Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Актуальність теми

Одним з допоміжних технологічних процесів вугільних шахт є технологічний процес водовідливу. Це багатовимірний, багатозв'язний і енергоємний технологічний процес. Протягом багатьох десятиліть і в даний час різними науково–технічними працівниками, і організаціями виконувалися роботи по підвищенню ефективності процесу водовідливу, і надійності насосного обладнання.

Одним з напрямів такої роботи є автоматизація насосних станцій водовідливу шахти. Існуючі системи автоматизації мають ряд недоліків з точки зору розглянутої проблеми. Застосування сучасних методів наукових досліджень, програмних продуктів і мікропроцесорної техніки дозволить обґрунтувати функціональні можливості, і розробити нові, високоефективні системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти, тому тема магістерської дисертації є актуальною.

2. Мета магістерської дисертації і завдання досліджень

Метою магістерської дисертації є наукове обґрунтування способу і алгоритму управління, і на цій основі створення системи автоматичного управління насосної станції водовідливу шахти, що підвищує його ефективність.

Завдання досліджень:

  1. Виконати аналіз насосної станції водовідливу шахти, як об'єкта автоматичного управління і сформулювати вимоги до системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти.
  2. Розробити математичні моделі визначення змінних параметрів і режимів роботи насосної станції, які можуть бути використані при автоматичному управлінні насосною станцією водовідливу шахти.
  3. Виконати дослідження на ЕОМ системи автоматичного регулювання водовідливної установки, як об'єкта автоматичного управління.
  4. Розробити алгоритм управління та на його основі обґрунтувати структуру і схемотехнічні рішення по системі автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти.

3. Аналіз і вимоги до системи насосної станції водовідливу шахти, як об'єкта автоматичного управління

Технологічний процес шахтного водовідливу призначений для видалення води з гірських виробок на поверхню шахти. Водовідлив здійснюється за допомогою водовідливних установок (насос з приводним електродвигуном і трубопровідними комунікаціями). На шахті розрізняють наступні водовідливні установки: головні, які відкачують на поверхню шахти водоприток всієї шахти, і дільничні, які перекачують воду з нижчих горизонтів на верхній горизонт, де розташована головна насосна станція. Водовідливні установки встановлюються в насосних станціях водовідливу.

Існують різні схеми водовідливу [13]. У магістерській дисертації розглядається технологічна схема водовідливу, яка приведена на рисунку 1. Водовідлив здійснюється з двох горизонтів–гор.1 і гор.2. На горизонті гор.2 розташована дільнична насосна станція (далі по тексту УНС), а на горизонті гор.1–головна насосна станція (ДПС). Водовідлив здійснюється наступним чином (див. рисунок 1). Вода, що надходить із забоїв і виробленого простору, збирається в водовідливні канавки, по яких безнапірним потоком, через попередній відстійник (на рисунку 1 не показаний), направляється в водозбірник 2 насосної станції УНС. З водозбірника 2 вода водовідливної установкою по трубопроводу напірним потоком перекачується на верхній горизонт (гор.1) в водозбірник 1 насосної станції ДПС, водовідливні установки, якої перекачують воду на поверхню шахти в спеціальний відстійник. Основним возмущающим чинником, що діє на стан водовідливної установки, є шахтний приплив, що впливає на зміни рівня води в водозбірнику, причому для дільничної насосної станції його величина в часовому проміжку не значна, а для головної насосної станції приплив визначається подачею насоса дільничної насосної станції, що може складати 250 м3/ч і більш.

Проектування і експлуатація водовідливних установок здійснюється відповідно до вимог Правил безпеки у вугільних шахтах [2].

Основні вимоги наступні.

Технологічна схема водовідливу шахти

Рисунок 1 — Технологічна схема водовідливу шахти

Конкретне число водовідливних установок визначається технічним розрахунком в залежності від припливу води. Подача кожного насоса або групи насосів, беручи до уваги резервних, повинна забезпечувати відкачку максимального добового припливу води не більше ніж за 20 г.

Головна насосна станція повинна мати, як мінімум два трубопроводи–робочий і резервний. Підключення насоса до трубопроводу здійснюється за допомогою керованої засувки. Місткість водозбірника головної насосної станції повинна бути розрахована не менш ніж на 4–годинний максимальний приплив без урахування замулення. Водозбірник повинен підтримуватися в робочому стані — його замулення не повинне перевищувати 30% обсягу.

