Tiểu luận điều khiển hệ thống điện công nghiệp đề tài điều khiển hệ thống thông gió cho phân xưởng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TIỂU LUẬN

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ CHO PHÂN XƯỞNG

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Nhóm xin chân thành cám ơn các thầy cô ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

TP Hồ Chí Minh Đã giảng dạy cho nhóm những kiến thức chuyên môn và cơ bản để

nhóm có thể hoàn thiện tiểu luận này này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Việt Anh Nhờ sự hướng dẫn, chỉ

bảo tận tình của thầy đặc biệt là những lời khuyên quý báu và những góp ý khi nhóm gặp trở ngại của thầy đã giúp nhóm hoàn thảnh tốt mục tiêu của đề tài

Bên cạnh đó nhóm cũng xin cám ơn các bạn trong các nhóm làm tiểu luận khác, các bạn đã nhiệt tình hỗ trợ nhóm bằng kiến thức cũng như kinh nghiệm của mình

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

1.1 Tính cần thiết của đối tượng 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.4 Đánh giá lựa chọn đối tượng phù hợp với yêu cầu đề tài 6

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG GIÓ 7

2.1 Nguyên lý vận hành của hệ thống thông gió phân xưởng: 7

2.1.2 Các thông số thiết kế của hệ thống thông gió phân xưởng: 10

2.2 Các thông số thiết kế cho hệ thống thông gió phân xưởng 11

2.2.1 Chọn quạt thông gió cho nhà xưởng 11

2.2.2 Tính tiết diện ống thông gió cho nhà xưởng: 13

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP, ĐÁNH GIÁ SƠ ĐỒ 17

3.1 Phương pháp cung cấp điện: 17

3.2 Đánh giá sơ đồ mạch điều khiển: 19

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TIẾN 22

4.1 Cải tiến dùng PLC 22

4.1.1 Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC: 22

4.1.2 Sử dụng PLC ZEN cho hệ thống điều khiển thông gió nhà xưởng: 23

4.2.2 Mô phỏng và lập trình trên cadesimu 27

PHỤ LỤC BẢN VẼ 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tính cần thiết của đối tượng

Vấn đề làm mát, thông thoáng trong các tòa nhà cao tầng, nhà xưởng là vấn đề hết sức quan trọng ta có thể thấy rằng không có một công trình nào thiếu phần này

Với lực hút mạnh, đẩy xa và khả năng tạo được sức ép lớn nên quạt có khả năng truyền gió xa và mạnh Bên cạnh đó, Các sản phẩm quạt ly tâm, quạt hướng trục công nghiệp đều thuộc quạt thông gió công nghiệp, ưu điểm của các loại quạt này là khả năng hút nhiệt nóng, hút gió thải, khí thải, hút bụi bẩn lơ lửng trong không khí gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người Đồng thời cung cấp nguồn không khí trong lành, thông thoáng ngược từ bên ngoài vào

Chính vì lý do đó mà hai loại quạt này được sử dụng phổ biến để hút gió, khí thải cũng như chất độc hại và khí bụi tại: Các hệ thống xay xát, sản xuất gạo, xưởng gỗ…

Chính vì tính hữu dụng đó mà hiện nay các doanh nghiệp sản xuất về quạt ly tâm,

quạt hướng trục đang cạnh tranh quyết liệt về vấn đề giá thành cũng như những cải tiến

về vấn đề kỹ thuật

Vì tính thực dụng cũng như tiện lợi của hai loại này Do vậy đề tài này sẽ đề xuất

một phương án thiết kế để phù hợp, đáp ứng được với các yêu cầu trên

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

 Mục tiêu chung:

Phân tích tính hiệu quả các ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng quạt ly tâm, và quạt hướng trục tại các phân xưỡng và tòa nhà

 Mục tiêu cụ thể:

(1) Đánh giá ưu, nhược điểm của vấn đề sử dụng quạt ly tâm, và hướng trục trong công nghiệp

(2) Phân tích tính hiệu quả của việc sử dụng quạt ly tâm, và quạt hướng trục tại các công trình

(3) Đề xuất phương án thiết kế nâng cao tính năng kĩ thuật, kinh tế của sản phẩm

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Lịch sử phát truyển của quạt ly tâm và quạt hướng trục:

