Электропривод вентиляторной установки главного проветривания

АННОТАЦИЯ В дипломном проекте приведены общие сведения о шахте, выполнен анализ современного состояния электропривода шахтных вентиляторных установок, проанализированы пути их совершенствования, в том числе на шахты Садкинская, выполнен выбор электромеханического оборудования, электропривода, электроснабжения, проработаны вопросы автоматизации, технического обслуживания и ремонта вентиляторной установки шахты, проработаны вопросы безопасности жизнедеятельности, дано технико-экономическое обоснование нового варианта электропривода вентиляторной установки шахты Садкинская.

• Ведомость дипломного проекта
• Введение
• 1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ
• 2 РЕЖИМЫ РАБОТЫ вентиляторных установок главного проветривания
• 2.1 Вентиляторные установки главного проветривания
• 2.2. Способы регулирования установок главного проветривания
• 2.3. Характеристики вентиляторных установок главного проветривания
• 2.4 Цель и задачи проектирования
• 3 Электропривод вентиляторной установки главного проветривания
• 3.1 Основные положения проектирования проветривания шахт
• 3.2 Современное состояние электропривода
• 3.3 Регулируемый электропривод переменного тока
• 3.4 Синхронный регулируемый электропривод основного вентилятора с векторным управлением и регулированием продольной и поперечной составляющих тока статора
• 4 Электроснабжение вентиляторной установки главного проветривания
• 4.1 Расчет и выбор оборудования электроснабжения
• 4.2 Расчет освещения машинного зала вентиляторной установки
• 4.3 Расчет кабельной сети низкого напряжения
• 4.3.1 Расчет сечения кабелей по токовой нагрузке
• 4.3.2 Проверка кабельной сети по допустимой потере напряжения в рабочем режиме
• 4.3.3 Проверка кабельной сети по допустимой потере напряжения в пусковом режиме
• 4.3.4 Расчет токов короткого замыкания
• 4.4 Выбор пускозащитной аппаратуры и уставок защиты
• 4.5 Расчет кабельной сети высокого напряжения
• 4.5.1 Расчет и выбор сечения кабеля по токовой нагрузке и экономической плотности тока
• 4.5.2 Расчет токов короткого замыкания
• 4.5.3 Расчет сечения кабеля по термической устойчивости к току короткого замыкания
• 4.6 Выбор высоковольтных ячеек
• 4.7 Расчет и выбор уставок релейной защиты
• 5 Автоматизация вентиляторной установки главного проветривания
• 5.1 Основные технические требования к автоматизированным установкам
• 5.2 Выбор аппаратуры автоматизации
• 5.3 Состав и работа аппаратуры автоматизации
• 6 Эксплуатация и техническое обслуживание ВЕНТИЛЯТОРНОЙ установки главного проветривания
• 7 Организационно — экономическая часть
• 7.1 Оплата труда
• 7.2 Материальные затраты
• 7.2.1 Материалы
• 7.2.2 Электроэнергия
• 7.3 Амортизация
• 7.4 Экономический эффект
• 7.5 Оценка экономической эффективности организационно-технических мероприятий проекта
• 8 Безопасность жизнедеятельности
• 8.1 Безопасность при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте вентиляторных установок
• 8.2 Противопожарные мероприятия
• Заключение
• Список литературы

Ведомость дипломного проекта

электропривод внетиляторный проветривание

Проводимые в настоящее время экономические реформы, диктуют необходимость улучшения работы базовых отраслей производства, повышение производительности труда. Успешная работа угольной промышленности будет зависеть от создания высокопроизводительной техники, внедрения передовых технологий, автоматизации производства рационального и экономического подхода в расходовании сырья, топливно-энергетических ресурсов.

При перехода к разработке более глубоких горизонтов, угольные предприятия следует обеспечить комплексом совершенного и высокопроизводительного стационарного оборудования, включающего вентиляторные установки главного проветривания. Эти установки должны получить дальнейшее совершенствование и в конструктивном, и в эксплуатационном отношениях. Проведенные статистические исследования параметров проветривания действующих шахт и рудников за длительный период их эксплуатации показали, что свыше 40% шахт и рудников имеют большой диапазон изменения количества воздуха подаваемого, в подземные выработки для их проветривания, а давление (депрессия) для перемещения воздуха по выработкам изменяется в два и более раза. Это приводит к тому, что более половины всех вентиляторов работают с КПД ниже 0.6. Эксплуатация непрерывно круглосуточно работающего вентилятора с низким КПД приводит к чрезмерно большому расходу электроэнергии.

Снизить неоправданный расход электроэнергии можно, используя на вентиляторах регулируемый электропривод. Опыт эксплуатации электрооборудования регулируемого электропривода на вентиляторных установках показал целесообразность их применения, как с точки зрения экономичности работы вентилятора, так и с точки зрения настройки вентилятора на заданный режим работы.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ

Шахта «Садкинская» сдана в эксплуатацию в 1989 г. как разведочно-эксплуатационная для разработки одиночного пласта m18 c проектной мощностью 400 тыс. т. в год и расположена в северо-восточной части участка «Садкинский-Восточный» № 1.

Участок «Садкинский-Восточный» № 1 расположен в Белокалитвинском и Усть-Донецком районах Ростовской области Российской Федерации, в 36 км к югу от г. Белая Калитва и в 29 км к северу от г. Усть-Донецка, в Сулино-Садкинском угленосном районе Восточного Донбасса.

Угленосная площадь простирается вдоль оси Сулино-Садкинской синклинали на 12 км, а вкрест простирания 2,9−6,1 км, занимая площадь 54,6 км.

Основной угольный пласт этого района залегает в пределах участка — m18.

Поле шахты размещается в следующих технических границах на северо-востоке выход угольного пласта m18 под покровные отложения;

на северо-западе — условная линия, проходящая вкрест простирания пород через скважины № 16 079 и 16 142;

на юго-западе — изогипса минус 125 м пласта m18;

на юго-востоке — ось поперечного поднятия № 1 граница участка «Садкинский-Восточный» № 2.

Протяженность шахтного поля по простиранию 4,5 км, по падению 1,5−2,0 км. Утвержденные ГКЗ балансовые запасы составляют 15 234 тыс. т.

В соответствии с проектными решениями шахтное поле вскрыто тремя наклонными стволами — главным, вспомогательным и людским. Все стволы по покровным отложениям пройдены под углом 14° и закреплены замкнутой металлобетонной крепью сечением 16,9 м² в свету. По коренным породам стволы пройдены по пласту m18 верхней подрывкой боковых пород сечением 13,7 м² в свету, закреплены металлической арочной крепью. Назначение стволов:

главный — для выдачи горной массы на поверхность конвейером ЗЛ100У. Обслуживание конвейера осуществляется одноконцевым подъемом;

вспомогательный — для спуска — подъема материалов, оборудования, выдачи породы и подачи свежего воздуха. Ствол оборудован одноконцевым подъемом;

— людской — для спуска — подъема людей и выдачи исходящей струи воздуха. Ствол оборудован канатной дорогой МДК-4.

В настоящее время в эксплуатации находится горизонт с абсолютной отметкой минус 23,1 м, где сооружена приемная площадка наклонных стволов, пройден откаточный и вентиляционный штреки.

Наклонные стволы углубляются до горизонта — 125 м. Главный и вспомогательный стволы пройдены на полную длину 1600 м, по людскому стволу остаточный объем проходки составляет 450 м. Работы по углубке ствола завершены в 1997 году. На горизонте — 125 м в проходке находится коренной штрек.

Эксплуатационные работы ведутся по горизонтальной схеме подготовки. Система разработки — столбы по падению длиной 0,9−1,0 км с отработкой их по восстанию. Выемка горной массы производится комплексом 3КД -90Р с комбайном 2ГШ — 68Б.

Шахта негазовая по метану. Разрабатываемый пласт m18 не опасен по взрывчатости угольной пыли, не склонен к самовозгоранию, не опасен по горным ударам и внезапным выбросам.

Проветривание шахты. Шахта «Садкинская» объединенными приказами ОАО «Ростов-уголь» и Управления Ростовского округа Госгортехнадзора относится к негазовым и неопасным по взрывам угольной пыли.

Схема вентиляции — центральная, способ проветривания всасывающий. Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному стволу, исходящая струя воздуха выдается по людскому стволу. Подземные выработки шахты Садкинская проветриваются по центральной схеме и пылевсасывающем способе. Свежий воздух поступает в шахту по вспомогательному наклонному стволу, а выдается по людскому, оборудованному вентилятором главного проветривания ВОД-21. Главный (конвейерный) наклонный ствол проветривается обособленно при помощи вентиляторов ВЦ-15 (2шт. в параллельной работе).

Общая потребность шахты в воздухе составляет 128 м3/с, депрессия 203 мм. вод. ст. на людском стволе и 230 мм на главном.

Схема проветривания прошла экспертизу у оперативных работников ОВГСО. Расчеты и выводы ВГСЧ приложены к настоящей записке.

Вентиляторная, установка, оборудкованная двумя осевыми двухступенчатыми вентиляторами типа ВОД -21м, пристроена к людскому стволу. Для предотвращения обмерзания главного и вспомогательного стволов предусмотрена вентиляторная калориферная установка производительностью 75 м/с. От калориферной установки нагретый воздух в количестве 5 м3/с подается в главный ствол и в количестве 70 м3/с — во вспомогательный ствол. В калориферной установлено 2 вентилятора ЦН-70 № 16 и калориферы КсКЗ-12.

Подземные горные выработки проветриваются по центральной схеме всасывающим способом. Свежий воздух в шахту подается по вспомогательному стволу, а выдается по людскому. Главный наклонный ствол, оборудованный конвейером, проветривается исходящей струей, лимитированной по скорости.

Проветривание выемочного участка лавы № 07 осуществляется по восходящей схеме с горизонта -125 м, куда с вспомогательного ствола воздух подается по ходку № 01. Непосредственно к забою струя подходит по вспомогательному ходку № 07 и через просеки попадает в рабочее пространство механизированного комплекса. Омыв его, отработанная струя попадает на конвейерный ходок № 05, по которому поднимается к выработкам гор. 24,2 и далее к людскому стволу.

Внедрение технологии «Continuous Miners» внесет в схему проветривания некоторые коррективы.

Лава с камерно-столбовой системой отработки размещается западнее наклонных стволов и отрабатывает запасы между горными работами и упомянутыми стволами. Проветривание непосредственно рабочего места комбайна «Джой» производится вентилятором местного проветривания. Подача воздуха к всасу вентилятора осуществляется по одной бортовой выработке, а выдача по другой.

Потребность шахты в воздухе составляет 46,0 м2/с, депрессия выработок — 35 мм вод ст.

Существующая схема проветривания не отвечает в полной мере требованиям «Правил безопасности…» в части проветривания шахты на бремсберговой схеме. Она представляет собой переходную от уклонной, т.к. выемочные участки проветриваются по восходящей схеме, а подачавыдача воздуха производится по параллельным выработкам, имеющим между собой сбойки.

Подготовка горизонта — 215 м преследует цель увеличения мощности шахты и Обеспечение проветривания ее по бремсберговой схеме. Для этого на нижнюю отметку дренажного горизонта проходится вертикальный ствол, служащий для подачи воздуха. В дальнейшем общее направление струи планируется только восходящее до устьев наклонных стволов.

Пройдя по воздухоподающему стволу и проветрив выработки околоствольного двора, свежая струя воздуха поступает на дренажный штрек, где большая его часть движется в сторону транспортного и вспомогательного ходков (78 м /с), а меньшая задалживается для проветривания транспортного штрека гор. -215 м (7 м /с). С дренажного штрека воздух забирается на проветривание проходки и очистных работ лавы № 01. От проходческого забоя исходящая попадает на транспортный штрек и следует к транспортному ходку.

В лаву воздух подается по бортовым ходкам № 2 и № 02. Проветрив забой, струя по противоположной подготовительной выработке (в частности бортовому ходку № 01) устремляется к подкоренному штреку гор. -125 м. По этой выработке она выдается к наклонным стволам и далее по всем трем стволам на поверхность.

Очистной забой, работающий на 125-м горизонте, проветривается по сложившейся в настоящее время схеме. Подача свежего воздуха к этому очистному забою производится по вспомогательному ходку и коренному штреку гор. -125 м.