Дільничні насосні станції водовідливу також складаються з водовідливних установок і водозбірника. Мінімальна кількість водовідливних установок — одна робоча і резервна. Загальна кількість дільничних водовідливних установок повинні визначатися проектом. Для дільничних насосних станцій допускається мати один трубопровід. Місткість водозбірника повинна бути розрахована не менш ніж на 2–годинний максимальний приплив без урахування замулення. Водозбірник повинні підтримуватися в робочому стані — його замулення не повинне перевищувати 30% обсягу.

В якості насосів водовідливних установок застосовуються секційні відцентрові насоси типів ЦНС, ЦНСК, ЦНСШ, НШС і ін. [3]. Подача насосів і створюваний натиск мають різні типові значення. Вибір подачі насосів виробляти відповідно до даних про очікувані водо припливом. Як правило на дільничних насосних станціях застосовуються менш потужні насоси, наприклад, типу ЦНС 180–340, тобто ці насоси розвивають подачу 180 м3/ч і натиск 340 м. вод. стовпа. На головних насосних станціях застосовують більш потужні насоси, наприклад, типу ЦНС 360–600.

Насоси водовідливних установок працюють на трубопровідну мережу з позитивною геометричній висотою водопідйому.

Кожен тип насоса має індивідуальні робочі характеристики, які в процесі експлуатації насоса змінюються через складні умови експлуатації насосів при перекачуванні кислих і забруднених вод, а, отже, змінюються і значення робочих параметрів насоса (подача, напір, коефіцієнта корисної дії), що призводить до зниження ефективності роботи водовідливної установки, виникнення відмов насосного обладнання. Тому потрібен постійний інструментальний контроль робочих параметрів насоса, аналіз відповідності або відхилення поточних значень параметрів від заданих (розрахункових) значень.

Аналіз відмов і причин їх виникнення свідчать, що в період експлуатації водовідливної установки виникають як раптові, так і поступові відмови[12].Раптові відмови пов'язані з дефектами заводського виготовлення, якістю монтажу та виявляються переважно в період підробітки обладнання. Поступові відмови мають місце в режимі експлуатації і пов'язані з експлуатаційним зносом вузлів водовідливної установки. Так, в кожному режимі роботи водовідливних установок існують аварійні ситуації. Зокрема, під час пуску водовідливної установки можуть виникнути такі аварійні ситуації:

При зупинці насосного агрегату може виникнути ситуація не закриття засувки на нагнітальному трубопроводі основного насоса і відповідно виникнення небезпечного гідравлічного удару. Небезпечний гідравлічний удар призводить до руйнування трубопровідної мережі і конструкції насоса.

Тому потрібен постійний контроль поточних режимів роботи насосного агрегату, їх відповідності розрахунковим режимам.

В якості приводних електродвигунів приводних насосів застосовуються нерегульовані асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором серії ВАО. Наприклад, для насоса ЦНС 180–340 застосовується електродвигун типу ВАО2–450–250/380–2 У2 з рівнем вибухозахисту IExdIIBT4, потужністю 250 кВт, частотою обертання 3000 об/хв, напругою живлення 660В. Якщо ж насос є потужним, наприклад, типу ЦНС300–600, то тоді застосовуються високовольтні приводні асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором, наприклад, серії ВАО типу ВАО2–560–800–2Д У2 з рівнем вибухозахисту IExdIIBT4, потужністю 800 кВт, частотою обертання 3000 об/хв, напругою живлення 6 кВ. Для управління зазначеними електродвигунами використовують або магнітні пускачі для низьковольтного електродвигуна, або високовольтні комплектні розподільчі пристрої (високовольтні комірки) для високовольтного електродвигуна. Насосні станції водовідливу є великими електроспоживачами, їх сумарна потужність становить в середньому 20% від встановленої потужності шахти. Так як водовідливні установки мають незалежний від технології видобутку графік роботи протягом доби, то насосні станції водовідливу можуть виступати в якості споживачів регуляторів в системі електропостачання шахти, включенням — відключенням яких можливо знизити величину заявленої потужності підприємства, а також нерівномірність графіка навантаження енергосистеми [3].Таким чином, при управлінні електропостачанням шахти необхідно здійснювати технічний облік спожитої електроенергії водовідливної установкою, так як важливо знати поточні значення енергоспоживання установкою для використання її в якості споживача–регулятора.

