Проект технологической системы сауны

 
 
 
 Светильники с двумя лампами располагаются  прямоугольно при расстоянии между  рядами светильников r_p = 1.5 h_р , м и с расстоянием от стенок до светильников  r_c = 0.25*r_p. Установленное количество светильников в помещении не должно превышать 20% расчетной световой поток ламп. 
4 Расчет электроснабжения помещения

4.1 Распределение  нагрузки по фазам

 
 
 
         По рассчитанному числу светильников определенные мощности равномерно распределяются по фазам после размещению светильников на плане помещения. На плане указываются  установленные мощности, проводки с  несколькими накгрузками. 
 
 
 
Рис. 1а План помещения и расположения светильников 
 
 
Рис.1б Расчетная схема 

4.2 Расчет сечения  проводников и кабелей

 
 
 
1.     По рис.1а составляется расчетная схема рис.1б. 
 
2.     Предположим, что провода одного сечения по всей длине проводки, вычисляются моменты нагрузок не по участкам «i», а по полным длинам «L»  от каждой нагрузки до источника электропитания: 
                                                    
 
                        (4) 
Где: L₁=l₁, L₂=l₁+l₂, L₃=l₁+l₂+l₃, L₄=l₁+l₂+l₃+l₄  
 
Если считать моменты нагрузок по участкам, то тогда 
 
  
 
                                                   (5) 
Где: P₁=p₁+p₂+p₃+p₄, P₂=p₂+p₃+p₄, P₃=p₃+p₄, P₄=p₄ 
1.     Допустимая потеря напряжения в вольтах 
                                                           (6) 
Согласно ПЭУ для осветительных сетей ΔU=±5% от номинального, для силовых сетей ΔU=±10%/ 
2.     Сечение проводов должно быть не менее, чем подсчитанные по выражению:  
                                                                     (7) 
Где: γ – удельная проводимость для меди = 54, а для алюминия - = 32; 
 
         U – номинальное напряжение, В, для осветительной (однофазной) сети U=U_ф = 220 В, для силовой (трехфазной) сети U=Un=380 В. 
3.     Ток на головном участке проводки, А 
i₁=P₁/U_ф =100/220=0.45 - для однофазной линии; 
 
i₃=P₁/1.73*U_n*cosφ₀₁= 100/1.73*380*1.3=0.507  – для трехфазной линии. 
 Где: Р₁ – мощность, проходящая по участку 01, Вт; U_ф – фазное напряжение, 220 В; U_л – линейное напряжение, 380 В, cosφ₀₁ – коэффициент мощности участка 01. 
При решении данной задачи необходимо рассмотреть вопросы: 
 
- выбора напряжения и схемы питания; 
 
- выбора типа и месторасположения щитков; 
 
- выбора марки провода и способа прокладки; 
 
- расчет осветительной сети (по потери напряжения, по току, по механической прочности). 
 
Для светильников общего освещения рекомендуется напряжение не выше 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрале и не выше 220 В переменного тока при изолированной нейтрали и постоянного тока. Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями от щитов подстанции 380/220 В на осветительные магистральные пункты или щитки, а отних - к групповым осветительным щиткам. Напряжение от групповых щитков к светильникам подается по групповым линиям. 
 
Допускается питание освещения от силовых магистралей при схемах: блок трансформатор - магистраль, если колебания и отклонения напряжения не превышают норм (ГОСТ 13109-67). При этом целесообразно применять шинную магистраль, которая прокладывается поперек пролетов здания, а к ней присоединяются ответвления к продольным рядам светильников. 
 
Светильники аварийного освещения (для продолжения работ и эвакуации) в зданиях без естественногоосвещения должны присоединяться к независимому источнику питания. Допускается питание от сети рабочего освещения при наличии автоматического переключения на источники питания аварийного освещения при внезапном отключении рабочего освещения. Светильники аварийного освещения для эвакуации из зданий с естественным освещением должны присоединяться к сети, независимой от сети рабочего освещения, начиная от щита подстанции или от ввода в здание (при наличии только одного ввода). 
 
Запрещается присоединение сетей освещения всех видов к распределительной силовой сети и применение силовых сетей и пунктов для питания освещения зданий без естественного света. 
 
Для определения электрических нагрузок имеется несколько методов. Однако в настоящее время считается целесообразным использованием для расчета цеховых нагрузок (до 1000 В) метод упорядоченных диаграмм - по средней мощности и коэффициенту максимума, а предприятий (свыше1000 В) методом коэффициента спроса - по установленной мощности и коэффициенту спроса. Оба метода достаточно просты для использования в практических расчетах, хорошо обеспечены исходными данными и гарантируют достаточную точность совпадения расчетных и реальных результатов. 
 