Потребность шахты в воздухе яри сдаче гор. -215 м в эксплуатацию 102,9м3/с, а депрессия выработок 132,5 мм вод.ст.

Водоотлив — водоотливная установка коренного штрека гор — 125 м оборудована 4 насосными агрегатами ЦНС180−128 и 2-мя трубопроводами Ду 150 мм перекачивает воду в водосборники главного водоотлива (ГВУ), расположенного на горизонте откаточного штрека № 1. В камере ГВУ размещено 3 насосных агрегата типа ЦНС300−120. На поверхность вода откачивается 2-мя трубопроводами Ду 200 мм, проложенными по вспомогательному стволу.

Подземный транспорт — транспортировка горной массы выполняется двумя конвейерами типа ЗЛ100У. Обслуживание первого конвейера с поверхности осуществляется одноконцевой подъемной установкой с машиной Ц2,0×1,5. Для обслуживания второго конвейера предусматривается лебедка типа ЛВ — 25. Указанная транспортная система имеет техническую производительность 5,0 тыс. т. в сутки по горной массе.

Доставка горной массы от лав до перегрузочного пункта на главный ствол осуществляется ленточными конвейерами типа 1Л100К.

Подземное электроснабжение — подача электроэнергии в подземные горные выработки осуществляется от поверхностной подстанции ПС 110/6,3/6,6 кВ, расположенной на основной площадке шахты. Распределение электроэнергии по горным выработкам выполняется от 2-х стационарных подстанций РПП-6 № 1 и № 2, расположенных соответственно на откаточном штреке № 1 и коренном штреке гор. — 125 м.

Электроснабжение на поверхности — осуществляется от ПС 110/6,3/6,6 кВ с 2-мя трансформаторами мощностью по 10 МВа каждый. Питание подстанции выполнено. по одной одноцепной ВЛ 110 кВ, а вторая ВЛ 110 кВ построена, но не подключена. Подстанция в настоящее время имеет достаточный резерв (загрузка составляет порядка 30%) для подключения новых электрических нагрузок.

Технологический комплекс на поверхности

Режим работы технологического комплекса поверхности соответствует режиму работы шахты и составляет:

количество рабочих дней в году — 300;

количество смен — 3.

Технологический комплекс на поверхности для приема и отправки горной массы, выдаваемой наклонным стволом шахты, располагается на 2-х площадках: площадка шахты «Садкинская»,

— площадки приема и отгрузки, расположенные на шахте № 17.

На площадке шахты «Садкинская» расположены:

надшахтное здание главного и вспомогательного стволов;

погрузочные бункера, состоящие из 2-х ячеек общей емк. 400 т; площадка для аварийного складирования угля;

открытый склад крепежных материалов;

склад противопожарных материалов.

В связи с тем, что добываемый шахтой антрацит не может использоваться для энергетических целей без обогащения, то его обогащение производится на ЦОФ «Аютинская» и ЦОФ «Несветай». В связи с этим горная масса из погрузочных бункеров подается в автосамосвалы КрАЗ-256 и отвозится на погрузочный пункт шахты № 17. Штабель угля на открытом складе формируется бульдозерами. Загрузка ж/дорожных вагонов производится конвейерным транспортом.

2 РЕЖИМЫ РАБОТЫ вентиляторных установок главного проветривания

2.1 Вентиляторные установки главного проветривания

В настоящее время изготовляются вентиляторы главного и вспомогательного проветривания центробежного и осевого типа. Выпускается семь типоразмеров центробежных вентиляторов — ВЦ-15; ВЦ-16; ВЦ-25М; ВЦ-31.5М; ВЦД-31.5М; ВЦД-47.5У; ВЦД-47,5А, также шесть типоразмеров осевых вентиляторов: ВОД-16П; ВОД-18; ВОД-21М; ВОД-ЗОМ; ВОД-40М; ВОД-50.

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 103 000 кг-м2, а для ВЦД-47,5А — 206 000 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.

Рекомендуется при давлениях более 3000 Па и малых подачах применять центробежные вентиляторы, при давлениях до 1500 Па и больших подачах — осевые. В диапазоне давлений 1500—3000 Па необходимо проводить технико-экономический анализ вариантов и отдавать предпочтение лучшему.

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. Подавляющее большинство установок работает на всасывание.

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.

2.2 Способы регулирования установок главного проветривания

Система проветривания угольной шахты включает в себя вентиляционную сеть, главную вентиляторную установку, вентиляторы местного проветривания, средства контроля содержания метана в шахтной атмосфере и калориферные установки.

Автоматизация вентиляторных установок в настоящее время сводится к применению дистанционного управления вентиляторами и устройствами реверсирования струи воздуха с пульта, установленного в месте нахождения постоянного дежурного персонала, и осуществлению необходимых видов контроля работы установки.

Аэродинамическое сопротивление шахтной вентиляторной сети по отношению к первоначальному может изменяться в довольно широких пределах: при центральной системе проветривания в 4 — 10 раз, при диагональной — в 1.5 — 2.5 раза. В зависимости от характеристики сети изменяется режим работы вентилятора — подача и давление. Необходимый расход воздуха изменяется в 1.5 — 4 раза, а статическое давление в 2 — 6 раза. То есть в процессе работы шахты обеспечить её проветривание только за счет регулирования вентилятора невозможно, да и срок службы вентиляторной установки значительно меньше срока работы шахты. Регулирование необходимо в процессе эксплуатации вентиляторной установки, когда не считая необходимости постепенного увеличения или уменьшения производительности вентиляторной установки из-за развития или свертывания горных работ потребное количество воздуха изменяется еще по нескольким причинам:

— из-за сезонных колебаний температуры (расчетный диапазон 10−15%);

— из-за изменения суточного режима работы (диапазон изменения 15−20%);

— в праздничные дни (диапазон изменения 35−50%).

Данные обследования фактического использования вентиляторных установок Криворжского железно-рудного бассейна до широкого внедрения регулируемого привода показали, что до 10% вентиляторов работают с КПД < 40%, 1/3-<50%, 1/3−60% и лишь 20% в зоне экономически рекомендуемого использования с КПД 60−70% при проектном значении 80%. Эти данные подтверждают необходимость регулирования вентиляторных установок, причем диапазон регулирования должен быть не менее 1:0,5.

Способы регулирования (рис. 2.1) делятся на две группы — аэродинамические и с помощью регулируемого привода.

Аэродинамические способы:

1. Дросселирование — частичное перекрытие входного или выходного потока;

2. Закручиванием потока воздуха на входе вентилятора с помощью направляющего аппарата;

3. Поворотом лопаток при его останове или на ходу;

4. Изменением числа лопаток;

5. Установкой управляемых закрылков на лопатках вентилятора, как на самолете.

Первые два способа применяются и на ОВ и на ЦВ, остальные три — только на ОВ.

Рис. 2.1. Графики мощности потребляемой электроприводом вентилятора при различных способах регулирования подачи:

1 — поворотом лопаток направляющего аппарата и колеса; 2 — изменением частоты вращения привода путем введения в цепь ротора асинхронного двигателя сопротивления; 3 — изменением частоты вращения привода.

Регулирование режимов работы изменением угла установки лопаток направляющих аппаратов основано на использовании явления закручивания потока воздуха перед рабочим колесо. С увеличением угла установки лопаток теоретическое давление вентилятора при данной подаче будет уменьшаться.

Регулировочный эффект при повороте закрылков достигается одновременным действием двух факторов — изменением угла выхода лопаток и диаметра рабочего колеса. Достоинство способа — возможность получения значительной глубины регулирования, недостатки — усложнение конструкции рабочего колеса и необходимость остановки вентилятора для изменения угла установки закрылков.

Способы регулирования с помощью электропривода могут быть самими разными, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества, свою область применения. В настоящее время на выбор способа регулирования основное значение имеют их энергетические характеристики:

Реостатная характеристика регулирования электропривода почти такая же, как характеристика 3. Регулирование с помощью привода более экономичное, особенно с учетом того, что для вентиляторов

Регулирование выполняется в основном в сторону меньшей скорости. Так как мощность вентиляторов большая (до нескольких тысяч кВт) и для их привода применяются в основном синхронные и асинхронные двигатели. Перспективно регулирования с помощью каскадных схем, для которых мощность регулировочного устройства пропорционально диапазону регулирования, и при определенном диапазоне регулирования возможен возврат энергии в сеть.

Возможны любые другие способы регулирования в том числе самые простые с помощью редуктора со сменными шестернями, заменой двигателя или при 2-х двигательным приводом — один на полную мощность Рн, другой — на 0,5 Рн.

В настоящее время большинство рудничных вентиляторов оборудовано нерегулируемым электрическим приводом. Для нерегулируемого привода крупных вентиляторов с потребляемой мощностью свыше 350 кВт применяются высоковольтные синхронные электродвигатели на напряжение 6 или 10 кВ, что обусловлено их высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками:

высоким коэффициентом полезного действия;

опережающим коэффициентом мощности высокой надежностью вследствии относительно большого воздушного зазора между ротором и статором.

2.3 Характеристики вентиляторных установок главного проветривания

Выбор вентилятора выполняется по данным о расходе воздуха и давлении для шахтной вентиляционной сети в конкретные периоды ее эксплуатации на срок службы вентилятора. Сроки службы вентиляторов главного проветривания составляют 14 лет при диаметре рабочего колеса менее 3150 мм и 20 лет — для вентиляторов с диаметром 3 м и более. Расчет вентиляционных параметров расхода Qm и депрессии рш для шахтной сети выполняется в соответствии с ПБ и ПТЭ.

Выбор главной вентиляторной установки включает выбор вентилятора, двигателя к нему, других аппаратов и оборудования, выбор способов регулирования, определение резерва подачи и расхода электроэнергии.

Основные данные технические характеристика шахтных вентиляторов и их приводов приведены в таблице 1. в соответствии с технической характеристикой вентилятора ВОД-21М для его привода принимаем синхронный высоковольтный электродвигатель СДВ-15−34−12 Рн = 500 кВт, нн = 500об/мин.

Для повышения технико-экономических показателей работы ГВУ (надежность, срок службы, экономичность) в проекте предлагается для основного вентилятора применить регулируемый электропривод, для резервного — устройство плавного и автоматическую регулировку возбуждения для компенсации реактивной мощности других потребителе шахты.

Таблица.1. Характеристика шахтных вентиляторов и их приводов

На листе 1 графической части проекта приведена схема ГВУ с двумя реверсивными вентиляторами ВОД-21М.

2.4 Цель и задачи проектирования

Цель проектирования — автоматическое регулирование вентиляторов главного проветривания.

Задачи проектирования:

— выбор схемы, расчет и выбор элементов автоматизированного электропривода ГВУ;

— выбор структуры и элементов системы управления автоматизированного электропривода ГВУ;

— расчет и выбор элементов системы электроснабжения ГВУ;

— автоматизация ГВУ;

— эксплуатация и техническое обслуживание ГВУ;

— безопасность жизнедеятельности;

— расчет технико — экономической эффективности.

3. Электропривод вентиляторной установки главного проветривания

3.1 Основные положения проектирования проветривания шахт

При проектировании шахт с учетом развития горных работ, принятой системы проветривания и изменения потребного количества воздуха составляют прогноз изменения необходимых давлений и расхода воздуха по годам на период до 20 лет, определяемый сроком службы вентиляторной установки.

Обычно этот прогноз представляется в виде графика (листе 2, а графической части проекта), на котором наносятся линии изменения давления psv во времени 1 и потребного расхода Q1 воздуха 2. В качестве примера рассмотрено влияние на работу вентилятора развития работ от ствола к границам шахтного поля и двух горизонтов при постоянном за весь срок службы расходе воздуха Q1.

Вентилятор выбирается из условия обеспечения максимального давления pSvmax при потребном расходе воздуха Q1. Рабочий режим определится точкой 5, получаемой пересечением характеристики 3 вентилятора с характеристикой шахтной сети 4 при максимальном сопротивлении в период В. Изменение характеристики сети в различные периоды приводит к изменению режима работы вентилятора и, главное, его подачи. Так, в начальный период эксплуатации, А сопротивление шахтной сети мало, характеристика 6 ее более полога и в новом рабочем режиме (точка 8) вентилятор развивает при давлении p’sv подачу Q2, которая превышает необходимый из условий эксплуатации расход воздуха Q1 и давление psv min Это ведет к перерасходу энергии (точки 9, 10 на кривой 7) N=f (Q) и к росту скорости воздуха в выработках, которая может превысить установленные правилами безопасности пределы.

