровню прошлого года.

Реализовано скота 357 тонн, темп роста с начала года составил 178,5% к уровню прошлого года.

Среднесуточные привесы крупного рогатого скота за январь - декабрь 2015 г. составил 665 грамм, темп роста 158,3 к уровню прошлого года.

Численность поголовья крупного рогатого скота по состоянию на 01.12.2015г. составляет 2228, в том числе коров 925 головы.

Приплод телят составил 908 голов.

Падеж КРС с начала года составил 14 головы, за данный период 2014 года пало 4 головы

Выручка от реализации продукции и оказания услуг за январь-декабрь 2015 года составила 41288 млн.руб. Прирост общей выручки составил 106,9% темп роста себестоимости 117,4%.

Комплекс КЗС-25Б состоит из зерноочистительного и сушильного отделений. Зерноочистительное отделение включает : завальную яму (1) ,автомобилеподъёмник ГАП-2Ц (2) , загрузочную двухпоточную норию 2НЗ-20 (13) , машину предварительной очистки ЗД-10.000 (14) , две воздушно-решётные машины -агрегат ЗАВ-10.30.000 (10) , два триерных блока ЗАВ-10.90.000 (8) , централизованную аспирационную систему ЗАВ-20.60.000 (7) ,транспортёр передаточный ЗАВ-10.50.000АБ (9) , транспортёр отходов ЗИ-40.000 (3) , пульт управления , комплект зернопроводов , бункера (4) , (5), (6), (28), (29), металлическую арматуру .

Сушильная часть комплекса имеет зерновую шахтную сушилку СЗБ-16, пять норий НЗ-20, станцию управления. Станция управления позволяет управлять машинами и механизмами дистанционно, а также обеспечивает световую и звуковую сигнализацию, взаимную блокировку привода машин, автоматическое регулирование температуры теплоносителя и прекращение подачи топлива при срыве пламени в топке. Очистительное и сушильное отделения технологически связаны между собой.

Комплекс КЗС-25Б может работать по двум технологическим схемам.

По первой схеме - при параллельной работе шахт сушилки комплекс настраивается при влажности зернового материала до 20%. При работе по этой схеме зерновой ворох из кузова автомашины выгружается с помощью автомобилеподъёмника (2) в завальную яму (1), откуда по ветви двухпоточной загрузочной нории (13) он направляется в машину предварительной очистки (14), где отделяется от крупных и лёгких примесей.

Заслонками распределителей (11) и (27) регулируется величина подачи зернового материала соответственно в машину предварительной очистки и к распределителю (24). Заслонку распределителя(24) устанавливают на одинаковую подачу зерна к нориям (17) и (19), загружающим левую и правую шахты сушилки.

Заслонками распределителей (22) и (26) полностью закрывают выход зерна от охладительных колонок (25) и (21) к нориям (17) и (19).

Высушенное зерно подаётся нориями (16) и (20) в охладительные колонки, а затем норией (15) отгружается в компенсирующий отсек (28) бункера, откуда самотёком поступает во вторую ветвь загрузочной нории (13). Нория поднимает материал к распределителю (12), который делит зерно на два потока и направляет их по зернопроводам к ветрорешётным машинам, откуда материал транспортёром (9) подводится к триерным блокам (8).

Заслонкой распределителя (12) можно также регулировать величину подачи зерна на очистку. Очищенное зерно собирается в бункер (6), а отходы - в бункер (5).

По второй схеме - при последовательной работе шахт сушилки комплекс настраивается при влажности зерна до 28%. Для этого заслонку регулятора (24) устанавливают так, чтобы весь материал поступал только в норию (19). Из регулятора (23) зерно должно поступать только в норию (17). Заслонкой регулятора (22) перекрывают ход зерна к нории (15) и материал начинает поступать к распределителю (23).

Технологический процесс работы комплекса в этом случае заключается в следующим. Из завальной ямы зерновой ворох поступает к машине предварительной очистки, далее к распределителю (24), который направляет весь материал к нории (19), заполняющей правую шахту. Пройдя сушку и охлаждение в колонке (25), зерно по зернопроводам с помощью распределителей (22) и (23) поступает к нории (17) и оттуда в левую шахту сушилки.

