Федеральное агентство по рыболовству ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет» Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота Судомеханический факультет Кафедра электрооборудования и автоматики судов Специальность 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» (код и наименование специальности) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой С.М. Русаков «___» __________ 2019 г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ Курсанту Устинову Кириллу Сергеевичу (фамилия, имя, отчество) 1. Тема ВКР: Модернизация системы генератора ДГРА РТМК-С Лира управления судового дизель- утверждена приказом начальника академии от « » 2019 г. № 2. Цель работы: Анализ и обоснование рекомендаций и предложений по модернизации судового дизель-генератора РТМК-С «Лира» на основе выполненных исследований. 3. Исходные данные: Схема, технические и эксплуатационные характеристики электроэнергетической системы судна РТМК-С«Лира» 4. Перечень вопросов, подлежащих разработке: 1. Анализ работы судовой электроэнергетической системы; 2. Обоснование необходимой модернизации судовой электростанции; 3. Подготовка предложения по модернизации судовой электростанции; 4. Экономическая эффективность 5. Перечень графического материала: 1. Эксплуатационные показатели работы первичной судовой электростанции; 2. Эксплуатационные показатели работы модернизированной судовой электростанции; 3. Структурная схема СЭУ до модернизации; 4. Структурная схема СЭУ после модернизации; 4. Схемы автоматизации СЭС. 6. Рекомендуемая литература: 1. Баранников В.К. Эксплуатация электрооборудования рыбопромысловых судов: М.: Моркнига, 2013; 2. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: СПб: Судостроение, 2005 2 Календарный план разработки выпускной квалификационной работы № Наименование этапов разработки Срок Примечание п/п ВКР выполнения 1 2 3 4 1 Введение 03.02.19 2 Анализ работы судовой 24.02.19 электроэнергетической системы; 3 Обоснование необходимости модернизации 17.03.19 судовой электростанции 4 Подготовка предложений по модернизации судовой электростанции 5 Проверочный расчет судовой 06.05.19 электростанции; 6 Расчет показателей надежности СЭС 20.05.19 7 Расчет экономических показателей 27.05.19 внедрения рекомендаций и предложений; 8 Охрана труда и экология 03.06.19 9 Заключение 10.06.19 7. Дата выдачи задания: 21.01.19 8. Срок сдачи законченной ВКР: 18.06.19 Руководитель ВКР / (подпись) Чижма С.Н. / (фамилия, инициалы) Задание принял к исполнению курсант / (подпись) 3 Устинов К.С. / (фамилия, инициалы) Содержание ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ......................................... 7 1 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ......... 8 Основные характеристики судна «РТМК-С Лира» ........................................ 8 1.2 Расчёт нагрузки СЭЭС по режимам работы судна .................................... 9 1.3 Выбор типа, числа и мощности ГА СЭЭС ............................................... 11 1.4 Разработка схемы генерирования и распределения энергии .................. 12 1.5 Расчет и выбор сечения кабелей судовой сети ........................................ 14 1.6 Выбор коммутационно-защитной аппаратуры ....................................... 17 1.7 Проверка коммутационно-защитной аппаратуры .................................. 19 1.8 Определение величины снижения напряжения на шинах ГРЩ при пуске короткозамкнутого АД подруливающего устройства ...................... 24 2 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ .................................................................................................... 27 2.1 Требования Регистра РФ к дизель-генератору......................................... 27 2.2 Описание выбранного аварийного дизель - генератора.......................... 29 2.3 Требования к системе управления аварийного дизель-генератора ...... 32 2.4 Описание работы системы автоматического управления аварийного дизель – генератора промыслового судна «РТМК-С Лира»........................ 32 3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬГЕНЕРАТОРА ..................................................................................................... 34 3.1 Описание современных разработок в области автоматизации технологических процессов ............................................................................. 34 3.2 Выбор управляющего устройства ............................................................ 37 3.3 Описание работы модернизированной схемы системы управления дизель – генератора ........................................................................................... 40 4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА...................................................... 42 4.1 Разработка алгоритмов функционирования системы ............................. 42 4 4.1.1 Разработка алгоритма пуска двигателя .............................................. 43 4.1.2 Разработка алгоритмов нормального и аварийного останова двигателя ........................................................................................................ 44 4.2 Программирование микроконтроллера LOGO! ....................................... 47 5 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ .............................................. 52 5.1 Постановка задачи на расчёт показателей надёжности системы управления аварийного дизель – промыслового судна «РТМК-С Лира» .. 52 5.2 Расчёт показателей надёжности системы управления аварийного дизель – генератора ....................................................................................................... 53 6 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ........ 58 6.1. Опасные и вредные производственные факторы в помещении аварийного дизель – генератора промыслового судна «РТМК-С Лира» ... 58 6.2 Разработка технических и организационных мероприятий по обеспечению требований безопасности жизнедеятельности в помещении аварийного дизель – генератора ...................................................................... 63 6.2.1 Расчёт общего освещения помещения АДГ ...................................... 63 6.2.2 Устранение вибрации .......................................................................... 64 6.2.3 Мероприятия по защите от шума, инфра и ультразвука .................. 64 6.2.4 Защита от электромагнитных полей и статического электричества .. 65 6.2.5 Защита от соприкосновения обслуживающего персонала с горячими поверхностями ................................................................................................... 66 6.2.6 Разработка мероприятий по обеспечению электробезопасности ... 66 6.2.7 Правила проведения ремонтных работ .................................................. 69 6.2.8 Обеспечение пожарной безопасности.................................................... 70 7 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ............................... 72 7.1 Технико-экономический анализ результатов модернизации системы управления аварийного дизель - генератора промыслового судна «РТМКС Лира»............................................................................................................... 72 7.2 Определение капитальных затрат по модернизации системы управления аварийного дизель - генератора .................................................. 72 7.2.1 Стоимость конструкторской разработки ........................................... 73 Определяем стоимость конструкторской разработки по табл. 7.1. ......... 73 7.2.2 Стоимость покупных изделий ............................................................ 73 5 7.2.3 Стоимость выполнения работ по модернизации .............................. 74 7.2.4 Цеховые накладные расходы .............................................................. 74 7.2.5 Суммарные затраты на модернизацию системы управления АДГ ..... 75 7.2.6 Определение цены изготовленного устройства по формуле (7.3) ...... 75 7.3 Определение экономии затрат при эксплуатации ................................... 75 7.3.1 Определение количества внеплановых ремонтов системы управления АДГ по формуле (7.4) .............................................................. 76 7.3.2 Расчёт годовой экономии на внеплановом ремонте ......................... 77 8.1 Характер экологической обстановки в Мировом океане........................ 78 8.2 Оценка экологической обстановки в Калининградской области .......... 81 8.3 Воздействие отрасли на окружающую среду........................................... 85 8.4 Оценка экологичности проекта.................................................................... 90 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 92 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................... 93 6 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ АВ – автоматический выключатель АД – асинхронный двигатель АДГ – аварийный дизель - генератор АКБ – аккумуляторная батарея АРН – автоматический регулятор напряжения АРЩ – аварийный распределительный щит АСУ – автоматическая система управления ГА – генераторный агрегат ГПМ – генератор с постоянными магнитами ГРЩ – главный распределительный щит ДГА – дизель – генераторный агрегат КЗ – короткое замыкание ОВПФ – опасные и вредные производственные факторы ПД – приводной двигатель ПЛК – программируемый логический контроллер ПР – программируемое реле ПУ – пост управления ПЭ – потребители электроэнергии РЩ – распределительный щит СГ – синхронный генератор СЭЭС – судовая электроэнергетическая станция ТГ – тахогенератор ТР - трансформатор ЭД – электродвигатель ЭС – электрическая станция 7 Проверочный расчет судовой электростанции 1 Основные характеристики судна «РТМК-С Лира» Рисунок 1.1 – рыбопромысловое судно, «РТМК-С Лира » Основные характеристики судна - длина наибольшая, м 120.7 - ширина наибольшая, м 19 - осадка, наибольшей кормой, м 6.75 - водоизмещение, т 8480 - дедвейт, т 3375 -скорость,узлы 16 8 Главная энергетическая установка Главный двигатель -тип, марка МАК 8М32С -мощность, л.с 5438 -частота вращения, об,/мин 600 -ход поршня, мм 480 -диаметр цилиндра, мм 320 Вспомогательная энергетическая установка - тип, марка SKL 8VND26-2 - количество 4 - мощность, кВт 883 1.2 Расчёт нагрузки СЭЭС по режимам работы судна Для расчёта загрузки СЭЭС используют аналитический метод постоянных нагрузок (табличный метод). Аналитический метод постоянных нагрузок основан на составлении табличных моделей, отражающих изменение нагрузок отдельных потребителей электрической энергии. Таблица нагрузок СЭЭС по данному методу сводится к заполнению таблицы, отражающей различные режимы эксплуатации судна. Расчёт проводится для следующих режимов: - ходовой режим - маневренный режим - режим загрузки/разгрузки - стоянка в порту - аварийный режим при обесточивании - аварийный режим при пожаре - аварийный режим в случае гибели судна 9 Заполнение таблицы производится, используя формулы: Установленная активная мощность однородных приёмников, кВт Pn= (Pном / ном)* (1.1) Установленная реактивная мощность, кВар Qn=Pn*tg ном (1.2) Установленная полная мощность Sn= Pn2 Qn2 (1.3) K1=Pмех /Pном , (1.4) Коэффициент использования ЭД где Pмех - мощность на валу механизма, кВт Коэффициент загрузки механизмов определяется по формуле К3 К3=К1*К2 (1.5) Коэффициент одновременности К0 определяется как отношение приемников соответствующего режиму к общему числу. Активную потребляемую мощность однородных приемников определяют, кВт Pn= ( Pном ) К 3 К 0 (1.6) Реактивную потребляемую мощность однородных приемников, кВАР Qn=Pn*tg (1.7) Суммарную и реактивную мощность продолжительно работающих приемников n P1 = K 01 K n Pn1 i 1 (1.8) m Q1 K 01 K n Qn1 , n 1 где К01- коэффициент одновременности продолжительно работающих в соответствующих режимах приемников Кn- коэффициент потерь в судовой сети (Кn=1,05) Суммарные реактивные и активные мощности периодически работающих приемников 10 (1.9) n K 02 K n Pn 2 Q2 K 02 K n Qn 2 P2 (1.10) n 1 m (1.11) n 1 Активная и реактивная мощность эл. станции в соответствующих режимах P P1 P2 Q (1.12) Q1 Q2 (1.13) P2 Q2 (1.14) Полную мощность ЭС определяют S Среднеквадратичный коэффициент мощности cos P S (1.15) 1.3 Выбор типа, числа и мощности ГА СЭЭС При выборе числа, типа и мощности ГА руководствуемся следующими основными положениями: - Единичная мощность ГА выбирается по минимальной загрузке СЭЭС. Число ГА выбирается по максимальной загрузке СЭЭС. Количество ГА от 2 до 6. - Возможность обеспечить в ходовом режиме продолжительного ремонта любого ГА при наличии одного ГА в резерве, готовом для подключения на нагрузку. - Мощность ДГА должна быть одинаковой. - При выборе ГА СЭЭС должен быть предусмотрен резервный ГА такой же мощности, как и основной ГА. - Суммарная мощность ГА должна обеспечивать пуск самого мощного АД с наибольшим пусковым током при выходе из строя любого ГА. При этом скорость и частота неизменны, которые могут вызвать выход из синхронизма ГА, установку ЭД и приемников. - Загрузка ГА по активной мощности в длительном режиме должна находиться в пределах 60%-90% от номинальной, в кратковременных режимах не ниже 50%. 11 - Значение суммарной установленной мощности ГА должно включать примерно до 20% резервной мощности на модернизацию судна в процессе его эксплуатации. - Нагрузка ГА по полному току не должна превышать номинального значения. - При выборе типов и числа ГА необходимо учитывать соотношение ресурсов ГА и ПД. В связи с вышеописанными положениями, а также исходя из таблицы нагрузки СЭЭС, выбираем: - нормальные условия работы СЭЭС: 2 дизель-генератора 8VDS 26/20 AL-2S (один дизель-генератор в резерве), мощность – 1200 кВт, напряжение – 390 В. - аварийный режим работы СЭЭС: дизель-генератор , SKL 6NVD26-2 мощность – 132 кВт, напряжение – 390 В. 1.4 Разработка схемы генерирования и распределения энергии К СГ и РЭ предъявляют следующие требования: бесперебойное снабжение ответственных потребителей электроэнергии в необходимом количестве и нужного качества во всех эксплуатационных режимах работы судна, манёвренное управление электроснабжением преемников в нормальных и аварийных режимах функционирования СЭЭС; равномерное распределение нагрузки между ГА, защита элементов и участков судовой сети от КЗ, перегрузок и недопустимого снижения напряжения, возможность проведения текущего ремонта и отключения отдельных секций ГРЩ за счет секционирования шин. Все приемники электроэнергии по степени их ответственности следует разбить на три категории: -приёмники электроэнергии, от которых зависит безопасность мореплавания. Питание их должно обеспечиваться с двух независимых источников основной и аварийной ЭС. -к приемникам второй категории относятся механизмы, от которых зависит движение судна, управления им, сохранность груза и работа главной энергоустановки. Все перечисленные механизмы должны иметь 50 или 100% резерва мощности 12 -к третьей категории относят группу малоответственных потребителей электроэнергии. Для этой группы приемников возможен перерыв питания на время перегрузки генераторов ЭС, ликвидации аварий, ремонта линии ... В схемах СГ и РЭ рекомендуется часть или все приемники третьей категории выносить на отдельные секции сборных шин, которые через контакторы подключаются к шинам ГРЩ. Для электроснабжения судна с берега необходимо предусмотреть кабельную линию. Связывающую ГРЩ с щитом приема с берега (ЩПБ). Распределение и передачу электроэнергии на судах осуществляется с помощью электрических сетей. Силовые сети бывают следующих типов: - фидерная; - магистральная; - магистрально-фидерная. Выбор типа силовой сети зависит от назначения судна, мощности его СЭЭС, а также от количества и расположения ПЭ. При разработке схемы распределения электроэнергии за основу возьмем фидерную сеть, так как она обладает высокой надежностью при питании ПЭ (при выходе из строя отдельного фидера не нарушается питание остальных потребителей). При использовании фидерной сети наиболее ответственные ПЭ получают питание от ГРЩ по отдельным фидерам, а остальные - от РЩ, питающихся по фидерам от ГРЩ. При разработке схемы следует обратить внимание на требование к надежности снабжения ПЭ в зависимости от степени их ответственности. Все ПЭ по степени ответственности разбиты на три категории: К первой категории следует отнести ПЭ, от которых зависит безопасность мореплавания: -рулевое устройство, радиостанция, навигационные приборы, сигнальноотличительные огни, аварийное освещение, авральная и другие виды сигнализации, аварийный пожарный и осушительный насосы. Ввиду большой ответственности ПЭ первой категории питание их должно обеспечиваться от двух независимых источников основной и аварийной ЭС. При этом перерыв в питании для этой категории ПЭ разрешается лишь на время запуска аварийного источника электроэнергии и не должна быть более 10 с. 13 К ПЭ второй категории относятся механизмы, от которых зависит движение судна, управление им сохранность груза и работа ГЭУ: -масляные, топливные и охлаждающие насосы, сепараторы топлива и масла, компрессоры пускового воздуха, основные пожарные и водоотливные насосы... Все перечисленные механизмы должны иметь 50 или 100%-ный резерв мощности. К третьей категории относят группу малоответственных ПЭ механизмы