Изложенным объясняется необходимость регулирования рабочих режимов установки. Рабочая область принятой установки при одной или нескольких частотах вращения ротора должна покрывать все необходимые вентиляторные режимы. Исследованиями установлено, что более чем в 90% случаев для установок главного проветривания глубина экономичного регулирования по статическому давлению должна быть не менее 0,8, по подаче — не менее 0,7.

Вентиляторная установка специальным каналом подключается к вентиляционному стволу, который используется и для других технологических операций, таких, как подъем полезного ископаемого или спуск и подъем людей, вспомогательных грузов. Для нормального проветривания шахты сооружения 1 (листе 2, б графической части проекта), примыкающие к вентиляционному стволу, герметизируются. Через неплотности 2, 3 и 4 в надшахтном здании и вентиляционных каналов при работе вентиляторной установки происходят подсосы (утечки) воздуха. В соответствии с нормативными документами при проектировании проветривания шахты подсосы, в зависимости от того, какие технологические операции обеспечивает вентиляционный ствол, принимаются равными 10—30% от общешахтного расхода воздуха. В ряде случаев фактические подсосы существенно превышают нормативные. Подсосы можно рассматривать как параллельную по отношению к шахтной сети ветвь. Если характеристика шахтной, сети, имеет вид, кривой. 6, а характеристика подсосов — 5, то суммарная характеристика сеть — подсосы получится сложением расходов при одинаковых давлениях (кривая 7). Аэродинамическая характеристика установки имеет вид кривой 8. При отсутствии подсосов рабочий режим системы сеть — вентиляторная установка определяется координатами точки А. В шахту подается количество воздуха Qш.

При наличии подсосов рабочий режим системы характеризуется координатами точки В. Подача вентилятора Qb увеличивается, а создаваемое давление снижается. Потребляемая вентилятором мощность N и статический к.п.д. зs в зависимости от характера кривых N=f (Q) и зs=f (Q) могут расти или уменьшаться. При наличии подсосов расход воздуха в шахтной сети определяется точкой С, снижается до Q’ш и, следовательно, ухудшается проветривание шахты. Степень снижения расхода в шахтной сети при одинаковой характеристике подсосов будет тем больше, чем круче кривая psv=f (Q). Например, если аэродинамическая характеристика установки имеет вид кривой 9, то рабочий режим системы при наличии подсосов будет определяться координатами точки В'. В шахту в этом случае будет подаваться количество воздуха Q" ш

Установки изготавливаются на различные номинальные значения psv = psvhom и Q = Qhom. Для оценки крутизны характеристики в общем случае необходим безразмерный комплекс. Его роль вблизи номинальных режимов может выполнять параметр относительного снижения статического давления

здесь psv — произвольное давление по характеристике, проходящей через точку с номинальными параметрами;

Q — соответствующая этому давлению подача.

С ростом подачи, по отношению к номинальной, для всех вентиляторных установок статическое давление снижается. Обработка данных для серийно выпускаемых центробежных вентиляторных установок свидетельствует, что Кк = - (1,14 — 1,46); для осевых вентиляторов Кк = - (1,65−5-2,03), а для вентиляторной установки ВОД-16П Кк = - 3,54.

Изложенное свидетельствует, что подсосы имеют большее влияние на проветривание шахты, оборудованной осевыми вентиляторами. Это следует учитывать при разработке мер по герметизации.

Практически в любой шахтной вентиляционной сети действует естественная тяга. Природа ее возникновения обусловлена разностью температур в подающем и вентиляционном стволах. Зимой в шахту поступает холодный воздух. В соответствии с ПБ калориферные установки должны обеспечить его подогрев всего до 275 К (+20С). В шахте температура воздуха растет (тепловыделение пород, работающих механизмов). При Т=275 К плотность воздуха выше плотности при Ф=299 К почти на 9%.

При равенстве плотностей воздуха в обоих стволах (1 и 2) (листе 2, в графической части проекта) характеристика шахтной сети будет pc=pQ2 (кривая 3), а характеристика вентилятора — кривая 4. Рабочий режим определится координатами точки, А и в шахту поступит расход воздуха Qш.

Температура и влажность воздуха в вентиляционном 1 и подводящем 2 стволах обусловливают различную плотность воздуха, что приводит к изменению аэродинамических характеристик шахтных сетей. Если плотность воздуха в вентиляционном стволе больше, чем в подающем, что обычно бывает в летнее время, то уравнение характеристики сети будет pc = RQ2ш + gH (р2 — р1) и она примет вид кривой 5 (Н — глубина шахты). Второе слагаемое gH (р2 — р1)=Дp' — превышение давления столба воздуха в вентиляционном стволе. Рабочий режим определится точкой В, и расход воздуха в шахту снизится до Q’ш. В данном случае естественная тяга снижает эффективность проветривания шахты.

Если плотность воздуха в подводящем стволе больше, чем в вентиляционном, что обычно бывает в холодное время года, то характеристика внешней сети примет вид pc=RQ2ш — gH (p1 — р2), кривая 6. Здесь давление gH (p1 — р2) = Дс" способствует преодолению сопротивления шахтной сети. Рабочий режим определится координатами точки С. Расход воздуха в шахту увеличится до· Q" ш. При остановке вентилятора расход воздуха в шахту будет равен QE. Давление, создаваемое столбом холодного воздуха в подающем стволе, выше давления в вентиляционном. Эта разность и равна естественной тяге. Она тем больше, чем глубже стволы и больше разность температур в них. В отдельных случаях естественная тяга может достигать 1000 Па.

3.2 Современное состояние электропривода

Назначение электропривода вентиляторных установок главного проветривания это обеспечение непрерывной длительной работы вентилятора; возможность пуска установки с большим моментом инерции; высокая надежность и экономичность; высокая степень автоматизации управления.

Широкое использование синхронных двигателей, создание каскадных схем электропривода для вентиляторов и, наконец, широкое использование силовой преобразовательной техники и микроэлектроники определяют современное состояние электропривода для вентиляторов.

Несмотря на высокие энергетические показатели синхронного двигателя, электропривод шахтных вентиляторов с таким двигателем пока имеет ряд существенных недостатков: не всегда обеспечивается разгон вентиляторов с большими маховыми массами, длительный пуск с большими пусковыми токами требует более мощную систему электроснабжения шахты.

Поэтому, наряду с синхронными двигателями, идет совершенствование электропривода вентиляторов главного проветривания мощностью 500−1500 кВт благодаря широкому использованию высоковольтных асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором.

В отечественной практике нашли применения пока лишь две системы электропривода с плавным регулированием: асинхронный вентильно-машинный каскад (АВМК) и асинхронный вентильный каскад (АВК). Существенное преимущество каскадных схем то, что преобразуемая электрическая мощность в них определяется диапазонами регулирования скорости в отличие от других систем регулируемого привода, в которых преобразуется вся мощность, подводимая к приводному двигателю, независимо от диапазона регулирования. Поскольку для вентиляторов требуемая глубина регулирования частоты вращения обычно не превышает 1:2, то и величина преобразуемой мощности в каскадных схемах не превышает половины полной мощности привода. Это уменьшает мощность преобразовательного оборудования и обеспечивает наиболее высокий КПД из всех систем регулируемого привода.

При выборе системы электропривода вентиляторных установок в зависимости от его мощности и предъявляемых к нему требований может возникнуть необходимость рассмотрения нескольких вариантов привода. Целесообразное решение находят путем технико-экономического сопоставления вариантов. Выбор той или иной системы электропривода определяется, в частности, требуется ли регулирование режимов работы установки или же регулирование cos ц.

Нерегулируемый привод обычно применяют, если длительная эффективная работа вентилятора при возможном изменении вентиляционных параметров шахты или рудника может быть обеспечена только аэродинамическими способами регулирования подачи и давления вентилятора. В нерегулируемых электроприводах вентиляторных установок в зависимости от мощности используются различные типы электродвигателей: при мощности до 200 кВт — низковольтные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором; при большей мощности — высоковольтные синхронные двигатели и высоковольтные асинхронные двигатели с фазным ротором. Применение асинхронных двигателей с фазным ротором обеспечивает: прямой пуск с малыми пусковыми токами и разгон вентилятора с большими моментами инерции ротора вентилятора. Такой недостаток асинхронных двигателей, как малый коэффициент мощности, может быть устранен применением компенсирующих устройств.

Иногда используется комбинация двух приводов — синхронного и асинхронного. Синхронно-асинхронный привод как один из возможных вариантов применяют, например, для вентилятора ВЦД-47У. Такая система привода целесообразна в случае необходимости поддержания высокого коэффициента мощности питающей сети шахты или рудника.

Регулируемый привод применяют для крупных центробежных вентиляторов — наиболее энергоемких и имеющих менее эффективные устройства аэродинамического регулирования (только направляющие аппараты). Использование регулируемого привода для осевых вентиляторов связано с определенными трудностями: существует возможность попадания вентилятора в зону неустойчивой работы, наличие узкой зоны рациональной работы вентилятора при регулировании только изменением частоты вращения. Поэтому для отечественных шахтных осевых вентиляторов регулируемый привод пока не нашел применения.

3.3 Регулируемый электропривод переменного тока

В современных регулируемых электроприводах переменного тока используются три основные структуры системы автоматического регулирования (САР), приведенные на листе 3 грфической части проекта):

ареализация заданной статической зависимости между частотой f и действующим значением U1, питающего электродвигатель напряжения (скалярное управление электроприводом);

балгоритм векторного управления;

валгоритм прямого управления моментом.

Блок-схема скалярного управления (лист 3 схема а). При управлении с разомкнутым контуром частота вращения электродвигателя регулируется изменением частоты f выходного напряжения таким образом, что реальная частота вращения вала будет определяться моментом нагрузки и выходной частотой f преобразователя.

При регулировании частоты питающего напряжения нужно обеспечить необходимую жесткость механических характеристик n2 =f (M) асинхронного электродвигателя во всем диапазоне регулирования.

Условия обеспечения надлежащей жесткости механических характеристик и перегрузочной способности возможно при сохранении постоянства амплитуды вращающегося поля статора. На рис. 3.1 показан желаемый вид механических характеристик при питании электродвигателя. Чтобы получить такого рода характеристики, необходимо выполнить условия постоянства амплитуды потока Ф1т при различной выходной частоте.

Рис. 3.1

Пренебрегая падением напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмотки статора, можно записать

Отсюда видно, что для сохранения Ф1т = const при различных значениях выходной частоты инвертора необходимо регулировать ее исходя из условия

При значительном уменьшении частоты, следовательно и U1, перегрузочная способность электродвигателя несколько снижается из-за относительного увеличения падения напряжения в статорной обмотке в связи с очевидным возрастанием потребляемого тока и, как следствие, снижения амплитуды вращающегося поля.

В практике реализации частотно-регулируемого электропривода микроконтроллер системы управления обеспечивает ввод и обработку параметров, составляющих в конечном итоге определенную конфигурацию характеристики U = /(/). примерный вид характеристики «напряжение—частота» приведен на рис. 3.2.

Рис. 3.2

В некоторых типах частотно-регулируемых электроприводов в памяти управляющего контроллера хранится набор характеристик «напряжение-частота», одну из которых можно установить при инсталляции привода в зависимости от конкретных условий работы. Иногда их количество может достигать 25.

Система управления, в зависимости от применения, может реализовывать заданную статическую зависимость указанного соотношения, например различный угол наклона зависимости U/f. При этом САР измеряет фазные токи ia, ib либо ток в минусовой шине инвертора и вычисляет активное значение тока, пропорциональное моменту. В случае перегрузки электродвигателя ток превышает установленное ограничение и выходная частота снижается.

Типичная область применения ПЧ с САР скалярного типа: насосы, вентиляторы, центрифуги, конвейеры. В случае замкнутого управления (наличие обратной связи по скорости) производится регулирование частоты вращения или момента, или обоих параметров поочередно. Регулятор скорости поддерживает частоту вращения, равную заданной, независимо от изменений нагрузки. Регулятор момента поддерживает момент двигателя, равным заданному, при условии изменения скорости электродвигателя. Реализация такого алгоритма возможна только при наличии обратной связи по скорости.