Ngay từ triều đại nhà Thương (khoảng năm 1046 trước Công nguyên) và triều đại Tây Chu (thế kỷ 11 năm 771 trước Công nguyên), người Trung Quốc đã phát minh ra ống thổi khí với tính năng không khí cưỡng bức, dùng cho lò luyện và đúc

Cánh quạt gió cối xay cũng được tạo ra và sử dụng ở Trung Quốc cổ đại, và nó là tổ tiên của quạt dòng hướng trục

Ở miền nam Trung Quốc, người ta đã phát minh ra xe gió xay xát hạt và chúng vẫn được sử dụng cho đến ngày nay Có thể nói chúng là tổ tiên của quạt thổi ly tâm và máy nén

1862, Guido Bell đến từ Anh Quốc đã phát minh ra máy thổi ly tâm Cánh quạt, vỏ có hình tròn đồng tâm, vỏ được làm bằng gạch, trong khi cánh quạt bằng gỗ là lưỡi thẳng ngược Hiệu suất chỉ đạt 40%, và chúng chủ yếu được ứng dụng trong hệ thống thông gió mỏ vào thời điểm đó

Năm 1880, để thông gió cho mỏ, một số kỹ sư đã thiết kế quạt thổi ly tâm với vỏ xoắn và lưỡi cong ngược Cấu tạo quạt ly tâm từng bước được cải tiến

1892, người Pháp phát minh ra quạt gió chéo

Vào thế kỷ 19, quạt hướng trục được sử dụng làm quạt hút cưỡng bức cho ngành luyện kim Nhưng áp suất chỉ 100 ~ 300pa, và hiệu suất chỉ đạt 15 ~ 25% Công nghệ này không phát triển nhanh chóng cho đến sau những năm 1940

Năm 1935, trước tiên người Đức đã sử dụng quạt thổi hướng trục để hút không khí và tạo không khí cho lò hơi

1948, Đan Mạch đã tạo ra quạt hướng trục có cánh điều chỉnh được trong quá trình hoạt động Sau đó, các loại quạt hướng trục đã có sự phát triển vượt bậc

❖ Phân tích ưu nhược điểm của quạt ly tâm, quạt hướng trục:

 Quạt ly tâm

• Về ưu điểm:

- Quạt ly tâm có rất nhiều ưu điểm như:

Đặc tính là lực hút mạnh, lực đẩy xa, tạo ra được sức ép lớn lên không khí bên trong có thể theo ống gió truyền đi rất xa

Đặc tính nén tốt hơn khi so sánh với quạt hướng trục, nên khi sử dụng ta có thể dùng quạt ly tâm để tạo áp lên đến hơn 100.000Pa

Quạt ly tâm có số lượng cánh quạt cắt không khí lớn, motor chuyển động trực tiếp và motor chuyển động gián tiếp với dây curoa đặt hoàn toàn phía bên ngoài, không nằm trên đường đi của luồng hút không khí, nên motor tránh được bụi trực tiếp từ luồng gió khi vận hành

Quạt ly tâm có ưu điểm là có thể gắn trực tiếp với động cơ điện hoặc là kết nối gián tiếp với trục của động cơ điện qua hệ thống bánh đai

Quạt ly tâm có rất nhiều công dụng đó là hút và thải không khí ô nhiễm độc hại, thông gió, hút bụi trong hệ thống xay sát, sản xuất cao su và chất hóa học

Ngoài ra quạt ly tâm còn có các công dụng như: Quạt ly tâm hút bếp, quạt ly tâm thôi máng khí động…

• Về nhược điểm:

- Ngoài những ưu điểm thì quạt ly tâm vướng những nhược điểm như:

Đối với loại quạt ly tâm cao áp động cơ sẽ bị quá tải khi không thể kết nối quạt vào hệ thống, do nhược điểm đó loại quạt này có thiết kế thường phải có van tiết lưu đầu vào hoặc trong hệ thống phụ tải ổn định Miệng cửa hút và hệ thống ống dẫn, miệng cửa thổi ít có thay đổi

 Quạt hướng trục

• Về ưu điểm

Ưu điểm chung của dòng quạt hút công nghiệp hướng trục đó là sử dụng nguyên liệu cao cấp chất lượng nhập khẩu nên sản phẩm thường có tuổi thọ cao