камбуза, система кондиционирования воздуха, бытовая и трюмовая вентиляция, мастерская, нагревательные устройства ... Для этой группы ПЭ возможен перерыв питания на время перегрузки генераторов ЭС, ликвидации аварий, ремонта линий ... Для электроснабжения ПЭ судна с берега необходимо предусмотреть кабельную линию, связывающую ГРЩ со специальным щитом приема с берега. Схема распределения и генерирования электроэнергии ДП.45.180404.65.02 Э3 удовлетворяет вышеприведенным требованиям. На схеме применены обозначения: РЩ1 - распределительный щит 440 В РЩ2 - распределительный щит 220 В РЩ 3 - группа электродвигателей РЩ 4 - контейнеры-морозильники РЩ 5 - распределительные шины РЩ 8,9 - прочая нагрузка 440 В АРЩ - аварийный распределительный щит 440 В АРЩ 1 - аварийный распределительный щит 220 В 1.5 Расчет и выбор сечения кабелей судовой сети Сечение кабелей и проводов выбирают по токовой нагрузке с учетом их работы в наиболее тяжелом (неаварийном) режиме и проверяют на нагрев и потерю напряжения. Расчет кабеля производится из допустимой плотности тока на 1мм 2 14 сечения меди провода, температуры окружающей среды и условий прокладки кабеля. На схеме генерирования и распределения электроэнергии выбираем участок кабельной сети, приведенный на рис.1.2. По данным мощностей определяем расчетный ток кабелей судовой сети на участках от G1 до ГРЩ; от ГРЩ до ПУ; от ГРЩ до ТР и от ТР до РЩ1. Расчетный ток отдельных приемников электроэнергии находится с учетом их максимальной загрузки в режимах. Расчет участка силовой цепи произведем для условий: -температура токопроводящей жилы +650С -частота силовой сети 60 Гц -ток запасных ответвлений от РЩ 30А Ток рассчитывается по формуле: I расч PN * K 3 3 * U н * p cos p (1.16) Расчетный ток приводиться к эквивалентному, так как условия работы кабеля в частных случаях отличается от нормальных: I экв I расч K1 K 2 K 3 , (1.17) где 0,9-коэффициент, зависящий от способа прокладки кабеля 0,7- коэффициент, зависящий от времени работы кабеля в сутки К1=1-коэффициент, учитывающий температуру токопроводящей жилы К2=0,8- коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды К3- коэффициент, учитывающий наличие труб, закрывающих кабель на длину 2 метра и более при этом К3=0,8 для трубы. Определяем расчетные токи. - участок от генератора G1 до ГРЩ I кг P2 н 10 3 3 U гн cos н = 328.04 А - участок от ГРЩ до подруливающего устройства I P Pном К 3 10 3 3 U н cos н - участок от ГРЩ до трансформатора 15 = 264.6А I PT Pном К 3 10 3 3 U н cos н = 392.14 A - участок от трансформатора до РЩ1 I PSW BD Pном К 3 10 3 3 U н cos н = 4580.26 A Рисунок 1.2 - Участок кабельной сети Определим эквивалентные токи. Вычисления по формуле занесем в табл. 1.1 Таблица 1.1 - Данные расчета и выбора кабелей Участок цепи Г1-ГРЩ ГРЩ-ПУ ГРЩ-ТР ТР-РЩ1 Расчетный ток, А 328.04 264.6 392.14 4580.26 260.46 386 4509 0.195 0.27 0.195 0.154 0.117 0.122 0.117 0.086 Длина кабеля, м 31 314 23 38 Марка кабеля HTPYC-95 HTPYCY-70 HTPYC-95 TPYC-120 Эквивалентный ток, А 322.91 Активное сопротивление, Ом/км Реактивное сопротивление, Ом/км 16 Эквивалентные токи определим по формуле I экв I расч (1.18) К1 К 2 К 3 Потери напряжения в кабеле. Потеря напряжения на участке кабельной сети определяется по формуле: U 3 I расч l cos p S U н *100% , (1.19) где l - длина кабеля, м; S- сечение кабеля, м2 - удельное сопротивление жилы кабеля, 1/Ом*м. Таблица 1.2 - Данные расчетов потерь напряжения Участок цепи Падение напряжения % Г1-ГРЩ ГРЩ-ПУ ГРЩ-ТР ТР-РЩ1 0,099 0,841 0,088 1.726 Значения падения напряжения в наиболее нагруженном режиме не должны превышать 3% для силовой сети переменного тока. Потери напряжения на кабелях, соединяющих генераторы с ГРЩ не должны превышать 1%. 1.6 Выбор коммутационно-защитной аппаратуры В аварийных расчетах (КЗ, длительные нагрузки) возможно повреждение электрооборудования и участков судовой сети, поэтому необходимо предусмотреть защитные мероприятия и выбрать защитную аппаратуру. В настоящее время широко распространен способ защиты оборудования и участков сети автоматическими выключателями (АВ). Выбор АВ производится по техническим условиям на их поставку, каталогом и справочникам. Выбор АВ осуществляется по рабочему току, а именно: вначале выбирают номинальный ток максимальных расцепителей, а затем номинальный ток автомата. Номинальный ток расцепителей автоматов, 17 включенных в питающие шины (генераторные, между ГРЩ и РЩ), выбирают по расчетным рабочим токам этих линий, исходя из условия: I нр I расч , Где Iнр- номинальный ток расцепителей автомата, А Iрасч- расчетный ток линии, А В линиях, питающие отдельные электродвигатели, необходимо выбрать условия расцепителей в зоне КЗ, во избежание ложных срабатываний автоматов мгновенного действия в момент пуска двигателя. Пусковой ток электродвигателя должен быть немного меньше тока уставки расцепителей автомата I уст.а К зап К п I ном ДВ , где (1.20) Iуст.а- ток уставки автомата, то есть ток срабатывания автомата в зоне КЗ, А; Кзап- коэффициент запаса, для АК-50 Кзап=1,8-2,0; Кп- кратность пускового тока. При определении выдержки времени (установок на время срабатывания) в зоне КЗ следует исходить из требований по быстродействию и избирательности с учетом схемы генерирования и распределения электрической энергии и возможностей аппаратов защиты. Таблица 1.3 –Технические данные АВ Расчетный Место установки ток, Iрасч Тип АВ Действи- Номинальный тельное ток значение расцепителя АВ Ударный ток КЗ Г1ГРЩ ГРЩ- А 328. ВМ4 04 328. А 18 срабатыА ка, К3 по времени то А Уставка кА вания 11 350 40 0.3 11 350 40 0.3 ПУ ГРЩТР ВМ4 04 А 328. ВМ4 04 11 350 40 5 4600 55 0.3 ТРРЩ1 Э4 458 0.26 0 1.7 Проверка коммутационно-защитной аппаратуры Рисунок 1.3 Схема для расчета токов КЗ Исходные данные для расчета: Генератор: HYUNDAI MAN B&W 7L30/42 Полная мощность: 3750 кВА Напряжение: 6600 В Ток: 328 А 19 0.4 5 xd``= 0.161 о.е. ra = 0.015 о.е. Тd``= 0.112 о.е. Кабель от СГ до ГРЩ: rк1 = 10 • 0,000118 = 0.00118 Ом xк1 = 10 • 0,000073= 0.00073 Ом Кабельные наконечники: rн = 4 • 0,00016= 0.00064 Ом Автоматы: rQ1 = 0.00003 Ом xQ1 = 0.00008 Ом Шины: гш = 2 • 0,000036 = 0.000072 Ом - На участке 1-1’ (от зажимов генератора до шин ГРЩ) Активное и реактивное сопротивление на участке: r1-1` = rk1 + rн1 + rQ1 (1.21) x1-1` = xk1 + xQ1 (1.22) r1-1` = 0.00184 Ом x1-1` = 0.00078 Ом С учетом активного и реактивного сопротивления генератора: rрасч1 = r1-1 + ra (1.23) xрасч1 = x1-1 + xd`` (1.24) rрасч1 = 0.00397 Ом xрасч1 = 0.0344 Ом Расчетные сопротивления в о.е.: r'расч1 rрасч1 x'расч1 xрасч1 20 3 Iном.г. ( 1.25) Uном.г. 3 Iном.г. Uном.г. ( 1.26) r`расч1 = 0.00034 о.е. x' x 3 Iном.г. x`расч1 = 0.003 о.е. расч1 расч1 Полное расчетное сопротивление: U ном.г. 2 2 r'расч1 x'расч1 z'расч1 (1.27) z`расч1 = 0.003 о.е. Отношение расчетного индуктивного сопротивления к расчетному активному сопротивлению: x 'расч1 Ударный коэффициент К уд f ( x`расч1 r `расч1 ' rрасч 1 8.82 (1.28) ) 1,7 ( Рис. 1.4 ) Рисунок 1.4 – График зависимости К уд f ( x`расч1 r `расч1 ) 1,7 Ударный ток КЗ в точке 1 без учета тока подпитки от ЭД , А: i уд1 2 * К уд1 z 'расч1 * I Г = 26285 А Начальное значение периодической составляющей тока КЗ: 21 (1.29) '' '' I 01 * E0* z *расч 4.95 о.е. (1.30) Ударный ток КЗ с учетом затухания периодической слагающей, А : '' i уд1 2 * I 01 * * ( K уд1 1) * I Г (1.31) Рисунок 1.5 – График зависимости = f(zpacx, T``d ) где - 0,8- коэффициент затухания, определенный по = f(zpacx, T``d ) (Рисунок 1.5) iуд1=24175.72 А Наибольшее действующее значение тока КЗ в точке 1: '' 2 I уд1 I 01 * * I Г * 1 2 * ( К уд1 1) 16157.03 А (1.32) Ток подпитки от ЭД при КЗ в точке 1` (Uк1` = 0): iуд1д 2 I''д Iд.ном Эквивалентный ЭД: Е``д=0.9 о.е; zд"=0.2 о,е. 22 2 E''д I z''д' д.ном ( 1.33) i уд1д 341.23 А Наибольшее действующее значение тока подпитки ЭД: I уд1д I д''* * I д.ном Ед'' z д''* * I экв .д 241,29 А (1.34) Ударный ток КЗ в точке 1 с учетом тока подпитки от ЭД : i уд1 i уд1 i уд1д 16408.23 А (1.35) - На участке 1` - 2`: rн2 = 0.00128 Ом rQ2 = 0.00002 Ом xQ2 = 0.00005 Ом rк2 = 0.00144 Ом xк2 = 0.00073 Ом rрасч2 = rш + rQ2 + rк2 + rн2 (1.36) rрасч2 = 0.0394 Ом xрасч2 = xQ2 + xк2 (1.37) xрасч2 = 0.00189 Ом * rрасч 2 rрасч2 * 3 * I ном. Г x *расч2 x расч2 * 3 * I ном. Г U номГ U ном. Г 0.0027 о.е. 0.00013 о.е *2 *2 z *расч2 rрасч 2 x расч2 0.0000074 о.е (1.38) (1.39) (1.40) Вся цепь: * * 2 * * 2 z *расч (rрасч 0.0044 о.е. 1 rрасч2 ) ( x расч1 x расч2 ) (1.41) Отношение расчетного индуктивного сопротивления к расчетному активному сопротивлению: x *расч 23 * rрасч 0.048 (1.42) Ударный коэффициент К уд 2 f ( x`расч ) 1.35 . r `расч Ударный ток КЗ в точке 2’ без учета тока подпитки от ЭД : i 2 * K уд 2 z *расч * I Г 11455 А (1.43) Наибольшее действующее значение тока КЗ в точке 2’: I *уд 1 z *расч * 1 2 * ( K уд 2 1) 2 4,351 о.е. (1.44) Падение напряжения в цепи от шин ГРЩ до точки 2’: U 2 1 z *расч * z *расч2 0,696 о.е. (1.45) Ток подпитки от ЭД при КЗ в точке 2’: i уд 2д 2 * Eд'' U 2 z д''* * I экв .д 77,28 А (1.46) В результате расчета получены следующие значения ударных токов КЗ: Ударный ток КЗ в точке 2’ с учетом тока подпитки от ЭД: i уд 2 i уд 2 i уд 2 д 11532.28 А (1.47) -в цепи генератора при КЗ на шинах ГРЩ в точке 1` с учетом тока подпитки от ЭД: iуд1 16408,23 А Выключатель АВМ4 с полупроводниковым расцепителем на номинальный ток 250 А допускает ударный ток к. з. iуд = 40 кА. Таким образом, выбранные аппараты защиты удовлетворяют требованиям в отношении допустимых ударных токов КЗ. 1.8 Определение величины снижения напряжения на шинах ГРЩ при пуске короткозамкнутого АД подруливающего устройства Для расчета снижения напряжения СГ при пуске АД рекомендуется применять аналитический метод, основанный на решении дифференциальных уравнений Горева-Парка. 24 Расчет снижения напряжения необходимо производить для наиболее тяжелых условий, к каким следует отнести пуск АД с наибольшим пусковым током при наименьшей мощности работающих генераторов. Если генератор не несет никакой нагрузки, кроме включающего АД, то величину напряжения следует определять из условия, чтобы вращающий момент АД при пуске был больше момента сопротивления механизма за все время пуска, исходя из режима работы электропривода. Кроме того, снижение напряжения в сети не должно превосходить напряжения отпадания нулевой защиты пусковых устройств. Если генератор работает с нагрузкой, то в этом случае допустимое снижение напряжения при пуске АД будет определяться не только из условия возможности пуска АД, но также исходя из допустимого снижения напряжения для других ПЭ, подключенных к генератору. Исходные данные: Генератор: Sн.г. = 3750 кВА; xd = 2,515 о.е. хd` = 0,255 о.е. xd``= 0.161 о.е. xq = 0,091 о.е xq` = 1,851 o.e. хq`` = 0,18 о.е. q = 0,89 о.е. Подключаемый АД: Sq = 2800 кВА; cos вкл = 0,87. Предварительная нагрузка: S0 = 2700 кВА; cos 0 = 0,88 Полные проводимости включаемой и предварительной нагрузок: Yвкл S вкл Sн.г. 0,747 о.е. (1.48) Y0 S вкл S н. г . 0,72 о.е. 25 (1.49) Активная и реактивная проводимости включаемой и предварительной нагрузки: g вкл Yвкл * cos вкл 0,634о.е. g 0 Y0 * cos 0 0,634о.е. (1.50) bвкл Yвкл * sin вкл 0,368о.е. b0 Y0 * sin 0 0,342о.е. Проводимости генератора в переходном режиме: g н.г g вкл g 0 1.267о.е. (1.51) bн.г bвкл b0 0,71о.е. Составляющие напряжения генератора исходного установившегося режима: (1.52) Составляющая тока статора и ток возбуждения генератора в исходном установившемся режиме: id 0 g н.г . * U d 0 bн.г . * U q 0 1.186о.е. iq 0 U d 0 xq 0.466о.е. (1.53) i f 0 U q 0 x d * id 0 3.902о.е. Составляющая напряжения генератора в первый момент после включения нагрузки: - с учетом демпферных обмоток: U d1 U q1 xd'' * g н.г * (i f 0 ( xd xd'' ) * id 0 ) (1 xd'' * bн.г ) * q * xq * iq 0 (1 xd'' * bн.г ) * (1 xq'' * bн.г ) xd'' * xq'' * g н2.г (1 xq'' * bн.г ) * (i f 0 ( xd xd'' ) * id 0 ) xd'' * g н.г. * q * xq * iq 0 (1 xd'' * bн.г ) * (1 xq'' * bн.г ) xd'' * xq'' * g н2.г 0.152о.е (1.54) 0.604о.е (1.55) - без учета демпферных обмоток: Ud2 U q2 xq * g н.г. * (i f 0 ( xd xd' ) * id 0 ) (1 xd' * bн.г ) * (1 xq * bн.г. ) xd' * xq * g н2.г. (1 xq * bн.г. ) * (i f 0 ( xd xd' ) * id 0 ) (1 xd' * bн.г ) * (1 xq * bн.г. ) xd' * xq * g н2.г. 0.049о.е. 0.621о.е. Отклонения напряжения с учетом и без учета демпферных обмоток: 26 (1.56) (1.57) U 1 ( U d21 U q21 1) *100% 0.377% U 2 ( U d22 U q22 1) *100% 0.378% (1.58) (1.59) Окончательная величина отклонения напряжения: U U 1 U 2 0.377% 2 (1.60) В соответствии с Правилами Регистра, максимальное изменение напряжения при включении 100%-ной и отключении 50%-ной нагрузки не должно превышать 20%, а время установления напряжения с точностью ±2,5% после включения номинальной нагрузки с cos = 0,4 не должно превышать 1,5 с. При необходимости ограничения пусковых токов АД с КЗ ротором с целью уменьшения снижения напряжения при пуске от судовой сети до допустимых значений рекомендуется: - применение АД с пониженной кратностью пускового тока; - переключение обмоток статора со звезды на треугольник; - включение активных сопротивлений в обмотку статора; - пуск через реактор; - пуск с помощью разгонного двигателя; - включение параллельно с АД статических конденсаторов. 2 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 2.1 Требования Регистра РФ к дизель-генератору На всех судах должно быть предусмотрено наличие автономного источника электрической энергии. Основная распределительная система и аварийная распределительная система должны быть устроены так, чтобы фидеры от основного и аварийного источников электрической энергии отстояли как можно дальше друг от друга как по вертикали так и по горизонтали. 27 Аварийный дизель – генератор, являющийся автономным резервным источником электрической энергии, в соответствии с правилами классификации и постройки судов должен: - работать от соответствующего первичного двигателя с независимой подачей топлива, имеющего температуру вспышки не ниже 43 °С - запускаться автоматически при потере электропитания от основного источника электрической энергии и автоматически подключаться к аварийному распределительному щиту. Система автоматического пуска и характеристика первичного двигателя должны быть такими, чтобы аварийный генератор мог принимать полную нагрузку за время не превышающее 45 с. - быть снабжен переходным источником электрической энергии, аккумуляторной батареей, которая должна работать без подзарядки , сохраняя в течение периода разрядки изменение напряжения в пределах 12 % от номинального значения, и иметь достаточную емкость, чтобы в случае выхода из строя основного или аварийного источника электрической энергии могла автоматически питать соответствующие устройства и системы, в течение определенного времени. Мощность аварийного дизель – генератора должна быть достаточной для одновременного питания в течение периодов времени, указанных ниже, по меньшей мере, следующих устройств и систем: а) в течение 12 ч – аварийное освещение: - мест установки спасательных средств - всех путей эвакуации: таких как коридоры, трапы, выходы из жилых и служебных помещений, мест посадки … - общественных помещений, если имеются - машинных помещений, помещений генераторных агрегатов - всех постов управления а так же главных и аварийных распределительных щитов - мест хранения аварийного имущества, пожарного инвентаря, снаряжения пожарных и установки ручных пожарных извещателей - у рулевого привода б) в течение 12 ч: 28 - сигнально – отличительных фонарей, фонарей сигнала «судно, лишенное возможности управляться», и других фонарей, требуемых действующими международными правилами предупреждения столкновений судов - средств внутренней связи и оповещения - системы сигнализации обнаружения пожара и авральной сигнализации а также ручной пожарной сигнализации - устройств дистанционного управления системами пожаротушения если они электрические. в) в течение 4 ч при прерывистой работе: - лампа дневной сигнализации, если она не имеет автономного питания от собственной аккумуляторной батареи - судовой свисток, если он имеет электрический привод г) в течение 12 ч: - навигационное оборудование - ответственные приборы и органы управления с электрическим приводом для пропульсивной установки, если для таких устройств нет запасных источников электрической энергии - один из пожарных насосов - насос спринклерной системы и насос системы орошения, если они имеются - аварийный осушительный насос и все оборудование, необходимое для работы клапанов осушительной системы с электрическим дистанционным управлением - радиооборудование д) В течение 10 мин – силовые приводы устройств управления курсом, включая устройства, требуемые для направления упора при переднем и заднем ходе, если нет ручного привода. 