Блок-схема САР с векторным управлением (лист 3 схема б). Такая модель используется для регулирования частоты вращения или момента двигателя, а также обоих параметров поочередно. Типичное применение: краны, подъемники, намоточные устройства, моталки, лебедки, бумажные машины, приводы для металлургической и деревообрабатывающей промышленности.

На схеме: ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор; БИ — блок определения постоянной времени ротора; ПК — преобразователь координат; СВ — сетевой выпрямитель; АИН — автономный инвертор напряжения fзадзаданная частота переключений; БФИ — блок-формирователь сигнала; шзад — канал регулирования потокосцепления; Мзад — канал регулирования момента.

Основной отличительной особенностью векторного управления является реализация пуска «с хода» при подключении преобразователя к уже вращающемуся двигателю. При этом измеряется ток статора iа, ib и число оборотов ротора. Полученные сигналы. вводятся в математическую модель асинхронного электродвигателя (лист 3 схема б).

В модели двигателя производится расчет магнитного потока и разделение тока статора на две составляющиемомент iq и магнитный поток id. Обе составляющие тока могут регулироваться раздельно, по своему каналу и независимо. Это дает возможность при сохранении потока изменять момент электродвигателя.

Дальнейшее совершенствование показателей частотно-регулируемого электропривода стало возможным в результате разработки и реализации специальных алгоритмов прямого управления моментом на основе теории разрывных управляющих воздействий в скользящем режиме, методология которых строится на синтезе математических моделей систем управления, имеющих вид дифференциальных уравнений в форме Коши с разрывной правой частью.

Блок схема САР прямого управления моментом DTC (direct torque control) (лист 3 схема в) состоит из регулятора скорости, устройства задания и ограничения момента, задания потока статора и частоты переключения. Работа системы основана на реализации во времени работы двух моделей:

1. Регулирование в скользящем режиме вектора потокосцепления статора и момента М электродвигателя по значениям, вводимым в нее заданных и действительных величин. Такое регулирование осуществляется модулем сверхбыстрых процессоров.

2. Модель асинхронного электродвигателя через каждый промежуток времени осуществляет вычисление действительных значений потока статора и момента по вводимой в нее информации: токам фаз статора, напряжению звена постоянного тока и положению ключей инвертора. Кроме этого, производится вычисление скорости асинхронного электродвигателя и частоты выходного тока инвертора.

На схеме: РМ, РФ, PF — регуляторы момента, потока и частоты переключения; Ud — входное напряжение АИН; S1, S2, S3 — состояние ключей АИН; PC — регулятор скорости; Мзад, Фзад, fзадзадание значений момента, потока; Мд, Фд, пд — действительные значения момента, потока и частоты вращения.

Такой принцип управления моментом позволяет значительно улучшить характеристики электропривода в части снижения времени достижения заданного момента (не более 1.5 мс), увеличения точности управления моментом при очень низких частотах вращения и нулевой скорости. Кроме этого, весьма привлекательны такие особенности, как отсутствие широтно-импульсной модуляции и необходимости использовать датчик частоты вращения электродвигателя. На листе 2 схема в приведен вариант структурной организации ядра системы прямого управления моментом. По сути, модуль быстродействующих процессоров — это гистерезисный регулятор момента, где управляющие воздействия на силовые ключи инвертора (частота и порядок переключения) вырабатываются в зависимости от сравнения заданных значений магнитного потока и момента с их действительными значениями, синтезируемыми математической моделью электродвигателя. В зависимости от конкретной системы управления вектор потокосцепления статора Ш5 определяется в течение 10—25 мкс, то есть в каждом цикле управления:

где Us и Is — векторы напряжения и тока статора (рис. 3.22), представленные в неподвижной относительно статора системе координат X, Y;

Rs — активное сопротивление статора.

Вектор напряжения Us определяется исходя из значения измеренного напряжения звена постоянного тока и положения силовых ключей инвертора.

Электромагнитный момент вычисляется, как произведение векторов потокосцеплений статора и ротора

где с — число пар полюсов;

у — коэффициент рассеивания;

Lm — индуктивность намагничивания.

Алгоритм управления моментом предусматривает: поддержание модуля вектора потока статора Ш5 постоянным, а регулирование момента достигается изменением утла в между векторами потоков статора и ротора

Учитывая, что постоянная времени роторной цепи любого асинхронного электродвигателя превышает 100 мс, что во много раз медленнее, чем изменение потокосцепления статора ШS, оптимальная логика переключений «успевает» находить наилучший вектор напряжения, при котором ошибка между созданным и действительным значениями момента будет минимальной.

Для достижения более точного регулирования момента производится корректировка в реальном времени абсолютного значения вектора потокосцепления статора ШS за счет соответствующего изменения напряжения.

Использование рассмотренного алгоритма прямого управления моментом, помимо высокой точности и быстродействия, предопределяет такие возможности, как инвариантность к изменению параметров объекта и возмущениям.

Несмотря на то, что для вентиляторов типичным является применения ПЧ с САР скалярного типа, к применению предлагается алгоритм векторного управления.

Этот принцип для синхронного двигателя позволяет упростить силовой преобразователь, а именно, применить непосредственный преобразователь частоты. А, применив схему управления с выделением продольной и поперечной составляющих тока статора и регулированием тока возбуждения, получить возможность регулирования коэффициента мощности и ограничения магнитного потока машины номинальным значением.

3.4 Синхронный регулируемый электропривод основного вентилятора с векторным управлением и регулированием продольной и поперечной составляющих тока статора

В частотнотоковой системе электропривода вектор потокосцепления статора шс ориентируют относительно вектора потокосцепления ротора шр в полярной системе координат, т. е. с помощью системы регулирования обеспечивают требуемые длину вектора шс и его угол относительно опорного вектора шр. Построить моментный треугольник потокосцеплений в синхронной машине можно и в прямоугольной (декартовой) системе координат. В этом случае вектор шс задают (ориентируют относительно опорного вектора шр) проекциями его на две ортогональные оси d и q машины. При этом возможны разные формы записи выражения для электромагнитного момента синхронного двигателя. Чаше пользуются следующим соотношением:

Здесь шd и шq — составляющие вектора полного потокосцепления (в зазоре) по осям d и q; шсq и шсd — составляющие по осям d и q вектора потокосцепления шс; 1q и Id — составляющие тока статора по осям d и q. Знак минус перед вторым слагаемым в квадратных скобках получается потому, что составляющие шсd и Id встречны вектору шС .

На листе 4 графической части проекта приведена вариант функциональной схемы частотнорегулируемого синхронного электропривода с выделением составляющих тока статора по осям d и q. Примем постоянной величину тока ротора и, кроме того, считаем, что величина задания продольной составляющей тока статора Id3 = 0. В этом случае М = 0,5 m шd Iq.

Статор синхронного двигателя MS подключен на выход преобразователя частоты с непосредственной связью НПЧ, собранного на трех источниках тока UZA, UZB и UZC (рис. 40.11). Управление источниками тока происходит от специального вычислительного блока, именуемого преобразователем координат ПК1 UV1. На вход этого блока подаются напряжения Ud и Uq, которые в функции угла поворота ротора двигателя, измеряемого датчиком положения ротора ДПР BQ, преобразуются в три сигнала задания фазных токов статора IАЗ, IВЗ, Iсз. Другой вычислительный блок — преобразователь координат ПК2 UV2 — в функции положения ротора двигателя преобразует измеряемые датчиками тока фазные токи статора двигателя IА, IВ, Iс в фиктивные величины Id и Iq, которые затем обрабатываются регуляторами PTd и СФq (AAd и ААq) продольной и поперечной составляющих тока статора.

Сигналом задания для контура регулирования поперечной составляющей тока статора Iq является напряжение на выходе регулятора скорости PC AR. В упрощенной схеме продольная составляющая тока статора Id поддерживается равной нулю. Тогда система электропривода по своим регулировочным характеристикам совпадает с частотнотоковой системой регулирования.

В общем случае ток возбуждения двигателя регулируется и появляется благоприятная возможность реализовать все потенциальные возможности векторного способа формирования момента в синхронном электроприводе: неограниченность электромагнитного момента, совпадение по времени первых гармоник тока и напряжения, возможность ограничения магнитного потока машины номинальным значением.

4 Электроснабжение вентиляторной установки главного проветривания

Вентиляторная установка главного проветривания состоит из двух самостоятельных агрегатов, один из которых находится в работе, а другой в резерве. Питание агрегатов осуществляется напряжением 6 кВ. Кроме оборудования высокого напряжения, установка главного проветривания имеет вспомогательное оборудование: маслостанции для смазки подшипников, приводы направляющих аппаратов, лебедки для открывания и закрывания воздухо-направляющих ляд, грузоподъемные механизмы для выполнения монтажных и ремонтных работ. Питание вспомогательного оборудования осуществляется напряжением 380 В.

Двигатели вентиляторов (лист 1 графической части проекта) расположены в здании.

Правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт вентиляторные установки главного проветривания отнесены к потребителям I категории по бесперебойности электроснабжения. Электроснабжение основных агрегатов должно осуществляться двумя кабельными линиями 6 кВ непосредственно от разных (взаиморезервируемых) секций шин РУ-6 кВ и двумя кабельными линиями 0.4 кВ от разных (взаиморезервируемых) секций шин РУ-0.4 кВ главной понизительной подстанции (ГПП). Электропотребление вентиляторных установок главного проветривания может достигать 20% общего электропотребления шахты.

4.1 Расчет освещения машинного зала вентиляторной установки

Производственные помещения поверхностного комплекса шахт должны иметь искусственное рабочее и аварийное освещение. Искусственное рабочее освещение машинного зала вентиляторной установки должно обеспечить освещенность не менее 100 лк (Еmin=100 лк) на уровне 0.8 м от пола. Аварийное освещение необходимо для продолжения работы при отказе рабочего освещения и должно обеспечивать освещенность не ниже 5% нормируемой. В качестве аварийного освещения допускается применять переносные аккумуляторные светильники.

Расчет внутреннего освещения машинного зала выполним методом светового потока. Для рабочего освещения машинного зала принимаем светильники типа НВО 04×200/П-01-У4. Коэффициент полезного действия светильника — hсв= 0.6. Световой поток лампы накаливания мощностью 200 Вт составляет 2700 лм (Fл=2700 лм).

Определяем высоту подвеса светильника

h = 0.7 * H — 0.8 = 0.7 * 10 — 0.8 = 6.2 м;

где: Н — высота машинного зала, 10 м.

Определяем индекс помещения по формуле

,

где: А и В — длина и ширина машинного зала, Общий световой поток необходимый для получения требуемой освещенности где: К з = 1.4 — коэффициент запаса (для ламп накаливания Кз =1.3 — 1.5.);

S — площадь помещения, м;

Z = 1.2 — коэффициент неравномерности освещения (для помещений на поверхности Z =1.1 — 1.3);

К осв= 0.4 — коэффициент использования светового потока (для помещений на поверхности К ос=0.3 — 0.5)

Определяем число светильников

nсв=Ф/Фл, где Фл=Fлсв=2700 * 0,6 = 1620 лм, К установке принимаем 12 светильников, расположенных в два ряда вдоль машинного зала. Расстояние между светильниками в ряду — 6 м. Схема расположения светильников изображена рисунке 4.1.

Рис. 4.1 Схема расположения светильников

Определяем расчетную мощность осветительного трансформатора

где РЕ — суммарная мощность светильников;

с — КПД сети 0,94 — 0,96.

К установке принимаем осветительный трансформатор ТСШ- 4/0.7, со следующими техническими характеристиками:

номинальная мощность — 4 кВА;

номинальное напряжение обмоток: ВН — 660/380 В, НН — 230/133 В;

потери холостого хода — Pхх= 90 Вт;

потери короткого замыкания — Pкз= 90 Вт;

напряжение короткого замыкания — uк = 3.5%.

Номинальный ток обмотки: ВН НН — 220/133 В

Номинальный ток обмотки: НН

Необходимое сечение осветительного кабеля

где: М — момент нагрузки, кВт*м;

С — коэффициент, зависящий от материала жил кабеля и напряжения сети (для напряжения 220 В и медных жил С=8,5*103 кВт/м);

U — нормируемая потеря напряжения (4% от Uном).