Vỏ ngoài chắc chắn chống lực tác động đồng thời được sơn màu sắc trang nhã bóng đẹp có độ mịn cao đồng thời được sơn một lớp tĩnh điện bảo vệ chống ăn mòn Thêm vào đó, quạt còn có thể hoạt động tốt trong mọi môi trường công nghiệp như ẩm ướt, có nhiều khói bụi, áp suất khí cao

Một số dòng được trang bị lưới thép hoặc chớp lật (thông gió vuông) để bảo vệ cho động cơ bên trong Một số dòng có bánh xe iện lợi giúp người dùng có thể di chuyển quạt đến bất kỳ vị trí nào dễ dàng Ngoài ra quạt điện hướng trục cò được thiết kế với nhiều hình dáng, kích thước khác nhau để phục vụ nhu cầu người dùng như quạt thông gió vuông gắn tường, quạt tròn, quạt di động, xách tay, …

• Về nhược điểm:

Những dòng quạt có số lượng cánh ít khi vận hành sẽ trực tiếp cắt không khí nên trong môi trường có nhiều chất cặn và bụi bẩn sẽ gây hiện tượng nhanh ăn mòn cánh quạt lý do bởi bụi và không khí ma sát lẫn nhau

Trong môi trường có bụi nhiều và kích thước bụi lớn có khả năng làm hỏng dây curoa (quạt gián tiếp) hoặc bám lại cuộn dây đồng, vòng bi (quạt chuyển động trực tiếp) làm giảm hiệu suất và tuổi thọ

Do đó cần vệ sinh bảo dưỡng thường xuyên hoặc chọn loại có motor có khả năng hoạt động trong môi trường đặc biệt nhiều bụi

❖ Đề xuất các loại quạt ly tâm, và hướng trục phù hợp với các công trình nhà xưởng:

➢ Quạt ly tâm:

Quạt làm việc theo nguyên tắc bơm ly tâm, khi rôto quay thì áp suất tại tâm quạt nhỏ, không khí sẽ đi vào tâm của quạt và từ đó được cấp thêm năng lượng lực ly tâm

• Quạt ly tâm được chia thành 3 loại: - Quạt ly tâm thấp áp

- Quạt ly tâm trung áp - Quạt ly tâm cao áp

• Dựa vào truyền động giữa động cơ và cánh quạt, quạt ly tâm lại được chia nhỏ thành: - Quạt ly tâm trực tiếp

- Quạt ly tâm gián tiếp (chuyển động gián tiếp thông qua các dây curoa, trục, gối đỡ) • chính vì vậy, thị trường có các dòng quạt ly tâm khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng

khác nhau và các điều kiện sử dụng khác nhau của từng nhà xưởng như: - Quạt ly tâm trung áp gián tiếp

- Quạt ly tâm trung áp trực tiếp - Quạt ly tâm thấp áp trực tiếp…

➢ Quạt hướng trục:

Quạt hướng trục công nghiệp hoạt động dựa theo nguyên lý hút dòng không khí vào và thổi không khí ra song song với trục của quạt Dựa vào đó, khi tiến hành lắp đặt, một đầu nhà xưởng sẽ được lắp đặt quạt hướng trục để hút nhiệt, ẩm từ bên trong ra ngoài Đầu bên kia sẽ dẫn không khí từ ngoài vào nhờ vào hệ thống cửa gió

• quạt hướng trục được chia làm 2 loại: Quạt thân tròn và thân vuông

• Trong mỗi loại quạt này, các nhà sản xuất lại chia làm 2 dòng: chạy trực tiếp và chạy gián tiếp

- Quạt hướng trục trực tiếp: là loại quạt có motor được gắn cánh trực tiếp lên thiết bị Dùng cho những nơi cần hút mùi như những tầng hầm, những nơi nặng mùi

- Quạt hướng trục gián tiếp: lực xoay từ cánh tới motor được kiểm soát bởi dây curoa, giúp bảo vệ được motor trong môi trường nhiệt độ cao hay axit Dùng ở những nơi có nhiệt độ cao và môi trường axit