2.2 Описание выбранного аварийного дизель - генератора В ходе проверочного расчета электростанции промыслового судна типа моонзунд, был выбран аварийный дизель-генератор «». Рассмотрим его более подробно. Агрегат состоит из трёх основных частей: 29 1) Дизельный двигатель SCANIA DC 60A Число цилиндров и их расположение 6 в ряд Рабочий цикл 4-х тактный Турбонаддув один турбокомпрессор Полная выходная мощность в кВт, при 1800 об./мин. 325 2) Генератор переменного тока STAMFORD HCM 434 E – marine, представляет собой 4-х полюсную бесщеточную электрическую машину с вращающимся магнитным полем возбудителя. Обмотка выполнена с величиной шага 2/3, двенадцати проводное исполнение имеет изоляцию нагрева-стойкости «Н». Активная мощность генератора составляет 244 кВт. Защитное исполнение IP 23. Частота 60 Гц. Общая функциональная схема генератора представлена на рис. 2.6. Генератор с постоянными магнитами (ГПМ) обеспечивает энергию поля возбуждения с помощью автоматического регулятора напряжения (АРН), который представляет собой регулирующее устройство, управляющее уровнем поля возбуждения. АРН реагирует на уровень напряжения сигнала, поступающего с обмотки главного статора через изолирующий трансформатор. Управление высоким уровнем потребляемой мощности ведущего поля осуществляется посредством управления полем возбуждения малой мощности через выпрямленный выход якоря возбудителя. Автоматический регулятор напряжения АРН «MX 341» относится к тиристорному типу и является частью системы возбуждения бесщеточного генератора. Кроме функции регулирования генераторного напряжения, схема АРН выполняет защитные функции для обеспечения надежного управления генератором. Источником энергии возбуждения является генератор с постоянными магнитами (ГПМ), который обеспечивает низкий уровень радиочастотных помех (РЧП) и защиту от нагрузок тиристорного типа. АРН подключен к обмотке главного статора и регулирует мощность, поступающую на статор возбудителя и, следовательно, на главный ротор для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах, в соответствии с нагрузкой, скоростью, температурой и коэффициентом мощности генератора. 30 1. Главный ротор; 2. Вращающиеся диоды; 3. Ротор возбудителя; 4. Ротор ГПМ; 5. Статор ГПМ; 6. Статор возбудителя; 7. АРН; 8.Изоляционный трансформатор; 9. Главный статор; 10. Выход; 11. Вал. Рисунок 2.1 – Общая функциональная схема генератора HCM 434 E Цепь плавного запуска предназначена для плавного контролируемого увеличения выходного напряжения генератора. Схема измерения частоты предназначена для непрерывного слежения за выходным напряжением. Она обеспечивает защиту системы возбуждения от понижения скорости путем снижения выходного напряжения генератора пропорционально скорости ниже определенного регулируемого заранее выбранного порогового значения. Еще одним достоинством этой функции является регулируемый наклон зависимости напряжения от частоты, что позволяет улучшить время восстановления частоты для двигателей с турбонаддувом. Неконтролируемое перевозбуждение ограничено безопасным периодом путем внутреннего отключения выходного устройства АРН. Это состояние генератора сохраняется до его полной остановки. Для полной защиты предусмотрен автоматический выключатель, обеспечивающий изоляцию цепи в случае короткого замыкания в электрической схеме. Кроме того, он служит для определения скорости двигателя и регулируемого снижения напряжения при снижении скорости ниже заранее определенного значения скорости , предотвращая перевозбуждение при низких скоростях двигателя и сглаживая эффект переключения нагрузки для снижения нагрузки двигателя. Он также обеспечивает 31 защиту от перевозбуждения, действующую в течение промежутка времени после временной задержки, для погашения возбуждения генератора в случае избыточного напряжения возбуждения. 3) Система управления АДГ. 2.3 Требования к системе управления аварийного дизель-генератора Система управления аварийным дизель-генератором предназначена для автоматического пуска, остановки, контроля за работой АДГ и сигнализации дизель-генераторного агрегата. Система должна выполнять следующие функции: - автоматический пуск АДГ и вывод его на нормальную частоту вращения с выдачей сигнала в систему управления о готовности приема нагрузки; - выдача предупредительных сигналов о состоянии параметров АДГ; - экстренная (аварийная) остановка, (при превышении температуры в системе охлаждения выше допустимой, падении давления масла, превышении предельного значения температуры масла); - ручная остановка АДГ; - аварийная остановка АДГ. Датчики, установленные на дизеле и его системах, должны контролировать основные параметры и выдавать сигналы в схему системы в соответствии с принятыми алгоритмами и необходимыми значениями этих параметров. Выполнение команд осуществляется исполнительными органами, которые непосредственно воздействуют на органы управления дизеля – электромагнитные клапаны, серводвигатель, насосы. 2.4 Описание работы системы автоматического управления аварийного дизель – генератора промыслового судна «РТМК-С Лира» Исходная схема управления аварийного дизель – генератора построена с применением логического контроллера «HYUNDAI PLC CPU 36040», имеющем 12 цифровых входов, 8 релейных выходов, и модуля расширения, рассчитанного на 8 32 цифровых входов и 8 релейных выходов. Схема питается от аккумуляторных батарей (АКБ) напряжением 24В постоянного тока. На наличие питания в схеме указывает лампа 04L13 «Power ON» размещённая на двери шкафа управления. Система контролирует напряжение на клеммах АКБ. При его падении срабатывает реле 04К12, и с выдержкой времени 60 секунд контроллер выдаёт команду на включение аварийно – предупредительной сигнализации. Система управления АДГ осуществляет контроль параметров работы дизеля (обороты, давление смазочного масла, уровень охлаждающей жидкости, температуру охлаждающей жидкости и масла). Соответствующие приборы размещены на двери шкафа управления (на схеме 01G12, 01G14, 02G2, 02G4). Там же находится переключатель режимов работы 03Z2 (ручное управление, автоматическое, стоп) и лампы аварийной сигнализации (на схеме 06L2, 06L3 … 06L8) с необходимыми табличками. Защита двигателя обеспечивается по следующим параметрам: - по пониженному давлению смазочного масла (2,5 бар) - по повышенной температуре смазочного масла (120°С) - по пониженному уровню охлаждающей жидкости (задержка 5 секунд) - по повышенной температуре охлаждающей жидкости (95°С) - по утечке топлива (задержка 5 секунд) - по повышенным оборотам двигателя Рассмотрим пуск аварийного дизель – генератора. При исчезновении напряжения на шинах ГРЩ, срабатывает автомат цепи питания АРЩ от ГРЩ (QF 24). При условии, что переключатель 03Z2 замкнут (то есть схема находится в состоянии автоматического пуска), автоматические выключатели 01F4 замкнуты, и системы защиты не препятствуют старту, контроллер выдаёт команду на пуск двигателя, активируя реле 05К5. При неудачном первом пуске предусмотрено двукратное повторение. В случае неудачи, срабатывает аварийная сигнализация и выводится сообщение на дисплей. При удачном пуске оставшиеся попытки блокируются. Анализируя данную систему управления, были выявлены некоторые 33 недостатки установленного микроконтроллера. Несмотря на высокий уровень надёжности ПЛК, есть вероятность выхода его из строя в открытом море. Замена и перепрограммирование в этом случае потребуют довольно длительного времени и высокого профессионализма обслуживающего персонала, что может негативно сказаться на обеспечении безопасности судна. Дисплей контроллера не достаточно информативен, и расположен внутри шкафа системы управления, не имея открытого доступа. Устранить выявленные недостатки можно посредством модернизации системы управления. В ходе модернизации предполагается замена штатного микроконтроллера и блоков расширения на более новые и функциональные. Основным требованием к устанавливаемому контроллеру является надёжность, а в случае выхода его из строя – быстрая замена, программирование и настройка. На дверь шкафа системы управления, рядом с клавишами и приборами контроля, необходима установка информационного дисплея, сочетающего в себе функции визуального информатора и панели управления с возможностью программирования. 3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА 3.1 Описание современных разработок в области автоматизации технологических процессов Современный рынок средств автоматизации предлагает широкий спектр аппаратных и программных устройств для построения надежных и удобных в эксплуатации систем. Одной из наиболее важных составляющих частей любой системы являются программируемые логические контроллеры (ПЛК). ПЛК представляют преобразования, обработки, собой устройство, хранения предназначенное информации и для выработки сбора, команд управления. Они реализованы на базе микропроцессорной техники и работают в локальных и распределенных системах управления в соответствии с заданной программой. От небольших до мощных и высокоскоростных систем ПЛК 34 обеспечивают наиболее исчерпывающими возможностями и гибкостью при реализации современных сетевых решений в распределенных системах управления и контроля. По техническим возможностям, которые определяют уровень решаемых задач, ПЛК делятся на классы: нано-, микро-, малые, средние и большие. Первоначально они предназначались для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах – реле, счетчиках, таймерах, элементах жесткой логики. Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой логики. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности. Программировать ПЛК, как правило, можно на пяти языках стандарта IEC61131.3. Для тех, кто привык к релейно-контактным схемам, будет удобно работать с языком, созданном на их основе (Ladder Diagram (LD)), тем, кому понятней электронные схемы, могут воспользоваться языком функциональных блоковых диаграмм (Functional Block Diagram (FBD)). Современный ПЛК может обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, управлять клапанами, шаговыми двигателями, сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять регулирование (ПИД регулятор). Высокие эксплуатационные характеристики делают целесообразным применение ПЛК везде, где требуется логическая обработка сигналов от датчиков. Применение ПЛК обеспечивает высокую надежность, простое тиражирование и обслуживание устройств управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает быстрое обновление алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании). Программируемое реле (Рис. 3.1) - это полупромышленный логический контроллер, также программируемый с помощью языка релейной логики LD или FBD с использованием компьютера или напрямую при помощи клавиш на лицевой панели. Имеет несколько аналоговых и дискретных каналов ввода-вывода и сетевой интерфейс для связи с АСУ верхнего уровня (может быть добавлен с помощью модулей расширения). Отличие же от полноценных ПЛК заключается в 35 количестве входов и выходов, сравнительно небольшим объёмом памяти программ, и невозможностью выполнения сложных математических операций. Рисунок 3.1 – Программируемое реле. Функциональная схема Рисунок 3.2 – Логические модули LOGO! Siemens AG В данном дипломном проекте будет рассмотрена замена базовых логических контроллеров на принципиально новые, более совершенные контроллеры LOGO! (Рис. 3.2) Имея такие преимущества как: функциональность, размножение и перенос коммутационных программ, малые размеры, простота монтажа и эксплуатации, высокая надёжность, дружественное программное обеспечение и 36 многое другое, делают модули LOGO! универсальными для решения любых задач судовой автоматизации. В табл. 3.1 представлены основные мировые фирмы – производители, лидеры в области разработки программируемых логических контроллеров и программируемых реле. Таблица 3.1 – Компании-производители, представленные не рынке в сфере ПЛК Компания - производитель Модель Siemens AG LOGO! Mitsubishi Electric Alpha XL Schneider Electric (Telemecanique) Zelio Logic Moeller Company Group MFD - Titan Omron Corporation ZEN Automation Direct Direct LOGIC OWEN Owen Logic 3.2 Выбор управляющего устройства Анализируя микроконтроллеры различных фирм производителей, наиболее подходящим по стоимости устройством, удовлетворяющим требованиям, поставленным в процессе формирования задачи модернизации, является логический модуль LOGO!24RC шестой серии от компании Siemens AG. Помимо клавиш на передней панели, данные модули программируются посредством программы LOGO! Soft Comfort, что значительно упрощает работу. Далее программа переносится на карту памяти, либо с помощью кабеля LOGO!PC непосредственно в контроллер. Таким образом, при неисправности модуля он заменяется, а имеющаяся на карте памяти программа переносится во вновь установленное устройство. Модули LOGO! имеют возможность дополнения различными блоками расширения, а шестая серия и текстовым дисплеем LOGO!TD совмещающего в себе как информационные функции, так и функции управления и 37 программирования. Из всего вышеперечисленного следует, что выбранное устройство полностью соответствует поставленной задаче модернизации. Технические данные модуля LOGO! 24RС приведены в табл. 3.2 Таблица 3.2 - Технические данные логического модуля LOGO! 24RС Технические данные ед. изм. Количество Входы шт. 8 Напряжение питания П Допустимый диапазон В. 24 В. 20,4 - 28,8 Входной ток мА. 2,5 Релейные выходы шт. 4 Рассеиваемая мощность Вт. 0,5 - 2,9 Температура окружающей среды С° 0 - 55 Для увеличения количества используемых выходов и входов, необходимы модули расширения. В качестве таковых используем LOGO!DM16 24R и LOGO!DM8 24R технические данные которых приведены в табл. 3.3. Таблица 3.3 - Технические данные модулей расширения LOGO!DM16 24R LOGO!DM8 24R ед. изм. Количество ед. изм. Количество Входы шт. 8 шт. 4 Напряжение питания В. 24 В. 24 Допустимый диапазон В. 20,4 - 28,8 В. 20,4 - 28,8 Входной ток мА. 5 мА. 5 Релейные выходы шт. 8 шт. 8 Технические данные 38 Рассеиваемая мощность Вт. 0,8 - 1,8 Вт. 0,8 - 1,8 Логический модуль LOGO! 24RС в штатном варианте оснащается текстовым дисплеем и клавишами управления на передней панели. Помимо функции программирования, на экран в процессе эксплуатации выводятся необходимые данные о состоянии системы. В нашем случае неудобство состоит в том, что контроллер размещается в закрытом шкафу и дисплей не имеет прямого доступа. В связи с этим, при модернизации, на внешней двери шкафа установлен дополнительный текстовый дисплей LOGO!TD, имеющий экран большего размера, и необходимые клавиши управления и программирования. Технические данные LOGO!TD приведены в табл. 3.4. Таблица 3.4 – Технические данные текстового дисплея LOGO!TD Технические данные ед. изм. Количество Напряжение питания В. 24 Допустимый диапазон В. 10,2 - 28,8 Потребление тока мА. 40 Срок службы дисплея Ч. 50000 Шкаф управления с интегрированным текстовым дисплеем LOGO!TD представлен на рис. 3.3. 39 Рисунок 3.3 – Шкаф управления аварийного дизель – генератора с интегрированным текстовым дисплеем LOGO!TD 3.3 Описание работы модернизированной схемы системы управления дизель – генератора Питание на схему подаётся от аккумуляторных батарей (АКБ) через переключатель Z1 и автоматические выключатели F41 и F42. О наличии питания в схеме извещает лампа HL13 (Power ON). Состояние заряда АКБ контролирует реле К12. При нормальном заряде замкнуты контакты 21 и 22, при понижении выходного напряжения реле замыкает контакты 21 и 24. Сигнал поступает на цифровой вход контроллера, который в свою очередь с выдержкой времени в 60 секунд включает аварийную сигнализацию (сигнальная лампа HL9, звуковой сигнал В9, вывод сообщения на дисплей модуля LOGO!TD). Выбор режимов работы схемы осуществляется с помощью переключателя Z2, на двери шкафа управления (автоматический, ручной, стоп). 40 Ручной режим пуска производится при положении переключателя Z2 – «Manual», посредством кнопки S4, которая активирует реле К5, подающее питание на обмотку стартера. При потере напряжения на шинах АРЩ и положении переключателя Z2 в ручном режиме, или режиме «Stop», на LOGO!TD и на посту управления появляется сообщение «Автоматический пуск не выбран». В случае автоматического пуска (Z2 в положении «Auto»), замыкаются контакты 7 и 8 включающие реле К11 – готовность к автозапуску . При потере напряжения на шинах АРЩ, через контакты 12, 13 реле К11, контроллер получает команду на пуск двигателя и с установленной выдержкой времени активирует реле К6 и К5, подавая напряжение на топливный клапан Y1 и на обмотку стартера длительностью пять секунд. Если дизель не запустился, программой предусмотрено двукратное повторение пуска. При неудачном первом пуске (двигатель не запустился во время работы стартера), команда на пуск снимается, число попыток уменьшается на один и выдерживается пауза в 15 секунд. В это время запускается команда «стоп», срабатывает реле К6 и замыкая контакт, перекрывает соленоидный клапан. Далее команда «стоп» снимается, и если количество попыток пуска не превысило заданное, цикл повторяется. В случае, если количество попыток пуска превысило три, контроллер выдаёт команду на включение аварийной сигнализации (сигнальная лампа HL7, звуковой сигнал, вывод сообщения на LOGO!TD «Пуск не состоялся», включение тревоги на посту управления). Минимальные обороты двигателя контролирует датчик PU2. При удачном пуске, с PU2 подаётся сигнал в контроллер, контакты реле К8 переключаются в положение «Двигатель работает», на дисплее выводится соответствующее сообщение. Далее срабатывает рале К5, отключая стартерный электродвигатель. Контроллер проверяет соблюдение пусковых условий: давление смазочного масла, уровень охлаждающей жидкости, вероятность утечки топлива. При выявлении любой ошибки срабатывает аварийная сигнализация, загораются сигнальные лампы HL3, HL5, HL6, подаётся звуковой сигнал, выводится соответствующее сообщение на дисплей, информация поступает на пост управления. Далее 41 формируется команда на аварийный останов, срабатывает реле К6, соленоидный клапан перекрывает подачу топлива, двигатель останавливается. При нормальных параметрах системы контроллер выводит на дисплей сообщение «Процесс пуска закончен», и команда «Пуск» снимается. В процессе работы при срабатывании защиты по: давлению смазочного масла, температуре смазочного масла, уровню охлаждающей жидкости, температуре охлаждающей жидкости, утечке топлива, повышенным оборотам двигателя, включается аварийная сигнализация, загораются сигнальные лампы HL3, HL7, HL5, HL4, HL6, HL9, подаётся звуковой сигнал, выводится соответствующее сообщение на дисплей, информация поступает на пост управления. Далее формируется команда на аварийный останов, с выдержкой времени 15 секунд срабатывает реле К6, соленоидный клапан перекрывает подачу топлива, двигатель останавливается. Нормальный останов двигателя производится следующим образом: в автоматическом режиме - при появлении напряжения в основной сети, в ручном режиме – при повороте переключателя Z2 в положение «Stop». После снятия нагрузки и переходе дизеля на холостые обороты, контроллер выдаёт команду на останов, и с выдержкой времени 15 секунд при помощи реле К6 перекрывает подачу топлива к двигателю через соленоидный клапан, двигатель останавливается. На текстовый дисплей выводится сообщение «Процесс остановки двигателя завершён». Если останов производился в автоматическом режиме, реле К8 замыкается, система возвращается в режим ожидания. После останова в ручном режиме, по завершении процесса переключатель Z2 необходимо установить в положение «Auto». 