Для трехфазных линий с нагрузкой распределенной равномерно по длине линии

,

где: l1 — длина кабеля от трансформатора до первого светильника, м;

L — длина линии, м

L = 8 + 2 * 12 + 8 + 3 + 5 * 6 = 73 м;

М = 12 * 200 * (11 + 73/2)=114 000 кВт м;

К прокладке принимаем кабель с сечением рабочей жилы 4 мм², марки КРПСН 34.

Для подключения осветительного трансформатора к силовой сети, по номинальному току обмотки высшего напряжения, выбираем автоматический выключатель типа АП50−3МТ, номинальный ток выключателя — 10 А.

Ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя принимаем равным трехкратному номинальному току — 30 А.

Проверим чувствительность защиты к короткому замыканию в последней лампе.

Ток короткого трехфазного замыкания

где U ном — номинальное напряжение питающей сети;

Z — полное сопротивление сети

;

R тр и X тр — активное и индуктивное сопротивление трансформатора

R каб — активное сопротивление кабеля

где — удельное сопротивление проводника;

l — длина кабеля, м;

S — сечение кабеля, мм2;

X каб — индуктивное сопротивление кабеля

Xкаб=x0*l

x 0 — сопротивление 1 км кабеля, Ом;

l — длина кабеля, км;

Xкаб = 0,095 * 0,073 = 0,069 Ом;

Ток короткого двухфазного замыкания

Проверим уставку на надежность срабатывания защиты при коротких замыканиях

где Кч — коэффициент чувствительности защиты (нормативное значение не менее 1.5).

123/30 = 4.11.5

Чувствительность максимальной токовой защиты осветительной сети удовлетворяет нормативным требованиям.

4.2 Расчет кабельной сети низкого напряжения

Вспомогательное оборудование вентиляторной установки: привод направляющего аппарата (НА), маслостанции, лебедки, вентиляторы ДК-2, электроосвещение — являются электроприемниками низкого напряжения

Технические данные электроприемников низкого напряжения приведены в таблице 4.1.

Вспомогательное оборудование вентиляторной установки питается от трансформатора собственных нужд, установленного на главной понизительной подстанции.

Рис. 4.2. Расчетная схема кабельной сети низкого напряжения

Таблица 4.1. Технические данные электроприемников

Технические характеристики трансформатора собственных нужд ГПП:

типТМ1000/6,

высшее напряжение — U в н= 6 кВ,

низшее напряжение — Uнн = 0.4 кВ,

напряжение короткого замыкания — uк = 5.5%

мощность потерь холостого хода — Рхх = 2450 Вт,

мощность потерь короткого замыкания — Рк =11 000 Вт.

Кабельная сеть низкого напряжения состоит из питающего кабеля, проложенного от РУ-0.4 кВ поверхностной подстанции к РУ-0.4 кВ, которое расположено в здании вентиляторной установки, кабелей между шкафами управления и кабелями, имеющими отдельное потребление. Расчетная схема кабельной сети низкого напряжения изображена на рис. 4.2.

4.2.1 Расчет сечения кабелей по токовой нагрузке

Определяем токовую нагрузку магистрального кабеля

где К с — коэффициент спроса, учитывающий КПД и степень загрузки электродвигателей;

Рном — установленная суммарная мощность электроприемников;

Рном мах — номинальная мощность самого мощного электродвигателя.

cos ср — средневзвешенный коэффициент мощности

.

Выбираем сечение жил магистрального кабеля по допустимой токовой нагрузке, т. е. исходя из условия

I ф.м.к. I к. доп,

где Iк. доп — допустимая токовая нагрузка.

Для прокладки магистрали выбираем кабель с сечением рабочей жилы 25 мм 2 (Iк.доп=115 А), марки ААШв 325+110. Для прокладки между шкафами управления и питания отдельных потребителей выбираем кабель с сечением рабочей жилы 10 мм 2 (Iк.доп=65 А), марки ААШв 310+16.

4.2.2 Проверка кабельной сети по допустимой потере напряжения в рабочем режиме

Для нормальной работы электродвигателей необходимо, чтобы напряжение на его зажимах было не менее 0.95Uном: 0.95 * 380 = 361 В. При номинальном вторичном напряжении трансформатора 0.4 кВ, допустимые потери напряжения в трансформаторе и кабельной линии составляют 39 В

Uтр+Uмк+UгкUдоп ,)

где Uтр — потери напряжения в трансформаторе.

Uмк, Uгк — потери напряжения, соответственно, в магистральном и гибком кабелях.

Потери напряжения в трансформаторе

Uтр=(Uа*сos 2+Uр* sin 2),

где — коэффициент загрузки трансформатора электроприемниками вентиляторной установки

;

I2 — номинальный ток трансформатора;

Uа и Uр — соответственно, активная и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора;

2 — фазовый сдвиг между током и напряжением во вторичной обмотке, 2= ср.

Активная составляющая напряжения

;

где Рк — мощность потерь короткого замыкания трансформатора

Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания

.

Коэффициент загрузки трансформатора

Потери напряжения в трансформаторе в абсолютных единицах

Потери напряжения в магистральном кабеле

где IMK — ток в магистральном кабеле;

cosмк — средневзвешенный коэффициент мощности;

Rмк — активное сопротивление магистрального кабеля

;

— удельное сопротивление материала проводника;

l — длина кабеля, м;

S — сечение кабеля, мм;

Х мк — индуктивное сопротивление магистрального кабеля

Хмк= Х0*l

Х0 — удельное сопротивление 1 км кабеля;

Хмк = 0,0662 * 0,2 = 0,0132 Ом;

Определим потери напряжения в гибком кабеле наиболее мощного и удаленного токоприемника — лебедки: Nдв = 5,5 кВт, lгк= 69 м.

Потери в гибком кабеле рассчитывают по формуле где соsгк= соsдв — коэффициент мощности двигателя.

Определим сопротивления гибких кабелей Суммарные потери напряжения в гибких кабелях Суммарные потери напряжения в

0.38+2.1+3.87=9.35 В 39 В.

В рабочем режиме потери напряжения в кабельной сети и трансформаторе не превышают допустимого значения.

4.2.3 Проверка кабельной сети по допустимой потере напряжения в пусковом режиме

Кабельная сеть должна обеспечивать минимально допустимое напряжения на зажимах наиболее удаленного и мощного электродвигателя при его пуске. Напряжение на зажимах электродвигателя при пуске должно удовлетворять условию:

где lп = Мпуск/Мном,

Мпуск и Мном — номинальный и пусковой моменты двигателей, К — коэффициент запаса.

Фактическое напряжение на зажимах электродвигателей при пуске:

где Uр.н. — потери напряжения

Uрн=Uго +Uнр

Uго — напряжение холостого хода трансформатора;

Uнр — потери напряжения от прочих, работающих электродвигателей

;

I мк — ток в магистральном кабеле от всех двигателей, кроме пускаемого;

R и X — суммарное активное и индуктивное сопротивление магистрального кабеля и трансформатора;

cosср — средний коэффициент мощности электродвигателей, кроме пускаемого;

n — число электродвигателей, пускаемых одновременно;

Rн и Хн — суммарное сопротивление трансформатора и кабеля до пускаемого двигателя, соответственно, активное и индуктивное;

cosп = 0.5 — коэффициент мощности электродвигателя при пуске;

R тр и X тр — активное и индуктивное сопротивление трансформатора;

R'=Rмк +Rтр= 0.224+0.176 = 0.226 Ом;

Х'=Хмк +Хтр= 0.0132+0.0086=0.0218 Ом;

;

;

Кабельная сеть обеспечивает на зажимах наиболее мощного и удаленного электродвигателя напряжение, необходимое для его пуска.

4.2.4 Расчет токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания определяют для проверки коммутационных аппаратов по предельному току отключения и проверки чувствительности максимальной токовой защиты. Ток короткого трехфазного замыкания определяют по формуле

где U20 — напряжение холостого хода трансформатора;

Z — сопротивление цепи до точки к.з.

Ток короткого двухфазного замыкания определяют по формуле

Определим ток короткого замыкания в точке k1

где

.

Результаты расчетов токов короткого замыкания в остальных точках кабельной сети сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Токи короткого замыкания в кабельной сети низкого напряжения

4.3 Выбор пускозащитной аппаратуры и уставок защиты

Автоматические выключатели выбирают по номинальному напряжению аппарата — Uном а, номинальному току аппарата — I ном, а и проверяют по предельному току отключения — I откл. При этом должны быть выполнены следующие условия

Uном, а = Uс; Iном, а I Ф; I откл 1.2*I (3)кз,

где: Uс — номинальное напряжение сети;

I Ф — токовая нагрузка защищаемого присоединения;

I (3)кз — расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания на выводах аппарата.

Магнитные пускатели выбирают по номинальному напряжению аппарата Uном п, номинальному току аппарата I ном п и максимальной мощности управляемого пускателем электродвигателя P max п. При этом должны быть выполнены следующие условия

Uном п = Uс; Iном п I ном; Pmax п Pном,

где I ном — номинальный ток двигателя;

Pном — номинальная мощность двигателя.

Для защиты электрических цепей от коротких замыканий, исходя из условий выбора, принимаем автоматические выключатели общепромышленного исполнения типа А3700. Для управления электродвигателями принимаем магнитные пускатели общепромышленного исполнения типа ПМЕ.

Уставку максимальной токовой защиты вводного (Q1) и групповых автоматических выключателей (QF1, QF2, QF3, QF4) вычисляем по формуле

где I п — пусковой ток наиболее мощного двигателя;

Iр ном — сумма номинальных токов всех остальных двигателей.

Уставка максимальной токовой защиты вводного автоматического выключателя (Q1)

I уст = 66 + 2 * 2,17 + 2 * 5,02 + 2 * 11 + 2 * 8 + 8 = 126 А.

Принимаем ток уставки 160 А.

Коэффициент чувствительности защиты:

.

Уставка максимальной токовой защиты группового автоматического выключателя QF1

I уст = 66 + 2 * 11 = 88 А.

Принимаем ток уставки 100 А.

Коэффициент чувствительности защиты

.

Аналогично вычисляем токи уставки и проверяем чувствительность защиты остальных групповых автоматических выключателей. Результаты расчета и выбора пускозащитной аппаратуры сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3. Пускозащитная аппаратура

4.4 Расчет кабельной сети высокого напряжения

Кабельная сеть высокого напряжения состоит из двух кабельных линий (рабочей и резервной), которые проложены от РУ- 6 кВ поверхностной подстанции в здание главной вентиляторной установки. Рабочая и резервная линии должны быть рассчитаны на 100% нагрузку. В здании главной вентиляторной установки кабельные линии подключены к вводным разъединителям. Переключение питания привода вентиляторов от рабочей линии на резервную линию осуществляется секционным разъединителем.

4.4.1 Расчет и выбор сечения кабеля по токовой нагрузке и экономической плотности тока

Токовую нагрузку на кабельную линию создает работающий вентиляторный агрегат. Приводной электродвигатель вентиляторного агрегата имеет следующие паспортные данные:

тип двигателя — СД 15−34−12-У3;

номинальное напряжение — 6000 В;

номинальная мощность — 500 кВт;

номинальный ток — 57,5А.;

пусковой ток — 368 А.

Для токовой нагрузки выбираем сечение рабочей жилы кабеля 50 мм² (Iдоп= 155 А).

Сечение кабеля по экономической плотности тока

где gэк= 1.6 А/мм2 — экономическая плотность тока для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами.

Сечение кабеля по допустимой потере напряжения

где l = 220 м — длина кабельной линии;

DU допдопустимые потери напряжения в кабельной линии, В;

g=32 м/Ом*мм 2 — расчетная удельная проводимость алюминиевого провода.

Для нормальной работы электродвигателей необходимо, чтобы напряжение на его зажимах было не менее 0.95Uном: 0.95 * 6000 = 5700 В. При напряжении на сборных шинах поверхностной подстанции 6 кВ, допустимые потери напряжения в кабельной линии составляют 300 В (DU доп= 300 В).

К прокладке принимаем кабель с сечением рабочей жилы 95 мм 2 марки ААШв 395.

