Вентиляторные установки главного проветривания как объект автоматизации

Введение

Вентиляция занимает ответственное место в производственном процессе на шахте, так как возможность  ведения горных работ, здоровье и  производительность труда рабочих  в значительной степени зависят  от состояния проветривания горных выработок.

Механизация и автоматизация технологического процесса, увеличение мощности и глубины угольных шахт, концентрация производства и интенсификация горных работ сопровождаются значительным увеличением выделений в атмосферу вредных примесей, пыли, газа и тепла.

На режим проветривания шахты отрицательно влияет как недостаток воздуха, вызывающий повышение концентрации метана и ухудшение климатических условий в выработках, так и избыток воздуха, приводящий к повышению пылеобразования и охлаждающего действия воздушного потока, увеличению утечек и возрастанию расхода электроэнергии.

Разнообразие и сложность  схем шахтного проветривания, большая  длина и разветвленность вентиляционной сети, недостаточная изученность  аэрогазового режима, сложность получения  достоверной информации о параметрах шахтной атмосферы и ряд других специфических шахтных условий значительно усложняют разработку эффективных методов и средств борьбы с рудничным газом и пылью, высокими температурами и влажностью в горных выработках.

 

1  Вентиляторные установки главного проветривания как объект автоматизации

Система проветривания  угольной шахты включает в себя вентиляционную сеть, главную вентиляторную установку, вентиляторы местного проветривания, средства контроля содержания метана в шахтной атмосфере и калориферные установки.

Автоматизация вентиляторных  установок в настоящее время  сводится к применению дистанционного управления вентиляторами и устройствами реверсирования струи воздуха с пульта, установленного в месте нахождения постоянного дежурного персонала, и осуществлению необходимых видов контроля работы установки.

В настоящее время  большинство рудничных вентиляторов оборудовано нерегулируемым электрическим приводом. Для нерегулируемого привода крупных вентиляторов с потребляемой мощностью свыше 350 кВт применяются, как правило, высоковольтные синхронные электродвигатели, на напряжение 6 или 10 кВ, что обусловлено их высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками: высоким коэффициентом полезного действия, опережающим коэффициентом мощности; высокой надежностью вследствие относительно большого воздушного зазора между ротором и статором.

Вентиляторы средней  мощности (от 100 до 350 кВт) оснащаются низковольтными синхронными двигателями или асинхронными двигателями с фазным ротором на номинальное напряжение 0,38 кВ. Для привода вентиляторов мощностью до 100 кВт применяют в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором на напряжение 0,38 кВ.

При удалении вентиляторной  установки на расстояние свыше 500мот  диспетчерского пункта экономически выгодно вместо обычной многопроводной системы дистанционного управления, сигнализации и контроля применять телемеханические системы, позволяющие по минимальному числу линий связи передать большое количество команд и с лов. Особенно выгодно использование телемеханических систем управления вентиляторами флангового проветривания в связи с значительной удаленностью их от диспетчерского пункта.

Схемы автоматизации  вентиляторных установок главного проветривания должны обеспечивать дистанционное управление из помещения диспетчерского пункта и местное из машинного зала, а также возможность работы вентиляторов в автоматическом режиме, без постоянного обслуживающего персонала. При этом схема должна обеспечивать автоматические контроль и регистрацию всех основных параметров работы вентиляторной установки и автоматическую световую и звуковую сигнализацию при возникновении аварийных ситуаций.

Аппаратура автоматизации  должна обеспечивать: частичное регулирование  производительности вентиляторов путем поворота лопаток направляющего аппарата; реверс вентиляционной струи без остановки вентилятора; автоматическое включение резервного агрегата при выходе из строя работающего.

Аппаратура автоматизации  должна обеспечивать полное защитное отключение вентиляторной установки в следующих случаях: при коротких замыканиях и перегрузках в электрической сети, а также замыканиях на землю; при асинхронном режиме работы синхронного двигателя; при затянувшемся пуске двигателя; при отключении напряжения питания на время более 10 с, при наложении тормоза во время работы вентилятора; при нарушениях режима работы в системе маслосмазки вентиляторов; при повышении температуры подшипников двигателя и вентилятора.

Система блокировок схемы  автоматизации должна исключать:

• одновременную работу двух вентиляторов, если это не предусмотрено технологической схемой, самопроизвольный запуск электропривода вентилятора; включение вентилятора при несоответствующем выбранному режиму положения ляд в воздушных каналах;
• включение электроприводов ляд и шиберов во время работы вентилятора;
• задание двух видов управления одновременно; перестановку ляд при работающем двигателе.