Дальнейший ход зерна такой же, как и при работе комплекса по первой схеме.

Кроме описанных технологических схем возможны и другие варианты работы зерноочистительно-сушильного комплекса. Если материала поступает мало или неисправна одна из шахт, отключают одну из линий очистительного отделения, а шахту и комплекс настраивают на однолинейную работу. При обработке фуражного зерна можно не направлять его на очистку после сушки. В зависимости от засоренности материала возможно отключение триерных блоков или настройка их на последовательную или параллельную работу.

Для сушки зерна повышенной влажности предусмотрена возможность пропуска материала по кольцу шахта- охладительная колонка несколько раз. В этом случае очистительное отделение и загрузочная нория не работают.

2. Расчётно-технологическая часть

Силовым электрооборудованием зерноочистительно-сушильного комплекса является электродвигатели, которые используются в приводах технологического оборудования.

Электродвигатели к рабочим машинам и механизмам выбирают по следующим параметрам: напряжения, роду тока, частоте вращения, условиям окружающей среды, характеру и значению нагрузки.

Для электропривода технологического оборудования используем асинхронные трёхфазные электродвигатели, так как они наиболее дёшевы, просты и надёжны в эксплуатации, рассчитанные на напряжение 220/380 В.

При выборе электродвигателей по частоте вращения стремятся к тому, чтобы частота вращения рабочей машины была как можно ближе к частоте вращению двигателя, но при этом учитывают, что с уменьшением номинальной частоты вращения двигателя увеличиваются его габаритные размеры и металлоёмкость, а в следствии этого и его стоимость, снижаются его коэффициент мощности и КПД. Поэтому при несоблюдении частоты вращения рабочей машины и электродвигателя более целесообразно применять высокоскоростные электродвигатели, в частности на 1500 обор/мин.

Электродвигатели по характеру нагрузки выбирают в зависимости от режима работы приводного механизма и потребляемой им мощности. Мощность выбранного электродвигателя должна быть равной или большей рабочей машины, а его пусковой и максимальный моменты должны быть соответственно больше момента трогания и момента сопротивления рабочей машины. Температура нагрева двигателя в рабочем режиме не должна превышать допустимой по нормам для данного класса изоляции.

Учитывая выше изложенные требования к выбору электродвигателей, производим выбор электродвигателей для привода рабочих машин.

Выбор электродвигателя для привода триерного блока ЗАВ-10.90.000

Мощность электродвигателя для цилиндрического триера определяем по формуле:

(5)

где Р_уд - удельная мощность.Р_уд=0,2…0,6 Вт/кг

Q - производительность триера, Q=7500 кг;

_п - коэффициент полезного действия передачи, _п =0,8…0,96

Р_тр = 0,25·7500·10^-3/0,9=2,08 кВт

Так как триер работает с постоянной нагрузкой, то выбираем электродвигатель для привода триера из условия:

 (6)

где Рн - номинальная мощность электродвигателя, кВт

Принимаем электродвигатель АИР100L6 с Рн=2.2 кВт, т.е.

Рн=2.2 кВт> Ртр=2.08 кВт

Проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность по условиям пуска при напряжении на шинах электродвигателя 0.925 Uн по условию:

(7)

где: Мн - номинальный момент двигателя, Нм

Мн.п - номинальный приведенный момент рабочей машины, Нм

Номинальный приведенный момент рабочей машины определяется по формуле:

, (8)

где Мс.п - приведенный момент сопротивления машины к валу двигателя, Нм

Кmin- кратность минимального момента электродвигателя

U - напряжение на зажимах электродвигателя при пуске, в относительных единицах

Приведенный момент сопротивления машины к валу двигателя определяется по формуле:

, (9)

где Мс- момент сопротивления рабочей машины, Нм

Nтр - частота вращения вала рабочей машины,

Nдв - частота вращения вала электродвигателя,

Момент сопротивления рабочей машины определяется по формуле:

, (10)

где Ртр- мощность привода цилиндрического триера, кВт

- коэффициент полезного действия передачи, 0.96

Wтр - угловая скорость машины,

Угловая скорость машины определяется по формуле:

(11)

Момент сопротивления рабочей машины по формуле (10) будет равен

45.4 Нм

Приведенный момент сопротивления машины к валу двигателя по формуле (9) будет равен:

Нм

Номинальный приведенный момент рабочей машины по формуле (8) будет равен:

=17.3 Нм

Номинальный момент двигателя определяется по формуле:

, (12)

где Рн - номинальная мощность двигателя, 2.2 кВт

Nн - номинальная частота вращения двигателя, 1000

=21.01 Нм

Так как Мн=21.01 Нм> Мн.п=17.3 Нм, пуск двигателя при максимальной нагрузки обеспечивается.