Також слід зазначити, що при наявності автоматичного регулювання режиму роботи водовідливної установки можна:

Таким чином, вимоги до системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти наступні:

1. Система повинна бути виконана на мікропроцесорній елементній базі і мати три рівні управління:

2. Система повинна забезпечити три види управління:

3. Система повинна здійснювати:

4. Система повинна здійснювати автоматичний контроль наступних параметрів і режимів:

5. Система повинна забезпечити такі види захистів:

6. Система повинна подавати звукову та світлову сигналізацію про режими роботи водовідливної установки, а також висновок інформації на світлове табло оператора насосної станції про поточний рівень води в водозбірнику, наявності та видах несправності водовідливної установки.

7. Система повинна передавати дані (при необхідності команди управління) в (від) промисловий комп'ютер на пульті управління гірського диспетчера шахти для візуалізації роботи насосної станції та управління нею, формуванні бази даних, архівацію даних і при необхідності формування друкованих форм за певний період часу.

8.* Система повинна управляти насосною станцією з урахуванням періодів максимального навантаження енергосистеми.

9.* Система повинна здійснювати автоматичне регулювання подачі водовідливної установки;

10. Система повинна взаємодіяти через локальну промислову мережу з cистемами інших насосних станцій, якщо ці станції гідравлічно взаємопов'язані.

Вимоги, помічені зірочкою, повинні бути прийняті для системи автоматичного управління насосної станції шляхом техніко–економічного обґрунтування для умов водовідливу конкретної шахти.

Так, вимога 8 — управління насосною станцією з урахуванням періодів максимального навантаження енергосистеми, на нашу думку, може бути прийнято тільки для системи автоматичного управління головною насосною станцією водовідливу шахти, так як вона є найбільш енергоємною порівняно з дільничної насосною станцією і її відключення в період максимального навантаження в енергосистемі дозволити досягти необхідного результату. Крім того, водозбірник головної насосної станції має більший обсяг для накопичення води на період зупинки водовідливної установки.

Вимога 9 — автоматичне регулювання подачі водовідливної установки може бути прийнято, на нашу думку, тільки для системи автоматичного управління дільничної насосної станції водовідливу шахти, так як насоси головної насосної станції перекачують воду на висоту практично максимальну за можливостями існуючих типорозмірів насосів, що обумовлює малу глибину регулювання. Регулювання подачі насосної станції дільничної насосної станції дозволить змінювати приплив води в водозбірник головної насосної станції, що в деяких випадках може бути необхідним, наприклад, при створенні вільного об'єму водозбірника для накопичення води на період зупинки насосів головної насосної станції як споживачів регуляторів системи електропостачання.

4. Аналіз існуючих науково — технічних рішень по автоматизації насосних станцій водовідливу шахти

4.1 Системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти

В даний час розроблені різні системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти. В роботі проаналізовані функціональні і апаратні можливості основних, на нашу думку, сучасних систем управління для використання їх в даній технологічній схемі водовідливу шахти, зокрема: Система управління водовідливної установкою [4]; Апаратура автоматизації шахтного водовідливу типу ААВ [5]; Автоматизована система управління водовідливом шахти типу АУНС [6]; Автоматизована система контролю і управління водовідливної установкою типу АСКУ ВУ [7]; Автоматизована система управління водовідливними установками і насосними станціями АСУВ Каскад [8]; Автоматизована система контролю і управління головними високовольтними, низьковольтними і одиночними водовідливними установками [9]; Автоматизована система управління АСУ Водовідлив [10]; Автоматична система управління водовідливними установками типу АСУВ [11].

В результаті аналізу встановлено, що всі системи управління виконані на мікропроцесорній елементній базі, мають трирівневу структуру управління, що відповідає поставленим в роботі вимогам до системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти. Однак за функціональними можливостями жодна з систем управління в повній мірі не відповідає поставленим в роботі вимогам до системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти. Зокрема, відсутня:

Тому для розробки нової системи автоматичного управління насосної станції водовідливу потрібно науково–технічне обгрунтування реалізації зазначених функцій.

Незважаючи на це, автоматизована система управління АСУ Водовідлив може бути використана для автоматичного управління головною насосною станцією водовідливу шахти, так як однієї з функцій системи є управління насосами з метою створення природних умов їх невключення на період максимуму навантаження енергосистеми. Як зазначалося раніше, пристрій автоматичного регулювання режиму роботи водовідливної установки головної насосної станції не потрібно.

