Разработка системы контроля тепловых режимов работы шахтного ленточного конвейера

Технологический процесс транспортировки грузов и материалов является одним из важнейших в функционировании угольной шахты.

Современные угольные шахты характеризуются высокой концентрацией производства, использованием высокопроизводительной, угольной техники и сложных энергоемких электромеханических систем. Эффективность угледобычи в значительной степени зависит от четкости и надежности работы шахтного транспорта, поэтому процесс транспортировки угля требует большой надежности, эффективности, высокого КПД.

Ленточные конвейеры и конвейерные линии - это сложные объекты автоматизации как с позиции управления ими, так и с точки зрения обеспечения безопасности эксплуатации.

Основной задачей автоматизации конвейерных линий является централизованное управление процессом пуска и остановки, обеспечение автоматических защит с целью уменьшения энергозатрат, расхода материалов и исключения аварийных режимов работы. Кроме того, все более актуальной становится задача автоматического регулирования температурных режимов работы ленточного конвейера.

Технологический процесс транспортирования грузов представлен на рисунке 1.

Процесс нагрева приводного барабана, ленты и распределенных физических элементов ленточного конвейера (роликоопор) определяется режимом его работы, натяжением набегающей и сбегающей ветвей ленты, удельной нагрузкой на ленту, техническим состоянием роликоопор (заштыбовка), а также технологическими параметрами ленточного конвейера, такими как: ширина ленты, диаметр приводного барабана и длина ленточного конвейера.

В настоящее время существующие системы автоматического управления ленточными конвейерами и конвейерными линиями (АУК-1М, АУК.3, САУКЛ и т.д.) не обеспечивают в полной мере функцию автоматического контроля тепловых режимов работы отдельных элементов и узлов ленточного конвейера [1]. Большинство средств и систем автоматизации конвейерных линий реализованы на устаревшей элементной базе, ограничивающей функциональные возможности аппаратуры. Надежность и безопасность работы конвейеров снижается также из-за частых отказов релейных и полупроводниковых элементов, нестабильности их работы и быстрого износа контактных групп.

Рассмотрим процесс нагрева для пары «приводной барабан – лента» (рис. 2).

На рис. 2 приведено: S1 и S2 – натяжение набегающей и сбегающей ветвей ленты; Q1 – количество тепла, отведенное излучением; Q2 – количество тепла, отведенное естественной конвекцией; Q3 – количество тепла, отведенное вынужденной конвекцией, tпр.б – температура приводного барабана; tр.о – температура роликоопор; tл – температура ленты; Руд – удельная нагрузка на ленту.

Тепло, образованное в результате трения ленты о барабан, затрачивается на нагрев этих элементов, и отводиться излучением и естественной конвекцией от участков ленты, а также вынужденной конвекцией от торцевых поверхностей барабана.

Уравнение теплового баланса процесса нагрева приводного барабана и ленты имеет вид [2]:

где Qобр – количество тепла, образованное во время работы конвейера, ккал/ч;
Qнб – количество тепла, затрачиваемое на нагрев барабана и ленты, ккал;
Q1 – количество тепла, отведенное излучением, ккал/ч;
Q2 – количество тепла, отведенное естественной конвекцией, ккал/ч;
Q3 – количество тепла, отведенное вынужденной конвекцией, ккал/ч;
T – время работы конвейера.

где S – суммарное натяжение ветвей ленты;

где Wгр и Wпор – сопротивления движению ленты соответственно на груженой и порожней ветвях.

Анализ уравнения теплового баланса и диаграммы натяжения показывает, что тепловой режим работы ленточного конвейера определяется удельной нагрузкой на ленту, а также усилиями натяжения груженной и порожней ветвей.

Для контроля температурных режимов работы ленточного конвейера разработана система, позволяющая выбирать рациональное соотношение удельной нагрузки на ленту и усилий натяжения ленты.

В состав разработанной системы автоматизированного контроля температурных режимов работы конвейера входит комплекс средств отбора информации по текущей температуре нагрева приводного барабана tпр.б., роликоопор tр.о, ленты tл, а также усилию натяжения ветвей ленты S1 и S2 и удельной нагрузки на ленту Руд.

Для контроля нагрева ленты и роликоопор по всей длине конвейера, предупреждения возгорания ленты применяется линейный температурный извещатель (термокабель) PHSC, производства компании Protectowire (США)[3].

Линейный тепловой извещатель PHSC представляет собой уникальный тепловой детектор в виде кабеля, который позволяет выявить источник перегрева в любом месте по всей его длине. Вариант размещения термокабеля на раме ленточного конвейера приведен на рисунке 3.

Термокабель PHSC TRI-Wire генерирует отдельные сигналы срабатывания («Предтревога») и пожарной тревоги в зависимости от установленных температурных порогов срабатывания защиты.

Температура приводного барабана ленточного конвейера измеряется термосопротивлением, включенным в мостовую схему. Удельная нагрузка на ленту Pуд определяется конвейерными весами фирмы SBS, позволяющими автоматически тарировать ленту, осуществлять мониторинг отклонений взвешивания и отсутствие груза на ленте, обнаруживать материал остающийся на ленте, фиксировать процент времени прохождения пустой ленты за выбранный период времени. Интеллектуальный цифровой датчик удельной нагрузки SFT в конструктивном исполнении IP 65 не требует тарировки и обеспечивает очень высокое разрешение (1:1'000'000).

Натяжение груженой ветви ленты измеряется тензорезистивным преобразователем, установленным на натяжной станции.

Применение разработанной системы позволяет осуществлять эффективный и своевременный контроль тепловых режимов работы шахтного ленточного конвейера, предупреждает развитие аварийных ситуации, минимизирует затраты на ремонт и восстановление ленты.

Перечень ссылок

1. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта / Н. И. Стадник, В. Г. Ильюшенко, С. И. Егоров и др. – К.: Техника, 1992. – 438с.
2. Д. В. Хананов, А. Я. Грудачев. Аналіз процесів нагріву конвеєрної стрічки при повній пробуксовці приводного барабана шахтного конвеєра в аварійному режимі роботи.
3. Линейный тепловой извещатель PHSC (термокабель). Режим доступа: http://www.phsc.ru/