4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА 4.1 Разработка алгоритмов функционирования системы 42 4.1.1 Разработка алгоритма пуска двигателя Данная функция включает в себя автоматический пуск АДГ и контроль данного процесса. Если пуск состоялся, то активируется функция автоматического включения генератора на АРЩ. Исполнение функции автоматического пуска происходит при получении соответствующей команды. Данная команда формируется при обесточивании АРЩ. На рис. 4.1 представлена упрощенная блок схема алгоритма пуска АДГ. Полный алгоритм пуска размещён в приложении ДП.45.180404.65.02 Э2. Значение операторов алгоритма следующее: Н – начало; А1 – срабатывание реле по пониженному напряжению; В1 – проверка готовности системы к автоматическому пуску (положение Z2); А2 – команда на пуск дизеля; А3 – открытие топливного клапана; А4 – включение стартера; В2 – дизель вышел на минимальные обороты; В3 – время включения стартера истекло; А5 – блокировка топливного клапана, уменьшение числа попыток пуска на 1; А6 – задание выдержки времени между пусками; В4 – число попыток пуска АДГ больше заданного; А7 – включение аварийной сигнализации, А8 – отключение стартера; В5 – параметры работы в норме; А9 – вывод сообщения на дисплей «Пуск завершён»; А10 – вывод сообщения на дисплей «Пуск не состоялся»; А11 – команда на аварийный останов; К – конец; 43 Рисунок 4.1 – Упрощённая блок схема алгоритма пуска АДГ 4.1.2 Разработка алгоритмов нормального и аварийного останова двигателя Система управления АДГ должна предусматривать нормальную и аварийную остановку ДГ. Блок схема алгоритма нормального останова АДГ представлена на рис. 4.2 44 Рисунок 4.2 - Блок схема алгоритма нормального останова АДГ Значение операторов алгоритма следующее: Н – начало; В1 – ручной станов; В2 – автоматический останов; А1 – перевод переключателя Z2 в режим «СТОП»; А2, А7 – вывод сообщения на LOGO!TD; А3 – задержка включения 15 секунд; А4 – закрытие топливного клапана; А5 – появление напряжения на шинах ГРЩ; А6 – команда на останов; А8 – задержка включения 5 минут; А9 – останов; К – конец. 45 Формирование алгоритма аварийного останова двигателя складывается из различных вариантов срабатывания системы защиты по тому, или иному фактору. Блок схема алгоритма аварийного останова АДГ представлена на рис. 4.3 Значение операторов алгоритма следующее: Н – начало; В1 – защита по низкому давлению смазочного масла; В2 – защита по повышенной температуре смазочного масла; В3 – по утечке топлива; В4 – защита по низкому уровню охлаждающей жидкости; В5 – защита по повышенной температуре охлаждающей жидкости; В6 – защита по повышенным оборотам двигателя; А1 – задержка включения 5 секунд; А2 – включение аварийно – предупредительной сигнализации; А3 – включение соответствующей сигнальной лампы (HL3…HL7, HL9); А4 – вывод соответствующего сообщения на LOGO!TD; А5 – команда на аварийный останов; А6 – задержка включения 15 секунд; А7 – закрытие топливного клапана; А8 – вывод сообщения «Аварийный останов»; А9 – останов; К – конец. 46 Рисунок 4.3 - Блок схема алгоритма аварийного останова АДГ 4.2 Программирование микроконтроллера LOGO! Контроллер должен выполнять следующие функции: - выдать команду на открытие топливного клапана; - выдать сигналы на трёхкратный пуск стартера с выдержкой времени после каждого пуска; - при достижении номинальных оборотов дизеля выдать сигналы на отключение стартера, а также на прием нагрузки; - при нарушении критериев пуска или работы АДГ (повышение температуры охлаждающей жидкости или масла, понижение давления масла, снижение уровня охлаждающей жидкости, утечка топлива, превышение максимальных оборотов двигателя) выдать сигнал на аварийный останов и 47 сигнализацию; - при нормальном останове выдать сигнал на отключение нагрузки, выдержав время выдать сигнал на отключение АДГ. При программировании микроконтроллера использовалось программное обеспечение LOGO! Soft Comfort, которое поставляется в комплекте. Это многоязычное программное обеспечение дает возможность выполнить необходимые задачи (писать, тестировать, изменять, архивировать и распечатывать программы) с помощью персонального компьютера. Используя панель функций, вызываются соединения основных и специальных функций и вставляются в коммутационную программу. Затем необходимо переместить и комбинировать эти функции в необходимой последовательности. Когда все необходимые элементы подобраны, с помощью функции эмуляция проверяется работоспособность программы управления. Графическая модель программы для микроконтроллера представлена в Приложении ДП.45.180404.65.02.Э2. В процессе программирования, различные этапы построения схемы реализуются следующим образом: Включение в работу схемы показано на рис. 4.4 Рисунок 4.4 – Включение схемы в работу Входы I3, I2 соответствуют положениям переключателя Z2, устанавливаемый в ручной или автоматический режимы работы. Вход I4 – кнопка пуска двигателя в ручном режиме (без выбора ручного режима пуск невозможен). I5 – подаёт сигнал при исчезновении напряжения на шинах АРЩ. Если при активации входа I5 схема находится в ручном режиме, или режиме «СТОП», через элемент «И» В031 сигнал поступает на текстовый блок, выводя сообщение «Автоматический режим не выбран». При этом включается аварийная сигнализация. В автоматическом режиме сигнал поступает на блок задержки В034, и с выдержкой 20секунд на В035 непосредственно к цепи пуска. 48 Связующие знаки В054/1 и В055/1 указывают направление к блокам «И», блокирующим работу стартера при отключении того или иного режима (рис.4.5). Рисунок 4.5 – Цепь блокировки работы стартера Далее рассмотрим часть схемы управления, отвечающую за обеспечение трёхкратного повторения пуска, блокировку топливного клапана между стартами, и подключения генератора на шины (рис. 4.6). Рисунок 4.6 – Схема пуска дизеля Сигнал пуска с блока В035 поступает на топливный клапан, открывая его, на элемент задержки В037 (цепь пуска стартера), и на интервальное реле цепи блокировки топливного клапана В051. Интервальное реле цепи пуска стартера В042 устанавливается на 45 секунд, обеспечивая промежуток времени на три попытки пуска. Генератор импульсов В038 производит импульсы, длительностью 5 секунд (время работы стартера), и выдерживает паузу в 15 секунд. Следующий элемент «И» (В043) имеет два входа, прямой и инверсный. На прямой вход подаётся сигнал на включение стартера, а на инверсный – с тахогенератора, о наборе дизелем минимальных оборотов. При 49 подаче на инверсный вход единицы, блок закрывается, и последующие попытки пуска блокируются. Цепь блокировки топливного клапана, состоящая из интервального реле В051, элемента задержки включения В052, генератора импульсов В050 и элемента «И» В053, контролирует открытие и закрытие топливного клапана в перерывах между попытками пуска. При подаче сигнала на инверсный вход В053 от тахогенератора, цепь также прекращает работу, оставляя клапан в открытом состоянии. На четвёртый инверсный вход элемента «И» В036, подаётся сигнал останова с блока В007, закрывает В036 и топливный клапан перекрывается. Цепь аварийной сигнализации по неудачному пуску состоит из элемента «И», включающего цепь в работу, только при наличии сигнала с В035, реверсивного счётчика В044, учитывающего количество попыток пуска, элемента задержки В045, текстового блока В046 («Пуск не состоялся»), и выводов на световую, звуковую сигнализацию и на цепь аварийного останова. Счетчик срабатывает на третьей попытке пуска, с выдержкой времени 5 секунд выводится сообщение на дисплей, включается сигнализация, подаётся команда на останов. В случае, если двигатель запустился с третьей попытки, цепь блокируется, обнуляя счётчик. Цепь подключения генератора на шины состоит из двух элементов задержки (В058 и В059) и текстового блока В060 («Двигатель работает»). Подключение происходит автоматически с выдержкой времени, при поступлении сигнала о наборе необходимых оборотов. Далее на рис. 4.7 изображена цепь останова, автоматического, при появлении напряжения на шинах ГРЩ и ручного, при повороте переключателя Z2. В первом случае текстовый блок В019 выводит сообщение «Автоматический останов», и с выдержкой времени 5 минут через блок В040 подаёт сигнал на закрытие топливного клапана. 50 Рисунок 4.7 – Цепь автоматического и ручного останова В режиме ручного останова В039 выводит сообщение «Нормальный останов», выдержка времени составляет 15 секунд. Также В040 принимает сигнал из цепи аварийной сигнализации по неудачному пуску В046. Следующим важным элементом программы является цепь аварийной сигнализации, представленная на рис. 4.8. В левой части схемы размещены цифровые входы (I1, I10…I15), на которые поступают сигналы от различных датчиков (давления, температуры, уровня, оборотов). Элементы «И», следующие за ними, пропускают сигнал только при условии, что двигатель запущен, для предотвращения преждевременного срабатывания. В004, В005 и В028 элементы задержки включения для некоторых параметров: низкий уровень охлаждающей жидкости, утечка топлива и низкий заряд АКБ. Блоки «ИЛИ» В001, В002 и В003 сводят сигналы от датчиков на текстовый блок, выводящий при срабатывании сообщение «Аварийный останов». Далее сигнал поступает на элемент задержки В008, и на закрытие топливного клапана. Помимо цепи сотанова, сигнал с каждого датчика поступает на свой текстовый блок (В009…В014, В027), выводящий соответствующее сообщение о той или иной неполадке. Элементы «ИЛИ» (В020…В026, В049) являются промежуточными перед сигнальными лампами, и сочетают функцию тестовой проверки ламп по сигналу со входа I16. При поступлении сигнала аварийного режима, запускается генератор импульсов В029 выдающий переодический сигнал на выход Q13, активирующий ревун. 51 Рисунок 4.8 – Цепь аварийной сигнализации 5 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ 5.1 Постановка задачи на расчёт показателей надёжности системы управления аварийного дизель – промыслового судна «РТМК-С Лира» В общем случае надежность характеризует свойства системы автоматизации или ее элемента выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах. Надежность системы автоматического управления зависит от надежности элементов этой системы. Изменения параметров, возникающие в системе, могут привести к отказу функционирования системы управления в целом и нарушения технологического процесса. Для определения работоспособности системы, рассмотрим основные показатели надежности : 52 - Вероятность безотказной работы Р(t) — вероятность того, что в заданном интервале времени t в системе не возникнет отказа. - Интенсивность отказа λ(t) - условная плотность распределения времени безотказной работы для момента времени t, до которого отказа не происходило. - Средняя наработка на отказ Тср - среднее время безотказной работы, характеризуется математическим ожиданием наработки до первого отказа. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Отказ бывает внезапный (скачкообразное изменение параметров системы) и постепенный. Рассчитаем надежность системы управления АДГ. При выполнении расчёта надёжности принимаются следующие допущения: - все элементы одного типа, примененные в объекте, равнонадёжны, то есть интенсивности отказов для этих элементов принимаются одинаковыми; - интенсивности отказов всех элементов являются величинами постоянными, то есть не учитываются факторы старения и износа элементов; - все элементы объекта работают одновременно, и отказ любого элемента приводит к отказу объекта; - отказы элементов объекта являются событиями случайными и независимыми. 5.2 Расчёт показателей надёжности системы управления аварийного дизель – генератора Порядок расчета надежности заключается в следующем: - все элементы схемы разбиваем по типам; - определяем величины максимальной, средней и минимальной интенсивностей отказов каждого типа элементов; - определяем величины максимальной, средней и минимальной интенсивностей отказов групп однотипных элементов по формуле (5.1) грi = Ni i , 53 (5.1) где грi – интенсивность отказов группы однотипных элементов, 1/ч; Ni – количество однотипных элементов в группе, шт.; i – интенсивность отказов одного типа элементов, 1/ч; i – номер группы однотипных элементов. Определяем величины максимальной, средней и минимальной интенсивности отказов схемы по формуле (5.2) i сх = i1 Ni i , (5.2) где сх – интенсивность отказов схемы, 1/ч; N – число групп однотипных элементов. Определяем максимальную, среднюю и минимальную наработку схемы на один внезапный отказ по формулам: Tмакс = 1 сх.макс , (5.3) 1 сх.ср , (5.4) 1 сх.мин , (5.5) Tcp = Tмин = Определяем максимальную, среднюю и минимальную вероятности безотказной работы схемы по формулам: Рсх.макс (t) = e-сх.максt (5.6) Рсх.ср (t) = e-сх.срt (5.7) Рсх.мин (t) = e-сх.минt (5.8) где t – время эксплуатации схемы, ч. 54 Расчёты интенсивности отказов элементов одного типа (5.1), интенсивности отказов групп одноимённых элементов (5.2), а так же среднего времени безотказной работы схемы (5.3), (5.4), (5.5), сведём в табл. 5.1. Таблица 5.1 — Интенсивности отказов различных элементов схемы Количество Наименование и тип элементов элементов Ni, шт. Интенсивность отказов, 10 6 ч 1 λmin λср λmax Ni· λmin Ni· λср Ni· λmax 1 2 3 4 5 6 7 8 Стартер (двигатель постоянного тока) 1 4,7 9,36 13,2 4,7 9,36 13,2 Резисторы постоянные 6 0,01 0,04 0,07 0,06 0,24 0,42 1 2 3 4 5 6 7 8 Клапан соленоидный 1 4,43 8,98 12,1 4,43 8,98 12,1 Диоды 5 0,02 0,157 0,678 0,1 0,785 3,39 Конденсаторы 1 0,001 0,1 2,385 0,001 0,1 2,385 Лампы накаливания 9 0,1 0,64 1,18 0,9 5,76 10,62 ПЛК, ТД и модули расширения 4 0,2 0,6 1,5 0,8 0,24 6 Автоматические выключатели 2 0,28 0,3 0,5 0,56 0,6 1 Соединения пайкой 61 0,04 0,1 0,31 2,84 7,1 19,01 Измерительные приборы 4 0,2 0,6 1,5 0,8 0,24 6 55 Датчики 10 0,02 Выключатели и переключатели 4 0,07 0,28 Реле электромагнитные 6 0,25 1,5 11,591 25,478 61,226 86270 39250 16330 0,157 0,678 0,2 1,57 Интенсивность отказов Ni i , 10 6 ч 1 Среднее время безотказной работы 1 Tcp = ,ч сх.ср Определяем максимальную, среднюю и минимальную вероятности безотказной работы схемы для различных значений времени эксплуатации по формулам (5.6), (5.7), (5.8). Результаты сведём в табл. 5.2. Таблица 5.2 – Вероятность безотказной работы Время эксплуатации Вероятность безотказной работы схемы, ч Pmin(t) Pср(t) Pmax(t) 0 1 1 1 5000 0.944 0.88 0.736 15000 0.84 0.682 0.399 25000 0.748 0.529 0.216 40000 0.629 0.361 0.086 50000 0.56 0.28 0.047 60000 0.499 0.217 0.025 56 6,78 70000 0.444 0.168 0.014 0.396 0.13 7.461∙10-3 90000 0.352 0.101 4.045∙10-3 100000 0.314 0.078 2.193∙10-3 80000 Для приведённых выше табличных данных построим график функции P( t) e t . График зависимости вероятности безотказной работы системы возбуждения генератора от времени эксплуатации приведен на рис. 5.1 Выводы: Проведенные расчеты показывают, что среднее время наработки системы управления аварийного дизель - генератора на один внезапный отказ составляет 39250 часов, что говорит о надежности системы. Проанализировав интенсивности отказов элементов схемы по таблице 5.1 видим, что наименее надёжные элементы системы – электростартер, соленоидный клапан, лампы накаливания, датчики. На судне своевременно должно проходить техническое обслуживание менее надежных элементов, в результате которого будет увеличена их надёжность, а также надёжность системы в целом. Исходя из таблицы 5.1 - Интенсивности отказов различных элементов схемы, мои рекомендации по комплектации ЗИПа на судне будут сводится к следующему: необходимо иметь логический модуль LOGO! 24RC, датчики, лампы накаливания и соленоидный клапан, так как перечисленные элементы вносят самые высокие показатели в результат интенсивности отказов всей системы. На основании приближенных расчетов интенсивности отказов и среднего времени безотказной работы можно сделать вывод, что модернизация системы управления аварийного дизель - генератора с точки зрения надёжности полностью оправдана. 