Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

«Карагандинский государственный технический университет»

Кафедра Автоматизаций и управления

Пояснительная записка к дипломному проекту

на тему

«Разработка АЭП для вентилятора главного проветривания в условиях ОАО «СУЭК-Кузбасс» ш. им. С.М. Кирова»

Выполнил: ст. гр. АиУ -11-2

Аязбаев Ж.К.

Руководитель дипломного проекта

Костин М.И.

Караганда 2015



ВВЕДЕНИЕ

Дипломный проект выполнен по материалам, полученным во время преддипломной практики на ОАО «СУЭК-Кузбасс» шахта им. С.М. Кирова.

ОАО «СУЭК-Кузбасс» шахта имени С.М. Кирова заложена в 1930 году, и является одной из крупнейших угольных компаний в России. Шахта имени С.М. Кирова является единым производственно - территориальным комплексом по добыче и обогащении угля, ведет горные работы на территории обширного угольного месторождения на Болдаревском и Паленовском пластах в центре Кузнецкого угольного бассейна.

Основным технологическим процессом является добыча и транспортирование горной массы до пунктов перегрузки, хранения. Но для безопасности добычи угля очень важным является процесс вентиляции горных выработок.

Вентиляция подземных выработок угольных шахт является важнейшим технологическим процессом и обеспечивается большим комплексом оборудования и мероприятий. В составе комплекса подача и подогрев атмосферного воздуха в шахту, распределение требуемого количества воздуха по выработкам, контроль качественного и количественного состава, процессы дегазации и т.п. Основное оборудование - вентиляторы главного проветривания (ВГП), калориферные установки, регуляторы подачи воздуха в выработки, шлюзы, вентиляторы местного проветривания (ВМП),

аппаратура контроля, сблокированная с системой сигнализации и электроснабжения.

Только совместная работа всех элементов перечисленного оборудования может обеспечить снабжение выработок достаточным количеством качественного воздуха и удалить отработанный воздух. Под качественным понимается воздух, содержащий по объёму не менее 20% кислорода, не более 0.5% углекислого газа и содержащий в струе добычного участка не более 1%.

Снизить неоправданный расход электроэнергии можно, используя на вентиляторах регулируемый электропривод.

Дипломный проект направлен на:

- анализ существующей системы электропривода;

- проверку элементов этой системы;

- разработку проекта регулируемого электропривода;

- обоснование принятых решений и целесообразность модернизации.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ УСЛОВИЕ РАБОТЫ

1.1 Общие сведения о вентиляторных установках главного проветривания

В настоящее время изготовляются вентиляторы главного и вспомогательного проветривания центробежного и осевого типа.

Центробежные вентиляторы выполняются правого или левого вращения и изготавливаются в двух исполнениях - односторонние и двусторонние. Осевые вентиляторы главного проветривания выполняются двухступенчатыми с четырьмя лопаточными венцами. По принципу передачи энергии потоку воздуха центробежные и осевые вентиляторы относятся к турбомашинам. Основу рабочего процесса турбомашин составляет силовое взаимодействие лопаток рабочих колес с обтекающим потоком.

Преимущества центробежных вентиляторов: монотонная кривая давления, что обеспечивает устойчивую работу вентиляторов; меньший, чем у осевых вентиляторов, уровень шума при тех же угловых скоростях; возможность получения больших, чем у осевых вентиляторов, давлений; доступность ротора для осмотра. Это повышает надежность, и увеличивает по сравнению с осевым их максимальный статический КПД. Недостатки: сложность реверсирования воздушной струи (с помощью обводных каналов); меньшая по сравнению с осевыми глубина регулирования по давлению - 0,52-0,55 (кроме машин с изменяемой частотой вращения ротора); больший момент инерции ротора (например, для ВОД-50 он составляет 103000 кг-м2, а для ВЦД-47,5А - 206000 кг-м2), что осложняет пуск машины; при больших подачах и низких давлениях необходимы малые частоты вращения, что в ряде случаев требует установки понижающего редуктора между вентилятором и двигателем; большие в поперечном сечении габариты.

Преимущество осевых вентиляторов - простота реверсирования воздушной струи; большая глубина регулирования по давлению (0,68-0,79) за счет поворота лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов; малые в поперечном сечении габариты; большие в сравнении с центробежными средневзвешенные статические КПД (0,76 - 0,77 против 0,74 - 0,76 у большинства центробежных вентиляторов); удобство включения на последовательную работу.

Недостатки - седлообразная или с разрывами кривая давления, что характеризует неустойчивую работу вентиляторов, особенно при параллельном включении; сильный шум при работе со скоростями 90 - 95 м/с и более того уровень звукового давления 55-60 дБ, на расстоянии 150 м от установки, достигается уже при окружных скоростях 80-85 м/с; подшипники ротора недоступны для осмотра, что снижает надежность установки; большие габариты по длине; высокая чувствительность к точности балансировки ротора. Центробежные вентиляторы указанный выше уровень шума создают при окружных скоростях около 125 м/с.

Аэродинамические качества вентиляторов характеризуются подачей Q, статическим давлением pSV, статическим КПД зS и потребляемой мощностью N. Зависимости pSV=f(Q), N=f(Q) и зS = f(Q) при определенных углах установки рабочих колес, направляющих аппаратов или закрылков лопаток рабочих колес при постоянной частоте вращения называются аэродинамической характеристикой вентилятора. Аэродинамические характеристики вентиляторов строятся по данным аэродинамических испытаний и приводятся в виде сводного графика зависимостей, соответствующих различным углам установки лопаток рабочих колес, направляющих аппаратов, частотам вращения, с нанесением постоянных значений статических КПД. Аэродинамические характеристики осевых вентиляторов включают сводные графики характеристик для прямой и реверсивной работы.

Семейство характеристик образует поле рабочих режимов вентилятора. Область промышленного использования (рабочая область), выделяемая на сводном графике, ограничивается предельными (минимальной и максимальной) характеристиками вентилятора, линией статического КПД, равного 0,6, и графиками по устойчивости работы и по реверсированию с подачей 60 % воздуха. Определение рабочих режимов вентиляторной установки производится совместным рассмотрением области промышленного использования вентиляторов и характеристики вентиляционной сети, представляющей собой зависимость между различными расходами воздуха и необходимыми для их осуществления давлениями. Точка пересечения характеристик сети и вентиляторной установки определяет режим работы, значения подачи и статического давления, а также мощность на валу вентилятора и его статический КПД.