Выбираем электродвигатель для привода решётно-воздушной зерноочистительной машины ЗАВ-10.30.000.

Определяем расчётную мощность привода машины по формуле:

, (13)

где Rзап - коэффициент запаса, 1.4

m -масса решётного стана, 250 кг

Кд - добавочный коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод шнека и щёток, 1.5

а - оптимальное ускорение

n - число колебаний качающегося триера в минуту, 500

- коэффициент полезного действия передачи, 0.9

=1.08 кВт

Принимаем электродвигатель из условия (6) АИР80В6 с Рн=1.1кВт и Nн=1000

Проверяем выбранный электродвигатель на возможность пуска.

Определяем угловую скорость рабочей машины по формуле (11):

=37.7

Определяем сопротивления рабочей машины по формуле (10)

=26.5 Нм

Определяем приведенный момент сопротивления рабочей машины по формуле (9):

=9.54 Нм

Определяем номинальный приведенный момент рабочей машины по формулу (8):

=8.71 Нм

Определяем номинальный момент двигателя по формуле (12):

=10.5 Нм

Так как Мн=10.5 Нм> Мн.п=8.71 Нм, пуск двигателя при максимальной нагрузке обеспечивается.

Выбираем электродвигатель для привода вентилятора аспирационной системы ЗАВ-20.50.000.

Определяем расчётную мощность привода вентилятора:

, (14 )

где Q - номинальная производительность вентилятора,

Н - номинальный напор вентилятора, Па

- коэффициент полезного действия вентилятора, 0.85

-коэффициент полезного действия передачи, 0.9

=11.8 кВт

Из условия (6) принимаем электродвигатель для привода вентилятора АИР160S4 с Рн=15 кВт и Nн=1500

Проверяем выбранный двигатель на возможность пуска под нагрузкой по условию (7).

Определяем угловую скорость машины по формуле (11):

=157

Определяем момент сопротивления рабочей машины по формуле (10):

=67.6 Нм

Так как Мс=Мс.п, то номинальный приведенный момент машины по формуле (8) будет равен:

=61.7 Нм

Номинальный момент электродвигателя по формуле (11) будет равен:

=95.5 Нм

Так как Мн=95.5Нм> Мн.п=61.7 Нм, пуск двигателя при максимальной нагрузке обеспечивается.

Аналогично выбираем и проверяем возможность пуска электродвигатели для остального технологического оборудования и результаты расчётов сносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Основные параметры электроприводов.

2.3 Расчет электрического освещения

Электрическое освещение -важнейший фактор, от которого зависит комфортность пребывания и работы людей. Основные показатели искусственного освещения должны обеспечивать нормальные и безопасные условия труда и качества продукции.

Светотехнический расчёт осветительных установок производят с целью обеспечения оптимальных условий для работы глаза человека при наименьших затратах денежных средств и электроэнергии. При светотехническом расчёте производят: выбор вида и системы освещения, нормированной освещённости, типа источника света, размещение светильников в освещаемом пространстве и определение мощностей источников света и осветительных установок.

Выбор источника света

Согласно «Правил устройства электрооборудования» все электроприёмники должны быть защищены от токов короткого замыкания. Электрические двигатели требуют также защищены от перегрузки, произвольного срабатывания, работы при пониженном напряжении и от неполнофазных режимов работы.

Выбор электрических аппаратов производят по роду тока, напряжению, мощности, числу полюсов, условиям электрической защиты от ненормальных режимов работы электроприёмников и элекрических цепей и по исполнению в зависимости от условий окружающей среды.

В качестве аппаратуры управления в электрических сетях напряжением до 1000В используются рубильники, пакетные выключатели, магнитные пускатели.