57 1 0.8 Pmin( t ) 0.6 Pcp ( t ) Pmax( t ) 0.4 0.2 0 0 210 4 4 4 410 610 810 4 5 110 t Рисунок 5.1 – Характеристики вероятности безотказной работы объекта 6 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 6.1. Опасные и вредные производственные факторы в помещении аварийного дизель – генератора промыслового судна «РТМК-С Лира» Известно, что основными опасными или вредными становятся те факторы условий труда, количественные характеристики которых отклоняются от установленных норм по охране труда на судне. На человека в процессе его деятельности могут воздействовать различные опасные и вредные факторы. К ним относятся: - физические факторы (микроклимат, температура поверхностей производственного оборудования, инфракрасное излучение, освещённость, электромагнитные поля, шум, вибрация, ультразвук, инфразвук, ионизирующие излучения, электрический ток); - технические факторы (разрушающиеся конструкции, подвижные части оборудования); - химические факторы (вредные вещества); - биологические факторы (микроорганизмы); 58 - психофизиологические факторы (нервное утомлении). Данные факторы создают оборудование и средства, при помощи которых человек обслуживает объект, сам объект, а также условия труда. Основными источниками опасных и вредных факторов при эксплуатации аварийного дизель - генератора на судах являются непосредственно сама дизель – генераторная установка, система управления, и аварийный распределительный щит, расположенный в этом же помещении. Рассмотрим данные факторы подробнее. 1. Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья и высокой производительности труда. В производственных помещениях используется три вида освещения: естественное (источником его является солнце), искусственное (когда используются только искусственные источники света); совмещенное или смешанное (характеризуется одновременным сочетанием естественного и искусственного освещения). Любое производственное помещение требует высокой освещенности рабочего места. Естественное освещение не обеспечивает необходимой освещенности рабочего места, поэтому естественное освещение всегда должно быть дополнено искусственным. Рабочее место должно быть освещено комбинированным светом, то есть иметь общее и местное освещение. Общее освещение обеспечивает равномерную освещенность всего помещения, а местное освещение должно дополнять общее освещение в местах требующих повышенной освещенности, например освещение пульта управления, места установки приборов. Для каждого судового помещения и каждого рабочего места установлены конкретные нормы освещенности. Так, для помещений распределительных щитов, постов управления и пультов, гирокомпасов норма освещения 75 лк, для постов управления главными двигателями – 150 лк, для рабочих панелей распределительных щитов и пультов управления - 200 лк, для коридоров судовых помещений – не менее 50 лк. Помещение аварийного дизель – генератора архитектурно расположено на главной палубе, с непосредственным выходом на неё, однако не имеет естественного освещения. В связи с этим во втором вопросе данной главы будет представлен расчёт искусственного освещения. 2. Вибрация – это сложный колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела по сравнению с той, какую оно имеет при статическом состоянии. Основными причинами вибрации являются неуравновешенные силы колеблющихся или вращающихся частей машины: несбалансированность, большие зазоры в сочленениях, не равномерный износ узлов машины, механизмов, неправильная центровка осей агрегатов при переходе вращения с помощью соединительной муфты, ослабление крепления оборудования на фундаменте или его устойчивость, применение масел, не отвечающих условиями работы 59 оборудования, неудовлетворительное состояние подшипников, а также другие причины, вызванные местными условиями эксплуатации оборудования. Под действием вибрации снижается острота зрения, температурная чувствительность, нарушается равновесие таких основных нервных процессов, как возбуждение и торможение. В связи с этим у человека появляется раздражительность, головные боли, ухудшается внимание, память, сон, увеличивается вероятность заболевания неврозами, гипертонией и желудочными болезнями. Кроме того, возможно отрицательное воздействие вибрации на кости и суставы. 3. Шум - это любые нежелательные для человека звуки, мешающие труду или отдыху и создающие акустический дискомфорт. Звук, или звуковые волны, - это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах под воздействием возмущения. Пространство, в котором присутствуют звуковые волны, называется звуковым полем. Повышенный уровень шума на рабочем месте является одним из наиболее распространенных вредных и опасных производственных факторов. В условиях сильного шума возникает опасность снижения и потери слуха, которая во многом обусловлена индивидуальными особенностями человека. Некоторые люди теряют слух даже после непродолжительного воздействия шума сравнительно умеренной интенсивности, у других даже сильный шум при длительном воздействии не приводит к потере слуха. С действием шума связан ряд профессиональных заболеваний (нервные и сердечнососудистые заболевания, язвенная болезнь, тугоухость). Шум оказывает вредное воздействие на центральную и вегетативную нервную систему, вызывая переутомление и истощение клеток коры головного мозга. Снижая общую сопротивляемость организма, шум способствует развитию инфекционных заболеваний. В условиях шума понижается внимание, нарушается координация движений, ухудшается работоспособность, что создает угрозу возникновения несчастного случая. Кроме того, шум в помещении не позволяет расслышать сигналы опасности, определить на слух сбои в работе оборудования и механизмов, что может привести к аварии и человеческим жертвам. В качестве общей характеристики шума на рабочих местах применяется оценка уровня звука в дБ, представляющая собой среднюю величину частотных характеристик звукового давления. Помимо слышимого диапазона, работающая дизель – генераторная установка является источником инфра- и ультразвука. 4. Инфразвук - это колебания с частотами ниже слышимых человеком. Их верхняя граница находится в пределах 16...25 Гц, а нижняя не определена. Имея большую длину волны, инфразвуковые колебания очень слабо поглощаются в атмосфере и легче огибают препятствия, чем колебания с более высокой частотой. 60 Характерная особенность инфразвука - очень малое поглощение в различных средах, что затрудняет борьбу с ним. Инфразвук проходит даже через самые толстые стены и распространяется на большие расстояния. 5. Ультразвук - неслышимый человеческим ухом звук частотой свыше 18 кГц Ультразвук весьма сильно поглощается газами и значительно слабее - жидкостями. Ультразвуковой диапазон частот условно делится на низкочастотный (12... 100 кГц) и высокочастотный (100 кГц...1 ГГц), которые оказывают различное воздействие на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечнососудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома. Источниками шума и вибрации в данной работе выступают и приводной двигатель, и генератор, и коммутационно – защитная аппаратура системы ручного и автоматического управления. 6. Отрицательное влияние электромагнитных полей и излучений Электромагнитные волны - это возмущения электромагнитного поля, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Электромагнитное поле представляет собой совокупность двух взаимосвязанных переменных полей - электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности. Весь спектр частот электромагнитных волн условно разделен на восемь диапазонов или на три категории: колебания высокой частоты (ниже 30 МГц), ультравысокой частоты (30... 300 МГц), сверхвысокой частоты (более 300 МГц). Источниками электромагнитного излучения служат радиотехнические и электронные устройства, конденсаторы термических установок, трансформаторы, генераторы сверхвысоких частот. Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. 7. В качестве опасных факторов в помещении АДГ могут выступать и горячие поверхности работающего дизельного двигателя. 8. Для удаления возможных токсических газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. 9. Наиболее серьёзным и опасным фактором при работе с любым электрооборудованием, конечно же, остаётся угроза поражения электрическим током. 61 Анализ смертельных случаев на производстве показывает, что на долю поражений электрическим током приходится до 40%, а в энергетике до 60%. Большая часть – до 80% смертельных поражений – наблюдается в электроустановках до 1000 В. В настоящее время из статистических исследований известно, что 4% всех травм на производстве получаются в результате поражения электрическим током. Нередки смертельные случаи. Это связанно с действием электрического тока. Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, химическое и механическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать ткани организма, тепловое – вызывать ожоги тела, химическое – вызывать электролиз крови, а механическое – привести к разрыву тканей. Следует выделить два вида поражений электрическим током: электрический удар и местные электрические травмы, которые резко отличаются друг от друга. Местными электрическими травмами являются поражения тканей и органов электрическим током: ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия. Электрический удар наблюдается при воздействии малых токов – обычно до нескольких сотен миллиампер и соответственно при небольших напряжениях – как правило, до 1000В. При такой малой мощности выделение теплоты ничтожно и не вызывает ожога. Ток действует на нервную систему и на мышцы, причем может возникнуть паралич пораженных органов. Паралич дыхательных мышц, а также мышц сердца может привести к смертельному исходу. Тяжесть поражения электрическим током зависит от ряда факторов: значений силы тока, напряжения прикосновения, электрического сопротивления тела человека и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека и условий окружающей среды. Основным поражающим фактором является сила тока. Для характеристики ее воздействия на человека установлены три категории: пороговый ощущаемый ток от 0,5 до 1,5 мА (переменный) и от 5 до 7 мА (постоянный); пороговый неотпускающий ток от 6 до 10 мА (переменный) и от 50 до 80 мА (постоянный); пороговый фибрилляционный от 80 до 100 мА (переменный) и 300 мА (постоянный). Приведенные данные до некоторой степени условны, так как ток, вызывающий у одного человека лишь слабые ощущения, для другого может оказаться недопустимым. Это зависит от состояния нервной системы, физического развития человека. На исход поражения электрическим током сильное влияние оказывает сопротивление тела человека. При расчетах по электробезопасности и расследовании электротравм сопротивление тела человека принимают равное 1 кОм. Больше влияние на исход поражения оказывает время протекания тока через тело человека. Объясняется это тем, что с течением времени резко падает сопротивление кожи человека и более вероятным становится поражение сердца. Из сказанного следует, что при электропоражении человека необходимо как можно быстрее освободить его от контакта с токоведущими частями или отключить электросеть. Особое значение имеет путь тока через тело человека. Наибольшая опасность возникает при непосредственном прохождении тока через жизненно 62 важные органы (сердце, легкие, головной мозг). Статистика травматизма показала, что число травм с потерей сознания при прохождении тока по пути "правая рука – ноги" составляет около 85%, а по пути "нога – нога" – 15%. Наиболее уязвимыми местами человеческого тела являются: тыльная часть ладони, шея, висок, спина, плечо, рука на участке выше кисти. Вероятность поражения организма зависит и от рода тока. Так, переменный ток напряжением до 1000 В в 3 раза опасней, чем постоянный. Переменный ток напряжением 36В представляет такую же опасность, как постоянный ток напряжением 110В. Наиболее опасным является ток частотой от 20 до 1000 Гц. 10. К ОВПФ так же можно отнести ремонтные работы, с проведением монтажа и демонтажа оборудования, и связанные с этим возможные риски. 11. Должное внимание необходимо уделить и противопожарной безопасности. Современные судна проектируются и строятся в соответствии с Правилами Регистра или классификационных обществ других стран и имеют необходимые устройства противопожарной защиты, отвечающие требованиям Международной конвенции по охране человеческой жизни. Противопожарная защита на судне состоит из конструктивной противопожарной защиты, противопожарной сигнализации (обнаружения и предупреждения), противопожарного снабжения и системы пожаротушения, противопожарного снабжения (первичные средства пожаротушения), режимных и профилактических мероприятий (обслуживание, проверка, испытания). 6.2 Разработка технических и организационных мероприятий по обеспечению требований безопасности жизнедеятельности в помещении аварийного дизель – генератора 6.2.1 Расчёт общего освещения помещения АДГ Исходные данные для расчёта: - помещение АДГ - габариты помещения – 4,6×3,8×2.6 м - нормативная освещенность плоскости на высоте 0,8 м над полом – 200 лк - коэффициент запаса освещённости k = 1,4 - коэффициенты отражения: потолок ρп = 70%; стены ρс =50%; пол ρр =30% - количество светильников – 2 тип MIRZ 2×36w - лампы газоразрядные мощностью 36Вт типа Т8 - световой поток лампы Φ = 2500лм Вычисляем расчётную высоту, м hp = 2,6 -0,8=1,8 м Находим индекс i помещения i = 4,6∙3,8 / 1,8∙(4,6+3,8) = 1,15 Коэффициент использования осветительной установки находим из таблицы U = 0,42 Расчитываем освещённость E = N ∙ (n ∙ Ф) ∙ U / k ∙ S ∙ z (6.1) где E – освещённость, лк; 63 N – число светильников; n – число ламп в светильнике, n = 2 S – площадь помещения, м2 ; S = 17,48 м2 z – коэффициент неравномерности освещения. Для газоразрядных ламп z = 1,1 Подставляя приведённые выше численные значения, получаем фактическую освещенность Еф = 156,07лк Поскольку фактическая освещённость меньше нормативной (200лк), то следует рассчитать необходимое число светильников, записав формулу (6.1) относительно N N = E ∙ k ∙ S ∙ z / (n ∙ Ф) ∙ U (6.2) Получаем N = 2,36 Из расчёта следует, что для обеспечения нормального уровня освещенности в помещении необходимо установить дополнительный светильник. Светильники MIRZ оборудованы аккумуляторным блоком, рассчитанным на три часа автономной работы в аварийной ситуации. В качестве основного аварийного освещения, в помещении АДГ, установлены четыре светильника типа 1026/N с возможностью питания как от сети 220В переменного тока, так и от аварийной сети 24В постоянного тока. 6.2.2 Устранение вибрации Оборудование, установленное на судне, в частности и аварийный дизель генератор, вызывает вибрацию. Методы защиты делятся на две группы: методы, снижающие параметры вибрации воздействием на топливную рейку, методы, снижающие параметры вибрации на пути ее распространения от источника возбуждения. В дипломном проекте для борьбы с вибрацией применяют тщательную балансировку и соосность ротора генератора и приводного двигателя, а также применяют конструкционные материалы, обеспечивающие затухание вибрации. Для уменьшения передачи вибрации на сопряженные с ее источником объекты (фундамент, площадка с рабочим местом) применяют упругие вставки – виброизоляторы. 6.2.3 Мероприятия по защите от шума, инфра и ультразвука Основные направления борьбы с шумом указаны в стандартах ССБТ, к ним в частности относятся: - снижение шума в источнике его возникновения; 64 - снижение шума на пути его распространения, т.е. применение средств коллективной защиты от шума – звукоизоляции, виброизоляции, демпфирования, глушителей шума; - проведение организационно-технических мероприятий по защите от шума. Снижение шума в источнике возникновения достигается правильной эксплуатацией электрооборудования, поскольку другие методы по устранению шума должны быть предусмотрены при проектировании механизма. Под правильной эксплуатацией понимается своевременные и умелые действия обслуживающего персонала данной установки, в частности, своевременная смазка трущихся частей, замена дефектных узлов. В качестве средств снижения шума на пути следования его применяются звукоизолирующие преграды (переборки, звукоизолирующие оболочки вокруг машины, рабочего места). За счет применения звукоизолирующих материалов снижается шум в соседних помещениях, а, следовательно, всего судна в целом. Управление АДГ осуществляется с поста управления в рулевой рубке с помощью приборов дистанционного управления и контроля, что позволяет избежать вредного воздействия шумов и вибраций, возникающих при работе электродвигателей. Кроме того, дистанционное управление осуществляется путем применения низкого напряжения, что повышает электробезопасность обслуживающего персонала. Вредно воздействует на человека ультразвук, он возникает как сопутствующий фактор при работе компрессорных установок, двигателей. Для защиты от ультразвука в проекте применяется установка с дистанционным управлением, использование ультразвука с рабочими частотами (не ниже 22 кГц), удаленная от слышимого диапазона, сам участок с установкой удален от других участков. 