Вентиляторные установки главного проветривания могут работать по всасывающей, нагнетательной и комбинированной схемам вентиляции.

В связи с большой энергоемкостью вентиляторных установок к ним предъявляют высокие требования, с одной стороны, отношении их правильной эксплуатации и работы в энергосберегающем режиме, с другой - экономичности самих машин. Повышение КПД вентиляторной установки даже на 1% дает значительную экономию.

1.2 Описание системы вентиляции шахты им. С.М. Кирова

На шахте используется нагнетательный способ проветривания.

Система проветривания шахты - единая.

Схема проветривания шахты - фланговая

Подача свежего воздуха в шахту осуществляется по трем стволам: Западному вентиляционному стволу, вентиляционному стволу № 4 и Клетевому стволу.

На западном вентиляционном стволе установлено 2 центробежных вентилятора ВЦД-3,3. Один вентилятор является рабочим другой резервным.

Установка является реверсируемой. Подогрев воздуха осуществляет калорифер КВБ-10.

На вентиляционном стволе № 4 установлено 3 центробежных вентилятора. Два вентилятора работают на общий канал, а один находится в резерве. Установка является реверсируемой. Подогрев воздуха осуществляет калорифер АРМ-ЭКО-2200.

На промплощадке путевого бремсберга 24-03 и шурфа 72 располагается вентиляторная установка главного проветривания АВМ-28, включающая в себя 2 осевых вентилятора ВО-28/18АР. Установка является реверсируемой. Подогрев воздуха осуществляет МТЭУ-ВНУ-075/3.

На клетевом стволе установлено 2 центробежных вентилятора ВЦ-15. Один вентилятор рабочий, другой в резерве. Установка не реверсируется. Подогрев воздуха осуществляется калорифером КСК-4-11.

Технические характеристики выше перечисленных вентиляторных установок главного проветривания приведены в табл. 1.1

Расчетная производительность вентиляторов по шахте 388 м3/с.

Таблица 1.1 Вентиляторы главного проветривания

Место установки	Западный вентиляции оный ствол	Вентиляционный ствол №4	Клетевой ствол	Шурф №72
Год ввода в эксплуатацию	1970	1994	2008	2012
Тип вентилятора	ВЦД-3,3	ВЦ-25М	ВЦ-15	ВО-28/18АР
Количество вентиляторов	2	3	2	2
Производитель-ность, м3/с	274	140	60	150
Давление, даПа	315	345	82	396
Тип электродвигателя	СДВ-16-41-12УЗ	АК-450-8УЗ	А5К-355-315-4УЗ	AMI500L8W BAH



1.2 Описание и конструкция вентиляторной установки типа АВМ

трансформатор осевой вентилятор электрический

Установки главного проветривания типа АВМ[2] размерного ряда АВМ-12, АВМ-14, АВМ-16, АВМ-18, АВМ-21, АВМ-22, АВМ-24, АВМ-26, АВМ-28, АВМ-30, АВМ-32, АВМ-36, АВМ-38, АВМ-40 с реверсивными вентиляторами серии “Аэровент-ВО-А” (обозначение типоразмера установки соответствует диаметру рабочего колеса вентилятора) предназначены для главного проветривания шахт и рудников, закрытых в режиме консервации, а также действующих предприятий с низким и средним уровнем обще шахтной депрессии и могут быть использованы в других отраслях промышленности, системах вентиляции и технологических процессах, где необходимо проветривание с возможностью реверсирования воздушной струи до 80% и активным резервированием вентиляторов.

Конструктивно-технологическая схема установки типа АВМ.

Установка типа АВМ состоит из двух вентиляторных блоков, каждый из которых включает осевой вентилятор 3 с диффузором и входной коробкой, установленные на общей раме с приводным электродвигателем, а также переключателя потока 2, содержащего трёхпозиционную поворотную (относительно вертикальной оси) заслонку с электромеханическим приводом, подводящий канал 1 и объединенную выходную часть 4.В зависимости от положения заслонки переключателя обеспечивается работа одного из двух вентиляторов при резервировании другого, либо отсечение установки от шахтной сети. При прямой работе воздушный поток из подводящего канала 1 через переключатель2 и входную коробку поступает в работающий вентилятор 3 и далее через диффузор и объединенную выходную часть 4 в атмосферу. При этом входная коробка резервного вентилятора запирается заслонкой переключателя 2.

Изменение направления подачи воздуха на обратное осуществляется путем перевода вентилятора в реверсивный режим.

Особенности конструкции установки:

- применение реверсивных вентиляторов позволило реализовать эффективную и предельно простую конструкцию вентиляторной установки, которая может использоваться как стационарная главного проветривания, так и в качестве вспомогательной, временной или передвижной;

- в результате специального аэродинамического проектирования потери статического давления в проточной части поворотного колена-заслонки переключателя потока, содержащего лопаточную систему для выравнивания потока, сведены к минимуму;

Рис. 1.1 Конструкция установки типа АВМ

- элементы каждого из вентиляторных блоков устанавливаются на общей раме, что обеспечивает повышенную надежность работы системы “электродвигатель-вентилятор”;

- объединенная выходная часть установки гарантирует “необмерзаемость” при отрицательных температурах;

- специальная облицовка внутренней поверхности диффузоров и/или выходной части установки обеспечивает эффективное подавление шума;

- установки отличаются компактностью, повышенной эксплуатационной надежностью, удобством технического обслуживания и ремонта, минимальной стоимостью.

Структурная схема нагнетательной вентиляторной установки АВМ-28 изображена на рис.1.2, а структурная схема электропривода изображена на рис. 1.3, где введены следующие обозначения:

ВГП - вентилятор главного проветривания;

ШУЛ -шкаф управления локальный;

ШУГ - шкаф управления главный;

АВР - автоматический ввод резерва;

ШОВ - шкаф отопления и вентиляции;

УПП - устройство плавного пуска.