4.4.2 Расчет токов короткого замыкания

Для проверки термической устойчивости кабельной линии, выбора ячеек комплектного распределительного устройства и расчета уставок релейной защиты определим значения токов короткого замыкания в начале и в конце кабельной линии. Расчетная схема цепи короткого замыкания изображена на рисунке 5.3.

Рис. 4.3 Расчетная схема цепи короткого замыкания

По данным энергослужбы индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к шинам низшего (6.3 кВ) напряжения составляет 0,08 Ом (хс = 0,08 Ом).

Определим сопротивления элементов цепи короткого замыкания.

Индуктивное сопротивление трансформатора ТМН-25 000/110

где Uк = 10.5 — напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Uн = 6.3 — номинальное напряжение трансформатора, кВ;

Sном — номинальная мощность трансформатора, кВА.

Индуктивное сопротивление токоограничивающего реактора

где х ор = 12% - относительное сопротивление реактора, %;

Uном = 6 — номинальное напряжение реактора, кВ;

Iном= 2500 — номинальный ток реактора, А.

Активное (r вл) и индуктивное (х вл) сопротивление одноцепной ВЛ-6 кВ

где r0= 0.27 — активное сопротивление одного километра воздушной линии электропередачи, Ом/км;

х0= 0.35 — индуктивное сопротивление одного километра воздушной линии электропередачи, Ом/км;

Активное (r вл) и индуктивное (х вл) сопротивление кабельной линии

где r0К= 0.34 — активное сопротивление одного километра кабельной линии электропередачи, Ом/км;

х0К= 0.078 — индуктивное сопротивление одного километра кабельной линии электропередачи, Ом/км.

Суммарное сопротивление цепи короткого замыкания в точке К1

Суммарное сопротивление цепи короткого замыкания в точке К2

Ток короткого трехфазного замыкания в точке К1

Ток короткого трехфазного замыкания в точке К2

4.4.3 Расчет сечения кабеля по термической устойчивости к току короткого замыкания

Сечение кабеля по термической устойчивости

где Iкз — ток короткого трехфазного замыкания в начале кабельной линии (точка К1), А;

tф = 0.5 с — время отключения линии максимальной токовой защитой;

c = 98 — коэффициент, учитывающий рабочее напряжение кабеля, материал и допустимую температуру нагрева жил кабеля.

Принятый кабель с сечением рабочих жил 95 мм² устойчив к нагреву током короткого замыкания.

4.5 Выбор высоковольтных ячеек

Высоковольтные ячейки комплектного распределительного устройства (КРУ) выбирают по номинальному напряжению ячейки — Uном яч, номинальному току — I ном яч и проверяют по предельному току отключения — I откл. При этом должны быть выполнены следующие условия

Uном яч = Uс; Iном яч I Ф; I откл I (3)кз.

где: Uс — номинальное напряжение сети;

IФ — токовая нагрузка присоединения;

I (3)кз — расчетный максимальный ток короткого трехфазного замыкания на выводах ячейки.

Исходя из условий выбора, принимаем КРУ внутренней установки типа КСО-285 со следующими техническими характеристиками

Uном яч =6 кВ; Iном яч = 400 А; I откл =20 кА.

4.6 Расчет и выбор уставок релейной защиты

Кабельные линии должны иметь двухступенчатую максимальную токовую защиту (МТЗ): первая ступень — токовая отсечка от коротких многофазных замыканий, работающая на отключение; вторая ступень МТЗ от перегрузки с зависимой или независимой выдержкой времени, работающая на сигнал или отключение. Коэффициент чувствительности защиты должен быть не менее 1,5.

Для осуществления максимальной токовой защиты принимаем реле типа РТ-80 с зависимой выдержкой времени. Защита от перегрузки двигателя главной вентиляторной установки должна работать на сигнал.

Расчетный ток срабатывания токовой отсечки

где kн — коэффициент надежности, kн =1.1 — 1.3;

kТ — коэффициент трансформации трансформатора тока, kТ = 400/5;

kвкоэффициент возврата, kв=0.8;

I p max — максимальный рабочий ток защищаемой линии;

Ip max= I пуск= 761 А Расчетный ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки

где I ном — номинальный ток двигателя, I ном= 141 А.

Принимаем: ток уставки МТЗ — I уст мтз = 3 А; ток уставки отсечки — I уст отс = 15 А.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки

.

Коэффициент чувствительности МТЗ

.

Максимальная токовая защита удовлетворяет правилам устройства электроустановок.

5 Автоматизация вентиляторной установки главного проветривания

5.1 Основные технические требования к автоматизированным установкам

Аппаратура дистанционно — автоматизированного управления должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечивать надежную работу без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

2. Предусматривать возможность трех видов управления:

а) дистанционно — автоматизированного, с наименьшим числом операций, выполняемых диспетчером (оператором). При этом пульт дистанционного управления и контроля работы вентиляторной установки должен находиться на поверхности шахты в диспетчерском пункте или в помещении одной из постоянно обслуживаемых стационарных установок, имеющем телефонную связь, где должны быть обеспечены постоянное квалифицированное наблюдение за состоянием сигнализирующей аппаратуры, дистанционное управление вентиляторной установкой и регистрация в журналах всех поступающих сигналов;

б) дистанционно — автоматизированного из машинного зала, аналогичное управление от диспетчера;

в) местного индивидуального, деблокированного, с места установки механизмов (для проведения ремонтно — наладочных работ).

3. Переход с одного вида управления на другой не должен вызывать остановки работающего вентиляторного агрегата.

4. Пуск вентилятора должен быть возможен только после приведения в рабочее состояние устройств, обеспечивающих нормальный запуск и работу агрегата в выбранном режиме.

5. Обеспечивать автоматический ввод резервного насоса системы маслосмазки при отключении работающего насоса, понижении давления за фильтром ниже предельного или уменьшении подачи масла.

При принудительной смазке подшипников вентиляторов с длительным временем свободного выбега предусматривать аккумулирующее устройство, обеспечивающее смазку подшипников при отключении маслонасосов работающего агрегата.

6. Допускать реверсирование воздушной струи и переход с одного вентилятора на другой при закрытом направляющем аппарате без остановки вентиляторного агрегата (если это разрешается по технологии работы вентилятора, например для центробежных вентиляторов).

7. Обеспечивать аварийное отключение вентилятора при:

а) коротких замыканиях и нарушениях изоляции по отношению к «земле» в силовых цепях;

б) исчезновении более чем на 10 секунд напряжения на станциях управления, питающих оперативные цепи защиты, электродвигатели маслонасосов, а также на роторной станции при асинхронном приводе в случае отсутствия блокировки (механической защелки) шунтирующего контактора;

в) неисправности в системе охлаждения приводных двигателей (при принудительном их охлаждении);

г) перегреве подшипников электродвигателей и вентиляторов (перегрев обмоток электродвигателей и подшипников качения контролируется только при наличии встроенных термодатчиков);

д) несимметричных режимах работы двигателей и их длительной перегрузке;

е) несостоявшемся или затянувшемся пуске;

ж) выпадении синхронного двигателя из синхронизма или неполном выводе сопротивлений ротора асинхронного электродвигателя после окончания пуска;

з) прекращении протока масла через подшипники или понижении давления в маслосистеме;

и) действии тормозных устройств во время работы агрегата.

8. Предусматривать подачу светового и звукового предупредительных сигналов при неисправностях, которые не вызывают необходимости аварийного отключения работающего вентилятора. Например, при предельной производительности или депрессии вентилятора, автоматическом включении резерва низкого напряжения и т. д.

9. Предусматривать аварийную остановку вентилятора обслуживающим персоналом из машинного зала при любом виде управления.

10. Предусматривать блокировки, запрещающие:

а) одновременную работу двух вентиляторов на шахтную сеть, если на используется их параллельная работа, а также реверсирование воздушного потока без остановки вентилятора (кроме случая изложенного в п.6);

б) повторное или самопроизвольное включение привода вентилятора после оперативного или аварийного отключения без последующей команды на пуск и до устранения причины, вызвавшей аварийное отключение;

в) одновременное применение различных видов управления агрегатом;

г) включение электродвигателей лебедок ляд и шиберов при работающем вентиляторе, кроме случая изложенного в п 6;

д) одновременную работу двух маслонасосов при нормальном давлении и необходимом количестве подаваемого масла;

е) включение привода вентилятора при работающих электродвигателях лебедок;

ж) пуск вентилятора при несоответствующем выбранному режиму работы ляд в вентиляционных каналах;

з) включение вентилятора при отсутствии протока масла через подшипники (при принудительной маслосмазке);

и) включение заторможенного вентилятора;

к) отключение разъединителя высоковольтного распредустройства при включенном масляном выключателе;

л) включение соленоида привода масляного выключателя, если обесточена нулевая приставка;

м) открывание ограждения высоковольтных устройств при наличии на последних напряжения.

11. Предусматривать контроль:

а) депрессии и производительности вентилятора;

б) температуры обмоток электродвигателей вентилятора (при наличии встроенных термодатчиков);

в) температуры подшипников электродвигателя и вентилятора;

г) протока и давления масла в системе маслосмазки;

д) наличие напряжения на станциях управления и в оперативных цепях;

е) положение ляд;

ж) положения лопаток направляющего или спрямляющее — направляющего аппаратов;

з) тока статора и ротора приводного двигателя;

и) высокого напряжения;

к) положения тормозного устройства.

12. Предусматривать сигнализацию, отражающую (в машинном зале световая или блинкерная):

а) аварийное отключение вентилятора с расшифровкой причины отключения;

б) работу в нормальном или реверсивном режиме;

в) исправную работу системы охлаждения (при принудительном охлаждении двигателя);

г) ввод в работу резервного насоса системы смазки;

д) повышенную температуру подшипников электродвигателей и вентиляторов;

е) повышенную температуру обмоток приводного электродвигателя (при наличии логометров и встроенных термодатчиков).

I. На пульте диспетчера (световая):

а) включение вентилятора;

б) отключение вентилятора;

в) работу в нормальном и реверсивном режиме;

г) аварийное отключение вентилятора (без расшифровки причины) с дублированным звуковым сигналом;

д) неисправность, не требующую аварийной остановки вентиляторного агрегата с дублированным звуковым сигналом.

13. Предусматривать автоматический ввод резервного питания 380 В.

14. Обеспечивать независимость электроснабжения рабочего и резервного вентиляторных агрегатов. Схемы не должны содержать общих элементов, выход из строя которых может вызвать неуправляемость или отключение обоих агрегатов.

5.2 Выбор аппаратуры автоматизации

Для автоматизации аппаратуры вентиляторов главного проветривания применяется аппаратура типов УКВГ, ЭРВГП — 2, АДШВ, УКАВ — 2. В настоящее время для этих целей промышленность выпускает аппаратуру типов УАШВ, УКАВ — М /24/.

Аппаратура УАШВ обеспечивает дистанционное управление и контроль работы шахтных реверсивных и нереверсивных вентиляторов с низковольтным электроприводом. Промышленностью изготовляется две модификации аппаратуры УАШВ:

УАШВ — 1 — для управления вентиляторной установкой при расстоянии от нее до диспетчерского пункта до 10 км и УАШВ — 2, применяемой при расстоянии до диспетчерского пункта до 2 км. Аппаратура УАШВ — 1 позволяет управлять вентиляторной установкой с пульта диспетчера по четырехпроводной (включая резервную пару проводов) линии связи, а УАШВ — 2 по 28 — проводной.

В комплект аппаратуры УАШВ — 1 входят: аппарат приема команд АПВК, аппарат приема сигналов АПСВ, два аппарата управления вентилятором АВГ и аппарат управления вспомогательными приводами АУВП. В комплект УАШВ — 2 входят: два аппарата АВГ, аппарат АУВП и аппарат воспроизведения сигналов АВС. В комплекты обеих модификаций входят по два комплекта аппаратуры контроля температуры АКТ — 2.

Аппаратура УКАВ — М обеспечивает возможность автоматизированного управления шахтными вентиляторами главного проветривания при соблюдении всех нормативов безопасности и соответствии всем современным эксплуатационным требованиям, предъявляемым к автоматизации системы проветривания. Она предназначена для автоматизации вентиляторных установок, оборудованных одним или двумя реверсивными или нереверсивными осевыми вентиляторами, либо центробежными вентиляторами одностороннего или двухстороннего всасывания, поэтому в данном проекте принимается аппаратура УКАВ — М.