Система автоматизации  должна обеспечивать непрерывный контроль положения ляд и шиберов, направляющего и спрямляющего аппаратов, депрессии и производительности вентилятора, температуры подшипников электродвигателя и вентилятора, положения тормоза, тока ротора и статора приводного двигателя, напряжения питания электропривода.

      Установка  вентиляторов главного проветривания должна обеспечивать:

• непрерывную и бесперебойную подачу в шахту необходимого количества воздуха; возможность регулирования производительности при наличии резерва ее не менее 20 от наибольшей подачи;
• переход с работы одного вентилятора на другой и при необходимости их совместную работу;
• возможность опрокидывания вентиляционной струи за время не более 10 мин при сохранении дебита не менее 60% от нормального;
• необходимый контроль параметров режима работы;
• устойчивую и экономичную работу при простоте и удобстве эксплуатации.

    Аппаратура  автоматизации вентиляторов главного  проветривания должна обеспечивать:

• возможность использования ее для различных типов вентиляторов и схем проветривания;
• представление и расшифровку информации о причинах аварий; автоматическое включение резервного агрегата при аварийном останове или выходе из строя работающего;
• частичное регулирование производительности вентилятора дистанционным поворотом лопаток направляющего аппарата;
• высокие технико-экономические показатели при эксплуатации; простоту в обслуживании при профилактических осмотрах и ремонтах и высокую ремонтопригодность.

2  Требования предъявляемые к схемам и аппаратуре автоматизации вентиляторных установок

Проветривание шахт и  рудников - один из важнейших объектов автоматизации, так как возрастающая степень механизации, увеличение мощности и глубины шахт, концентрация производства и интенсификация горных работ сопровождаются значительным увеличением выделений в рудничную атмосферу вредных газов, пыли и тепла.

Для еще большего использования производственных мощностей и дальнейшего улучшения условий труда необходима разработка эффективных методов и средств борьбы с рудничным газом и пылью, повышенной температурой и влажностью в горных выработках. Решение поставленной задачи возможно благодаря рациональному распределению поступающего в подземные выработки воздуха при непрерывном и надежном контроле основных параметров рудничной атмосферы. Непрерывные внешние возмущения - меняющаяся интенсивность газовыделения, изменение сечения горных выработок, технологии, вентиляционной сети, скоростей подвигания очистных и подготовительных работ - носят случайный во времени характер, поэтому для системы проветривания требуется непрерывная корректировка в процессе эксплуатации. Выполнение такой корректировки с необходимой эффективностью возможно лишь при применении систем автоматического управления проветриванием, в которых фактор субъективности, вносимый оператором, минимален.

Для решения задач  проветривания в настоящее время используются локальные системы автоматического управления, которые обеспечивают стабилизацию распределения воздуха в отдельной ветви вентиляционной сети, высоконадежны, требуют меньшего числа датчиков и довольно простой информационной системы. Управляющими устройствами в системах являются индивидуальные регуляторы или многоканальные цифровые регуляторы, а также специализированные управляющие ЭВМ.        

В систему проветривания  рудников и угольных шахт входят: вентиляторы  местного проветривания (ВМП), средства контроля содержания метана в шахтном воздухе, вентиляторная установка главного проветривания, вентиляционные устройства сети (двери, окна, перемычки, ляды, шиберы). Каждое звено системы проветривания имеет достаточно совершенное электромеханическое оборудование и аппаратуру автоматизированного управления, обеспечивающие высокую эффективность их эксплуатации. От надежной работы ВМП во многом зависит безопасность ведения подготовительных работ: при значительной длине тупиковой выработки вследствие утечек в воздухопроводе может оказаться, что при работающем вентиляторе в забой поступает недостаточное количество воздуха. Для контроля эффективности проветривания тупиковой выработки вентилятором местного проветривания ВМП, работающим на нагнетание, применяется аппаратура АКВ-2Г1, которая блокируется с групповым магнитным пускателем, питающим электрооборудование данной выработки, и отключает его при снижении количества воздуха, поступающего в забой, на 20% ниже нормы.

На рудниках и шахтах, опасных по газу, контроль содержания метана в шахтном воздухе является одним из основных условий обеспечения безопасности работ. При этом широкое использование электрической энергии и ведение взрывных работ обусловливают необходимость непрерывного и автоматического контроля содержания метана с передачей соответствующей информации диспетчеру шахты.

