УДК 622.276.054

VII международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2005»: материалы конференции (22-24 марта 2006г., г. Ухта): в 3 ч.; ч. 1. – Ухта: УГТУ, 2006. – С.41-45.

     Насосная установка главного водоотлива шахты, технологическая схема которой приведена на рис. 1, состоит из приемного колодца 1; подводящего трубопровода 2, оборудованного приемной сеткой ПС и обратным клапаном ОК; насоса 3; нагнетательного трубопровода 4 с обратным клапаном ОК, регулировочной задвижкой ЗР с приводом ПЗ и двумя концевыми выключателями, один из которых (КВЗ) контролирует закрытое состояние задвижки, другой (КВО) - открытое её состояние; расходомера переменного перепада давления Р, установленного на подводящем трубопроводе; манометра М, установленного на нагнетательном патрубке насоса.

Рис.1. Технологическая схема насосной установки главного водоотлива шахты

     Рабочий режим совместной работы насоса и трубопроводной сети определяется точкой пересечения их характеристик. В период эксплуатации по ряду причин происходит отклонение режима работы насосов от нормального, при этом изменяется подача и давление. К рабочему режиму насоса предъявляется требование экономичности, которая оценивается коэффициентом полезного действия. Согласно [1], чтобы работа насоса была экономичной, его режим должен находиться в пределах рабочего участка характеристики, ограниченного допустимым значением КПД:

η_доп = (0,85-0,95)⋅η_max

где η_max – максимальное значение КПД. На рис. 2 приведен график изменения напорных характеристик насоса и трубопроводной сети, где Q, H – текущее значение соответственно подачи и напора; H_м = f (Q), H_c = φ (Q) – соответственно графики напорных характеристик машины (насоса) и трубопроводной сети; О – рабочая точка; Q₀, Q₁ и Q₂(H₀, H₁ и H₂) – соответственно рабочая, минимальная и максимальная подача (напор) насоса в рабочей зоне. Заштрихованный прямоугольный треугольник, катеты которого проведены через точки 1 и 2, определяет зону промышленного использования насоса. Правая граница этой зоны (точка 1) ограничивает работу насосной установки по условию возможного возникновения кавитационных режимов, а левая (точка 2) – недопустимым снижением КПД.

     Для каждого типа насоса, кроме зоны промышленного использования, установлено также предельное положение кривой его напорной характеристики H′_м = f (Q) относительно первоначальной, паспортной характеристики. При этом допускается снижение напорной характеристики насоса не более, чем на 10% от номинальной, после чего эксплуатация насоса считается неэффективной и насос останавливают на ремонт.

     В соответствии с требованием правил безопасности насосные установки должны быть оборудованы аппаратурой автоматизации. Автоматически действующая аппаратура, выполняющая управляющие операции вместо машинистов насосов, обеспечивает точность, безошибочность и своевременность проведения операций, связанных с пуском и остановкой насосов. В настоящее время, согласно [2], для автоматизации насосной установки применяется базовая аппаратура ВАВ.1М. Она не предусматривает поддержание насосной установки в зоне промышленного использования. Это не позволяет продлить межремонтные сроки за счет исключения случаев нештатной работы водоотлива и приводит к непроизводительным затратам электроэнергии на водоотливе вследствие неконтролируемого снижения рабочего давления в трубопроводной сети и соответствующего ему снижения КПД насоса.

Рис.2. График изменения напорных характеристик насоса и трубопроводной сети

     Поэтому разработка дополнительного блока управления насосной установкой в зоне промышленного использования с целью повышения эффективности работы насосов является актуальной задачей.

     Структурная схема блока управления насосной установкой в зоне промышленного использования насоса приведена на рис. 3, где Д – датчики: ДАn – аналоговые датчики, (n – их количество, n=2), ДД – дискретный датчик; БФК – блок формирования управляющих команд; СС1 – схема согласования по входу БФК, которая используется для подключения датчиков к данному блоку, а также для гальванической развязки по питанию выходных цепей датчиков и блока логики: САС – схема согласования аналогового сигнала, СДС – схема согласования дискретного сигнала; СС2 – схема согласования по выходу БФК, обеспечивающая временную задержку выходного сигнала и его усиления по мощности, поскольку на выходе блока логики формируется сигнал малой мощности, недостаточный для воздействия на привод задвижки; ИМ – исполнительный механизм; БСИ – блок светоиндикации, обеспечивающий сигнализацию о нештатных состояниях насосной установки.

     Входными сигналами для данного блока являются сигналы, поступающие от аналоговых датчиков: расходомера, установленного на подводящем трубопроводе, и манометра, установленного на напорном патрубке насоса, а также от дискретных датчиков конечного положения запорного органа регулировочной задвижки (КВО и КВЗ).

Рис.3. Структурная схема разрабатываемого устройства

     При разработке алгоритма работы разрабатываемого устройства принята следующая инициализация входных сигналов, промежуточных и выходных команд:

• входные сигналы: Q ≤ Q₁:=x₁ – расположение Q левее правой границы рабочей зоны; Q ≥ Q₂:=x₂ – расположение Q правее левой границы рабочей зоны; H⁰₁ = 0,9H₁ – уставка по нижней границе рабочей зоны; H⁰₂ = 0,9H₂ – уставка по верхней границе рабочей зоны; H ≥ H⁰₁:=y₁, H ≥ H⁰₂:=y₂ – расположение H выше предельно допустимого значения; z₁ – КВО находится в замкнутом положении; z₂ – КВЗ находится в замкнутом положении;

• сигнализация: C₁:= задвижка в крайних положения; C₂:= невозможность регулирования по H; C₀:= отключение насоса;

• функции управления: F₁:= приоткрытие задвижки; F₂:= прикрытие задвижки;

• промежуточные функции: F₀:= задвижка открыта; F_з:= задвижка закрыта; F_п:= задвижка в промежуточном положении.

Рис.4. Граф состояний разрабатываемого устройства

     На основании разработанного алгоритма, приведенного на рисунке 4, логические функции управления, сигнализации, а также промежуточные функции имеют вид:

• промежуточные функции: , F_п = z₁⋅z₂, ;
• функции управления: , ;
• сигнализация: C₁ = F₂⋅F₃, , C₀ = C₁+C₂.

     Итак, предлагаемое устройство обеспечивает управление насосом в зоне его промышленного использования с помощью регулировочной задвижки, а также формирование сигнализации о нахождении задвижки в крайних положения, невозможности регулирования по напору и отключении насоса. Аппаратная часть этого устройства может быть реализована как на дискретной микросхемотехнике, так и на микроконтроллере. Последний вариант является предпочтительным с точки зрения дальнейшего расширения функциональных возможностей, например, при создании системы диагностики технического состояния насосной установки.

     Библиографический список