6.2.4 Защита от электромагнитных полей и статического электричества Основными видами средств коллективной защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты являются экранирующие устройства. Наряду со стационарным и переносными экранирующими устройствами применяют индивидуальные экранирующие комплекты. Они предназначены для защиты от воздействия электрического поля, напряженность которого не превышает 60 кВ/м, создаваемого электроустановками напряжением 400, 500 и 750 кВ и частотой 50 Гц. 65 6.2.5 Защита от соприкосновения обслуживающего персонала с горячими поверхностями В данном проекте, для защиты персонала от нежелательных прикосновений к нагретым поверхностям, как приводной двигатель SCANIA DI 12, так и генератор STAMFORD, имеют защитные экраны из жаростойкого пластика. 6.2.6 Разработка мероприятий по обеспечению электробезопасности Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Опасность электрического тока в том, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как, например, движущиеся части, раскаленные объекты, открытые люки. Опасность обнаруживается слишком поздно, когда человек уже поражен. К основным защитным техническим мероприятиям относятся: защита от прикосновения к токоведущим частям; защита от напряжения, возникающего на корпусах приемника тока и металлических конструкциях при пробое изоляции; маркировка, сигнализация, блокировка. Защита от случайного прикосновения к токоведущим частям осуществляется применением ограждения или расположения оборудования в месте, недоступном для прикосновения. Для ограждения применяются сетки, барьеры, крышки и приспособления, защищающие от прикосновения к открытым токоведущим частям. Недоступность для прикосновений к открытым токоведущим частям достигается расположением электрооборудования в специальных помещениях с закрываемой дверью. Последняя в необходимых случаях снабжается замками с блокировкой, автоматически отключающей устройство при открывании дверей. Переход напряжения на нетоковедущие части является опасным потому, что прикосновение к корпусу электрооборудования часто бывает необходимым по условиям работы персонала (например, при проверке степени нагрева подшипников электрической машины и других деталей, при работе с переносными электроинструментами). Пробой изоляции неизбежно приводит к переходу напряжения на корпус оборудования и соединенные с ним металлические конструкции. Уменьшение или устранение опасности при переходе напряжения на корпус или другие нетоковедущие части электрооборудования достигается обычно устройством надежного заземления, а также автоматическим устройством отключения. Защитное отключение обеспечивает необходимые условия безопасности путем быстрого отключения аварийного приемника тока при возникновении замыкания 66 на корпус. Благодаря высокой чувствительности и быстродействию эта система защиты имеет существенные преимущества по сравнению с обычным заземлением или занулением. Существует много разных схем устройства защитного отключения. Наиболее совершенные из них обеспечивают быстрое отключение не только при замыкании на землю, но также при прикосновении человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к частям электрических устройств, которые в нормальных условиях не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним вследствие плохого состояния или повреждения изоляции. К таким частям относятся корпуса электрических машин аппаратов, трансформаторов, приборов, каркасы распределительных щитов и устройств, металлические оболочки кабелей. Целью устройства защитного заземления является создание электрического соединения между корпусом защищаемого электрооборудования и землей такой малой величины, чтобы при пробое изоляции прикосновение человека к корпусу не представляло опасности для жизни. Защитным заземлением является надежное металлическое соединение нетоковедущих частей электрооборудования с корпусом судна, выполняемое медным проводом или лентой. Система заземления будет эффективной только в том случае, если правильно выбрать сечения проводов и кабелей, предохранители, автоматические выключатели, равномерно распределена нагрузка, то есть будут строго выполнены условия проектирования и эксплуатации. Электрооборудование АДГ следует заземлить, используя средства для предотвращения самоотвинчивания (контргайки, пружинные шайбы) и попадания влаги между контактными поверхностями. Все крепежные детали изготавливаются из латуни или другого стойкого против коррозии металла. Система заземления будет эффективной только в том случае, если правильно выбраны сечения проводов и кабелей, предохранители, автоматические выключатели, равномерно распределена нагрузка, то есть будут строго выполнены условия проектирования и эксплуатации. Защитное заземление может быть совмещено с заземлением для защиты радиоприемных устройств от помех и с заземлением для снятия статических зарядов. Совмещение защитного заземления с заземлением от молниезащиты не допускается, так как при прямом ударе в молниеотвод на его заземляющих проводах (спусках) могут кратковременно появляться очень высокие потенциалы. Величина сопротивления заземления для электропривода АДГ при 380 В составляет 4 Ом. Площади сечения медного заземляющего провода, согласно Правилам Регистра РФ, указаны в табл. 6.1 67 Таблица 6.1 – Площади сечения заземляющих проводников Площади сечения жилы стационарного проложенного кабеля питания потребителя, мм2. Площадь сечения наружного заземляющего гибкого медного провода или шины, мм2. не более 2,5 2,5 2,5 - 120 Половина площади сечения жилы кабеля более 120 70 Сигнализация и блокировка обычно дополняют защитные ограждения. При этом сигнализация, помогает персоналу избежать ошибок, предупреждая его о грозящей опасности, а блокировка исключает возможность неправильных действий персонала, защищая его от непосредственной опасности поражения электрическим током, механического травмирования. Наиболее часто применяются световые и звуковые системы сигнализации как отдельно одна от другой, так и совместно. В качестве звуковой сигнализации обычно применяют сирены или звонки, предупреждающие о появлении напряжения на установке. В качестве источника световой сигнализации кроме ламп накаливания применяются лампы неоновые, аргоновые. Существуют следующие системы блокировки: механические, электрические и смешанные. Наибольшее распространение получила электрическая блокировка, которая заключается в том, что при неправильных действиях персонала, которые могут привести к несчастному случаю происходит автоматическое отключение установки и включение звуковой сигнализации. Опыт работы показывает о необходимости проведения организационных мероприятий. Анализ причин и обстоятельств, сопровождающих несчастные случаи, показывает, что в подавляющем большинстве они происходят вследствие несоблюдения правил и требований безопасности. Организация безопасности эксплуатации складывается из ряда мероприятий, важнейшими из которых являются: подбор сопутствующих кадров; обучение, инструктаж и проверка знаний правил технической эксплуатации и техники безопасности; организация правильного обслуживания и ухода за электрооборудованием. Подробные указания по организации эксплуатации содержатся в правилах техники безопасности при эксплуатации и ремонте электрооборудования промышленных предприятий. Согласно этим правилам всему судовому персоналу, имеющему отношение к эксплуатации тех или иных электрических установок на судне в зависимости от проверки, характера выполняемой работы, стажа и электротехнических знаний присваивается та или иная квалификация. Судовой персонал, обслуживающий электрооборудование и обеспечивающий уход за ним, должен проходить ежегодную проверку знаний 68 правил техники безопасности и правил технической эксплуатации. Результаты проверки с оценкой знаний должны фиксироваться протоколом. При этом проверка знаний правил техники безопасности производится комиссией отдельно от проверки знаний «Правил обслуживающего судового электрооборудования и ухода за ним». Вопросы правильной организации обслуживания и ухода за ним подробно рассмотрены в «Правилах обслуживания судового электрооборудования и ухода за ним». Безопасность обслуживания электрооборудования аварийного дизель – генератора может быть обеспечена при надлежащей изоляции токоведущей частей. Минимальное сопротивление изоляции определяется по формуле Rmin 3 U ном 3 Rчел I (6.3) где Rmin – сопротивление изоляции электрооборудования, Ом, Uном – номинальное напряжение цепи, В; I – ощутимый ток, А, I=1 мА; Rчел – сопротивление человеческого тела, Ом, Rчел=1000 Ом. Для оборудования с рабочим напряжением 380 В Rmin 3 380 3 1000 1,2МОм 0,001 Согласно нормам Регистра РФ, сопротивление изоляции электрооборудования в нагретом состоянии должно составить: для электрических машин – не менее 0,7 МОм; для пусковых устройств – не менее 0,5 МОм; для распределительных щитов, пультов управления, фидеров силовой сети – не менее 1,0 МОм. 6.2.7 Правила проведения ремонтных работ Ремонтные работы, а также работы в период эксплуатации АДГ необходимо проводить при следующих условиях: при полном снятии напряжения, когда напряжение снято со всех частей АДГ, и с питающих его фидеров, при частичном снятии напряжения, когда напряжение снято с тех частей, в которых производятся работы и без снятия напряжения. До начала работ при полном или частичном снятии напряжения надлежит принять следующие меры безопасности: 69 - произвести необходимые отключения и разрядить все емкости относительно корпуса; - на рукоятках рубильников, выключателей и на пусковых кнопках аппаратов, которыми может быть подано напряжение, вывесить плакат с предупреждающей надписью; - перед выполнением работ с частичным снятием напряжения все токоведущие части, остающиеся под напряжением и доступные для случайных прикосновений, оградить конструкциями из изолирующих материалов (деревянными щитами, решетками, изделиями из резины); - проверять индикаторами отсутствие напряжения на токоведущих частях, в которых будет производиться работа. Проверку производить между фазами (полюсами) и между каждой фазой (полюсом) и корпусом. Показания основных приборов (вольтметров, сигнальных ламп) используются лишь для справок. При полностью снятом напряжении наложить переносное защитное заземление. 6.2.8 Обеспечение пожарной безопасности Обеспечение пожарной безопасности производственных объектов осуществляется с помощью системы предотвращения пожара, системы противопожарной защиты и организационно-технических мероприятий. Система предотвращения пожара – комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на исключение условий возникновения пожара. В нашем случае для предотвращения условий возникновения пожара применяются негорючие и трудногорючие вещества и материалы, обеспечивается молнезащита судна, применяется электрооборудование, соответствующее условиям его эксплуатации по группам, категориям и зонам пожаро- и взрывоопасности. Также используются отключающие автоматы и плавкие вставки. Система противопожарной защиты – совокупность организационных мероприятий и технических средств, направленных на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара и ограничение материального ущерба от него. Для выполнения требований построения системы противопожарной защиты применяются средства пожаротушения, как переносные (огнетушители), так и стационарные (пожарные краны). Имеется система сигнализации, предусматривается обеспечение своевременной эвакуации людей, а также применение средств индивидуальной защиты. Организационные мероприятия по пожарной безопасности осуществляются 70 руководителями. Они проводят инструктажи по пожарной безопасности, организуют пропаганду и агитацию по вопросам пожарной безопасности, разрабатывают планы эвакуации людей. В помещении, где находится аварийный дизель - генератор, при возникновении пожара, если не сработала автоматика, необходимо обесточить всё оборудование и если это, возможно, потушить пожар огнетушителем. Для исключения вероятности поражения электрическим током следует использовать огнетушители с токонепроводящими средствами тушения. В зависимости от степени пожарной опасности все судовые помещения разделяются на три категории, из которых первая является наиболее опасной. Подробное разделение помещений разного назначения по категориям пожарной опасности для судов всех назначений и отдельно для наливных содержится в Правилах Регистра. Для помещения АДГ, в качестве основной системы пожаротушения возможна установка порошковых модулей, типа «Гарант 5». Модуль работает в совокупности с общей системой пожаротушения, и срабатывает при поступлении соответствующего сигнала в течение одной секунды. Модуль устанавливается на потолке, на высоте от 2,5 метров, рассчитан на пожары категорий А,В,С. Площадь покрытия одного модуля составляет 12 м2. Следовательно на разрабатываемое помещение необходимо всего два таких модуля. Используемый огнетушащий порошок не оказывает вредного воздействия на одежду и тело человека, не вызывает порчу имущества и легко удаляется с любой поверхности сухим способом (протиркой или пылесосом). Вывод: В данном дипломном проекте производится модернизация системы автоматического управления путём замены существующих логических контроллеров на более новые и совершенные LOGO! компании Siemens AG. Логические модули LOGO! абсолютно не создают шума и вибраций в работе, обеспечивая безупречную коммутацию с нагрузкой до 20А и управляя двигателем до 4кВт. Принципиальное отличие программируемого контроллера от релейных схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам элементов жесткой 71 логики. При этом надежность работы схемы значительно улучшается и не зависит от ее сложности. Таким образом, модернизация электрооборудования АДГ позволяет повысить уровень безопасности производственной среды: уменьшить уровень шума, вибрации, снизить вредные производственные факторы, а также удалить рабочий персонал из зоны повышенного травматизма. 7 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 7.1 Технико-экономический анализ результатов модернизации системы управления аварийного дизель - генератора промыслового судна «РТМК-С Лира» Целью данного дипломного проекта является модернизация системы управления АДГ посредством замены существующего логического контроллера на более новый и совершенный модуль LOGO! компании Siemens AG. Основное отличие нового модуля с экономической токи зрения состоит в простоте его эксплуатации. LOGO! компактен, занимает меньше места в шкафу управления и нуждается в меньшем количестве принадлежностей (провода, профильные шины, крепёжные материалы), а так как он не изнашивается, то и затраты на обслуживание остаются минимальными. От проектирования до подключения модуль требует на 80% меньше времени. При программировании можно бесплатно использовать готовые программы или написать и проверить свою собственную программу на персональном компьютере, переместив затем её в LOGO! через программный субмодуль или через кабель PC. Однажды написанная программа может использоваться многократно. Это сокращает время запуска, что особенно важно для небольших серий, и позволяет оборудованию быстро выходить на полную мощность. 7.2 Определение капитальных затрат по модернизации системы управления аварийного дизель - генератора В этой главе мы используем последовательный табличный метод расчёта экономической эффективности 72 7.2.1 Стоимость конструкторской разработки Определяем стоимость конструкторской разработки по табл. 7.1. Таблица 7.1 – Стоимость конструкторской разработки Стадия разработки Техническое задание Техническое предложение Эскизный проект Рабочий проект ИТОГО: Доп. зарплата (15%) Единый социальный налог (26%) ВСЕГО: Трудоемкость нормо\часов Конструкторская категория Часовая ставка, руб\час Стоимость работы, руб 5 1 150 750 10 1 200 2000 15 2 100 1500 20 1 120 2400 50 - 570 6650 - - - 1000 - - - 1989 - - - 9639 7.2.2 Стоимость покупных изделий Сводим в табл. 7.2 Стоимость покупных изделий Таблица 7.2 - Стоимость покупных изделий Наименование изделия Логический модуль LOGO!24RC Текстовый дисплей LOGO!TD Цена за Единица единицу, измерения руб Количество Стоимость, руб шт. 4360 1 4360 шт. 3760 1 3760 шт. 2600 1 2600 Модуль расширения LOGO! DM16 24R 73 Модуль расширения LOGO! DM8 24R Кабель LOGO! PC Всего: 1 шт. 1700 шт. 1600 1 1600 — — — 14020 1700 7.2.3 Стоимость выполнения работ по модернизации Находим стоимость сборки, монтажа и испытаний электрооборудования по табл. 7.3 Таблица 7.3 – Стоимость сборки, монтажа и испытаний Наименование выполняемых работ Демонтаж старого оборудования Монтаж электрооборудования Наладка Испытания Дополнительная зарплата (15%) Единый социальный налог (26%) Всего: Трудоемкость, час Разряд рабочего Часовая ставка, руб Сумма заработной платы, руб 2 2 100 200 6 3 3 1 1 1 200 150 150 1200 450 450 - - - 345 - - - 598 - - - 3243 7.2.4 Цеховые накладные расходы Цеховые расходы определяются по эмпирической формуле (7.1) Цр Зосн Z 100 74 (7.1) где: Зосн - Основная зарплата; Z - процент цеховых расходов (140% - 160%) Цр (6650 2300) 140 12530 руб 100 7.2.5 Суммарные затраты на модернизацию системы управления АДГ Себестоимость устройств (S), находиться как сумма всех капиталовложений с пунктов 7.2.1 по 7.2.4 S K KR MJ Цр (7.2) где: K - стоимость конструкторской разработки, руб; KR - стоимость покупных изделий, руб; MJ - стоимость монтажа, руб; Цр - цеховые расходы, руб. S = 9639+14020+3243+12530 = 39432 руб 7.2.6 Определение цены изготовленного устройства по формуле (7.3) P Цу S 1 100 (7.3) где: S - цеховая себестоимость, руб; P - процент прибыли, взятый равным 20% 20 Цу 39432 1 47318 руб 100 7.3 Определение экономии затрат при эксплуатации Замена базового контроллера на новый модуль LOGO! в значительной мере улучшает показатели надёжности системы. 75 7.3.1 Определение количества внеплановых ремонтов системы управления АДГ по формуле (7.4) Nр Тг Тс (7.4) где: Тс – средняя наработка системы управления на один внезапный отказ, с контроллером «HYUNDAI PLC CPU» Тсн = 15000ч; с модулем LOGO! Tcl= 45000ч Тг – среднее число часов работы систеы управления АДГ в течение года составляет 8760ч. Таким образом количество внеплановых ремонтов системы управления АДГ за год следующее с контроллером «HYUNDAI PLC CPU»: Nр 8760 0.584 15000 Nр 8760 0.194 45000 с модулем LOGO!: 7.3.2 Определение ежегодных затрат на внеплановый текущий ремонт Данный расчёт производится по формуле (7.5) R = Cн ∙ Np (7.5) где: Np – количество внеплановых ремонтов Сн – средняя стоимость одного внепланового ремонта, руб. Так как стоимость одного внепланового ремонта в среднем составляет 20940 руб., определим ежегодные затраты на текущий ремонт с контроллером «HYUNDAI PLC CPU»: Rн = 20940 ∙ 0.584 = 13980.96 руб 76 с модулем LOGO!: Rl = 20940 ∙ 0.194 = 4644.36 руб 7.3.2 Расчёт годовой экономии на внеплановом ремонте Э = Rн – Rl = 13980.96 – 4644.36 = 9336.60 руб (7.6) Определим срок окупаемости модернизированной системы управления АДГ Т К Э (7.7) где: К – капитальные затраты, руб; Э – годовая экономия, руб. Т 47318 4.6 года 9336.6 Коэффициент эффективности определяем по формуле (7.8) Кэ Кэ Э К (7.8) 9336,6 0,197 47318 проведя расчёт экономической эффективноси проекта можно сделать вывод, что модернизация системы управления аварийного дизель – генератора в значительной мере повышает её надёжность, положительно отражается на времени ремонтных и профилактических работ, снижая тем самым эксплуатационные расходы судна. 77 8 ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧНОСТИ ПРОЕКТА 8.1 Характер экологической обстановки в Мировом океане Мировой океан определяет лицо нашей биосферы: огромная масса его вод формирует климат планеты, служит источником атмосферных осадков. Более половины кислорода поступает в атмосферу из океана, Океан – уникальный регулятор количества углекислоты в атмосфере. Он способен поглощать его избыток. В Мировом океане ежегодно вылавливается 70 миллионов тонн рыбы и морепродуктов. Это хотя и составляет около 1% мирового производства продовольствия, но с другой стороны, это 15% потребляемых человечеством животных белков. Морские водоросли используются как сырье для пищевой и фармацевтической промышленности. Из них получают твердые спирты, эфиры, уксус, алгинат натрия, манит, агар-агар и другие. Морские котики, тюлени и нерпы дают ценные меха, которые пользуются большим спросом на мировом рынке. Шельф – морская нива человечества, самая продуктивная часть океана. Почти вся рыба, добываемая в мире, ловится именно на шельфе. Океан мира – неиссякаемый источник урана. После длительных исследований ученым удалось выявить водоросли, которые способны накапливать металлы в количестве 10% от общей высушенной массы. Разработана технология получения металла из этого порошка. Метод можно широко использовать в промышленности. Водные богатства морей используются для промышленного получения пресной воды. Технологически оно связано с энергетическими предприятиями. Северный Ледовитый Океан в значительной ее части покрыт вечными льдами. Воздействие этого гигантского ледника ощущается на всей Земле. Он оказывает огромное влияние на формирование глобального климата на планете. Полярные льды, занимающие обширное пространство в высоких широтах северного и южного полушария, являются не только следствием низких температур в полярных зонах, но также в значительной мере причиной, обусловившей холодный климат Арктики и Антарктики. 78 Из недр океана получают нефть, газ и другие полезные ископаемые. Однако лишь малая часть полезных ископаемых, скрытых на дне и в недрах Мирового океана, используется для промышленной обработки. Пока наиболее интенсивно проводятся работы по разведке и эксплуатации морских месторождений нефти и газа. Океан обладает богатейшими энергетическими ресурсами (энергия волновая, термальная, течений и приливов), которые еще слабо применяются в практических целях. Например, используя энергию Гольфстрима на участке длиной 150м. при скорости течения 1.5 м/с, за год можно выработать энергию около 6.8×1016 кВт.ч. Активное использование Мирового океана как важнейшей транспортной магистрали, эксплуатация его пищевых ресурсов, загрязнение внешних и внутренних водоемов, имеющих сток в Мировой океан, создали реальную угрозу нарушения его экологического баланса. Главный загрязнитель океана – нефть. Почти половину ее приносят в океан реки и сточные воды расположенных на морских берегах предприятий и городов. На втором месте мировой статистики по нефтяному загрязнению океана стоит морской флот. Это загрязненные нефтепродуктами промывочные воды и балласт, которые сбрасывают суда за борт; и льяльные воды, которые накапливаются в машинном отделении любого судна; и мелкие многочисленные разливы при бункеровке, разгрузки и перегрузки нефти. А в общей сложности почти 2.5 млн.т.нефти в год. Для сравнения укажем, что из всех танкеров, потерпевших крушение в 1980 году, вытекло в море 187 тыс.т.нефти, то есть в тридцать раз меньше. Конечно, всякий аварийный разлив особо опасен тем, что в одной точке разливается в море огромное количество нефти, создаются неимоверные концентрации токсичных веществ, в районе катастрофы гибнет все живое. Повседневное загрязнение охватывает куда больше пространства, и в первую очередь особенно чувствительны к нему прибрежные районы. И хотя концентрация загрязнения в воде не так уж высокая, но достаточна, чтобы нанести немалый ущерб экологии моря. Нефть убивает десятки тысяч морских птиц, тормозит рост водорослей в прибрежных районах. По расчетам некоторых специалистов, нефтяная пленка покрывает уже чуть ли не треть поверхности Мирового океана. Она уменьшает поступление солнечного света в верхний слой воды от 5% до 10%. Это значит, что солнечные лучи на 79 значительно меньшую глубину, слой, в котором идет фотосинтез, становится тоньше и фитопланктона, соответственно, меньше. Следовательно, уменьшается и питающий микроскопическими водорослями зоопланктон, который служит, в свою очередь, кормом для рыб. В результате нефтяного загрязнения, за последнее время, общий объем их потенциально возможного вылова значительно уменьшился. Возникла угроза нанесения в будущем серьезного ущерба Северному морю, если немедленно не будет резко сокращено количество вредных веществ, поступающих через реки и из атмосферы. По мнению ученых, особое опасение вызывает поступление в морскую среду фосфатов и нитратов через реки. Мексиканский залив, омывающий берег Кубы, Мексики США использует как свалку для промышленных отходов. Североамериканские компании сбросили в воды залива тонны химических веществ и отходов атомной электростанции. Подобная опасность угрожает любой из стран района мексиканского залива. Под угрозой гибели оказались океанологические заповедники, где сохраняются уникальные виды морской флоры и фауны. Средиземное море самое грязное в мире, Адриатическое стоит на пороге экологической катастрофы. Вызвано это тем, что в воду Адриатики сбрасывается 64% промышленных и почти половина канализационных отходов Италии. Тысячи танкеров промывают водами некогда “голубой” Адриатики свои емкости. По данным обследования судов, совершающие рейсы по маршруту западное побережье США – КНР, КНР – Австралия и Австралия – Панама, установлено, что в среднем с одного судна с командой 46 человек за 44 дня в море было сброшено 320 картонных и бумажных, а также 165 целлофановых пакетов, 370 пивных упаковок из пластмассы, три пластиковые и две металлические бочки, 19 пластмассовых мешков, 245 бутылок, 29 турок люминесцентных ламп и 5176 консервных банок. Очень серьезными последствиями чревато микробиологическое загрязнение Мирового океана. Болезнетворные микробы, попадая в прибрежные воды с бытовыми стоками, прекрасно адаптируются, быстро размножаются и проникают в организмы морских животных, употребляемых человеком в пищу. 80 8.2 Оценка экологической обстановки в Калининградской области Калининградская область - самая маленькая в России - занимает территорию чуть более пятнадцати тысяч квадратных километров. Она относится к территориям с высокой антропогенной нагрузкой: плотность населения - шестьдесят пять человек на квадратный километр, что почти в восемь раз выше, чем в среднем по России. Интенсивно развивается промышленность: пять крупных целлюлозно-бумажных предприятий, три больших морских порта, три рыбоконсервных комбината, сеть ремонтных, обслуживающих и других предприятий - все это приводит к деградации окружающей среды, а вслед за ней и самого человека. В области насчитывается около семи тысяч пятисот источников выделения вредных веществ в атмосферу, из них около ста восьмидесяти крупных предприятий. Наблюдения за концентрациями вредных веществ в атмосфере на территории нашей области проводятся только в Калининграде. Наблюдения проводятся на пяти стационарных станциях Северо-Западного управления по гидрометеорологии. Потенциал загрязнения атмосферы в области характеризуется как умеренный. Уровень загрязнения в городе Калининграде высокий. Воздух города повсеместно загрязнен диоксидом азота, оксидом углерода и др., наблюдается сильная запыленность. Вблизи рек, особенно в летнее время, воздух загрязнен сероводородом из-за неочищенных сточных вод предприятий. Сильнее всего воздух загрязнен в жилых районах и в зонах влияния промышленности. За год общий объем выбросов в атмосферу составляет около 30 тонн вредных веществ. За последние годы загрязнение воздуха снизилось за счет снижения уровня производства в области. За счет применения природоохранных мероприятий уменьшились выбросы от стационарных источников. С другой стороны, возрастающее количество личного транспорта, зачастую старого и работающего на бензине плохого качества, влияет на увеличение концентрации СО2. Среднегодовые ресурсы поверхностных водных объектов области составляют 23 км3. Основная речная сеть принадлежит бассейнам рек Немана и Преголя. В настоящее время все населенные пункты и города области, а также 81 часть промышленных предприятий не имеют биологических очистных сооружений и сбрасывают свои сточные воды без очистки или после механических очистных сооружений. Водные объекты области испытывают сильное антропогенное воздействие со стороны промышленных предприятий, канализационных систем населенных пунктов и от многочисленных сельскохозяйственных объектов. В настоящее время сохранилась очень высокая степень загрязнения реки Преголя, на химический состав которой оказывают большое влияние недостаточно очищенные сточные воды городов Черняховска, Гвардейска и Калининграда. Особенно плачевно состояние реки Преголя ниже Калининграда. Каждый год в ее устье сбрасывают десятки тонн отходов. В результате дно реки покрыто многометровым слоем грязного ила, выделяющего сероводород, а водная толща бывает полностью лишена кислорода. За последние годы в реки и заливы Калининградской области поступало до 250 млн. тонн загрязненных промышленных и бытовых стоков за год. На территории Калининградской области около 4000 малых озер. Состояние многих из них плачевно. Велика загрязненность их сточными водами, мусором, минеральными удобрениями в результате их неправильного хранения и применения. На сегодняшний день, не смотря на плохую экологическую обстановку сохранились и чистые озера. Слава самых чистых озер сохраняется за Виштинецкой группой. На водосборной территории озер нет крупных промышленных объектов, и озера испытывают лишь незначительное воздействие сельскохозяйственных стоков. В результате водоемы сохраняют природно-чистые воды в соответствии с уровнем их торфности. Наибольший ущерб земельному фонду приносят добыча янтаря и торфопромышленный комплекс. На территории карьеров янтарного комбината в огромных объемах продолжают накапливаться в отвалах вскрышные породы. Интенсивные разработки торфяных месторождений привели к появлению больших площадей выработанных торфяников, не пригодных для использования. Разнесение органических удобрений, а также ядохимикатов на поля, отсутствие необходимого количества складских помещений под удобрения и пестициды 82 привели к загрязнению почв некоторыми химическими веществами. В последние годы объемы внесения удобрений в землю сократились, что способствовало улучшению состояния земель сельскохозяйственных угодий. В мелиоративном отношении наша область уникальна. Около 92% всей земли области на сегодняшний день осушено. Слова о необходимости мелиорации земель в широких масштабах звучат почти непрерывно с разных трибун. Однако мелиорация мелиорации рознь. При осушении низинных травяных болот исчезают болотный и лугово-болотный типы растительности, дубовые, черноольховые и еловые леса. Поймы рек, входящих в систему мелиорации, не затапливаются и не получают достаточного количества органических веществ, удобряющих почвы. Спрямление речных русел в ходе мелиорации лишает их способности к самоочищению, приводят к выносу минеральных соединений, при откачивании сети мелиоративных каналов повреждаются гнездовья птиц, а применение тяжелой мелиоративной техники часто уничтожает плодородный слой гумуса. Если не обращать в дальнейшем внимания на негативные экологические последствия мелиорации в ее нынешнем виде, то и она может стать не благом, а злом. Концентрация производства, организация крупных промышленных объединений, охватывающих своим влиянием многие районы мира, приводят к расширению сфер их воздействия на окружающую природу, которые приобретают региональный, а затем глобальный характер. Возникает ситуация, при которой стремительное изменение природы вследствие, в первую очередь, загряжнения поверхностных вод и воздушного бассейна становится препятствием для дальнейшего развития производства – создается реальная опасность истощения не только невозобновляемых, но и возобновляемых природных ресурсов. Гигантскими темпами выросла добыча нефти и газа. Нефть становится основным источником энергетического и химического сырья, транспортировка и переработка которого способствует усиленному загрязнению среды и особенно океана. Не меньшими темпами возросла интенсивность горных разработок и связанного с ними техногенного преобразования ландшафтов. Перераспределение горной массы на поверхности Земли, например, в связи со строительством городов и водохранилищ наряду с извлечением из недр нефти и газа и подземных вод 83 способствовало развитию в земной коре гравитационных напряжений, которые иногда разрешаются медленным, но непрерывным оседание почвы или быстрыми взрывными проявлениями – землетрясениями. Создание обширных водохранилищ привело к изменению уровня грунтовых вод и водно-солевого баланса окружающих территорий, к развитию инженерногеологических процессов по их берегам. В последующие годы отмечается значительное усиление различных геологических процессов в районах интенсивной зистройки и промышленного освоения: на территориях крупных городов, в урбанизированных зонах. Причиной его является коренное преобразование ландшафтов: появление мощных антропогенных отложений, толщи которых нередко становятся основанием фундаментов зданий и сооружений, изменение режима грунтовых вод, связанное с застройкой территории водоотливом и эксплуатацией подземных вод, протечкми водопроводных и канализационных систем. Наибольшие процессы в этих условиях получают процессы суффозии, карстообразования, в северных регионах – суффозии и термокарста, а также оползневые и эрозийные. Развитие производственных сил общества в ХХ веке потребовало многократно повысить выработку всех видов энергии, прежде всего электрической. Создание мощных тепловых электростанций способствовало возникновению совершенно нового – теплового загрязнения гидросферы и атмосферы. В свою очередь формирование теплового стока и зарегулирование речного стока приводит к бурному развитию синезеленых и других водорослей, нарушению миграционных путей и поголовья ценных пород рыб, зарастанию водохранилищ, цветению в них воды и изменению окислительно-восстановительных процессов. Развитие транспорта, частности автотранспорта, и различного рода радиотехнических устройств привело к повышению общего уровня шума, возникновению очагов шума, временами превышающего допустимые для человека и фауны нормы. Человек – часть природы. И в этом отношении было бы неправомерным противопоставление природы и человека как сил внешних по отношению друг к другу. А раз это так, то и появление в недрах человеческого общества техники – явление также закономерное в процессе эволюции Земли. 