Для дільничної насосної станції також може бути використана система управління АСУ Водовідлив. При цьому додатково до системи управління АСУ Водовідлив повинен використовуватися пристрій автоматичного регулювання режиму роботи водовідливної установки і пристрій контролю витрат електроенергії водовідливної установкою.

4.2 Автоматичне регулювання подачі водовідливної установки насосної станції

Існують різні способи регулювання режиму роботи насоса [2], зокрема:

В результаті аналізу ефективності застосування кожного із зазначених способів до шахтним водовідливним установкам встановлено, що найбільш прийнятним за рахунок простоти і дешевизни реалізації є спосіб дроселювання потоку води в напірному трубопроводі насоса шляхом регулювання засувки. Хоча даного способу регулювання притаманні недоліки, основним з яких є:

Пристрій для автоматичного регулювання подачі водовідливної установки насосної станції шахти шляхом дроселювання трубопровідної мережі в даний час відсутня.

4.3 Автоматичне управління насосною станцією водовідливу з урахуванням періодів максимального навантаження енергосистеми

Існують три варіанти автоматичного управління насосною станцією водовідливу з урахуванням періодів максимального навантаження енергосистеми [3]:

В результаті аналізу встановлено, що найбільш прийнятним є спосіб примусового включення водовідливної установки насосної станції по часу.

Суть методу полягає в наступному. Час роботи водовідливної установки складається з циклів (Tц). Протягом часу Тз водозбірник об'ємом Vв заповнюється водою припливом води (пряма А–В на рисунку 2). При досягненні верхнього рівня води в водозбірнику (точка В) апаратура автоматизації автоматично включає в роботу водовідливну установку, і вода відкачується з водозбірника (цикл Tр, пряма Б–В). При досягненні рівня води в водозбірнику нижнього рівня (точка В) водовідливні установка автоматично вимикається. Далі цикл повторюється (В–Д’–Ж). При цьому, як видно з графіка, водовідливні установка працює в плині часу Тм — час максимального навантаження на систему електропостачання шахти, що призводить до перевитрати електроенергії, втрати її якості. час Тм для енергосистеми встановлюються завчасно, поквартально (сезонно). При застосуванні управління водовідливної установкою шляхом примусового включення за часом, попередньо задається час tвкл, при досягненні якого водовідливні установка включається незалежно від рівня води в водозбірнику і відкачує воду (пряма Г–Д). Час tвкл вибирається таким чином, щоб до початку періоду Тм водозбірник був порожній або мав такий обсяг вільної ємності, щоб при непрацюючому насосі водозбірник за час Тм не переповнений водою. Тем самим виключається робота водовідливної установки в період максимального навантаження на систему електропостачання шахти.

Графік роботи автоматизованої водовідливної установки з урахуванням періодів максимального навантаження на систему електропостачання шахти

Рисунок 2 — Графік роботи автоматизованої водовідливної установки з урахуванням періодів максимального навантаження на систему електропостачання шахти

4.4 Автоматичний захист насоса водовідливної установки від кавітації

Як відомо, причиною виникнення кавітації є властивість рідини до кипіння (фазового переходу) при нормальній температурі в умовах низьких тисків. Появі кавітації сприяє розчинений у воді повітря, який виділяється при зменшенні тиску [14].

В даний час немає достатньо надійних методів виявлення кавітації, що дозволяють точно фіксувати момент її виникнення. Про появу кавітації судять по її вторинним ознакам. Так, для визначення початку кавітації і оцінки її розвитку можуть використовуватися такі способи: енергетичний; віброакустичний; ерозійний і візуальний.

В результаті аналізу встановлено, що найбільш прийнятним для інструментального контролю є енергетичний спосіб. При цьому способі початком кавітації вважається зниження подачі насоса і збільшення вакуумметричного тиску у всмоктуючому трубопроводі насоса. Слід зазначити, що формування інформації про початок розвитку кавітації можливо при досягненні води в водозбірнику певного рівня води hк, відповідного розрахункового значення кавитационного запасу застосовуваного насоса. Це необхідно для виключення помилкового спрацьовування при короткочасних змін робочого режиму насоса з інших причин, що викликають коливання подачі насоса і вакуумметричного тиску у всмоктуючому трубопроводі насоса, наприклад при засміченні всмоктуючого пристрою. рівень hк може бути нижче відключає рівня системи автоматичного управління водовідливної установки, чим досягається збільшення обсягу відкачує води водовідливної установкою.

