Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
- 3. Обзор исследований и разработок
- 3.1 Аппаратура автоматизации шахтных водоотливных установок
- 3.2 Существующие способы контроля кавитации в насосных установках
- 4. Основные результаты исследований и разработки
- Выводы
- Список источников
Введение
Водоотливные установки шахт являются одним из важнейших объектов, автоматизация которых должна обеспечивать максимальную надежность и эффективность откачки воды из горных выработок, безопасность ведения горных работ по добыче полезных ископаемых.
Надежность и эффективность работы водоотливной установки в автоматическом режиме существенно зависит от степени точности и достоверности информации о текущих технологических параметрах работы водоотлива, получаемой с использованием средств измерения или контроля, предупреждении и исключения развития аварийных ситуаций в состоянии насосных агрегатов, диагностирования состояния механического оборудования, технологической защиты и др.
1. Актуальность темы
Одной из особенностей функционирования водоотливной установки является непостоянство ее параметров и характеристик (производительности, напора, к.п.д. и др.) в процессе эксплуатации, что приводит к выходу рабочего режима насоса из зоны промышленного использования. К анормальным режимам работы относят такие режимы: разрыв напорного трубопровода, гидравлический удар, разгерметизация всасывающего трубопровода и др. В ряде случаев это приводит к смещению рабочей точки в зону непромышленного использования насосного агрегата или возникновению кавитационного режима [1]. Последствиями возникающей в насосе кавитации является интенсивный гидроабразивный износ рабочего колеса насоса и проходных частей машины, всасывающего трубопровода, а также срыв подачи.
До настоящего времени в составе действующей аппаратуры автоматизации водоотлива не выполняются функции контроля расходных характеристик и отсутствуют средства защиты от возникновения кавитации в насосном агрегате.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Общими последствиями для всех видов утечек и кавитации, являются [2]: увеличение расхода электроэнергии на водоотливах, снижение ресурсов насосов и трубопроводов, снижение КПД водоотливной установки, резкое ухудшение эксплуатационных характеристик работы насосов на водопроводную сеть.
В результате совокупного влияния ряда факторов и интенсивного износа изменяются параметры насосов: подача, напор, к.п.д. и пропускная способность трубопроводов, что, в свою очередь, ведет к дополнительным затратам электроэнергии на водоотлив.
Для экономии электроэнергии и эффективной работы шахтной водоотливной установки системой автоматического управления должны выполняться следующие управляющие функции:
- закрытие и открытие регулирующей заслонки для поддержания рабочей точки насоса в зоне промышленного использования при незначительных утечках и изменениях сопротивления гидравлической сети;
- регулирование режимов работы и управление насосным агрегатом в зависимости от уровня развития кавитации.
Цель проектирования – повышение эффективности работы шахтной водоотливной установки путем разработки устройства автоматической диагностики порога кавитации и защиты от анормальных режимов работы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать устройство контроля степени кавитации во всасывающем трубопроводе;
- разработать устройство защиты и систему стабилизации кавитационного запаса насосного агрегата.
Проектируемое устройство автоматической защиты от анормальных режимов работы водоотливной установки должно:
- фиксировать порог наступления и степень развития кавитации;
- обеспечивать незначительную инерционность канала измерения и передачи информации на пульт горного диспетчера;
- осуществлять автоматическое регулирование рабочей точки насоса в зоне его промышленного использования и защиту при возникновении анормальных режимов работы;
- обеспечивать гальваническую развязку по каналам питания измерительных преобразователей и исполнительных механизмов от блока управления устройства;
- все цепи устройства должны быть искробезопасными и согласованными с приводом управляющей заслонки.
3. Обзор исследований и разработок
Водоотливные установки должны обеспечивать надежную откачку воды из подземных выработок при возможно меньших эксплуатационных расходах [3]. В соответствии с требованием ТБ водоотливные установки должны быть оборудованы аппаратурой автоматизации. Автоматически действующая аппаратура выполняет операции вместо машинистов насосов, обеспечивает точность, безопасность и своевременность этих операций. Это позволяет продлить межремонтные сроки за счет исключения случаев холостой работы водоотлива и дает возможность экономить значительные средства.
3.1 Аппаратура автоматизации шахтных водоотливных установок
Для автоматизации процесса главного водоотлива применяются различные средства и системы автоматизации в виде аппаратуры: АВН.1М, УАВ, ВАВ, ВАВ.1М.