Прежде чем приступить к выбору числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции 6-10/0,4 кВ, необходимо определиться с размещением компенсирующих устройств по сторонам напряжения, так как неучет реактивной мощности при расчетах может внести существенную погрешность на величину мощности выбираемых трансформаторов илиих число. Установка компенсирующих устройств на низкой стороне (в нашем случае на стороне 0,4 кВ) позволяет снизить либо установленную мощность трансформаторов (при небольшом их числе на ТП), либо уменьшить их число (при больших группах цеховых трансформаторов). 
 
Установка КУ на стороне 6-10 кВ экономичнее, чем установка их на стороне до 1000 В, но может привести к обратному эффекту: увеличению установленной мощности трансформаторов или их числа, а также к дополнительным потерям электроэнергии. Поэтому при решении вопроса размещения ИРМ необходимо проводить технико-экономическое обоснование. 
 
В настоящее время для компенсации реактивной мощности в качестве ИРМ используют комплектные конденсаторные установки (ККУ), синхронные двигатели (СД), которые установлены для выполнения технологического процесса, реже синхронные компенсаторы (обычно на стороне 6-10 кВ) и фильтр - компенсирующие устройства (ФКУ). Из-за отсутствия серийного производства не могут быть использованы экономичные ИРМ на базе тиристорных преобразователей, а также тиристорные преобразователи, работающие с опережающими углами управления. 
 
Величина мощности, месторасположение и вид ЭП определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения предприятия. При проектировании определению подлежат обычно три вида нагрузок: 
 
1) средняя за максимально загруженную смену Р_СМ  и среднегодовая Р_СТ. Величина Р_СМ необходима для определения расчетной активной нагрузки Р_Р . Величина Р_СГ - для определения годовых потерь электроэнергии; 
 
2) расчетная активная Р_Р и реактивная Q_Р мощности. Эти величины необходимы для расчета сетей по нагреву, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения; 
 
3) максимальная кратковременная (пусковой ток) I_П. Эта величина необходима для проверки колебаний напряжения, определения тока трогания токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей. 5 Расчет вентиляции (кондиционирования) помещения

5.1 Расчет тепло  и влагоизбытков

 
 
 
         Расход приточного воздуха определяется видом ассимилируемых вентиляций вредностей теплоизбытков или загозованности (влагоизбытки и загозованность в этом случае не рассматривается). 
 
         Расчетные зависимости для определения расхода приточного воздуха представлены в таблице 3. 
 
Таблица 3 
 
Расход приточного воздуха

 
 
 
Где:   Q_n – полные тепловыделения в рабочую зону, 
 
 кДж/ч (Вт); Q_об – теплоизбытки от технического оборудования, кДж/ч 
 
         Р_потр – потребляемая мощность, Вт; 
 
         Q’_n – теплоизбытки от одного человека, 150….350 Вт (540…1250   
 
 кДж/ч); 
 
         n_n – число людей, работающих в смене; 
 
          Q_n – теплоизбытки от людей, кДж/ч; 
 
         Q_оса – теплоизбытки от свещения, кДж/ч; 
 
         А – удельный теплоприток в секунду, Вт/(м²с) (для производственных помещений А=4,5, для складских – А=1 Вт/(м²с)); 
 
Qз – теплоизбытки от работающих электродвигателей, кДж/ч; 
 
Р_ад – установленная мощность, электродвигателя, Вт; 
 
к – коэффициент, учитывающий одновременность работы, загрузку и тип электродвигателя, к=0.2…0.3; 
 
h - к.п.д. электродвигателя; 
 
W – влагоизбытки, w - влаговыделения от одного человека, (при температуре воздуха в помещенииt=22…28С° - w=0.1…0.25 кг/ч); 
 
W_n – влаговыделение от людей, кг/ч; 
 
W_об – влаговыделения от оборудования, определяемое по справочникам, кг/ч; 
 
М_уто – количество вредных веществ, поступающих в помещение в результате утечек через неплотности технологического оборудования, кг/ч; 
 
К_з – коэффициент запаса, характеризующий состояние оборудования, К_з = 1….2; 
 
К_р – коэффициент, зависящий от давления газов или паров в технологическом оборудовании. 
 