Пристрій для автоматичного захисту насоса водовідливної установки від кавітації в даний час відсутня.

4.5 Технічний облік спожитої електроенергії водовідливної установкою

Для управління водовідливної установки насосної станції, як споживачем–регулятором системи електропостачання шахти необхідно здійснювати технічний облік спожитої електроенергії водовідливної установкою. Цей вид контролю може бути реалізований при наявності відповідних контрольно–вимірювальних пристроїв. Однак в даний час це є проблемою, так як приводний електродвигун насоса водовідливної установки комутується високовольтним осередком, як правило, типу КРУВ–6, в якій число первинних датчиків недостатньо, щоб реалізувати стандартні схеми вимірювання активної потужності, споживаної електроприймачем, підключеним до трифазної електричної мережі шахти. Так, в осередку КРУВ–6 вбудований трансформатор напруги TV (тип НОЛ.11–605) потужністю Sн=400 ВА, підключений до двох фаз високовольтної мережі, відповідно є висновок тільки одного вторинного лінійного напруги UАС=100В. Для стандартного підключення контрольно–вимірювальних пристроїв потужності і витрати електроенергії (схема Арона), необхідні висновки двох лінійних напруг. При включеній осередку КРУВ–6, навантаження TV становить 7–10% Sн, тобто режим близький до режиму холостого ходу, з цього випливає, що відносна похибка TV буде знаходитися межах 0,5–1%. Також, в осередках КРУВ–6 вбудовані два трансформатора струму TТ1 і ТТ2 (типу ТОЛК–6–1), відповідно є висновки двох вторинних струмів (I2A=I2C=0–5А). Навантаженням трансформаторів струмів є електромагнітні реле максимального струмового захисту. Дана схема включення навантаження призводить до значного зниження стабільності і класу точності TТ (приблизно 2–3%), що не прийнятне для контрольно–вимірювальних пристроїв потужності і витрати електроенергії. Таким чином, при існуючій схемі висновків високовольтної осередки КРУВ–6 (висновок вторинної напруги U2АС=100В і висновки струмів I2A, I2C) повинні бути обгрунтовані способи нестандартного підключення контрольно–вимірювальних пристроїв потужності до даного осередку. В даний час відома розробка високовольтного осередку КРУВ–6 ДВМП, яка, як зазначено в керівництві з експлуатації, здійснює вимірювання величини потужності, споживаної навантаженням, і витрати електроенергії для технічного обліку спожитої електроенергії [11]. Однак, зазначені осередки поки не застосовуються на шахтах Донбасу, а контроль і облік витрат електроенергії водовідливними установками необхідний, що вимагає пошуку науково–технічних рішень зазначеної проблеми.

5. Деякі результати теоретичних досліджень для визначення змінних параметрів і режимів роботи автоматизованої насосної станції

5.1 Обгрунтування способу узгодження режимів роботи насосних станцій при їх автоматичному управлінні

В роботі розглянута технологічна схема водовідливу, що складається з дільничної насосної станції і головної насосної станції. Схема наведена на рисунку 3. На схемі позначено: ВУ1 — водовідливні установка дільничної насосної станції; ВУ2 — водовідливні установка головної насосної станції; Qпр1, Qпр2 — приплив води безнапірним потоком в водозбірник відповідно дільничної і головної насосної станції; Q1, Q2 — подача водовідливної установки відповідно дільничної і головної насосної станції; hн, hв, h(t1) — рівень води в водозбірнику дільничної насосної станції, відповідно нижній, верхній і проміжний на момент часу t1; Hн, Hв, H(t1) — рівень води в водозбірнику головної насосної станції, відповідно нижній, верхній і проміжний на момент часу t1.

Установка ВУ1 забезпечена системою автоматичного регулювання (САР) режиму роботи водовідливної установки.

Пропонується наступний спосіб автоматичного узгодження режимів роботи головної і дільничної насосних станцій водовідливу, в тому числі з урахуванням періоду Tmax максимального навантаження в системі електропостачання шахти на добовому інтервалі часу.