5.3 Состав и работа аппаратуры автоматизации

Для автоматизации вентиляторов главного проветривания принимается серийно выпускаемый унифицированный комплект аппаратуры УКАВ-М. На листе 5 графической части проекта представлена способы контроля производительности вентиляторов и схема расположения датчиков состояния элементов вентиляторной установки.

Дистанционно осуществляется контроль: депрессии и температуры подшипников, обмоток электродвигателя; температуры, давления и расхода масла в ряде точек системы смазки; положения лопаток спрямляющего и направляющего аппаратов; положения тормоза для реверсивных осевых вентиляторов.

На листе 6 представлены способы контроля производительности вентиляторов.

На листах 7 и 8 графической части проекта представлены структурная и принципиальная схемы УКАВ-М.

Комплект электрооборудования УКАВ-М предназначен для обеспечения автоматизированного выполнения всех операций при эксплуатации вентиляторных установок, изменения режима работы вентиляторов, контроля работы и автоматического отключения вентиляторов при возникновении аварийных ситуаций.

УКАВ-М позволяют производить автоматизированное из диспетчерской, автоматизированное из машинного зала и ремонтное (местное) управление вентиляторными установками. Комплекты обеспечивают:

— автоматические повторные пуски вентиляторных агрегатов в периоды кратковременных (до 9с) исчезновений или глубоких падений напряжения сети;

— реверсы вентиляторов;

— возможность автоматического включения резервных вентиляторных агрегатов при аварийных отключениях работающих;

— автоматическое включение резервных вводов низкого напряжения.

Унифицированный комплект электрооборудования вентиляторной установки состоит из двух одинаковых наборов электрооборудования вентиляторов и набора электрооборудования вспомогательных приводов — общего для обоих вентиляторов. В зависимости от типа привода (асинхронный, синхронный, синхронно-асинхронный, одноили двухдвигательный) состав комплекта соответственно видоизменяется при одних и тех же основных станциях управления. Например, при синхронном приводе в комплект дополнительно входит станция возбуждения.

Конструктивно комплект УКАВ-М представляет собой набор шкафов закрытого исполнения и пульт дистанционного управления. В любом типоисполнении комплект УКАВ-М включает в себя шкафы управления вентиляторными агрегатами: ШУ1-УКАВ-М (ШУ11-УКАВ-М), ШУ2-УКАВ-М и пульт дистанционного управления ШУ7-УКАВ-М. Кроме того, в зависимости от типа привода, в комплект входит либо ШУ5-УКАВ-М, если привод синхронный либо ШУ6-УКАВ-М, если привод асинхронный. Если привод двухдвигательный, то в комплект входят ШУ5-УКАВ-М и ШУ6-УКАВ-М или два шкафа ШУ6-УКАВ-М. Шкафы ШУЗ-УКАВ-М и ШУ4-УКАВ-М составляют общую часть электрооборудования вентиляторной установки. Шкаф ШУЗ-УКАВ-М обеспечивает распределение энергии напряжением 380 В по всем шкафам управления вентиляторной установкой и управление вентиляторами проветривания помещения машинного зала. Шкафы ШУ4-УКАВ-М осуществляют управление электродвигателями лебедок ляд. Если количество ляд в установке не превышает трех, используется шкаф ШУ4-УКАВ-М, при большем количестве ляд, но не более шести, в схеме автоматизации используется шкаф ШУ8-УКАВ-М. Шкаф ШУИ-УКАВ-М аналогичен ШУ1-УКАВ-М, отличаясь тем, что не содержит цепей управления системой маслосмазки.

Шкафы управления ШУ1, ШУ2 совместно управляют вентиляторами и другими механизмами. Шкаф ШУ2 имеет следующие цепи управления:

направляющими аппаратами 1НА, IHA2, 2НА1, 2НА2 (для двусторонних вентиляторов);

· спрямляющими аппаратами ICA, 2CA (для осевых реверсивных вентиляторов);

· тормозами 1ЭТ, 2ЭТ (для осевых вентиляторов);

· маслонасосами смазки подшипников 1МН1, 1МН2, 2МН1, 2МН2;

· масляными выключателями IMB1, 2MB], IMB2, 2МВ2 для реверсивного вращения;

· электронагревателями масла 1ЭН, 2ЭН;

· станциями возбуждения 1СВ, 2СВ (для синхронных двигателей) или цепями роторных сопротивлений 1РС, 2РС (для асинхронного двигателя с фазным ротором).

К шкафам ШУ1 подключен ряд датчиков контроля скорости 1В1, 2В1 двигателей вентиляторов, контроля депрессии и расхода 1В2, 2В2, 1B3, 2B3, контроля температуры подшипников и обмоток двигателей 1В4−1В23, 2В4−2В23.

Шкафы ШУЗ, ШУ4 совместно управляют лебедками ляд ДЛ1-ДЛЗ и вентиляторами для проветривания машинного зала ВП1—ВП10, выдают необходимое питание 380 В на весь комплект УКАВ-М и воспринимают сигналы концевых выключателей KB положения ляд.

Шкафы ШУ5 обеспечивают управление возбудительными тиристорными устройствами для синхронных двигателей. Группа реле, установленных в них, выдает команды на втягивание двигателя в синхронизм, а в случае генераторного режима отключают его.

Шкаф ШУ6 служит для переключения пусковых роторных сопротивлений АД с фазными роторами в функции времени. В набор станции входят контакторы для переключения роторных сопротивлений и реле времени. Шкаф ШУ6 производит пуск приводных двигателей в четыре ступени. В однодвигательном приводе применяется одна роторная станция. В двухдвигательном приводе применяются две роторные станции, причем на второй из них используются только контакторы ускорения, катушки которых подключаются параллельно соответствующим катушкам первой роторной станции.

Каждый вентилятор может управляться из машинного зала, со шкафа ШУ2 и дистанционно с пульта диспетчера ШУ7. При дистанционном управлении вентилятор работает только в автоматическом режиме, а при местном управлении — автоматическом и ручном режимах. В ручном режиме возможно управление со шкафа ШУ2 или кнопками местного управления от механизмов. На пульте ШУ7 расположены следующие органы управления: кнопки (пуск, стоп, реверс, больше, меньше); переключатели (нормальный режим, реверсивный); потенциометры (больше, меньше). На пульт ШУ7 выдается световая сигнализация о положении всех механизмов вентиляторной установки, о положении ляд, о включении или отключении вентиляторного агрегата, об аварийном отключении вентиляторного агрегата или предупреждении об отклонении от нормального режима работы, о виде управления (местное, дистанционное).

Все шкафы управления (кроме пульта управления) — вертикальные конструкции двустороннего обслуживания. Пульт управления выполнен в виде стола оператора, на наклонной панели которого располагается ряд кнопок управления, переключателей и сигнальных ламп.

Управляющие автоматы комплектного устройства УКАВ-М работают по определенному алгоритму, описанному с помощью граф-схем — наиболее компактной формой, которая позволяет переходить непосредственно от задания условий к составлению и записи программы. Граф-схемы алгоритмов вентиляторных установок разработаны в соответствии с технологическими схемами вентиляторов, а также алгоритмами управления главных и вспомогательных приводов. При их разработке определяющим было стремление свести все разнообразие алгоритмов работы вентиляторов и вспомогательного оборудования, связанное с конструктивными и технологическими различиями, к единому системному решению функционирования с помощью единого аппаратурного средства микрокомандного автомата управления. Это позволило создать систему управления, в которой различия отображаются на уровне программирования, а реализация функций управления осуществляется одинаковой для всего многообразия управляемых механизмов операционной частью.

6 Эксплуатация и техническое обслуживание ВЕНТИЛЯТОРНОЙ установки главного проветривания

Главные вентиляторные установки относятся к важнейшему шахтному энергомеханическому оборудованию. От надежности их работы зависят производительность труда, здоровье и безопасность шахтеров. Установки — один из основных потребителей электроэнергии на шахтах. Высокая надежность и экономичность их работы могут быть обеспечены только при правильном техническом обслуживании.

При эксплуатации вентиляторных установок их осмотр, ревизию, ремонт и наладку производят в установленные нормативами сроки. В процессе эксплуатации вентиляторных установок выполняются операции пуска, остановки, регулирования, а также надзор за их работой. Плановые включения резервного вентилятора производятся с местного щита управления. В этом случае перед пуском выполняют осмотр вентилятора (проверяется крепление рабочих колес, лопаток, обтекателя, подшипниковых опор, состояние вспомогательного оборудования), устанавливают наличие смазки во всех узлах согласно карте смазки. При циркуляционной смазке производят до запуска вентилятора опробование системы включением ее в работу на 5 — 10 мин. После пуска вентилятора по контрольно-измерительным приборам определяют: подачу, статическое давление, температуру подшипников. Проверяют герметичность стыковых соединений; прослушивают стетоскопом, металлическим стержнем или трубкой работу каждого подвижного соединения; визуально или на ощупь определяют уровень вибраций. Устанавливают соответствие перечисленных выше параметров необходимым уровням.

Сущность технического обслуживания вентиляторных установок сводится к системе операций и работ по надзору и уходу в процессе эксплуатации. Последовательность и сроки проведения осмотров, ремонтов, ревизий, наладок и испытаний вентиляторных установок приведены в табл. 6.1 /4/.

Таблица 6.1 Последовательность и сроки проведения осмотров, ремонтов, ревизий, наладок и испытаний вентиляторных установок.

При ежесменных и ежесуточных осмотрах проверяют: работу приводного двигателя, подшипниковых узлов (температура нагрева по приборам аппаратуры управления или непосредственно по ртутному термометру, уровень масла по маслоуказательному стеклу, отсутствие течи масла через уплотнения визуально, стук с помощью слуховой трубки диаметром 10 — 15 мм и длиной 300 — 400 мм); вибрации элементов вентилятора с помощью индикатора часового типа, установленного на кронштейне, или на ощупь (для центробежных вентиляторов в местах корпусов подшипников, для осевых — в местах переднего и заднего опорных блоков); отсутствие подсосов по разъему корпусов, кожухов, выходных коробок, в местах примыкания элементов вентилятора к бетонным каналам; по приборам определяют подачу, давление и потребляемую двигателем мощность (параметры сравнивают с предыдущими записями в журнале, а при резком различии выясняют причины отклонений); работу маслостанции (уровень масла в баках, давление в маслосистеме, наличие струи на сливе каждого подшипника, исправность манометров, состояние фильтра по перепаду давления на нем); работу привода направляющих аппаратов; отсутствие подсосов в местах прохода канатов ляд, подвесок ляд; отсутствие наледей.

При ежемесячных и ежеквартальных осмотрах, кроме указанного выше, проверяют крепление колеса на валу, состояние коренного и покрывного дисков, лопаток рабочего колеса направляющих аппаратов, зазор лабиринтного уплотнения для центробежных вентиляторов. Крепление втулки на валу, состояние и крепление лопаток к втулке, их углы установки, зазоры между концами лопаток и внутренней поверхностью кожуха, состояние лопаток направляющих и спрямляющих аппаратов для осевых вентиляторов; затяжку болтов (фундаментных, по разъему корпуса, торцовых крышек подшипников); натяжение цепи привода направляющих аппаратов; состояние и наличие смазки зубчатой муфты.

По результатам суточных и ежемесячных осмотров проводятся текущие ремонты. При этом подтягиваются фундаментные болты, болты крепления рамы кожуха, торцовых крышек подшипников. Подтягиваются и стопорятся элементы крепления рабочих колес на валу. Рабочие колеса и их лопатки очищаются от пыли, ржавчины и грязи. Проверяется состояние зубчатой муфты и наличие смазки в ней. Проверяется исправность аппаратуры управления и сигнализации. После текущего ремонта перед сдачей вентилятор опробывается вхолостую и под нагрузкой.