 
          
 
         V_вн – внутренний объем технологического оборудования и трубопроводов, находящихся под давлением, м³; 
 
         m - относительная молекулярная масса газов или паров в аппаратуре (для трихлорэтилена m =118); 
 
         Т – абсолютная температура газов или паров, °К (273+t°С)  
 
         М_сн – массовый расход (утечки) вредных веществ через сальники насосов, кг/ч; 
 
         d_в – диаметр вала или штока, мм; 
 
         К_с – коэффициент, учитывающий состояние сальников и степень токсичности вещества, К_с = 0.0002…….0.0003; 
 
         Р – давление, развиваемое насосом, Па; 
 
         М_пр – массовый расход паров растворителей; 
 
         А_л – расход лакокрасочных материалов в граммах на 1 м² площади поверхности , г/м² 
 
         m – содержание в краске летучих растворителей, % (см. табл.); 
 
         F_и – площадь поверхности изделия, окрашиваемая или лакируемая за 1 час, м²; 
 

 
 
 
с – удельная теплоемкость воздуха, с=1кДж/(кгК); 
 
t_n, t_y – температура воздуха, подаваемого в помещении или удаляемого, °С; р – плотность воздуха, кг/м³; 
 
i_n, i_y – теплосодержание  приточного или удаляемого воздуха, кДж/кг; 
Теплосодержание приточного воздуха 
 

 
 
 
d_n, d_y – влагосодержание приточного или удаляемого воздуха, г/кг сухого воздуха; 
 
К_n – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, г/м³. Обычно принимаеться равной 30 % предельно допустимой концентрации (ПДК) данного вещества; 
 
К_у – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, принимается равной ПДК. 
 
При выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ разноправного действия, воздухообмен для их нейтрализации вычисляется для каждого вредного вещества отдельно.       
 
При выделении в воздух рабочей зоны нескольких  вредных веществ одноправленного действия., воздухообмен для их нейтрализации вычисляется путем суммирования объемов воздуха для разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК, т.е. до К_i , определяемой по выражению: 
åК_i/(ПДК)_i£1=0.5, тогда К_y = ПДК = К_i=0.55.2 Определение расхода воздуха, необходимого для удаления тепло – и влагоизбытков

 
 
 
         Температура воздуха, подаваемого в  помещение t_n = 21.1 °С; теплосодержание приточного воздуха, i_n = 50,4 кДж/кг, полные тепловыделения в помещении Q_n = 24900 кДж/кг=6423 Вт, влаговыделения в помещении W=1.78 кг/ч, объем помещения V=108 м³, вертикальное расстояние от пола до горизонтального отверстия всасывания вентилятора, Н=3,5 м. 
 
         Последовательность расчетов: 
 
1.     Определение температуры воздуха в помещении по выражению: 
                                  t_р.э=t_n+(6….10°C)=21.2+6.7=27.9 °C 
2.     Определение удельных избытков тепла: 
 
3.     Определение температуры воздуха, удаляемого из помещения: 
                                                      t_y=t_р.э+Δ(Н-2) 
где: Δ – градиент температуры, °С/м 
 
     при q<16.8 Вт/м³- Δ = 0…0.3 
 
             q=16.8…33.6 – Δ= 0.3….1.2 
 
             q>33.6…..43.4 – Δ=0.8…1.5 
 
     Принимаем Δ=0.9°С/м, т.к q=57.34>33.6 Вт/м³, тогда  t_y=30+0.9(4-2)=31.8°C. 
4.     Определение направления луча процесса изменения параметров приточного воздуха под воздействием тепло- и влагоизбытков: 
 
а) вычисляем параметр: e=Q_H/W=24900/1.64=15182.9 кДж/кг. 
 
5. Определение плотности воздуха р кг/м³ при t град.С, по выражению: 
 
при температуре воздуха поступающего в помещение t_n: r_n=353/273+t_p=1.19 
 
при температуре наружного воздуха t_H: r_n=353/273-t_H=1.34; r_y=353/273+t_y=1.28 
 
6.     Вычисляем расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепловыделения, м³ч: 
                           
и влаговыделенный 
                          
 
7.     Определение кратности вентиляционного воздухообмена, 1/ч 
                                     1/ч 
где: L_max – максимальный расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепло- и влаговыделений, м³/ч 
 
8.     Вычисляем теплоту, уносимую с вентилируемым воздухом, по выражению: 
Q_B=cr_yV(t_n-t_H)K_вв=0.28*1.2*112(24.5-22.4)=79.07 
Где: с – удельная теплоемкость воздуха, с=0.28 (Вт*ч/кг*градС) 
9.     Вычисляем потери теплоты в Вт через ограждения (потолок, стены, двери и окна) помещения: 
Q_O = (t_n-t_H)åК_ТF=(24.5-22.4)*1.17*25=21.85 
10. Расчетная теплоотдача калорифера по формуле, Вт: 
Q_к=Q_в+Q_O=79.07+21.85=100.92 
11. Вычисляем мощность калорифера по формуле, Вт: 
P_k=Q_k/h_k=100.92/0.9=112.12 
12. Вычисляем суммарную поверхность нагрева калорифера по выражению, м²: 
                           F_k=Q_k/K_n*Δt=100.92/23*2.25=1.95 
Где: Δt – разность между средней температурой теплоносителя теплообменника и температурой воздуха в помещении., т.е. Δt=t_y-t_ср, где t_ср=(t_H-t_y)/2=21.3. 
 