Технологічна схема водовідливу шахти

Рисунок 3 — Технологічна схема водовідливу шахти
(анімація: 10 кадрів, 5 циклів повторення, 87 кілобайт)

Включення в роботу водовідливної установки ВУ2 поза періодом Tmax здійснюється при досягненні поточного рівня води H(t1) в водозбірнику 2 рівня Hв або примусово за командою від верхнього рівня управління (диспетчера шахти). Включення в роботу водовідливної установки ВУ1 здійснюється при досягненні поточного рівня води h(t1) в водозбірнику 1 рівня hв, за умови

(1)

Включенні установки ВУ1 виробляється на номінальний режим роботи.

Відключення водовідливної установки ВУ1 або ВУ2 в поза періодом Tmax здійснюється при досягненні поточного рівня води у відповідному водозбірнику нижнього рівня.

При настанні Tmax, за значенням H(t1) визначається вільний обсяг Vсв (t1) водозбірника 1 як

(2)

V — загальний обсяг в водозбірніка головної насосної станції;

Vв(t1)=H(t1)S — заповнений водою обсяг водозбірника головної насосної станції на момент часу t1;

S — площа водозбірника.

Далі обчислюється час заповнення водою Tз водозбірника 2 обсягом Vсв (t1) як

(3)

Причому, якщо контроль величини Qпр2, як правило відсутній, то з огляду на, то що величина Qпр2 << Q1, значенням Qпр1 можна знехтувати. Тоді з виразу (3) випливає, що значення Tз визначає подача Q1 водовідливної установки ВУ1. Причому, якщо контроль величини Qпр2, як правило відсутній, то з огляду на, що величина Qпр2 << Q1, значенням Qпр1 можна знехтувати. Тоді з виразу (3) випливає, що значення Tз визначає подача Q1 водовідливної установки ВУ1.

Виходячи з вимоги використання водовідливної установки ВУ2 як споживач–регулятора необхідно, щоб установка ВУ2 в період часу Tmax була вимкнена. Тоді повинна виконуватися умова

(4)

Використовуючи вираз (3) можна обчислити необхідне значення Q1 і за допомогою САР змінити режим роботи водовідливної установки ВУ1 (Зменшити подачу на розрахункову величину) на період Tmax. При цьому водовідливні установка ВУ 2 вимикається. По закінченню часу Tmax водовідливні установка ВУ1 перекладається на номінальний режим роботи.

Для моделювання зміни рівня води в водозбірнику 2 при різної подачі Q1 розроблено спеціальну програму в пакеті MathCAD. Наприклад, на рисунку 4 наведено графік зміни рівня води в водозбірнику головної насосної станції шахти ім. М. І. Калініна (площа водозбірніка S=500 м2) горизонту 229 м, в який вода перекачується дільничної водовідливної установкою горизонту 758 м (тип насоса ЦНС 300х600).

Графік зміни рівня води в водозбірнику головної насосної станції

Рисунок 4 — Графік зміни рівня води в водозбірнику головної насосної станції

На рисунку 4 зазначено: крива Н2 — зміна рівня води в водозбірнику головної насосної станції при номінальній подачі дільничної водовідливної установки Q1=300 м3/ч; крива Н1 — зміна рівня води в водозбірнику головної насосної станції при подачі дільничної водовідливної установки Q1=210 м3/ч; інтервал часу Тз1 час заповнення водою водозбірніка головної насосної станції без регулювання подачі водовідливної установки дільничної насосної станції; інтервал часу Тз2 — час заповнення водою водозбірніка головної насосної станції з регулюванням подачі водовідливної установки дільничної насосної станції.

Як видно з наведеного графіка, при зниженні подачі водовідливної установки дільничної насосної станції з значення 300 м3/ч до значения 210 м3/ч ми забезпечуємо можливість відключити водовідливну встановлення головної насосної станції на період максимального навантаження в системі електропостачання, тим самим знизити енергоспоживання шахти на величина встановленої потужності водовідливної установки головної насосної станції. При цьому водозбірник головної насосної станції буде акумулювати воду, що надходить з дільничної насосної станції без його переповнення.

5.2 Дослідження на ЕОМ системи САР водовідливної установки з керованою засувкою

Технологічна схема водовідливної установки з керованою засувкою приведена на рисунку 5.

Технологічна схема водовідливної установки з керованою засувкою

Рисунок 5 — Технологічна схема водовідливної установки з керованою засувкою

Функціональна схема системи САР водовідливної установки з керованою засувкою, встановленої на нагнітальному трубопроводі водовідливної установки приведена на рисунку 6.