Для защиты электроприёмника и сетей от тока короткого замыкания служат предохранители и автоматические выключатели без выдержки времени для защиты от перегрузок автоматы с выдержкой времени и тепловые реле, магнитные пускатели.

Для примера приведем выбор коммутирующей и защитной аппаратуры для трех токоприемников электрической энергии.

Выбор предохранителей.

Плавкие предохранители выбираем по следующим параметрам:

По номинальному напряжению

U_н.пр Uн.уст. (2.5)

По предельно отключающему току предохранителя:

I пр.отк. I (2.6)

По номинальному току плавкой вставки:

Iв К^-1 Imax (2.7)

Imax=Кi·Iн (2.8)

Где: Uн.пр. - номинальное напряжение предохранителя;

Uн.уст. - номинальное напряжение электроустановки;

Iв - номинальный ток плавкой вставки;

Iпр.откл. - предельно отключающий ток;

К - коэффициент зависящей от пускового режима запускаемых электродвигателей;

Кi - кратность пускового тока двигателя;

Iн - номинальный ток двигателя

Вентилятор сушильной шахты приводит в действие электродвигатель АИР 160МИ:

Р_н=18,5 кВт, I_н=34,9А, cos =0.89; =90,5%

Кi=7

I_max=34б9·K_i=34,9·7=244,3A

I_в 244б3/2б5=97,7 А

I_в=100А: U_н.пр=380B

Выбираем предохранитель ПН2-100, таблица 5.2 /4/

Нория НПЗ-20- АИР90L4

Р_н-2,2 кВт; I_н=4,9 А; cos=0,88,_н=81%; к_i =6,5

I_max=4,9·6,5=31,8A

I_в=15 А

Выбираем предохранитель НПН-60, таблица 5.2 /4/

Вентиляторы операционной системы защищены одним предохранителем и приводятся в действие двумя электродвигателями АИР100LH:Рн=4кВт:Iн =8,5 А, Кi=7 cos=0,84.

При защите предохранителем машин к которой присоединены до пяти двигателей

Imax=КоIp+Iп (29)

Где Ко - коэффициент одновременности;

Iп - пусковой ток исключительного двигателя.

I max=8.5*7+8,5=68A

Iв=68/2,5=27,2А

Iв=30А

Выбираем предохранитель ПН-100 таблица 5.2. /4/.

Расчет остальных предохранителей производим аналогично, параметры электродвигателей и защитных предохранителей заносим в таблицу 8.

Выбор пускателей и тепловых реле

Расчётную мощность на вводе в здание принимают по нормативным данным в соответствии с РУМ 11-81 или определяют путём составления сменных графиков нагрузок. По нормативным данным расчётную мощность принимают при разработки проектов внешнего электроснабжения. Графики электрических нагрузок строят в случаях, когда рассчитывают сельскохозяйственные постройки или если электрифицированный объект отсутствует в РУМ 11-81.

Расчёт мощности на вводе зерноочистительно-сушильного пункта производительностью 20 тонн в час на базе КЗС-20Ш ведём методом сменного графика, при этом первоначально составляем расчётную таблицу, в которую заносим все данные для построения графика. Расчётную таблицу приводим в таблице

Используя данные таблицы и сменный технологический график строим график электрических нагрузок, по оси ординат которого откладываем значение мощностей, а по оси абсцисс - длительность работы электроприёмников по часам смены. График электрических нагрузок приведен на рисунке.

Потребляемою мощность электроприёмников определяем по формуле:

, (37)

где К_З -Коэффициент загрузки электроприёмника, для зерносушильных комплексов равен 0.8

- коэффициент полезного действия электроприёмников

- номинальная мощность электроприёмника,

Рисунок 3 - График электрических нагрузок

Таблица 8 - Сменный технологический график работы оборудования

Так как максимум нагрузки =133.92 кВт длится более чем 30 минут, то принимаем её за расчётную.

Определяем полную мощность на вводе:

, (38)

где -максимальная нагрузка, кВт

соs- cсредневзвешенное значение коэффициента мощности для электроприёмников, участвующих в формировании максимума нагрузки. 0.85

Определяем ток на вводе:

, (39)

где U- напряжение сети, В

По расчётному току ввода выбираем кабель ААБл(3х95+1х70) /6/.