Рис. 1.2 Структурная схема нагнетательной вентиляторной установки АВМ-28

Рис. 1.3 Структурная схема электропривода нагнетательной вентиляторной установки АВМ-28

1.3 Вентилятор ВО-28/18АР

1.3.1 Назначение изделия

Вентилятор ВО-28/18АР (в дальнейшем вентилятор) с подачей воздуха от 70 до 280м3 давлением от 1000 до 3500 при работе с воздухом, имеющим плотность1,2кг/м3.

При работе с воздухом, имеющим плотность 1,2кг/м3, предназначен для вентиляторных установок главного проветривания шахт горнодобывающей промышленности, эксплуатируемых в атмосферных условиях при температуре перемещаемого воздуха от 228К до 323К, запыленности до 150мг/м3 и относительной влажности до 98% (при температуре 298К) на высоте над уровнем моря до 1000м. Вентилятор может эксплуатироваться как при всасывающей, так и при нагнетательной схемах проветривания.

Установка вентиляторов предусматривается на поверхности шахти рудников в специально оборудованных зданиях. Вентилятор может применяться и в других условиях, обеспечивающих подачу воздуха указанных параметров. Климатическое исполнение У, категория размещения 3 по ГОСТ15150-69.

1.3.2 Технические данные

Основные параметры и размеры вентилятора приведены в таблице 1.2. Вентилятор изготавливается в реверсивном исполнении. Реверсирование воздушной струи производится путем изменения направления вращения приводного двигателя с одновременным изменением углов установки лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов.

Таблица 1.2

№	Параметры без входного направляющего аппарата	Значение
1	Номинальный диаметр рабочего колеса, мм (пред.откл. ± 5%)	2800
2	Номинальный диаметр втулки рабочего колеса, мм (пред.откл. ± 5%)	1800
3	Номинальная подача, м3/с(пред. откл. ± 10%)	180
4	Подача в пределах рабочей области, м3/с Минимальная, не более Максимальная, не менее	70 280
5	Номинальное полное давление, Па (пред.откл. ± 10%)	3000
6	Номинальное статическое давление, Па (пред.откл. ± 10%)	2900
7	Статическое давление в пределах рабочей области, Па Минимальное, не более Максимальное, не менее	1000 3500
8	Максимальный КПД, не менее полный статический	0,85 0,81
9	Подача вентилятора при реверсе в процентах от прямой подачи, не менее	70
10	Мощность электропривода, кВт, не более	1600
11	Частота вращения, об/мин, не более	750
12	Напряжение питания электродвигателя, В	6000
13	Габаритные размеры: Высота, мм, не более Ширина, мм, не более Длина, мм, не более	4900 4150 11060
14	Масса вентилятора без электродвигателя, кг, не более	19700

Применение регулируемого направляющего аппарата позволяет улучшить реверсивные качества и повысить максимальное давление и подачу вентилятора на15-20% по сравнению с базовым исполнением без снижения достигнутого уровня КПД.

1.3.3 Описание и работа изделия

Общий вид вентилятора показан на рис.1.4.

Рис. 1.4 Общий вид вентилятора где: 1- ротор; 2- корпус; 3-входная коробка; 4-кок; 5- трансмиссионный вал; 6-муфта; 7- диффузор; 8- наружный хомут; 9 - внутренний хомут; 10 - тормоз; 11 - моторная муфта; 12 - приводной двигатель; 13- мотор-редуктор привода НА; 14- мотор-редуктор привода СА

Рис. 1.5 Характеристика полного давления и мощности шахтного одноступенчатого вентилятора ВО-28/18 АР-750 с направляющим аппаратом

Рис. 1.6 Аэродинамическая схема вентилятора

1.3.4 Устройство вентиляторной установки

Режим работы предполагает следующую ее эксплуатацию: один в работе, один в резерве.

Вентиляторная установка АВМ-28 включает в себя:

1) Два вентилятора ВО-28/18АР750 с направляющим и спрямляющим аппаратом с приводом DRS71M4 мощностью Р=0,55 кВт, числом оборотов 1440 об/мин, напряжением U=380 В каждый в количестве 4 шт.

2) Два тормоза вентиляторов с электроприводом ПЭТЗ-УХЛ5, мощностью Р=0,4 кВт, U=380 В - в количестве 2 шт.

3) Два диффузора

4) Переключатель потока входного с электроприводом ляды переключателя DV100M4, мощностью Р=2,2 кВт, 1440 об/мин, U=380 В.

5) Переключатель потока выходного с электроприводом ляда переключения DV100M4, мощностью Р=2,2 кВт, 1440 об/мин, U=380 В.

6) Двух приводных электродвигателей AM1500L8WВАН, мощностью Р=1600 кВт каждый, n=750 об/мин, U=6000 В.

Главная нагнетательная вентиляторная установка предназначена для выветривания шахты с максимальной производительностью Q=250 м3/с.

Вентиляторная установка АВМ-28 состоит из двух вентиляторов ВО-28/18АР с диффузорами и входными коробками из двух переключателей потока на входе и на выходе вентиляторной установки. В качестве электродвигателя вентилятора принимается асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа AM1500L8WВАН, мощностью 1600 кВт, числом оборотов 750, напряжением 6000 В.

В зависимости от положения заслонок обеспечивается работа одного из двух вентиляторов при резервировании другого.

Для смазки подшипников вентилятора в машинном зале вблизи каждого вентилятора установлены две маслостанции ВОД30.22.000. Они предназначены для обеспечения непрерывного циркуляционного смазывания и охлаждения подшипников крупных центробежных и осевых вентиляторов.

Для подогрева в зимнее время в маслобаке предусматривается маслонагреватель. Каждая из маслостанций приводится в действие асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором типа 4AM80A4У3, мощностью 1,1 кВт, напряжением 380 В, 1500 об/мин.

1.4 Система электроснабжения

Расчетная мощность всех потребителей площадки путевого бремсберга 24-03 и шурфа 72 составляет 22,234 МВт.

Предусмотрены следующие постройки на территории площадки путевого бремсберга 24-03 и шурфа 72:

1) Распределительного устройства 6 кВ с встроенной трансформаторной подстанцией 6/0,4 кВ;

2) Комплектная двухтрансформаторная подстанция 6/0,4 кВ.

