УДК 621.515:681.5

Д.С. Любчак, О.С. Оголобченко
Донецький національний технічний університет, м. Донецьк
кафедра гірничої електротехніки та автоматики ім. Р.М. Лейбова
E-mail: Lyubchak@list.ru, Ogolob@i.ua

ОБГРУНТУВАННЯ НАПРЯМКУ ПІДВИЩЕННЯ РІВНЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТУРБОКОМПРЕСОРНОЇ УСТАНОВКИ ПНЕВМОПОСТАЧАННЯ ШАХТИ

Источник: Сборник ВАК Украины трудов Донецкого национального технического университета – Донецк: ДонНТУ, 2011.

Анотація

Любчак Д.С., Оголобченко А.С. Обґрунтування напрямку підвищення рівня автоматизації турбокомпресорної установки пневмопостачання шахти. Пропонується система комплексної автоматизації турбокомпресорної установки пневмопостачання шахти як напрямок підвищення рівня автоматизації турбокомпресорної установки. Система автоматизації складається з двох інформаційно-керуючих рівній: на нижньому рівні здійснюється контроль параметрів, автоматичний захист від аварійних ситуацій та автоматичне регулювання продуктивності турбокомпресора. На верхньому рівні здійснюється візуалізація ходу технологічного процесу і роботи турбокомпресорної установки, сповіщення обслугову-ючого персоналу, архівація даних, при необхідності коректування уставок захисту та управління Пропоновані технічні рішення обґрунтовані шляхом моделювання на ЕОМ.

Ключові слова: турбокомпресор, автоматизація, захист, регулювання продуктивності, передаточна функція, регулятор, перехідний процес, показники якості.

Аннотация

Любчак Д.С., Оголобченко А.С. Обоснование направления повышения уровня автоматизации турбокомпрессорной установки пневмоснабжения шахты. Предлагается система комплексной автоматизации турбокомпрессорной установки пневмоснабжения шахты как направление повышения уровня автоматизации турбокомпрессорной установки. Система автоматизации состоит из двух информационно-управляющих уровней: на нижнем уровне осуществляется контроль параметров, автоматическая защита от аварийных ситуаций и автоматическое регулирование производительности турбокомпрессора. На верхнем уровне осуществляется визуализация хода технологического процесса и работы турбокомпрессорной установки, оповещение обслуживающего персонала, архивация данных, при необходимости корректировка уставок защиты и управления. Предлагаемые технические решения обоснованы путем моделирования на ЭВМ.

Ключевые слова: турбокомпрессор, автоматизация, защита, регулирование производи-тельности, передаточная функция, регулятор, переходный процесс, показатели качества.

Abstract

Lyubchak D.S., Ogolobchenko A.S. The motivation of the direction of increasing level to automations turbocompressor installation air providing of mine It is offered system to complex automation turbocompressor installation of air providing of mine as direction of increasing level to automations turbocompressor installation. The system to automations consists of two infor-mation-controlling levels: on lower level is realized checking parameter, automatic protection from emergencies and automatic regulation to capacity turbocompressor. On top-level is realized visualization of the move of the technological process and work turbocompressor installation, notification servicing personnel, archiving data, adjustment maximum importance protection and control. Proposed technical decisions are motivated by modeling on computer.

Keywords: turbocompressor, automation, protection, regulation to capacity, transmitting function, regulator, turning process, factors quality.

Загальна постановка проблеми.

Джерелом пневматичної енергії на гірничих підприємствах є компресорні установки, як правило турбокомпресори, які встановлюються на поверхні шахти на компресорній станції.

У роботі як базова для автоматизації розглянута технологічна схема процесу пневмопостачання шахти: турбокомпресорна установка – пневмомережа – споживачі пневматичної енергії [1]. У підземних умовах енергія стислого повітря використовується для пневмоприводів: сверл, бурових станків, насосів, бетономішалок, лебідок, відбійних і бурильних молотків. Також за допомогою стислого повітря здійснюється ерліфтний гідропідйом на гідрошахтах.

Турбокомпресорні установки по виробничому процесу гірничого підприємства працюють на мережу із змінним споживанням пневматичної енергії, що викликає відповідні зміни режимів роботи турбокомпресорних установок, які можуть привести до коливань тиску в пневмомережі, а відповідно до аварійних режимів роботи споживачів пневматичної енергії (при підвищені тиску) або зменшення їх продуктивності (при зниженні тиску). Також характерним є виникнення помпажу в турбокомпресорі, що є аварійним режимом для установки.

Турбокомпресорні установки є потужними енергоспоживачами, що вимагає забезпечення їх роботи в енергозберігаючих режимах.

В даний час турбокомпресорні установки пневмопостачання шахт автоматизовані частково. При цьому:

1. Здійснюється контроль основних технічних параметрів роботи турбокомпресорної установки: осьового зрушення; тиску в системі охолодження і масло змазки; температури обмоток і підшипників привідного електродвигуна і редуктора; температури води і масла в системах охолодження і маслозмазки відповідно; вібрації; витрати і тиску стислого повітря.