5.3 Подбор вентилятора  и электродвигателя

 
 
 
     Вентилятор подбирается в соответствии с подсчитанными общим расходом воздуха  L, м³/ч и общий потерей давления åP_i, Па. 
 
а) определение параметров вентилятора 
 
Наиболее современными и экономическими являются центробежные (радиальные) вентиляторы типа Ц4-70. 
 
         б) Определение мощности электродвигателя для привода вентилятора 
Р_эд=LåP₁K_з /(3600*1000*h_вh_пh_р), кВт. 
Где: К_з – коэффициент запаса = 1.25. 
 
         h_в – к.п.д. вентилятора = 0.8 
 
         h_п – к.п.д. учитывающий механические потери в подшипниках вентилятора=0.95 
 
         h_р – к.п.д., учитывающий механические потери в передаче от вентилятора и двигателя =0.9. 
 
         При  åP₁=Р получим для выбранного вентилятора мощность электродвигателя: Р_эд.= 2500*750*1.25/3600*1000*0.8*0.95*0.9=0.95 кВт. 
 
 

5.4 Расчет надежности  оборудования (системы)

Общие теоретические  основы деятельности

 
          
 
         Надежность функционирования систем сервиса рассчитывают по известным  показателям надежности их составных  частей и подсистем. Для чего структуру  систем сервиса представляют в виде так называемой «модели надежности», являющиеся функционально – структурной  схемой параллельного, последовательного  и параллельно – последовательного  соединения подсистем и элементов. 
 
               
Рис.2 Последовательно-параллельное соединение элементов 
 
 
Рис.3 Параллельно-последовательное соединение элементов 
         Вероятность безотказной работы для системы с последовательным соединением элементов вычисляется как произведение вероятностей отдельных элементов (подсистем), т.е. P_1-n=P₁*P₂*P₃….*P_n, где P_1-n – вероятность безотказной системы из «n» элементов, а P₁, P₂, ….P_n – вероятность безотказной работы одного «i» элемента. 
 
         Для системы с параллельными соединением элементов вероятность безотказной работы вычисляются по формуле: P_1-n=1-(1-P₁)*(1-P₂)*… 
 
*(1-P_n). 
 
         Вероятность безотказной работы для структуры с последовательно-параллельным соединением (рис.2) вычисляется по формуле: 
                           P_1-4=P_1-2*P_3-4=[1-(1-P₁)(1-P₂)]*[(1-(1-P₃)(1-P₄)] 
         Для структуры с параллельно-последовательным соединением элементов (см.рис.3) вероятность безотказной работы вычисляются по выражению: 
                           P_5-8 = 1-(1-P_5-6)(1-P_7-8)=1-(1-P₅*Р₆)(1-P₇Р₈) 
         При вероятности безотказной работы системы, превышающей 0.9, т.е l_сt£0.1 c достаточной для практики точность при внезапных отказах элементов, когда приработка оборудования закончена, а старение еще не наступило, наиболее применим экспоненциальный закон распределения вероятности безотказной работы, т.е. 
Р_б(t)=е^-l=1-l_еt 
где:  l_е – интенсивность отказа системы, 1/ч; t – время работы, ч. 
Откуда:  
 
                                            l_еt=1-Р_э(t) и l_е=(l-P_э(t))/t 
Частота отказов: 
 
          
 
                                         а_с = l_е* е^-l=l_е(l-l_е*t)= l_е*P_e 
 
             
 
         При средней вероятности отказов каждого из элементов подсистем Р_с.ср=0.998 имеет в течениеt₀=10 часов работы: l₀t₀=0.002, т.е. l₀=0.002/10=0.2*10^-3 1/ч. Средняя наработка до первого отказа системы Т⁰_ср=1/l₀=1/0.2*10^-3=5000 ч. Следовательно, Т_ср =2Т⁰_ср=2*5000=10000 ч. 
 
         Тогда частота отказов вычисляется по формуле: 
                                       а_с = l₀²* tе^-l=0.04*10^-6* tе^-l,  
а интенсивность отказов по выражению: 
l_е=а_с/Р_к=0.04*10^-6*t/(l+0.2*10^-3t)