Функціональна схема системи САР водовідливної установки з керованою засувкою

Рисунок 6 — Функціональна схема системи САР водовідливної установки з керованою засувкою

На рисунку 3 позначено:

1. Wз(р) — передаточна функція керованої засувки з електроприводом

(5)

kз — коефіцієнт опору задвижки, k=2,5;

kпр — передаточний коефіцієнт електроприводу задвижки (°/В•с), kпр=18;

Tм — постійна часу, Tм=0,076 с [15].

2. Wтр(р) — передаточна функція трубопровідної мережі

(6)

k — передаточний коефіцієнт, k=0,009;

T — постійна часу, Т=23,55 c;

τ— тимчасова затримка, τ=2,045 c [15].

3. Wн(р) — передаточна функція насоса

(7)

k — передаточний коефіцієнт, k=0,3;

4. Qз(p) — задане значення подачі водовідливної установки, яке формується на верхньому рівні управління.

5. Qф(p) — фактичне значення подачі водовідливної установки.

6. Кос — коефіцієнт зворотного зв'язку, Кос=1.

Структурна схема математичного опису системи САР водовідливної установки з керованою засувкою приведена на рисунку 7.

Структурна схема математичного опису системи САР водовідливної установки з керованою засувкою

Рисунок 7 — Структурна схема математичного опису системи САР водовідливної установки з керованою засувкою

В результаті дослідження на ЕОМ системи САР з різними типами регуляторів встановлено, що найбільш технічно прийнятним є ПІД–регулятор. При цьому отриманий графік перехідного процесу, який зображений на рисунку 8.

Графік перехідного процесу в САР водовідливної установки з керованою засувкою

Рисунок 8 — Графік перехідного процесу в САР водовідливної установки з керованою задвижкою

Відповідно до отриманого графіком визначена величина перерегулювання:

(8)

Час перехідного процесу tp=37,2 с.

Таким чином, отримані показники якості системи CАР водовідливної установки з керованою засувкою задовольняють вимогам до процесу регулювання — процес стійкий, відсутні небезпечні коливання вихідної величини.

5.3 Розробка схемотехнічних рішень по системі автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти

В роботі розроблено структурну схему системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти для головної насосної станції, яка приведена на рисунку 9.

Структурна схема системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти для головної насосної станції

Рисунок 9 — Структурна схема системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти для головної насосної станції

В роботі також розроблено структурну схему системи автоматичного управління дільничної насосною станцією водовідливу шахти для дільничної насосної станції, яка приведена на рисунку 10.

Структурна схема системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти для дільничної насосної станції

Рисунок 10 — Структурна схема системи автоматичного управління насосною станцією водовідливу шахти для дільничної насосної станції

В якості базової апаратури для системи автоматичного управління насосної станції водовідливу шахти прийнята апаратура АСУ Водовідлив. Також до складу системи входять пристрої: УКАУ — пристрій автоматичного контролю аналогового рівня води в водозбірнику (1шт. на станцію); САРi — пристрій автоматичного регулювання засувки (1шт. на кожну i–ту водовідливну установку); УКЗ — пристрій автоматичного захисту водовідливної установки від кавітації (1шт. на кожну i–ту водовідливну установку); УКРЭi — пристрій контролю витрат електроенергії водовідливної установкою (1шт. на кожну i–ту водовідливну установку).

Апаратура АСУ Водовідлив призначена для застосування на діючих, реконструйованих і споруджуваних шахтах, небезпечних щодо газу і пилу, раптових викидів вугілля, газу, і забезпечує, в типовому варіанті, автоматичне керування до чотирьох насосів з двигунами високої і низької напруги [10]. Кількість керованих насосів, при необхідності, може бути збільшена.

Апаратура АСУ Водовідлив забезпечує:

  • режими управління: автоматичний (з можливістю дистанційного пуску і зупинки), ручний (напівавтоматичний, з шафи автоматики) і аварійний (пряме управління виконавчими механізмами водовідливу);
  • автоматичне керування роботою насосних агрегатів у функції рівня води;
  • автоматичне включення резервного насоса при відмові робітника;
  • черговість роботи насосів;
  • послідовність запуску і зупинки насосів при їх паралельній роботі;
  • заборона включення в роботу несправного насоса;
  • корекцію графіка робіт насоса з метою створення природних умов його невключення на період максимуму навантаження енергосистеми;
  • облік часу роботи насосних агрегатів;
  • відображення сигналів на табло диспетчера про рівень води в водозбірнику, роботі насосів, відмову і вигляді несправності в роботі установки, часу періоду максимуму навантаження енергосистеми.  