По воздушным линиям 6 кВ от ПС 35/6 кВ №62 «4 вент.ствола ш. им. Кирова» до РУ 6 кВ с ТП-6/0,4 кВ подается электроэнергия.

Нагнетательная вентиляторная установка и ее собственные нужды отнесены к первой категории по надежности электроснабжения и выполняется с АВР. Питание основных электродвигателей вентиляторной установки напряжением 6 кВ осуществляется от РУ 6 кВ.

Комплектное устройство ввода, вывода и секционирования электроэнергии АВР состоит из 3 определений и включает в себя собственно АВР и секции ШР №1, и ШР №2, далее по тексту «шкаф АВР».

Шкаф АВР предназначен для приема и распределения питания вспомогательных механизмов вентиляторной установки, размещение которого предусматривается в помещении машзала. Питание шкафа АВР напряжением 0,4 кВ предусматривается

от двух трансформаторов, предназначенных для питания данной вентиляторной установки. Схема электроснабжения представлена на рис. 1.7.



1.5 Электрооборудование вентиляторной установки и аппаратура автоматизации

Проектом предусмотрено по агрегатное комплектование -аппаратуры управления и сигнализации.

Вентиляторная установка состоит из двух реверсивных вентиляторных агрегатов типа ВО-28/18АР750, маслостанцией, аппаратуры контроля, сигнализации и общих механизмов.

В качестве электродвигателя вентилятора принимается асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа AM1500L8WВАН, мощностью 1600 кВт, числом оборотов 750, напряжением 6000 В.

Маслостанция предназначена для обеспечения непрерывного циркуляционного смазывания и охлаждения подшипников крупных центробежных и осевых вентиляторов.

Каждая из маслостанций приводится в действие асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором типа 4AM80A4У3, мощностью 1,1 кВт, напряжением 380 В, 1500 об/мин.

К общим механизмам относятся противопожарная ляда и ляда камеры смешивания, подпорные вентиляторы и вентиляторы проветривания в летнее время.

Вентиляционные ляды оборудованы лебедками и концевыми выключателями контроля состояния «открыто/закрыто». Для принудительной нагнетательной вентиляции машзала предусмотрены приточные вентиляторы, которые автоматически запускаются в момент остановки двух вентиляторных агрегатов.

Распределительное устройство электроэнергии высокого напряжения выполнено на базе ячеек типа КСО-202ВМ и устройства плавного пуска (УПП) типа HRVS-DN. HRVS-DN представляет собой сложное и высоконадежное устройство плавного пуска, разработанное для использования со стандартными трехфазными электродвигателями высокого напряжения с короткозамкнутым ротором. УПП обеспечивает оптимальный способ снижения тока и момента во время пуска двигателя.

HRVS-DN запускает двигатель путем подачи на него медленно нарастающего напряжения, обеспечивая мягкий пуск и плавный разгон при помощи минимального тока, необходимого для запуска двигателя.

Устройство для распределения электроэнергии низкого напряжения выполнено на базе комплектного устройства ввода с АВР и двух распределительных щитов типа ШР индивидуального изготовления.

Температурный режим в кабинете оператора и машзалевентиляторной установки обеспечивается с помощью тепловентиляторов серии CNX-2.

В качестве аппаратуры управления и контроля принимается аппаратура САУК (станция автоматизации, управления и контроля) производство ЗАО «СИНТЕП».

Комплект оборудования вентиляторной установки, предназначен для обеспечения выполнения всех технологических операций при эксплуатации вентилятора и выполняется на основе следующего оборудования:

1. Шкаф АВР (АВР, ШР №1 и ШР №2) - 1 шт;

2. Шкаф управления главный ШУГ - 1 шт;

3. Шкаф управления локальный ШУЛ - 2шт;

4. Шкаф УПП (устройство плавного пуска) HRVS-DN - 2 шт;

5. Шкаф отопления и вентиляции ШОВ - 1 шт;

6. Пульт оператора.

САУК ВГП предназначена для автоматизированного управления приводами вентиляторных установок главного проветривания в автоматическом, дистанционно -автоматизированном и местном режимах работы.

CАУК ВГП обеспечивает:

- контроль, диагностику, защиту и сигнализацию состояния вентиляторных агрегатов на пультах шкафов управления;

- отображение текущего состояния агрегатов ВГП и параметров технологических процессов на экране пульта диспетчера;

- управление с пульта диспетчера, пульта оператора и с пультов шкафов управления;

- запоминание информации о состоянии агрегатов ВГП и величин контролируемых параметров технологических процессов и вывод их по требованию на экран пультов оператора и диспетчера в виде графиков.

Данная система обеспечивает надежную работу без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Обеспечивает контроль:

- аппаратуры шкафов управления;

- компрессии и производительности вентустановки;

- напряжений 380 В по вводам;

- температуры подшипников вентиляторов;

- температуры подшипников двигателей;

- температуры обмоток статора;

- токов статоров двигателей привода вентиляторов;

- напряжений 6Кв;

- температуры в помещении машинного зала;

- температуры наружнего воздуха;

- температуры масла;

- температуры в вентиляционном канале;

- наличия напряжения питания шкафов управления;

- вибрации подшипников вентиляторов;

- вибрации подшипников двигателей

- положения тормоза;

- положение спрямляющего аппарата;

- положение направляющего аппарата;

- состояние маслостанции;

- наличия протоков масла;

- положения переключающих дверей (ляд);

- скорости вращения.

В САУК предусматриваются блокировки, запрещающие:

- дистанционно - автоматизированного с пультов диспетчера и оператора с наименьшим числом операций, выполняемых персоналом;

- местного автоматизированного из машинного зала с сенсорных панелей шкафов управления;

- местного индивидуального, деблокированного с мест установки механизмов.

САУК обеспечивает аварийное отключение вентилятора:

- при срабатывании защит высоковольтного распредустройства электродвигателя;

- при выходе температур обмоток статора за допустимые границы;

- при перегреве подшипников вентилятора;

- при перегреве подшипников двигателя;

- при исчезновении протоков или аварии давления масла;

- при выходе из строя обоих маслонасосов;

- при выходе параметров вибрации подшипников вентилятора за допустимые пределы;

- при выходе параметров вибрации подшипников двигателя за допустимые пределы;

- при несостоявшемся или затянувшемся пуске (более 10 минут);

- при превышении времени снятия тормоза;

- при наложенном во время работе тормозе;

- при превышении времени ожидания перевода ляд для данного вентилятора.