Аппаратура ВАВ.1М представляет собой модернизированный вариант выпускаемой ранее аппаратуры, ВАВ, УАВ. ВАВ.1М предназначена для применения на действующих, перестройках и строящихся шахтах, опасных по газу и пыли, внезапным выбросам газа и обеспечивает автоматическое управление до трех насосов с двигателями высокого напряжения. Автоматическое управление насосными агрегатами осуществляется в функции уровня в водосборнике с коррекцией графика работы в соответствии с установленными периодами максимума энергосистемы [4].
Аппаратура ВАВ.1М обеспечивает [5]:
- автоматическое управление работой насосных агрегатов в функции уровня воды;
- дистанционное и местное ручное управление работой насосных агрегатов;
- в случае отказа рабочего насоса автоматическое включение резервного;
- очередность работы насосов;
- последовательность запуска и остановки насосов при их параллельной работе;
- запрет включения в работу неисправного насоса;
- коррекцию графика работы насоса с целью создания естественных условий его отключения на период максимума энергосистемы;
- учет времени работы насосных агрегатов;
- отображение сигналов на табло диспетчера об уровне воды в водосборнике, работе насосов, отказе и виде неисправности в работе установки, времени периода максимума энергосистемы.
3.2 Существующие способы контроля кавитации в насосных установках
Контроль возникновения кавитации в насосном агрегате может быть осуществлен по величине вакууметрического давления в подводящем трубопроводе, и по вакууметрической высоте всасывания. Однако применение этих способов связано с трудностями в их технической реализации и не всегда своевременно позволяет определить развитие кавитационных явлений.
Для контроля кавитации могут быть применены корреляционные ультразвуковые методы контроля по величине шума кавитирующей жидкости в двух различных сечениях [6]. Однако, применение этого метода затруднено в промышленных условиях из-за значительного влияния шумового фактора работающих механизмов на соотношение полезный сигнал-шум.
Кроме того, анализ литературных источников показывает, что наиболее эффективным является применение ультразвуковых средств контроля кавитации, реагирующих на изменение физических свойств жидкости, например, по величине скорости прохождения упругих колебаний в кавитирующей жидкости в зависимости от процентного содержания свободного воздуха[7].
Этот метод контроля кавитации является наиболее простым и точным в реализации.
4. Основные результаты исследований и разработки
Алгоритм работы устройства защиты шахтной водоотливной установки от анормальных режимов работы
Устройство защиты шахтной водоотливной установки от анормальных режимов работы должно выполнять возложенные на него функции, то есть функционировать следующим образом.
При подключении источника питания устройство опрашивает первичный пьезоэлектрический преобразователь о кавитационном состоянии насосной установки, то есть, есть ли кавитация во всасывающем трубопроводе или на входе в рабочее колесо насоса.
Получив сигнал от преобразователя, устройство фиксирует два уровня кавитации: порог неинтенсивной кавитации, когда кавитация только начинается или уже заканчивается и зону интенсивной кавитации.
Если насос попадает в так называемую зону интенсивной кавитации устройство начинает регулирование рабочего режима насоса с целью вывода его из зоны кавитации, то есть увеличение его кавитационного запаса.
Устройство воздействует на электропривод заслонки, установленной на нагнетательном трубопроводе. Заслонка поворачивается и изменяет гидравлический напор нагнетательного трубопровода, тем самым изменяя его гидравлическую характеристику, а с ней и режим работы насосного агрегата.
Управление режимом работы водоотливной установки осуществляется пока насос не будет выведен из зоны кавитации или пока рабочая точка на гидравлической характеристике насоса не сместится к границе зоны его промышленного использования. В этом случае любое дальнейшее управление заслонкой недопустимо, поэтому в этом случае устройство автоматически исключает контур автоматического регулирования насоса и будет работать только в режиме выдачи информации о кавитационном состоянии водоотливной установки.
На рисунке 1 показан алгоритм работы устройства контроля и защиты главной водоотливной установки от кавитации.
Рисунок 1 – Блок схема алгоритма функционирования устройства защиты шахтной водоотливной установки от анормальных режимов работы
(анимация: 8 кадров, 188 килобайт)
Как видно из рисунка 1 функционирование схемы начинается с подачи напряжения (блок 2) и сигнала от пьезоэлектрического преобразователя о кавитационном состоянии водоотливной установки.
В блоке 3 установлены условия регулирования режимом насоса и граница работы контура регулирования устройства. Рабочую точку насоса возможно перемещать вдоль характеристики насоса пока угол поворота заслонки не станет отвечать предельному коэффициенту кривой гидравлической характеристики напорного трубопровода.
