УДК 622.531:622.537

Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць VII Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 26-28 квітня 2007р. – Донецьк: ДонНТУ, 2007. – С.77-80.

     Шахтные водоотливные установки выполняют весьма ответственную задачу—предотвращают заполнение горных выработок подземными водами, что предъявляет высокие требования к надежности этих установок. Кроме того, водоотлив — одна из самых энергоемких установок шахты, и поэтому необходимо обеспечить её надежную и экономичную работу, снизить долю тяжелого ручного труда при её обслуживании с минимальными затратами электроэнергии.

     Применяемая в настоящее время аппаратура управления главным водоотливом ВАВ.1М не достаточно надежно контролирует рабочие режимы насосов, не решает ряд задач, возникающих на водоотливе, по предотвращению таких нежелательных явлений как кавитация, утечка воды из транспортных трубопроводов, а также износ разгрузочных узлов насосов, что приводит к снижению эффективности работы водоотлива. Поэтому необходимым является разработка и применение дополнительных блоков защиты. Данные блоки защиты будут обеспечивать измерение, контроль и сравнение с уставками рабочих параметров насоса и сети для поддержания оптимального режима работы водоотливной установки. Установлено, что на изменение механических характеристик насосной установки в процессе эксплуатации влияет много факторов, однако не все они одинаково значимые. Ни один параметр не может быть принят в качестве единственного информационного сигнала, достаточного для реализации защиты без дополнительного учета других параметров. При реализации той или другой защиты следует принимать во внимание не менее двух наиболее значимых для конкретных условий параметров, а другие, менее значимые, можно исключить из рассмотрения.

     В этой связи работа, направленная на повышение эффективности работы насосов за счет увеличения уровня автоматизации путем разработки устройства управления насосом при глубокой откачке приемного колодца является весьма актуальной.

     В качестве основного метода исследования может быть принят логический синтез на основе дискретной схемотехники и микропроцессорной техники, а в качестве принципа построения разрабатываемого устройства - блочный принцип с использованием стандартных средств контроля и управления. Это позволило провести большой объем аналитических исследований с целью получения необходимых эмпирических формул для определения параметров управления в широком диапазоне используемых средств регулирования и применяемых насосов на главном водоотливе.

     Явление кавитации является причиной плохой работы сальников, заедания проворачивающихся деталей ротора и изменения напорной характеристики насоса. Основным способом предупреждения кавитации, обеспечивающим нормальную работу несоосных агрегатов в условиях шахты, является правильный выбор высоты всасывания (Нвс) и регулирование подачи насоса.

     В период експлуатации для повышения еффективности и надежности работы насосного агрегата необходимо:

     - не допускать загрязнения всасывающего трубопровода;

     - обеспечить герметизацию всасывающей системы, исключить подсасывания воздуха, следить за наличием водяного кольца в сальниках (через сальник должна капать вода);

     - высота всасывания не должна превышать допустимую для данного насоса и фактической подаче насоса.

     При разработке технического решения для управления в качестве средств контроля необходимо использовать расходомер, установленный на подводящем трубопроводе, и уровнемер, расположенный в приемном колодце водосборника. В качестве способа регулирования на первом этапе может быть принято дросселирование напорного трубопровода при помощи регулировочной задвижки. Дросселирование всасывающего трубопровода не принимается, потому что при этом значительно уменьшается высота всасывания и увеличивается опасность возникновения кавитационных режимов в подводящем трубопроводе.

     Объектом автоматизации является насосная установка главного водоотлива шахты, технологическая схема которой приведена на рисунке 1, где 1 - приемный колодец; 2 - подводящий трубопровод, оборудованный приемной сеткой ПС (предохраняющей от поступления в трубопровод твердого крупностью большей, чем 0.3-0.5 ширины выходной щели рабочего колеса) и обратным клапаном ОК (который препятствует вытеканию воды из проточной части основного насоса при заливке); 3 - насос; 4- нагнетательный трубопровод с обратным клапаном ОК (служащий для сохранения воды в нагнетательном трубопроводе при стоянке насосов, недопущения обратного движения воды при остановке насосов и защиты насоса от гидравлического удара при внеплановой остановке), регулировочной задвижкой ЗР с приводом ПЗ (служащей для изменения режимов работы агрегата) и концевыми выключателями положения "открыто" - "закрыто" КВО, КВЗ; Q_т - расходомер, установленный на подводящем трубопроводе; h_т - уровнемер, расположенный в приемном колодце водосборника.

Рисунок 1 – Технологическая схема насосной устанивки главного водоотлива шахты

     Структурная схема системы управления насосом при глубокой откачке приемного колодца приведена на рисунке 2, где Д_Q - аналоговый датчик расхода; Д_h - аналоговый датчик уровня; БПС - блок преобразования сигнала; ВУ - вычислительное устройство (микроконтроллер); БФС - блок формирования сигналов; БФК - блок формирования команд; БВУ - блок выходных устройств; БСИ - блок световой индикации; h_т - сигнал, пропорциональный уровню жидкости в приемном колодце, м; Q_т - сигнал,пропорциональный текущей подачи насоса, м³/ч; Q_р - расчетная уставка по подаче, определяемая из выражения (1), м³/ч; Н₀ - давление на уровне зеркала воды в приемном колодце, м; h₀ - высота отключающего уровня; Х₁ - сигнал, соответствующий Q_т > Q_р Х₂ - сигнал, соответствующий h_т < h₀.

Рисунок 2 – Структурная схема устройства управления насосом

     Кроме управляющей команды (прикрытие задвижки), разрабатываемая система обеспечивает сигнализацию о нештатных состояниях насосной установки, для чего используем блок светоиндикации.

Q_р=а∙х^b, (1)

     где a, b - эмпирические коэффициенты. Для насоса типа ЦНС 300-120-600 а=36, b=1,3;

х=Н₀-Н_ВГ ,

     где Н_ВГ - геометрическая высота всасывания, м;

Н₀=9,69+10^-3∙Н_ш ,

     где Н_ш - глубина шахты, Н_ш=560 м.

Н₀=9,69+10^-3∙ 560=10,25 ,

     Из геометрического построения следует, что

Н_вг^т=h_т + 0,5 = h_т

x=Н₀^' - h_т,

     где Н₀^' = Н₀ - h_н.

Н₀^' = 10,25 - h_т - 0,5 = 9,75 - h_т