В САУК предусматривается сигнализация, отражающую на пультах оператора и диспетчера:

- включение вентилятора;

- выключение вентилятора;

- работу вентустановки в нормальном или реверсивном режиме;

- аварийное отключение вентилятора с расшифровкой причины отключения и с дублированием звуковым сигналом;

- неисправности, не требующие аварийной остановки вентиляторного агрегата с дублированием звуковым сигналом;

- состояние параметров агрегатов в цифровом и графическом виде.

Пульт оператора (ПО) и пульт диспетчера (ПД) предназначены для отображения текущих и архивных данных о работе вентиляторной установки и для дистанционного управления.

Связь ПО и ПД со шкафом ШУГ осуществляется по интерфейсу Ethernet. Шкаф управления локальный (ШУЛ) в комплексе с силовой ячейкой, КОСУР, тормозным устройством, аналоговыми и дискретными датчиками обеспечивает выполнение технологического процесса запуска и остановки вентиляторного агрегата в комплексном и автономном режимах. ШУЛ также осуществляет контроль параметров агрегата и контроль выполнения техпроцессов на всех этапах его работы и аварийную остановку агрегата при выходе параметров за заданные пределы или при нарушении хода техпроцесса. Для передачи данных, состояний и приема команд управления шкафы ШУЛ связаны со шкафом ШУГ интерфейсом Ethernet.

Шкаф управления главный (ШУГ) связан по интерфейсу Ethernet со шкафами ШУЛ и передает им команды, полученные с пультов диспетчера, оператора, а так же с собственного пульта управления и контролирует их выполнение. Осуществляет опрос параметров и состояний ШУЛ и передачу их на пульты диспетчера и оператора. При обнаружении аварии вентилятора выполняет ввод в работу резервного агрегата.

ШУГ.

Программное обеспечение промышленного контроллера выполняет непрерывную циклическую отработку заложенных в него алгоритмов, длительность цикла ПК составляет 0,5сек.

В каждом цикле ПК выполняется:

- опрос собственной платы ввода аналоговых сигналов;

- обнаружение ситуации и формирование признака "Нет сигнала с датчика", если токовый сигнал с датчика менее 2мА, что может быть вызвано неисправностью датчика или обрывом линии связи;

- обнаружение ситуации и формирование признака "КЗ в датчике", если токовый сигнал с датчика более 22мА, что может быть вызвано неисправностью датчика или коротким замыканием в линии;

- преобразование полученных с платы данных, представленных в условных единицах, в инженерные величины;

- фильтрация коротких выбросов, возникающих вследствие индустриальных помех;

- получение текущих значений параметров путем экспоненциального сглаживания исходных данных;

- сравнение текущего значения каждого параметра с заданными для него верхними и нижними аварийными и предупредительными порогами, формирование признаков выхода за пороги;

- опрос собственной платы ввода дискретных сигналов;

- анализ дискретных сигналов пульта ШУГ, формирование команды местного управления;

- анализ информации, поступившей по сети Ethernet (состояния вентиляторов и значения аналоговых параметров - от ШУЛ1, ШУЛ2, команды - от пульта оператора).

По собственным аналоговым и дискретным данным и данным, полученных от шкафов ШУЛ1, ШУЛ2, ШУГ формирует массив данных (ответы на команды, параметры и состояния) для пультов диспетчера и оператора, обновляемый каждые 0,5 с. Запросы пульта диспетчера поступают асинхронно и обслуживаются параллельно основному алгоритму. Пульт диспетчера формирует следующие виды запросов:

- за параметрами и состояниями;

- на исполнение команды;

На основе анализа собственного состояния, состояний шкафов ШУЛ, поступивших команд и запросов диспетчера ШУГ формирует команды для шкафов ШУЛ, сигналы управления для собственных исполнительных устройств. В ответ на запрос любого вида сформированный массив данных передаётся по радиоканалу на пульт диспетчера.

Кроме того, сформированный массив данных по мере обновления рассылается по сети Ethernet в виде широковещательных пакетов. Эти пакеты содержат информацию о состояниях устройств, контролируемых ШУГ, ШУЛ1, ШУЛ2 и принимаются пультами оператора и диспетчера.

ШУЛ.

Шкаф управления локальный (ШУЛ) является частью системы управления вентиляторной установкой главного проветривания, состоящей из 2-х вентиляторов АВМ-28.

Каждый из ШУЛ контролирует работу одного вентилятора и относящихся к нему маслостанции, СА, НА и тормоз. Контроль за состоянием агрегатов выполняется на основе системы датчиков, фиксирующих состояние и основные параметры (температуры, токи, напряжения, давления, протоки). Связь с ШУГ выполняющим координацию работы ШУЛ в комплексном режиме, выполняется по сети Ethernet.

Для взаимного оповещения ШУЛ о нарушениях нормального режима работы имеются линии взаимных блокировок, запрещающие:

- повторное или самопроизвольное включение агрегата после оперативного аварийного отключения без последующей команды "Пуск" и до устранения причин аварийного отключения;

- одновременное применение различных видов управления;

- пуск вентилятора до установки вентиляционных дверей в положение, соответствующее выбранному режиму проветривания;

- одновременную работу двух маслонасосов;

Основные режимы работы ШУЛ:

- комплексный - исполнение команд поступающих от ШУГ.

- автономный - управление от органов лицевой панели ШУЛ.

- ручной - управление агрегатами вентилятора с постов местного управления.

Главным управляющим элементом ШУЛ является контроллер, в задачи которого входит:

- анализ состояния вентиляторного агрегата на основе системы дискретных и аналоговых датчиков;

- прием команд от шкафа управления главного, либо с панели управления ШУЛ;

- выдача сигналов для управления механизмами вентиляторного агрегата;

- формирование сообщений и сигналов о текущей работе и аварийных ситуациях.



2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАДАЧИ

2.1 Возможные варианты регулирования осевых вентиляторов

Под регулированием мы понимаем изменение аэродинамических характеристик вентилятора во время его работы.

Регулирование характеристик вентилятора (в процессе работы) может осуществляться:

* дросселированием;

* изменением угла установки лопаток колеса или закрылков ВНА;

* частотой вращения.

Изменение аэродинамических характеристик вентилятора в остановленном положении может осуществляться изменением:

* угла установки лопаток;

* числа лопаток колеса.

Изменение характеристик осевых вентиляторов путем изменения числа лопаток используется очень редко и, как правило, только в вентиляторах специального исполнения. Вентилятор при этом рассчитывается на максимальное число лопаток. Втулка колеса имеет посадочные места для установки максимального количества лопаток, которое при необходимости может быть уменьшено в два раза.

Аэродинамические характеристики вентилятора при уменьшении числа лопаток в два раза изменяются следующим образом: уменьшаются максимальное давление и потребляемая мощность, достаточно немного снижаются максимальная производительность вентилятора главного проветривания и его максимальный полный КПД.



2.2 Патентный поиск

Патентные исследования[1] включают в себя 3 этапа:

1) Формирование программы (плана) поиска патентной информации;

2) Поиск и отбор источников патентной информации по предмету поиска;

3) Анализ отобранной патентной информации.

Обзор научно-технической литературы и патентной литературы производился по фондам библиотек КузГТУ, ЦНТИ и областной.

Регламент поиска приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Регламент поиска патентной информации

Предмет поиска	Страна поиска	Классификационные индексы МКИ	Наименование просмотренных источников патентной информации с указанием интервалов поиска
1.Системы управления электроприводов вентиляторов 2.Автоматизированный электропривод вентилятора 3.способы регулирования производительностью вентилятора	СССР, Россия, США	F24F, F11, F16K, F04D27, F04D27/36, F04D29/36, F04D29/54.	1.Бюллетень «Открытия, изобретения…» с 1990г. 2.Рефератный сборник «Изобретения стран мира» с 1990г. 3.Описание изобретений. 4.Сайт федерального института промышленной собственности .

Патентная документация, отобранная для последующего анализа, представлена в таблице 2.2.



Таблица 2.2 Патентная документация

Название изобр. или заявки	Страна выдачи, вид (авт. свид., патент, заявка)	Заявитель (предпр., фирма, авторы), дата публикации изобретения	Сущность техн. решения и краткий реферат описания изобретения
1. Способ регулирования производительностью вентилятора	В. И. Кряжев, СССР, патент 127354.	Заявлено школа 1959 г, М 633711/ 5 в Комитет по делам изобретении и открытий при Совете Министров СССР. Опубликовано в «бюллетени изобретений» за 1960 г.	Сущность способа заключается в том, что изменение производительности осевого вентилятора осуществляют путем изменения его входного сечения, начиная с периферии лопаток рабочего колеса, при помощи управляемого на ходу раздвижного коллектора, устанавливаемого внутри входного коллектора.
2. Устройство для регулирования производительности осевого вентилятора	СССР, М. Н. Чуйко и П. Ф. Мороз, патент 189118	Заявлено 09.V.1963 (№ 835267/24-6) Кл. 27с, 7/07, Заявители Донецкий государственный проектно-конструкторский и экспериментальный институт комплексной механизации шахт и Конотопский электромеханический завод «Красный металлист»	Известны устройства для регулирования производительности осевых вентиляторов, в которых поворотные лопатки направляющих аппаратов (НА) выполнены пластинчатыми . В предложенном устройстве лопатки направляющего аппарата имеют симметричный профиль и сплошь эластичные, например из резины или пластмассы, с жестко закрепленной входной и поворотной выходной частями профиля. Это позволяет расширить диапазон экономичного регулирования и улучшить аэродинамические характеристики вентилятора.
3. Механизм поворота лопаток осевого вентилятора	СССР, В.Ф. Сенников, В.В. Иванов и И,В. Клепаков, патент 1746074	Заявители Донецкий государственный проектноконструкторский и экспериментальный институт комплексной механизации шахт.	Механизм поворота лопаток осевого вентилятора, содержащий привод, кинематически связанный при помощи упорного подшипника с корпусом и ползуна, установленного на валу вентилятора, с перестановочным диском, кинематически связанным с хвостовиками лопаток,мрегулировании режима работы включают привод и вращают шестерню, установленную на валу привода. При этом рейка, закрепленная на корпусе упорного подшипника, толкает ползун вдоль вала вентилятора в осевом направлении. Связанный с ползуном перестановочный диск посредством реек и шестерни разворачивает оси и соединенные с ними шарнирным замком лопатки. При достижении заданного угла установки лопаток привод отключается и удерживает лопатки в новом положении.
4. Лопаточный направляющий аппарат осевого вентилятора	Россия, Владимир Тупов; Патрик Нильссон; БерьеНильссон, патент 2101576	АББ ФлэктАктиеболаг, опубликовано 10.01.1998	Изобретение относится к устройству направляющих лопаток осевого вентилятора, предназначенного для преобразования вращательной составляющей скорости газового потока после прохождения его через крыльчатку, преимущественно, в осевую скорость, при этом устройство включает в себя обечайку направляющих лопаток, размещенных по потоку вентилятора и с промежутками относительно друг друга.
5. Модернизированный осевой вентилятор	Россия, патент 2470159	Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт "АЭРОТУРБОМАШ", публикация патента: 20.12.2012	Техническим результатом является продление проектного ресурса, повышение эксплуатационного давления, производительности и КПД вентилятора, а также обеспечение повышенных регулировочных и реверсивных характеристик вентиляторов. Модернизированный осевой вентилятор включает электродвигатель, размещенный во втулке вентилятора, на валу электродвигателя в плоскости второй ступени закреплено рабочее колесо, выполненное с цельносварными неповоротными сдвоенными S-образными листовыми лопастями.
6. Способ управления электроприводом вентиляционной установки	Россия, Бастрон А.В., Бастрон Т.Н., Давыдов В.А, патент 2031323	Бастрон Андрей Владимирович - патентообладатель, дата публикации: 20 Марта, 1995.	Сущность изобретения: каждого потребителя воздуха подключают к магистральному воздуховоду через ответвление с заслонкой по случайному закону. Положение каждой заслонки фиксируют концевыми выключателями и по положению последних формируют управляющий параметр блока управления электроприводом. В качестве управляющего параметра используют суммарный ток, протекающий через дополнительные резисторы. Резисторы включают в цепь управления концевыми выключателями. Ток, протекающий через каждый резистор, формируют пропорционально расходу через соответствующие ответвления с заслонкой и пропорционально суммарному току изменяют производительность вентиляционной установки путем изменения числа оборота электропровода.
7. Система автоматического регулирования производительности	Россия, реферат, Караджи О. В., Степанов А. С., Караджи В. Г.,	Владелец: ООО «КСПро»	Описанное и предложенное устройство регулирования позволяет автоматически (без участия обслуживающего персонала) обеспечить поддержание заданной постоянной производительности вентилятора в системе вентиляции. Использование в качестве регулирующего устройства производительности частотного преобразователя позволяет сохранить максимальную эффективность (КПД) системы вентиляции, независимо от ее производительности. Сущность изобретения: каждого потребителя воздуха подключают к магистральному воздуховоду через ответвление с заслонкой по случайному закону. Положение каждой заслонки фиксируют концевыми выключателями и по положению последних формируют управляющий параметр блока управления электроприводом. В качестве управляющего параметра используют суммарный ток, протекающий через дополнительные резисторы. Резисторы включают в цепь управления концевыми выключателями. Ток, протекающий через каждый резистор, формируют пропорционально расходу через соответствующие ответвления с заслонкой и пропорционально суммарному току изменяют производительность вентиляционной установки путем изменения числа оборота электропровода.
8. Система автоматического управления производительностью вентилятора главного проветривания	Рыбачок Т. Н.	Донецкий национальный технический университет. УДК 622.48	С целью исключения неустойчивой работы вентилятора его рабочие режимы должны располагаться на нисходящей ветви напорной характеристики, т.е. депрессия вентилятора не должна превышать 90 % от максимального значения. С точки зрения экономичности рабочий режим должен обеспечивать КПД вентилятора более 70% от максимального значения. В работе рассмотрена САУПВ, принцип функционирования которой заключается в автоматическом регулировании угла установки лопаток направляющего аппарата (НА) вентилятора, т.к. данный способ наиболее применим в установках большой мощности при регулировании с поддержанием постоянной производительности.



2.3 Вывод патентного анализа

Режим работы вентилятора не всегда совпадает по параметрам с требуемым режимом. Выбирая угол поворота лопаток, руководствуются тем что выбирать нужно ближайший больший. Из этого следует, что вентилятор работает с избытком подачи и давления. Избежать этого путем установки лопаток на меньший угол невозможно т.к. вентилятор будет иметь параметры меньше, чем требуется. В связи с этим встает вопрос о других способах регулирования режима работы вентилятора. Способ дросселирования не подходит т.к. не является экономичным и требует значительного изменения конструкции вентиляторной установки. Регулирование путем изменения частоты вращения является наилучшим вариантом т.к. позволяет экономить электроэнергию и не требует изменения конструкции вентиляторной установки. Для этой цели предлагается использовать инвертор среднего напряженияспособный кроме регулирования частоты вращения электродвигателя обеспечить еще и плавный пуск.

Одним из факторов для расчета требуемого количества воздуха подаваемого в шахту является объем выделения газа метана. В условиях ш. им. С.М. Кирова этот фактор является наибольшим из всех. Во время перемонтажа лавы, который длится 30-40 дней, добыча угля не ведется и выделения метана минимальны. Поэтому предлагается кроме уменьшения частоты вращения в основное время, уменьшать ее еще больше во время перемонтажа обеспечивая выработки минимально требуемым количеством воздуха.

Более близкое это решение описано в реферате по теме «Система автоматического регулирования производительности вентилятора (варианты)» №96222, структурная схема которого изображена на рис. 2.1, где:

1 - точка измерения давления в подводящем воздухопроводе, где установлен датчик давления;

2 - точка измерения давления в сужающейся части входного коллектора вентилятора, в котором установлен датчик давления.

В качестве регулирования частоты вращения предлагается использовать частотный преобразователь, в комплекте с датчиками давления.

Описанные решения проблемы регулирования производительности вентилятора в остальных патентах и рефератах не используются далее, т.к. они не являются целесообразными для данной вентиляторной установки.

На рисунке 2.1 изображена система автоматического регулирования производительности вентилятора, содержащая регулятор расхода воздуха, состоящий из электродвигателя и датчика расхода воздуха, формирующего управляющий сигнал на угловую скорость вращения электродвигателя, отличающаяся тем, что датчик расхода содержит, по меньшей мере, одну пару датчиков давления, один из которых установлен в сужающейся части входного коллектора вентилятора, а другой - в подводящем воздуховоде, и систему преобразования разности измеренных давлений в электрический сигнал, подаваемый на преобразователь частоты вращения электродвигателя вентилятора, при этом для задания расхода воздуха использован аналоговый задатчик.

Рис. 2.1 Структурная схема реферата №96222



3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

3.1 Требование к электроприводу

Требования к электроприводу вентиляторов главного проветривания следующие:

1) высокий КПД (не менее з=90%);

2) срок службы 20 лет;

3) безопасность электропривода для обслуживающего персонала;

4) исполнение электродвигателя IP44;

5) простота обслуживания.

3.1. Типы электроприводов для ВГП

На основании требований, предъявляемых к электроприводу, проведем оценку и выбор существующих систем электропривода.

Для привода вентиляторной установки могут быть применены следующие системы электропривода:

- асинхронно-вентильный каскад (АВК);

- непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель (НПЧ-АД);

- преобразователь частоты- асинхронный двигатель (ПЧ -АД).

Далее рассмотрим достоинства и недостатки данных систем электропривода.

Система АВК:

Достоинства:

1) плавное регулирование тока, момента, скорости;

2) мощность преобразовательных устройств существенно меньше мощности привода;

3) простое осуществление электродинамического торможения, а также возможность рекуперации энергии в сеть;

4) высокая надёжность, поскольку даже при выходе преобразовательных устройств привод остаётся в работе без регулирования скорости;

5) высокий КПД, вследствие того, что преобразованию подвергается часть энергии, и потери энергии будут незначительны;

6) постоянство в установившихся режимах основного магнитного потока АД определяет хорошее использование двигателя и хорошее динамические свойства привода;

7) меньшие габариты и стоимость, чем у МПТ.

Недостатки:

1) ограниченный диапазон регулирования скорости;

2) низкий Cosц;

3) необходимость применения специальных устройств для пуска привода и, следовательно, невозможность работы с частыми пусками;

4) низкий коэффициент мощности и снижение перегрузочной способности.

Система НПЧ-АД:

Достоинства:

1) однократное преобразование энергии и, следовательно, высокий КПД (около 0,97-0,98);

2) свободный обмен реактивной и активной энергией из сети и обратно;

3) отсутствие коммутирующих конденсаторов, что удешевляет схему;

4) отсутствие срыва инвертирования (тиристор сам закрывается при переходе напряжения через ноль);

Недостатки:

1) сравнительно большое число силовыхвентелей и сложная система управления ими, что ведёт к снижению надёжности системы;

2) невысокий коэффициент мощности;

3) ограниченное регулирование выходной частоты (от 0 до 40% частоты сети).

Система ПЧ-АД:

Достоинства:

1) независимость выходного напряжения от частоты и момента нагрузки, что упрощает формирование необходимых законов частотного управления;

2) жёсткая внешняя характеристика;

3) отсутствие у АД щёточно-коллекторного аппарата, простота его конструкции, дешевизна, малые масса и габариты.

Недостатки:

1) большая установленная мощность и габариты, большой вес конденсаторов;

2) невозможность рекуперации без дополнительного инвертора;

3) большое количество силовых диодов и тиристоров, особенно, при наличии дополнительного инвертора.

Вывод

Итак, сопоставив требования, предъявляемые к электроприводу вентиляторных установок, а также достоинства и недостатки перечисленных систем электроприводов, можно сделать вывод, что в качестве электропривода должна применяться система с преобразователем частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (ПЧ-АД).

Регулирование путем изменения частоты вращения является наилучшим вариантом т.к. позволяет экономить электроэнергию и не требует изменения конструкции вентиляторной установки.

Системы электропривода с использованием двигателей, отличающихся от АД с КЗ, не рассматривались, т.к. замена текущего двигателя вентилятора считается не рациональным решением.



4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

4.1 Проверочный расчет главной вентиляторной установки АВМ-28

4.1.1 Характеристики шахтной вентиляционной сети

Расчет производится по методике, описанной в [3].

Максимальное расчетное сопротивление сети при максимальной длине выработок шахты вычисляется по формуле:

Где Рmax - максимальное давление, Па;Q - номинальная подача вентилятора, м3/с.

Характеристика вентиляционной сети строится по уравнению:

Результаты расчета сведены в таблицу 4.1, по которым строится вентиляторная характеристика.

Таблица 4.1

Q, м3/с	25	50	75	100	125	150	175	200
Psv, Па	110	440	990	1760	2750	3960	5390	7040

4.1.2 Определение рабочих параметров

Характеристика сети пересекается с характеристикой вентилятора при угле наклона направляющего аппарата 550 в точке «a» (Qa=168м3/с; Pa=3920 Па;зa=0,825). Характеристика сети и вентилятора показаны на рис.4.1.

Рис. 4.1 Характеристики вентилятора ВО-28/18АР-750 и сети.

4.1.3 Резерв подачи вентилятора

Наибольшая производительность вентилятора будет обеспечиваться в точке «k» с параметрами Qk = 186 м3/с и Рk = 4240 Па.

Значение резерва подачи считаем по формуле:

(4.3)

Что соответствует требованиям нормативных документов, т.к. ?Q< 10.

4.1.4 Реверсирование вентиляционной сети

Реверсирование вентилятора производится путем изменения направления вращения приводного двигателя с одновременным изменением углов установки поворотных лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов на 1600.

Режим работы вентилятора во время реверса обозначен f на рис. 4.1 точкой fс параметрами: Qf=120м3/с,Pf=1950 Па.

По требованиям нормативных документов подача вентилятора в реверсивном режиме должна составлять не менее 60% от подачи в нормальном режиме.

В режиме реверса вентилятор имеет подачу 71.42% от подачи в нормальном режиме, что соответствует требованиям нормативных документов.

4.1.5 Параметры электрического привода

В качестве электрического привода используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором фирмы ABB типа AMI500L8W[5]. Характеристика двигателя представлена в таблице 4.2.

Таблица 4.2

N, кВт	n, об/мин	КПД	cosц	U, В	Is/In	Mnт,Нм	I0, А
1600	750	0,961	0,87	6000	5	20596	51

4.1.6 Проверка мощности электрического двигателя

Мощность (кВт) электродвигателя для осевого вентилятора[4] определяют по формуле:

(4.5)

где Q - производительность вентилятора, м3/с; Kз-коэффициент запаса (1,1-1,3); Н - давление, Па; - КПД вентилятора.

Мощность двигателя AMI500L8WBAH составляет 1600 кВт, т.е. двигатель удовлетворяет результатам расчета.

4.1.7 Проверка двигателя по нагреву

Важным условием энерго- и ресурсосбережения в электроприводах является соответствие мощности двигателя и нагрузки. Применение двигателей недостаточной мощности приводит к их перегрузке и преждевременному выходу из строя. Использование двигателей завышенной мощности влечет за собой неоправданное повышение капитальных затрат, недоиспользование вложенных материальных ресурсов и снижение КПД, а для асинхронных двигателей -- и уменьшение коэффициента мощности.

При проектировании электропривода степень нагрева двигателя удобно анализировать с использованием нагрузочной диаграммы двигателя, представляющей собой зависимость изменения момента двигателя от времени M(t). Эта диаграмма строится с использованием основного уравнения движения:

Рис.4.2 Нагрузочная диаграмма режима S1

Электропривод ВГП работает в режиме S1, так как длительность цикла превышает 10 минут, что достаточно для теплового равновесия. Нагрузка длительное время остается постоянной. На рис.4.2. представлена нагрузочная и диаграмма скорости, где - время пуска, работы и торможения соответственно.

...