В блоке 4 устанавливается первая граница кавитации, которая соответствует порогу кавитации в зоне неинтенсивной кавитации.
В блоке 5 отражается световая сигнализация о нахождении главной водоотливной установки в зоне неинтенсивной кавитации.
В блоке 6 положена вторая граница кавитации, которая соответствует зоне интенсивной кавитации. Нахождение насоса в границах этой зоны недопустимо, поэтому блок 8, выполняет роботу контура защиты (регулирования) устройства автоматизации, в функции которого входят ступенчатая регулировка угла поворота заслонки.
Регулировка угла происходит до тех пор, пока насос не будет выведен из зоны интенсивной кавитации или пока рабочая точка насоса не приблизится к границе его промышленного использования.
Структурная схема устройства защиты шахтной водоотливной установки от анормальных режимов работы
На рисунке 2 изображена спроектирована структурная схема устройства автоматического контроля и защиты (УАКЗ) водоотливной установки от анормальных режимов работы.
Рисунок 2 – Структурная схема устройства защиты и стабилизации кавитационного запаса водоотливной установки
Принцип действия устройства основан на измерении уровня кавитации во всасывающем трубопроводе путем сравнивания скорости ультразвука в кавитирующей и обычной жидкости с последующим формированием управляющего воздействия для регулирования кавитационного запаса работающего насосного агрегата.
Устройство работает следующим образом. С кварцевого генератора импульсы возбуждения фиксированной частоты поступают в пъезоэлектрический преобразователь, выход которого подключен к входу широкополосного импульсного усилителя. После усиления сигнал поступает на соответствующий вход триггерной схемы. В ее функции входит формирование импульсов, длительность которых определяется длительностью импульсов с выхода импульсного усилителя, а частота - частотой сигнала генератора.
Импульсы с выхода триггерной схемы поступают в ограничитель амплитуды и далее в мостовую измерительную схему, в которой осуществляется сравнивание напряжений с выхода генератора и с выхода ограничителя амплитуды. При постоянстве амплитуды сигнала и частоты кварцевого генератора в диагонали мостовой схемы создается ток разбаланса, зависящий от длительности импульсов с выхода пьезоэлектрического преобразователя. Сигнал разбаланса с выхода мостовой измерительной схемы поступает в блок пороговых элементов, в котором по величине тока уставки и амплитуде тока разбаланса задаются пороговые значения интенсивности кавитации во всасывающем трубопроводе. Выходной сигнал блока управления приводом заслонки формирует управляющий сигнал на продолжение работы насоса или на включение привода заслонки нагнетательного трубопровода при возникновении кавитации. Блок индикации обеспечивает сигнализацию в соответствии с текущими режимами работы насоса.
Выводы
В результате рассмотрения шахтной водоотливной установки как объекта автоматизации сформулированы основные требования к устройству и системе автоматического контроля и защиты шахтной водоотливной установки от кавитации.
Критический анализ существующих систем автоматизации позволил установить, что в настоящее время отсутствует непрерывный контроль за порогом и степенью кавитации в насосном агрегате. Это позволило наметить основные направления по совершенствованию средств и систем автоматизации шахтных водоотливных установок и разработать алгоритм автоматического регулирования, который обеспечивает высокую эффективность работы шахтного водоотлива.
Разработан метод определения интенсивности кавитации, алгоритм функционирования и структурная схема устройства защиты шахтной водоотливной установки от анормальных режимов работы.
Таким образом, применение разрабатываемого устройства повышает надежность и эффективность работы водоотливной установки в автоматическом режиме, существенно улучшает условия труда рабочих, повышает безопасность, а также улучшает технико – экономические показатели работы угольного предприятия.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2019 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
Список источников
- Гейер В.Г. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. - М.: Недра, 1987. – 270 с.
- Шевчук С.П. Повышение эффективности водоотливных установок- К.: Техника, 1991. – 53 с.
- Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990. - 294 с.
- Батицкий В.А., Лухолетов В.И., Рыжков А.А. Автоматизация производственных процессов и АСУТП в горной промышленности. - М.: Недра, 1991. - 303 с.
- Научные труды высших учебных заведений Литовской ССР. – Ультразвук. – Каунасс. – 1979, №11.
- Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. - М.: Недра, 1975. – 353 с.
- Шутилов В.А Основы физики ультразвука. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1980. – 280 с. – 288 с.