1.4 Đánh giá lựa chọn đối tượng phù hợp với yêu cầu đề tài

Với các ưu nhược điểm và chủng loại phong phú của hai loại quạt trên, thì đề tài xoay quanh nghiên cứu về ứng dụng và cài tiến của quạt trong công nghiệp,

nên đối với đề tài này nhóm tập chung nghiên cứu về quạt hướng trục Bởi vì áp

suất thấp nhưng tạo ra lượng gió lớn quạt hướng trục phù hợp nhất cho dùng cho mục đích chung, ngoài ra thì quạt hướng trục có giá thành rẽ và hiệu xuất cao hơn quạt ly tâm, đáp ứng và giải quyết được các yêu cầu của thực tiễn

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG GIÓ

2.1 Nguyên lý vận hành của hệ thống thông gió phân xưởng:

hệ thống Thông gió làm mát nhà xưởng công nghiệp ngày càng được chú trọng Do đặc thù của nhà xưởng, với những thiết bị hiện đại và quy chuẩn khắt khe nhằm đáp ứng yêu cầu xuất khẩu đòi hỏi môi trường làm việc lý tưởng cho các cán bộ công nhân viên Các hoạt động sản xuất, vận hành máy móc thường xuyên và liên tục gây phát sinh một lượng nhiệt vô cùng lớn và không khí vô cùng ngột ngạt phía bên trong nhà xưởng Điều đó đặt ra thách thức không hề nhỏ trong việc đưa ra giải pháp khắc phục Vì vậy việc tìm ra giải pháp thông gió làm mát nhà xưởng công nghiệp là nhiệm vụ cần thiết và cấp bách

Hình 2.1: Hệ thống thông gió tự nhiên nhà xưởng

❖ Thông gió làm mát nhà xưởng công nghiệp bằng phương pháp sử dụng:

đối với nhà máy yêu cầu về môi trường lao động không quá cao Thì việc lắp hệ thống thông gió làm mát nhà xưởng sao cho càng giảm chi phí càng tốt Do vậy các chuyên gia đã nghiên cứu và lắp đặt hệ thống thông gió làm mát nhà xưởng làm sao vẫn tạo sự thông thoáng cho môi trường làm việc nhưng chi phí hợp lý đối với chủ đầu tư Với những phương án này thì có thể hiệu quả trong việc làm mát nhà

xưởng có thể không cao lắm nhưng đáp ứng được tiêu chí giá thành thấp nhưng môi trường làm việc của công nhân vẫn được đảm bảo

- Một số phương pháp thiết kế thông gió làm mát cho nhà xưởng công nghiệp: a Thông gió tự nhiên:

Thông gió tự nhiên là tạo sự thông thoáng cho môi trường làm việc bằng cách bố trí cửa lấy gió và thải gió một cách hợp lý giúp cho không khí lưu thông tuần hoàn tốt nhất

Với việc xây dựng nhà xưởng cao ráo, tạo khe hở như giếng trời ở đỉnh mái, mở của sổ lấy gió tự nhiên

➢ Ưu điểm: Thông gió tự nhiên chi phí đầu tư thấp Chi phí vận hành thấp không tốn điện cho động cơ

➢ Nhược điểm: Hiệu suất không cao và phụ thuộc nhiều vào hướng gió, không gian trong nhà xưởng

Phương pháp: bố trí cửa gió để lấy gió và thải gió đối xứng nhau để tạo hiệu quả tốt nhất Cửa gió phải bố trí hợp lý với tường và đặc biệt phải che được mưa Có thể sử dụng quả cầu gắn trên mái để tăng cường đối lưu không khí

Phương pháp này phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết và tự nhiên: môi trường trong nhà xưởng được cải thiện ít Chỉ phù hợp với những nhà xưởng sản xuất đơn giản Hiện nay thời tiết càng ngày càng khắc nghiệt thì việc lựa chọn phương án thông gió làm mát nhà xưởng khác là vấn đề cấp bách

Hình 2.1a: Hệ thống thông gió tự nhiên

b Thông gió cưỡng bức:

Thông gió làm mát nhà xưởng công nghiệp bằng phương pháp cưỡng bức là thay vì phụ thuộc vào thời tiết và tự nhiên chúng ta chủ động hơn trong việc lấy gió đưa vào nhà xưởng Đó là dùng quạt hút trên tường hoặc trên mái để hút khí nóng bụi ra ngoài