84 Гармоничное развитие природы и техники возможно только в результате научно обоснованного компромисса между объектами природы и социальной деятельности человека. Ответственность за такой компромисс лежит на инженерной экологии – многопрофильной области знаний о законах природосберегающего экологически безопасного развития. 8.3 Воздействие отрасли на окружающую среду Основной причиной загрязнения морской среды в нормальных условиях эксплуатации является сброс нефтесодержащих вод. Перевозка вредных жидких веществ (ВЖВ) наливом требует особых мер предосторожности. Вредные жидкие вещества характеризуются токсичностью, несовместимостью друг с другом, повышенной химической активностью, взрывоопасностью, коррозирующим воздействием на судовое оборудование, реакцией на низкие температуры, способностью накапливать значительные заряды статистического электричества при технологических операциях и так далее. При этом конкретные вещества или их смеси могут обладать всеми или некоторыми из этих недостатков в той или иной степени. Согласно МАРПОЛ 73/78 степень опасности вредных жидких веществ определяется категорией опасности. К категории А относятся: плавленый нафталин, тетраэтилсвинец, элементарный фосфор. В- хлороформ, камфорное масло, С - серная и уксусная кислоты, шестидесяти процентная перекись водорода, D- ацетон, фосфорная кислота, щавельная кислота, твердые жиры (бараний, говяжий). При работе судовых энергетических установок выбрасываются в атмосферу выхлопные газы, а в морскую среду – забортную воду из теплообменных аппаратов и нефтесодержащие воды. Вследствие неполного сгорания топлива, несовершенства систем судовых и энергетических установок, нарушения технических правил обслуживания возникают тепловое, шумовое, вибрационное или радиационное(для ядерных энергетических установок) загрязнения окружающей среды. Качественные и количественные показатели загрязнения биосферы определяются типом и мощностью судовой энергетической установки, сортом топлива. При работе судовой энергетической установки в атмосферу выбрасываются выхлопные газы главных и вспомогательных дизелей, котлов, токсичность которых определяется 85 сортом топлива и условием его сгорания. Выхлопные газы способствуют задымлению атмосферы. Большая часть углеводородов вместе с осадками попадает в морскую воду и этот источник загрязнения следует считать наиболее распространенным и опасным. В результате неисправностей и аварии установок систем кондиционирования воздуха и рефрижерации имеют место утечки хладагентов в атмосферу. Хладагенты представляют собой галогеносодержащие углеводороды. При эксплуатации, судовым энергетическим установкам необходимо топливо, масло, пресная и забортная вода. Эти рабочие вещества образуют нефтесодержащие воды, которые стекают в трюма и машинно-котельное отделение, где накапливаются в льялах и сборных колодцах. Существуют следующие источники образования льяльных вод: протечки топлива, масла, пресной и забортной воды через неплотности соединений комплектующего оборудования систем судовых и энергетических установок; протечки через сальники арматуры и насосов; протечки, возникающие в результате появления язв и свищей на комплектующем оборудовании при его износе. Кроме того, рабочие вещества поступают в льяла при профилактических осмотрах и ремонтах оборудования, небрежной транспортировке веществ по машинным и машиннокотельным отделениям, при нарушении машинной команды правил технической эксплуатации. Дополнительными источниками поступления пресной воды являются: конденсация водных паров и отпотевания внутренних поверхностей корпуса судна; продувка парогенераторов, баллонов сжатого воздуха, водо-маслоотделителей и так далее; отстоявшаяся вода из расходных цистерн топлива и масла. Дополнительные источники поступления забортной воды-протечки через сальниковое уплотнение дейдвудного устройства валопровода; фильтрация через не плотности наружной обшивки корпуса. Поступление различных рабочих веществ в льяла возможно в результате случайных аварийных ситуаций. На стоянке общее количество льяльных вод составляет 50 -70% общего количества вод на ходу судна. Общая концентрация нефти в льяльных водах на ходовом режиме в четыре - пять раз больше, чем на других режимах. 86 Другой разновидностью нефтесодержащих вод являются балластные воды топливных цистерн судовых энергетических установок, представляющие собой смесь остатков топлива и забортной воды, которая принимается в опорожненные топливные цистерны в виде балласта для обеспечения мореходных качеств судна. Для очистки нефтесодержащих вод применяются следующие методы: - гравитационный отстой; - флотация; - коалесценция; - фильтрация. Коалесценция - это процесс укрупнения частичек за счет их слияния на коалесцирующем материале. Метод гравитационного (естественного) отстоя наиболее экономичен и нетрудоемок, однако не обеспечивает стабильного качества очистки. Флотационный метод основан на извлечении пузырьками воздуха нефтяных частиц, диспергированные в воде. Метод фильтрации состоит в задержании частиц нефтепродуктов слоем фильтрующих материалов. Очистку нефтесодержащих вод от нефти можно производить с помощью центробежных сил. Наложение центробежных сил может осуществляться путем закручивания потока нефтесодержащих вод (гидроциклон) или вращением самого корпуса (центробежный сепаратор). Одна треть поверхности Мирового океана покрыта пленкой нефти. Негативное влияние нефтяной пленки на водную среду проявляется в следующем: - задерживается проникновение солнечных лучей в толщу воды, что ослабляет процесс фотосинтеза; - нарушается обмет теплоты и водяных паров между морем и атмосферой, что увеличивает парниковый эффект; - в воду попадают токсичные продукты нефти; - не проникает атмосферный воздух, необходимый для обитателей водной среды. Судовые отходы также являются одним из основных источников загрязнения морской среды. Их можно разделить на две группы: сточные воды и мусор. Сброс сточной воды вызывает разное ухудшение условий жизнедеятельности водной 87 флоры и фауны. В результате сброса сточных вод морская среда загрязняется нерастворимыми веществами, ухудшаются физико-химические свойства воды и кислородный режим, изменяется водородный показатель РН, повышается минерализация и содержание органических веществ; токсичные вещества отравляют обитателей водной среды, что приводит к нарушению процесса ее самоочищения и потере ценных продуктов. Хозяйственно-бытовые воды содержат большое количество органических и неорганических примесей. Это стоки из умывальников, душевых, ванн, туалетов, прачечных, сток с оборудования камбуза и других помещений пищеблока. В них содержатся также и патогенные бактерии, которые вызывают различного рода заболевания. Добыча и переработка органического и неорганического сырья в промышленную продукцию требует использование воды в производственных процессах. В результате этого производственные сточные воды, объем которых превышает объем бытовых стоков в несколько раз. Существуют следующие способы предотвращения загрязнений морской среды сточными водами с судов: - сбор на борту судна и передача в приемные береговые сооружения для последующей обработки; - обработка на борту судна. Для предотвращения загрязнения мусором водной поверхности, судно должно обязательно иметь специальное оборудование. В качестве такого оборудования может выступать устройство для сбора мусора или устройство для его обработки и сжигания. Так как роль судоходства в загрязнении морской среды занимает второе место, то на судах должны быть предусмотрены устройства для очистки льяльных вод, сточных вод и для обеззараживания или сжигания судового мусора и различного рода судовых отходов. Пищевые отходы появляются в результате приготовления пищи, питания экипажа и пассажиров, санитарно-гигиенических нужд людей и ухода за помещениями. При обслуживании судна и судовых энергетических установок возникают эксплуатационные отходы, такие как использованная ветошь, дерево, резина, тара, металл, остатки краски, отработавшие элементы оборудования 88 судовых энергетических установок (фильтры из бумаги, текстиля, синтетики, прокладки). При проведении погрузочно-разгрузочных работ на судне скапливается мусор. При попадании в морскую среду, судовой мусор может плавать, тонуть, растворяться. Плавающий мусор может быть безвредным, но иногда в районе выброса его на берег становится источником появления неизвестных ранее заболеваний и вредителей. Он может переноситься ветрами и течениями на значительные расстояния, становиться абсорбентом нефти. Утонувший мусор, накапливаясь на морском дне, оказывает влияние на естественные условия жизнедеятельности морской флоры и фауны, вплоть до исчезновения какой-либо из форм. Растворяющийся мусор изменяет окраску воды, насыщает ее веществами, для окисления которых требуется большое количество кислорода, придает воде и выловленной рыбе неприятный запах и привкус. Серьезной экологической проблемой стало загрязнение воздуха, который усиливает деградацию водных и земельных ресурсов, отрицательно влияет на производство всех элементов биосферы. Уже давно установлено, что дожди в северозападной части Европы становятся все более кислотными. Появление этой тенденции связывается с увеличением содержания в атмосфере газообразных загрязняющих веществ, таких как окислы серы и азота. Ядовитые осадки поражают воды, почву и леса, вызывают коррозию водопроводов, платин электростанций, электрических кабелей. В кислой среде легче освобождаются такие металлы как кадмий, медь, алюминий, свинец, цинк, которые губительно действуют на животные организмы. Нарушается солевой баланс, разрываются целые экологические цепочки и системы. Все это приносит невосполнимый ущерб. Под экономическим ущербом от загрязнения морской среды понимают различного рода фактические или возможные потери, а также отрицательные изменения в морской среде, которые могут быть выражены в денежной форме. Ущерб от загрязнения морской среды включает три составляющие: - затраты на предотвращение загрязнения в источнике; - затраты на очистку среды; - недостаток прибыли в народном хозяйстве вследствие негативных изменений флоры и фауны. 89 Особенно значительный ущерб приносят аварийные разливы нефтепродуктов и вредных жидких веществ, а также выбросы неочищенных промышленных стоков в речную или морскую среду. Устранение их последствий требует больших материальных, трудовых и прочих затрат. 8.4 Оценка экологичности проекта В данном дипломном проекте рассматривался вопрос модернизации существующей системы управления дизель-генератора промыслового судна РТМК-С Лира. Несмотря на незначительные изменения первоначальной схемы, а именно замены логических контроллеров на более новые и совершенные, всё же можно сделать вывод о некоторых плюсах в экологической безопасности окружающей среды и экипажа. В компании Siemens Enterprise Communications ответственность за защиту окружающей среды является краеугольным камнем корпоративной культуры и основой для всех бизнес-процессов. С 1993 года разрабатываются продукты, рассчитанные на минимальное энергопотребление, и везде, где это возможно, применяются производственные процессы, не наносящие вред окружающей среде. Защита окружающей среды, связанная с продукцией, не является конечным результатом. Во многих целях она обеспечивает не только экологическую совместимость, но и экономическое преимущество. Однако для этого необходимо учитывать экологические аспекты на протяжении всего жизненного цикла конечных продуктов — от разработки к изготовлению, закупкам, продажам, оказанию услуг, использованию и восстановлению. Компания Siemens Enterprise Communications привержена защите окружающей среды и заботе о ней, используя творческий потенциал, технологии и навыки сотрудников, активно участвует в установлении новых стандартов экологической устойчивости. Идеи, технологии и мероприятия, с помощью которых компания борется за устойчивость, выгодны для людей, общества в целом и окружающей среды. Логические модули LOGO!, как и вся продукция производимая компанией SIEMENS, выполняются в строгом соответствии со всеми экологическими нормами. LOGO! не содержит свинца, конструкция состоит исключительно из экологически безопасных материалов, благодаря подавлению радиопомех класса «В» он может 90 использоваться в торговых и жилых помещениях. LOGO! абсолютно бесшумен в работе, обеспечивая безупречную коммутацию с нагрузкой до 20А и управляя двигателем до 4 кВт. Прибор экономит до 50% всех совокупных расходов, включая хранение, обслуживание и конечно энергопотребление. Следовательно повышается экономия горюче-смазочных материалов, топлива, снижается количество загрязняющих выбросов в атмосферу и объём нефтепродуктов в льяльных водах. Обеспечивая надёжность работы системы управления, а значит и всего аварийного дизель-генераторного агрегата в целом, LOGO! обеспечивает стабильную работу необходимых средств борьбы за живучесть судна и экипажа в случае аварии. Действительно, сбои в работе аварийной электростанции, необеспечение электроэнергией водоотливного насоса при посадке танкера или какого-либо другого типа судна на рифы, или пожарного насоса при пожаре могут привести не только к гибели судна и экипажа, но и к серьезному загрязнению окружающей среды. Из всего вышеперечисленного, можно с уверенностью сказать, что использование данной системы в совокупности с прибором LOGO! положительно скажется на работе судна в чрезвычайных ситуациях, и сведёт к минимуму все возможные негативные влияния на экологическую обстановку. 91 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе написания дипломного проекта была проведена модернизация системы управления ДГ промыслового судна РТМК-С Лира. Выполнен анализ конструкторской документации. Рассчитана электростанция судна и разработана принципиальная схема генерирования и распределения электроэнергии. Разработана принципиальная электрическая схема модернизированной системы управления АДГ. Также, с использованием программного обеспечения LOGO! Soft Comfort, построена программа управления и контроля АДГ для логического модуля. Помимо вышеперечисленного, выполнены расчеты надёжности системы, а также произведен расчет технико-экономических показателей эффективности модернизации. Проведён анализ опасных и вредных производственных факторов с последующей разработкой системы освещения помещения АДГ, и мероприятий по электро и пожаробезопасности при обслуживании системы. Дана оценка экологичности системы. Внедрение модернизированной системы позволит увеличить надёжность, что является очень важным фактором для такого рода систем. Проведённая эмуляция построенной программы показывает, что система способна выполнять свою задачу в полном соответствии с правилами Регистра РФ. Повышается ремонтопригодность в случае отказа. Улучшается информативность системы за счёт установки дополнительного текстового дисплея. Таким образом, можно сделать вывод, что модернизация системы управления АДГ является целесообразной. 92 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Бaрaнов A.П. Судовые aвтомaтизировaнные электроэнергетические системы.– М.: Трaнспорт, 1988. – 236 с. 2. Богомолов В.С. Методические укaзaния по проектировaнию СЭЭС. – Кaлинингрaд: КГТУ, 1996. – 129 с. 3. Прaвилa клaссификaции и постройки морских судов Регистрa РФ. Л: Трaнспорт, 1981. - 75 с. 4. Инструкция по эксплуaтaции генерaторa Stamford HCM 434 E – 108 с. 5. Микропроцессорные системы контроля и упрaвления судовых технических средств.– С.Петербург: Российский морской регистр судоходствa, 2005. – 94 с. 6. www.ingener.info, www.electronshik.ru, www.siemens.com Описaние современных рaзрaботок в облaсти aвтомaтизaции технологических процессов. – 113 с. 7. ГОСТ 19.002 – 80, Схемы aлгоритмов и прогрaмм. Прaвилa выполнения. – 15 с. 8. ГОСТ 24.211 – 82, Требовaния к содержaнию документa «Описaние aлгоритмa». – 12 с. 9. Siemens LOGO! серии ОВA6 Руководство по создaнию коммуникaционных прогрaмм, устaновке и использовaнию логических модулей. – 28 с. 10. Siemens LOGO! Soft Comfort V6 руководство по прогрaммировaнию. – 47 с. 11. Бобрaков В.Ф. Нaдежность и техническaя диaгностикa судового электрооборудовaния и aвтомaтики. – Кaлинингрaд: КГТУ, 1997. – 76 с. 12. Кaлявин В.П., Мозгaлевский A.В., Гaлкa В.Л. Нaдежность и техническaя диaгностикa судового электрооборудовaния и aвтомaтики. – СПб, 1996. – 82 с. 13. Методические укaзaния по определению экономической эффективности. – Л.: Гипрыбфлот, 1979. – 91 с. 14. Степaновa Л.A. Экономическое обосновaние при проектировaнии техники промышленного рыболовствa и оргaнизaции промыслa. – Кaлинингрaд: КГТУ, 2002. – 110 с. 93 15. Сaнин В.Ф. Технико-экономическое обосновaние выборa прогрессивной технологии. – Кaлинингрaд: КГТУ, 2006 . – 103 с. 16. Мaзур И.И., Молдaвaнов О.И. Курс инженерной экологии. – М: Высшaя школa, 1999. – 65 с. 17. Безопaсность жизнедеятельности: Учебное пособие. Под ред. Минько В.М. Кaлинингрaд: КГТУ, 1998. – 50 с. 18. Усaтенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД, 1989. – 72 с. 19. ГОСТ 2.105 – 95. Общие требовaния к текстовым документaм. – 10 с. 20. ГОСТ 2.701 – 84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требовaния к выполнению. – 10 с. 94 95