2. Протипомпажний захист, як правило, здійснюється з використанням контролю співвідношення величин кількості всмоктуваного повітря і тиску в нагнітальному трубопроводі турбокомпресора. На деяких установках застосовані пристрої захисту, які засновані на контролі коливань струму у статорній обмотці привідного електродвигуна [2].

3. Управління установкою (підготовка до пуску, пуск та ін.) здійснюється, як правило, у ручному режимі.

4. Продуктивність турбокомпресорних установок не регулюється.

5. Здійснюється захист привідного електродвигуна турбокомпресорної установки від комутаційних перенапружень, короткого замикання і перевантаження.

6. Збір і зберігання архівної інформації про температуру у всіх необхідних точках, а також про витрату і тиск стислого повітря здійснюється за допомогою застарілих електронних приладів, що пишуть.

Рівень часткової автоматизації не достатній для ефективної роботи турбокомпресорної установки і споживачів стислого повітря.

Постановка задач дослідження.

Для підвищення ефективності роботи турбокомпресорної установки пневмопостачання шахти пропонується розробка системи комплексної автоматизації турбокомпресорної установки, як більш високий рівень автоматизації. При цьому необхідно вирішити наступні задачі:

1. Обґрунтування принципу і структури пристрою протипомпажного захисту турбокомпресорної установки.

2. Вибір і обґрунтування параметрів регуляторів системи автоматичного регулювання продуктивності турбокомпресорної установки.

3. Обґрунтування структури системи комплексної автоматизації турбокомпресорної установки з використанням ЕОМ і автоматизованим робочим місцем оператора.

Висновки.

1. Для підвищення ефективності роботи турбокомпресорної установки пневмопостачання шахти пропонується система комплексної автоматизації турбокомпресорної установки, як більш високий рівень автоматизації. В якості базової апаратури прийнята апаратура УКАС-М. Додатково до системи автоматизації введені мікропроцесорний пристрій автоматичного захисту турбокомпресора від помпажа, система автоматичного регулювання продуктивності турбокомпресорної установки, датчик тиску стислого повітря в кінці пневмомережі, датчик частоти обертання привідного електродвигуна, лічильник витрати електричної енергії, адаптери передачі інформації,промисловий комп’ютер з сервером баз даних .

2. Виникнення помпажа в турбокомпресорі пропонується контролювати по коливанням (по амплітуді або по похідній) електричних параметрів привідного електродвигуна. Пристрій автоматичного захисту турбокомпресора від помпажа розроблений на базі мікроконтролера з блокоми передачі даних в комп’ютер.

3. Для забезпечення стабілізації тиску повітря в пневматичній мережі при перемінній кількості споживачів пропонується автоматичне регулювання продуктивності турбокомпресорної установки шляхом регулювання частоти обертання привідного електродвигуна турбокомпресора. При цьому шляхом моделювання на ЕОМ системи САР встановлено, що в двохконтурній САР необхідно застосовувати І-регулятор частоти обертання привідного електродвигуна турбокомпресора у внутрішньому контурі регулювання і ПІ-регулятор тиску повітря в зовнішньому контурі.

4. Для візуалізації ходу технологічного процесу пневмопостачання, роботи турбокомпресорних установок компресорної станції, сповіщення обслуговуючого персоналу об аварійних і штатних режимах роботи установок, архівації даних і в разі необхідності ручного коректування уставок захисту та управління система автоматизації повинна мати автоматизоване робоче місце оператора з промисловим комп’ютером ПК і сервером баз даних. Програмне забезпечення ПК повинне забезпечити простоту і зручність сприйняття інформації оператором.

Література

1. Мелькумов Л.Г. Автоматизация пневматического хазяйства шахт и рудников / Мелькумов Л. Г., Найман А.Е., Травкин Е.К. – М.: Недра, 1977. – 271 с.

2. Груба В.И. Внедрение в промышленную эксплуатацию на гидрошахте «Красноар-мейская» системы автоуправления турбокомпрессорной станцией эрлифтного гидроподъема. / Груба В.И., Нищета В.В., Деканенко В.Н. // Сборник тезисов докладов научно технической конференции по завершенным научно-исследовательским работам. -Донецк, 1991.

3. Нищета В.В. Как и куда исчезает моторесурс компрессорной машины / Нищета В.В., Свистельник А.В., Таргонский В.А. // Вибрация машин: измерение, снижение, защита. – 2007. - №4. – С. 50-59.

4. Сербин Д.С. Косвенный контроль возникновения помпажа в турбокомпрессоре и устройство автоматической защиты / Сербин Д.С., Оголобченко А.С. // XI международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2010»: материалы конференции (17-19 марта 2010г., Ухта): в 5 ч; ч. 1.– Ухта: УГТУ, 2010. – С. 131-133.

5. Волотковский С.А. Электрификация стационарных установок шахт: Справочное пособие / Волотковский С.А., Крюков Д.К., Разумный Ю.Т. и др. Под общей ред. Пивняка Г.Г. – М.: Недра, 1990. – 399 с.