Установка вентиляторов главного проветривания должна обеспечивать:

• непрерывную и бесперебойную подачу в подземные выработки необходимого количества воздуха;
• возможность регулирования производительности при наличии резерва ее не менее 20% от наибольшей подачи;
• переход с работы одного вентилятора на другой и при необходимости их совместную работу;
• возможность реверсирования вентиляционной струи не более чем за 10 мин при сохранении дебита не менее 60% от нормального;
• необходимый контроль параметров режима работы;
• устойчивую и экономичную работу при простоте и удобстве эксплуатации.   

Автоматизация вентиляторных  установок главного проветривания  обеспечивает более четкое выполнение указанных функций с высокой степенью надежности работы электрооборудования и при высвобождении постоянного обслуживающего персонала. В настоящее время считается целесообразным дистанционное управление вентиляторами и автоматический контроль за их работой. При этом выпускаемая аппаратура автоматизации обеспечивает: дистанционный пуск и остановку выбранного вентилятора с пульта управления; дистанционное управление лядами и шибером при реверсировании воздушной струи; автоматический контроль режима работы (производительность и депрессия) вентилятора, температуры подшипников установки и статорных обмоток двигателей; автоматическую защиту электродвигателей (нулевую, от коротких замыканий и несимметричных режимов); автоматическую световую сигнализацию при нормальном режиме, световую и звуковую сигнализацию в аварийном режиме.

При комплексной автоматизации  системы проветривания в качестве дросселирующих устройств на участках рудника могут применяться вентиляционные двери с регулируемыми вентиляционными окнами. Регулирование проходного отверстия вентиляционного окна может осуществляться с помощью исполнительных механизмов.          

 

        

6   Назначение аппаратуры УКАВ-М

 

 

Аппаратура УКАВ – М  предназначена для автоматического управления шахтными вентиляторами главного проветривания с различными типами вентиляторных агрегатов и их электроприводов, обеспечивает различные виды управления и режимы работы, а также контроль, защиту и сигнализацию состояния вентиляторных установок. Это устройство выполнено в виде шкафов закрытого исполнения и содержит пульт дистанционного управления.

7   Техническая характеристика аппаратуры автоматизации УКАВ-М

Уровень взрывозащиты - РО; Напряжение питания - 220 В; Диапазон измерения - 0-100 об. %;

Пределы допустимой основной абсолютной погрешности в диапазоне:

 

0-4 - ±3,8 об. %,

4-100-±9 об. %;

Порог срабатывания предупредительной  сигнализации - ±0,4 %;

Число точек контроля концентраций метана в горных выработках 12;

Предельное расстояние точек контроля от диспетчерского пункта - 10 км

Наработка на отказ - 2500 ч;

Время восстановления - 40 мин;

Средний срок службы - 5 лет;

Габаритные размеры (мм); масса (кг): стойки приема и регистрации информации - 530><450^х1940; 197 датчика метана - 142x123x195; 2,6 преобразователя сигнала - 220x230x220; 6.

8  Комплекстность аппаратуры автоматизации УКАВ-М

Конструктивно комплект УКАВ-М представляет собой набор шкафов закрытого исполнения и пульт дистанционного управления. Комплект УКАВ-М выпускается на один вентиляторный дистанционного управления ШУ7- УКАВ-М. Кроме того, в зависимости от типа привода, в комплект входит либо ШУ5-УКАВ-М, если привод синхронный либо ШУ6-УКАВ-М, если привод асинхронный. Если привод двухдвигательный, то в комплект входят ШУ5-УКАВ-М и ШУ6-УКАВ-М или два шкафа ШУ6-УКАВ-М. Шкафы ШУЗ-УКАВ-М и ШУ4- УКАВ-М составляют общую часть электрооборудования вентиляторной установки. Шкаф ШУЗ-УКАВ-М обеспечивает распределение энергии напряжением 380 В по всем шкафам агрегат в нескольких типоисполнениях. различающихся в зависимости от типа привода вентиляторного агрегата (синхронный, асинхронный или двухдвигательный синхронный и синхроасинхронный), количества ляд и вспомогательных приводов. В любом типоисполнении комплект УКАВ-М включает в себя шкафы управления вентиляторными агрегатами: ШУ1 -УКАВ-М (ШУ11 -УКАВ-М), ШУ2-УКАВ-М и пульт управления вентиляторной установкой и управление вентиляторами проветривания помещения машинного зала. Шкафы ШУ4-УКАВ-М осуществляют управление электродвигателями лебедок ляд. Если количество ляд в установке не превышает трех, используется шкаф ШУ4- УКАВ-М, при большем количестве ляд, но не более шести, в схеме автоматизации используется шкаф ШУ8-УКАВ-М. Шкаф ШУИ-УКАВ-М аналогичен ШУ1-УКАВ-М, отличаясь тем, что не содержит цепей управления системой  маслосмазки.