Склад апаратури АСУ Водовідлив,: АРМ Диспетчера, розташоване в диспетчерській шахти, і обладнання, розташоване в насосній станції: блок датчиків БДУ–Ex, блок управління насосною станцією БУНС–Ex, блок керування засувками БУЗ–Ex.

Пристрій автоматичного регулювання засувки (САР) забезпечує зміну робочого режиму водовідливної установки з допомогою керованої засувки, встановленої на нагнітальному трубопроводі установки.

Пристрій автоматичного контролю аналогового рівня води в водозбірнику типу УАКУ контролює поточний аналоговий рівень води в водозбірнику.

Пристрій автоматичного захисту водовідливної установки від кавітації типу УКЗ забезпечує контроль розвитку кавітації в насосі і захист водовідливної установки від кавітації.

Пристрій контролю витрат електроенергії водовідливної установкою типу УКРЕ забезпечує контроль і облік витрат електроенергії водовідливної установкою.

Пристрої УАКУ, УКЗ і УКРЕ є новими пристроями, розробленими в роботі, але в зв'язку з обмеженістю обсягу реферату, їх розробка приведена в магістерської дисертації.

Перелік посилань

  1. Правила безопасности в угольных шахтах [Электронный ресурс]: утв. приказом Гос. Комитета горного и техн. надзора ДНР и М–вом угля и энергетики ДНР от 18.04.2016 г. № 36/208: ввод в действие 17.05.2016. – Донецк, 2016 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mintek–dnr.ru/zu....
  2. Центробежные насосы и трубопроводные сети в горной промышленности : справочное пособие / Ф. А. Папаяни [и др.]; под общ. ред. Ф. А. Папаяни, Н. Б. Трейнера. – Донецк: Восточный издательский дом, 2011. – 334 с.
  3. Данильчук, Г. И. Автоматизация электропотребления водоотливных устанвок/ Г. И. Данильчук, С. П. Шевчук, П. К. Василенко. – К.: Техника, 1981. – 102 с.
  4. ООО НПФ Элкуб [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Новосибирск, [2019] [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://elcub.ru/.
  5. Частное акционерное общество ДИГ [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Запорожье, [2019] [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.deg.com.ua.
  6. Производственная компания Ильма [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Томск, [2019] [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ilma–mk.ru.
  7. ФГУП ПО Север [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Томск, [2019]. – Режим доступа: http://www.posever.ru.
  8. Производственное предприятие шахтной электроаппаратуры Шела [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Киреевск, [2019]. – Режим доступа: http://www.shela71.ru.
  9. ООО ИНГОРТЕХ [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Екатеринбург, [2019]. – Режим доступа: http://www.ingortech.ru/.
  10. Компания ДЭП [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Донецк, [2019]. – Режим доступа: http://dep.ru.
  11. ООО Научно–производственное предприятие РУДПРОМАВТОМАТИКА [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – Электрон. дан. – Кривой Рог, [2019]. – Режим доступа: http://www.rpa.ua/.
  12. Бессараб, В. И. Управление шахтной водоотливной установкой в аварийных и аномальных режимах работы / В. И. Бессараб, Р. В. Федюн, В. А. Попов // Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Выпуск 106. – Донецк: ДонНТУ, 2006. – 220 с. – С. 26–33.
  13. Бойко, Н. Г. Рудничные (шахтные) водоотливные и вентиляторные установки: конспект / Н. Г. Бойко; Н. Г. Бойко; ДонНТУ, Каф. Энергомеханические системы. – Донецк, 2009. – 168 с.
  14. Карелин, В. Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах – Москва: Недра, 1975 – 353 с.
  15. Автоматизация сложных электромеханических объектов энергоемких производств: учебное пособие для вузов / К. Н. Маренич [и др.]; К. Н. Маренич, С. В. Дубинин, Э. К. Никулин и др.; ГВУЗ ДонНТУ. – Донецк: ООО Технопарк ДонГТУ УНИТЕХ, 2015. – 237 с.