Quạt hút gió công nghiệp có lưu lượng gió lớn sẽ đảm nhận nhiệm vụ hút không khí ngột ngạt, nóng bức ra khỏi nhà xưởng Sự chênh lệch áp suất sẽ hút khí tươi, giàu oxi vào bên trong nhà xưởng Khi quạt hút công nghiệp hoạt động sự tuần hoàn này sẽ diễn ra liên tục, đảm bảo lượng oxi cần thiết được cung cấp thường xuyên tạo một môi trường làm việc thoáng mát, thoải mái cho công nhân viên nhà máy

Hình 2.1b: hệ thống thông gió cưỡng bức

2.1.2 Các thông số thiết kế của hệ thống thông gió phân xưởng:

2.2 Các thông số thiết kế cho hệ thống thông gió phân xưởng 2.2.1 Chọn quạt thông gió cho nhà xưởng X: số lần thay đổi không khí (lần/ h)

o Yêu cầu số lần thay đổi không khí trong 1 giờ:

- Nơi công cộng: nhà thi đấu, siêu thị, văn phòng…30 đến 40 lần/h - nhà xưởng 40-60 lần/h

V: thể tích nhà xưởng (m3)

Tg = X * V = 50 * 1000 = 50000 (m3/h)

- Do là nhà xưởng nên X (số lần thay đổi không khí) ta chọn là 50 lần/h ✓ Tính số lượng quạt cần dùng cho nhà xưởng:

- Chọn Quạt thông gió công nghiệp vuông HAIKI LF1380

Với quạt vuông HAIKI LF1380, lưu lượng gió 46000 m3/h thì:

2.2.2 Tính tiết diện ống thông gió cho nhà xưởng: - Tính số lượng miệng gió:

𝑆 = 𝑄 𝑉 Với:

S: diện tích (m2)

Q: Lưu lượng gió (m3/h) (catalogue sản phẩm) v: vận tốc gió chạy trên ống (m/s)

Vận tốc gió chạy trên ống chính: v (5 đến 10 m/s) Vận tốc gió chạy trên ống nhánh: v (3 đến 5 m/s) Tốc độ gió qua miệng gió: v (1 đến 3 m/s)

Bảng: diện tích các đoạn ống trên trục chính

Q 1,4 x 1,5 2,1 m2

Q1 1 x 1,2 m 1,2 m2

Q2 0,8 x 0,9 m 0,7 m2

Q3 0,5 x 0,6 m 0,3 m2

Qnhánh 0,5 x 0,6 m 0,3 m2

Bản vẽ lưu lượng gió (1:20)

Bản vẽ hệ thống thông gió (1:20)

Bản vẽ hệ thống thông gió trong phân xưởng (1:20)

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP, ĐÁNH GIÁ SƠ ĐỒ

3.1 Phương pháp cung cấp điện:

- Lựa chọn tiết diện dây / cáp theo điều kiện phát nóng

Khi có dòng điện chạy qua, cáp và dây dẫn sẽ bị phát nóng Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì chúng có thể bị hư hỏng cách điện hoặc giảm tuổi thọ và độ bền cơ học của kim loại dẫn điện

Khi dây / cáp được chọn theo điều kiện phát nóng sẽ đảm bảo cách điện của dây dẫn không bị phá hủy do nhiệt độ của dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây Để đạt yêu cầu này thì dòng điện phát nóng cho phép của dây / cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn Do vậy mà nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép với mỗi loại dây/cáp

Do thực tế dây/ cáp được lựa chọn lắp đặt khác với điều kiện định mức do các nhà chế tạo dây/cáp quy định nên dòng phát nóng cho phép cần phải quy đổi về dòng phát nóng cho phép thực tế bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K Hệ số hiệu chỉnh K được xác định trên cơ sở loại dây cáp, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường thực tế tại nơi lắp đặt… Do đó tiết diện dây dẫn và cáp được chọn phải thõa mản các điều kiện sau:

𝐾1 : Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt

𝐾2 : Thể hiện ảnh hưởng tương hổ của hai mạch đặt liền kề nhau

𝐾3 : Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện