Автоматизация процесса водоотлива

8. Автоматизация процесса водоотлива

8.1. Водоотливная установка как объект автоматизации

Водоотливные установки горных предприятий, отрабатывающих обводненные месторождения, представляют сложный энергомеха­нический комплекс, включающий: насосные агрегаты различной производительности, трубные коллекторы, систему электроснабже­ния и аппаратуру автоматизации.

Основная задача автоматизации этих объектов заключается в высвобождении обслуживающего персонала и обеспечении надеж­ного и экономичного функционирования процесса водоотлива, что­бы исключить затопление горных выработок и создать нормальные условия для ведения горных работ.

Для обеспечения заданного уровня безотказной работы водоот­лива его проектируют с запасом по емкости водосборника и резер­вом насосных агрегатов. Кроме того, на главных водоотливных установках предусматривается резервирование электроснабжения и дублирование трубопровода для откачки воды на поверхность.

Водоотливные установки работают, как правило, в цикличном режиме. Их включение и отключение производят в функции уровня воды в водосборнике.

Аппаратура автоматизации водоотлива должна обеспечивать:

автоматическую контролируемую заливку насосов перед их пуском в работу;

автоматическое включение в работу очередного насоса при дос­тижении водой верхнего уровня и непрерывную работу его до ниж­него уровня;

Рекомендуемые материалы

автоматический контроль за работающим насосом и аварийное отключение его, если он не развил заданной производительности или в установке возник отказ (перегрев подшипников, короткое замыкание и др.);

автоматическое включение в работу резервного насоса, если отказал первый насос или он не справляется с притоком и вода достигла повышенного или аварийного уровня. Может предусмат­риваться одновременное включение нескольких насосов;

обезличенную звуковую и световую сигнализацию на пульт дис­петчера о состоянии установки (работа, отказ) и аварийном уровне воды, а также сигнализацию в камере об отказавшем насосе;

возможность дистанционного включения установки с пульта диспетчера и перевод ее на ручное управление;

возможность применения различных способов заливки (погружной насос, баковый аккумулятор, сифонный способ и др.);

блокирование от включения отказавшего насоса без вмеша­тельства обслуживающего персонала;

автоматическое управление работой задвижек на трубопрово­дах, а также работу с постоянно открытой задвижкой при неболь­ших глубинах.

Учитывая многообразие типов водоотливов, разнообразие гид­рогеологических, горнотехнических условий шахт и рудников, для автоматизации этого процесса используется различная серийная аппаратура, обеспечивающая с той или иной полнотой реализацию рассмотренных требований. В ряде случаев автоматизация водоотлива выполняется по индивидуальным проектам.

8.2. Автоматическое управление водоотливными установками

Для автоматического управления водоотливными установками применяется следующая аппаратура:

АВО-3 для установок, оборудованных одним насосом с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем до 120 кВт;

АВН-1М (в настоящее время выпуск аппаратуры прекращён) для установок, оборудованных тремя насосами с низ­ковольтными асинхронными короткозамкнутыми электродвигате­лями;

УАВ для установок, оборудованных насосами с высоковольтны­ми и низковольтными асинхронными короткозамкнутыми электро­двигателями.

Унифицированная аппаратура УАВ имеет нормаль­ное исполнение и может укомплектовываться для автоматизации 16 насосов.

ВАВ для установок, .оборудованных насосами (до девяти) с вы­соковольтными и низковольтными асинхронными короткозамкну­тыми электродвигателями. Аппаратура имеет взрывозащищенное исполнение и может использоваться в шахтах, опасных по газу или пыли.

К важнейшим операциям по управлению водоотливной установ­кой относится заливка насоса перед включением его в работу. В настоящее время наибольшее распространение получил способ заливки при поморий заливочного погружного насоса ЗПН, кото­рый находится в водосборнике ниже нижнего уровня и постоянно залит водой.

Другие способы заливки: подача воды из нагнетательного става, применение баковых аккумуляторов, сифонный способ, исполь­зование заглубленных насосных камер получили в угольной про­мышленности малое распространение. В горнорудной промышлен­ности заглубленные насосные камеры применяют широко, так как они обеспечивают наиболее благоприятные условия работы насосов и существенно упрощают схему автоматизации.

I — электродные датчики уровня; 2 — аппарат управления; 3 — электропривод задвижки ЭПЗ-1; 4 — обратный клапан; 5 — реле давления РДВ; 6 — термодатчик ТДЛ; 7 — реле производительности РПН; 8 — логружной заливочиый насос ЗПН.

Гидравлическая схема автоматической водоотливной установки приведена на рис. 8.1. Обобщенный алгоритм управления такой установкой при постоянно открытой задвижке на нагнетательном трубопроводе и отключенном электроприводе задвижки дан на рис. 8.2. В соответствии с ним функционирование водоотлива осу­ществляется следующим образом.

После включения в работу аппаратуры (например, УАВ) и ее программного устройства (оператор А) контролируется уровень воды в водосборнике при помощи электродных датчиков (логичес­кое условие р). Когда вода поднимется к датчику верхнего уров­ня, поступает команда на включение заливочного насоса ЗПН, который подает воду в насос в течение времени, предусмотренного программным блоком. Качество заливки контролируется реле дав­ления РДВ (логическое условие k). Если в момент контроля уров­ня он достиг повышенного или аварийного уровня (p=0), про­граммный блок сначала переключает схему на включение п насо­сов одновременно, а лишь затем включает заливочный насос.

Когда насос (или насосы) будет залит, подается команда на ввод его в работу (оператор Аз) с последующим контролем за производительностью при помощи флажкового реле производительности РПН (логическое условие г). Если насос развил заданную производительность (г=1), то схема переключается на контроль нижнего уровня, при достижении которого насос будет отключен. Если насос по какой-либо причине не развил заданной производи­тельности, он отключается и подается сигнал диспетчеру (оператор Л4), а аппаратура начнет новый цикл по включению в работу очеред­ного насоса. Приведенный алгоритм отражает только порядок вы­полнения основных функций по включению и отключению насосов. Наряду с ними аппаратура автоматизации обеспечивает выполнение различных контрольных и защитных функций, например, контроль температуры подшипников при помощи датчиков ТДЛ (см. рис. 8.1).

8.3. Автоматическое регулирование режима работы водоотливных установок

Дальнейшее повышение эффективности работы водоотливных уста­новок может быть достигнуто при создании систем, обеспечиваю­щих регулирование производительности насосов по заданному алгоритму или перевод их на непрерывную откачку воды (работа на «приток»). При этом:

сокращается необходимая емкость водосборников на 30—50%;

сокращается на 35—75% мощность электродвигателей насосных агрегатов и появляется возможность применять меньшие по производительности насосы;

повышается безотказность работы водоотливной установки, гак как примерно 60% отказов возникают в момент пуска насо­сов;

уменьшаются затраты на водоотлив за счет интенсивной откач­ки воды в часы минимума энергопотребления, когда тариф за электроэнергию минимален.

Автоматическое регулирование производительности центробеж­ных насосов может производиться путём изменения окружной ско­рости рабочего колеса и без её изменения.

Функциональная схема САУ водоотливной установкой при ис­пользовании регулируемого привода в целях стабилизации уровня воды в водосборнике показана на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Функциональная схема САУ стабилизацией уровня воды в водосборнике.

Объект регулирования в САУ водоотливной установкой — водосборник В, а его выходной параметр — уровень воды Н, который необходимо поддерживать постоянным путем изменения производительности Q_н насоса Н. Возмущающее воздействие в этой системе — приток воды Q_пр. Дифференциальное уравнение такого объекта:

,

где dH/dt – скорость изменения уровня воды в водосборнике, м/с;

Q_пр – приток воды, м³/с; k_В = 1/F – передаточный коэффициент объекта (F — площадь водосборника, м²); Q_н — производительность насоса, м³/с.

Следовательно, объект представляет собой астатическое звено первого порядка, передаточная функция которого:

Обратите внимание на лекцию "3.1 Воздействие электрического тока на организм человека".

.

Насос характеризуется угловой скоростью рабочего колеса w на входе и производительностью Q_н на выходе. Он может быть представлен апериодическим звеном первого порядка с передаточ­ной функцией:

.

Угловая скорость рабочего колеса насоса меняется путем изме­нения частоты f напряжения, питающего электродвигатель насоса. Регулирование этой частоты в САУ осуществляется тиристорным преобразователем частоты ТПЧ, сигнал управления a на который подаётся от блока управления БУ. Измерение выходного парамет­ра объекта Н производится датчиком уровня ДУ. Знак и уровень сигнала рассогласования DU между фактическим U_ф и заданным U_з значениями уровней определяет характер выходного сигнала блока управления БУ. Сигналы U_з и U_ф соответственно пропорцио­нальны Н_з и Н_ф. Для получения непрерывного сигнала U_ф исполь­зуются индуктивные и реостатные датчики с поплавковым чувст­вительным элементом, а также другие типы уровнемеров.

Данный способ регулирования производительности насосов наи­более эффективен по сравнению с другими.

В зависимости от постановки задачи при автоматическом регулировании производительности насосных агрегатов могут быть реализованы различные алгоритмы управления: поддержание постоянного уровня воды в водосборнике; изменение уровня воды по заданной программе; выравнивание нагрузки на шинах шахтной подстанции.