При среднем ремонте, кроме работ, входящих в текущий, проводятся следующие. Ревизия и наладка подшипников качения. Снимаются торцовые крышки, подшипники тщательно промываются и осматриваются. Наличие трещин, раковин, коррозии на деталях подшипника не допускается. Замеряются и регулируются радиальные зазоры между роликами и наружной обоймой, проверяются качество насадки внутреннего кольца подшипника на шейку вала, состояние уплотнений в подшипниковых опорах, подтягиваются болты крепления опор. При больших зазорах возможно попадание масла между шейкой вала и внутренней обоймой подшипника. Температура при работе вентилятора может не повышаться. Шейка же будет изнашиваться, что потребует в последующем замены вала. Проворот внутренней обоймы относительно вала — самый распространенный отказ. Он, как правило, трудно восстанавливается.

Проверяется отсутствие проворота по совпадению меток несмываемой краски на валу и внутренней обойме.

При средних ремонтах проводятся ревизия и наладка муфт, центровка валов. Снимается защитный кожух и проверяется отсутствие течи смазки через уплотнения. Проводится маркировка взаимного расположения полумуфт и валов. Муфта рассоединяется, очищается от смазки и промывается. Проверяется состояние деталей муфты. Особое внимание обращается на состояние зубьев втулок, прокладок и уплотнений. Износ зубьев не должен превышать 30% от их толщины. Для пальцевых муфт особое внимание обращается на состояние пальцев, эластичных шайб. При значительном износе проводится их замена. Проверяются качество посадки втулок и затяжка шпонок. Наличие полного зацепления зубьев устанавливается при сдвинутых и раздвинутых валах. Проверяется соосность валов. Муфта заполняется смазкой. При консистентной смазке свободное пространство должно быть заполнено на 2/3, а при жидких маслах — на 1/3 объема.

Проводятся ревизия и наладка направляющих аппаратов. Разбирают для контроля несколько подшипниковых опор, а в случае их неудовлетворительного состояния разбирают все остальные. Заменяют отработанную смазку в шарнирах опор, в редукторах приводов.

По данным дефектной ведомости осмотров, ремонтируют или заменяют изношенные детали.

Капитальный ремонт проводят в соответствии с инструкцией заводов-изготовителей. Восстановление или замена деталей установки при этом должны обеспечить ресурс вентилятора, близкий к полному.

Для вентиляторов главного проветривания ГОСТ 11 004– — 84 установлены следующие нормы по надежности. Наработка на отказ сборочных единиц и деталей ротора, трансмиссионного вала, соединительных муфт, направляющих аппаратов рабочих колес диаметром до 2500 мм должна составлять не менее 15 000 ч, для колес свыше 2500 мм и до 3150 мм — не менее 19 000 ч, а для колес с диаметром более 3150 мм — не менее 23 000 ч. Ресурс до первого капитального ремонта должен составлять для колес до 3150 мм не менее 50 000 ч, для колес большего диаметра — не менее 80 000 ч.

В процессе эксплуатации вентиляторных установок периодически проводятся их проверочные аэродинамические испытания с целью получить реальные индивидуальные характеристики. Отклонение статического давления при данной подаче от давления по заводской характеристике не должно превышать 5%, а снижение коэффициента полезного действия — 2%.

Если на период испытаний вентилятор отключить нельзя, то руководствуются следующим. Расход вентилятора 2 (режимы расположены правее нормального) обеспечивается подачей воздуха через резервный вентилятор 1 (рис. 7.1, сплошная линия). Расходы регулируются степенью открывания направляющего аппарата или переключающей ляды резервного вентилятора. Режимы левее нормального получаются при параллельной работе обоих вентиляторов (рис. 6.1, пунктирная линия). Меняя приведенную к точке разветвления аэродинамическую характеристику резервного вентилятора, будем получать различные режимы испытываемой установки.

В соответствии с принятой методикой измеряют подачу вентилятора, давление и мощность привода. Тогда к.п.д. вентиляторной установки

где Nс — мощность, потребляемая двигателем из сети;

зд — к.п.д. двигателя, берется из каталогов как

где Nопт — мощность двигателя в оптимальном режиме.

Рис. 6.1. Схема работы вентиляторов при испытании:

увеличение подачи за счет подсосов через резервный вентилятор;

уменьшение подачи при включении резервного вентилятора;

1 — резервный вентилятор; 2 — испытываемый вентилятор.

Для вентиляторов с регулируемым приводом при определении к.п.д., учитываются потери в системе регулирования. Если при испытаниях заметно изменяется частота вращения ротора вентилятора (при использовании асинхронного привода, при значительных колебаниях напряжения), то аэродинамические характеристики приводятся к каталожной частоте вращения в соответствии с зависимостями:

7 Организационно — экономическая часть

Технико-экономическую эффективность рассчитываем в двух вариантах: базовом и новом. В базовом варианте ведем расчет для автоматизированной вентиляторной установки без регулируемого электропривода, состоящей из двух вентиляторов. В новом варианте расчет ведем для автоматизированной вентиляторной установки с регулируемым электроприводом.

Эффективность оцениваем по трем элементам затрат: оплата труда, материальные затраты (материалы и электроэнергия) и амортизация. Цены и тарифы взяты по данным на май 01.04.2008 года.

7.1 Оплата труда

По количеству установок и ремонтной сложности оборудования определяем численность электрослесарей. Выполнение расчетов по данному элементу себестоимости производится в табличной форме таблица 7.1 — базовый вариант, таблица 7.2 — новый вариант.

Таблица 7.1. Базовый вариант

Таблица 7.2. Новый вариант

По количеству баллов на основании «Единых норм численности повременно оплачиваемых рабочих» определяем явочный состав рабочих. Списочный состав по единым нормам численности:

Nсп = Ксс * Пяв ,

где Ксс — коэффициент списочного состава

где Вкколичество календарных дней в году,

Вп — количество праздничных дней, Ввых — количество выходных дней, Вотп — количество дней отпуска, Кув = 0.96 — коэффициент отсутствия по уважительной причине.

Для управления и наблюдения за работой вентилятора принимаем 4-х машинистов в сутки и 11 электрослесарей.

Для нового варианта принимаем электрослесарей более высокого разряда так как используется более сложная аппаратура одновременно сокращаем их численность.

К этому количеству на все установки добавляется механик и бригадир.

Основная заработная плата рабочих повременщиков:

где Т — тарифные ставки работников.

Все доплаты принимаем по данным производства. Доплаты за работу в ночное время с 22−00 до 6−00 — 15% от тарифных ставок, доплаты за хождение к месту работы так же 15%, премия за безаварийную работу — 20%, бригадирские — 20%.

Основная заработная плата рабочих повременщиков:

где Т — тарифные ставки работников.

Выполнение расчетов по данному элементу себестоимости производим в табличной форме, таблица 7.3 — базовый вариант, таблица 7.4 — новый вариант.

Таблица 7.3. Затраты на оплату труда по базовому варианту Таблица 7.4. Затраты на оплату труда по новому варианту

7.2 Материальные затраты

7.2.1 Материалы

В соответствии с принятой в угольной отрасли методикой, все расходуемые на шахте (участке) материалы подразделяются на 3 группы по способу списания их стоимости на производство: — материалы разового пользования; материалы длительного пользования; малоценные и быстроизнашиваемые предметы.

Так как расходы на материалы разового и длительного пользования для обоих вариантов примерно одинаковые, пользуемся упрощенной методикой. Расчет выполняем только по быстроизнашиваемым материалам.

Стоимости быстроизнашиваемых материалов приведены в таблицах 7.5 — базовый вариант, 7.6 — новый вариант.

Таблица 7.5. Стоимость быстроизнашиваемыех материалов — базовый вариант

Таблица 7.6. Стоимость быстроизнашиваемыех материалов — новый вариант

Полную величину стоимости материалов в год приводим в виде таблицы 7.7, с учетом того, что быстроизнашиваемые материалы составляют не более 20% от суммы расходов на материалы длительного, разового использования и быстроизнашиваемые.

Неучтенные материалы составят 10% общего расхода материалов длительного и разового пользования.

Расходы будущих периодов составляют 28,2% от всех материалов.

Таблица 7.7

Полная стоимости материалов в год

7.2.2 Электроэнергия

Затраты на электроэнергию определяют в общем случае по трехставочному тарифу по формуле Сэ = (Рм.з. А + Wа B + 0,08Wр B)· (1 + R + К), руб.

где Сэ — стоимость электроэнергии, руб.;

Рм.з — получасовой максимум нагрузки на шинах подстанции (договорная величина заявленной мощности), который определяется из следующего выражения Рмз = (0,350,45) Руст; кВА, здесь Руст — установленная мощность токоприемников, кВт;

А — тариф за 1 кВА максимальной нагрузки;

В — тариф за 1 кВт· ч или кВар· ч потребляемой электроэнергии (соответственно Bа и Bр), руб.,

Цена электроэнергии по тарифам для потребителей с присоединенной мощностью 750 кВА и выше

1 кВ*А — 323,39 руб/кВт*мес,

1 кВт· ч — 3,186 руб.

Wа — количество потребляемой активной мощности, кВт· ч

где Кс — коэффициент учета кпд сети, Кс = 1,1

Кз — коэффициент загруженности двигателя, Кз = 0,7;

Км — коэффициент чистоты машинного времени;

N — количество токоприемников;

То — общее количество часов работы в сутки;

— к.п.д. двигателя;

Д — количество рабочих дней в году.

R, К — скидки, надбавки к тарифам за качество потребляемой электроэнергии. Ввиду отсутствия фактических значений реактивной мощности надбавки и скидки к стоимости электроэнергии не учитываются.

Расчет потребленной активной энергии в год по базовому варианту сводим в таблицу 7.8.

Таблица 7.8. Расчет потребленной активной энергии Расчет потребленной активной энергии в год по новому варианту выполняем с учетом изменения КПД регулируемого привода до 0,89 и потребляемой мощности регулируемым приводом

— из-за сезонных колебаний температуры (расчетный диапазон 10−15% на 0,5 года);

— из-за изменения суточного режима работы (диапазон изменения 15−20%, примерно 7% при 3-х сменном режиме работы);

— в праздничные дни (диапазон изменения 35−50% 65 дней или 22%).

Потребляемая вентилятором в год активная энергия при регулируемом приводе равна

Wн.в = 12Wб. в 1- 0,50,125(1+0,07+0,22*0,425)+0,07+0,22*0,425 зб / зн =

= 12Wб. в (1−0,227) зб / зн = 12*111 1902(1−0,227) 0,7 / 0,85 =

= 8 493 885 кВт*ч Стоимость электроэнергии определяем по двухставочному тарифу Сэб=(РмзМА+WаМВ+WрМ0.08МВ)М (1+R),

где, А и В — тарифы за максимальную заявленную мощность и потребляемую активную мощность, руб/ кВ*А и руб/кВтМч.

Договорная величина заявленной мощности, кВт:

Рмз=(0,35−0,45)МРуст?=0,4 * 960 = 384 кВА.

Ближайшая по шкале мощностей Рмз=400 кВА Количество потребляемой реактивной энергии по базовому варианту, кВАрМч

Wрб=0.08МWа кВАрМч.

Количество потребляемой реактивной энергии по базовому варианту, кВАрМч

Wрб=0.02МWа кВАрМч.

Надбавки и скидки к стоимости электроэнергии не учитываем.

Стоимость электроэнергии по базовому варианту Сэб = 400*323,39*12 + 1,08*13 342 818*3,186 =

= 47 463 308 руб.

Стоимость электроэнергии для нового варианта Сэн = 400*323,39*12 + 1,02*8 493 885*3,186 = 29 155 020 руб.

7.3 Амортизация

Величина амортизационных отчислений по каждому объекту основных фондов определяется по выражению

Са = Сб * На * Ка ,

где На — норма амортизации, %;

Ка — коэффициент особых условий работы объектов основных фондов;

Сб — балансовая стоимость объекта основных фондов

Сб = N * Nр * Ср * Ктс * Км, руб,

здесь N — количество единиц оборудования;

Nр — норматив резерва оборудования /17/;

Ср — рыночная стоимость объекта основных фондов, руб;

Ктс — коэффициент транспортно-складских операций, Ктс = 1,12;

Кмд — коэффициент монтажно-демонтажных затрат.

Результаты расчетов сведены в в таблице 7.9 — базовый вариант, таблице 7.10 — новый вариант.

Таблица 7.9. Амортизационные отчисления по базовому варианту

Таблица 7.10. Амортизационные отчисления по новому варианту Итоговые данные по основным технико-экономическим показателям сведены в таблицу 7.11.

Таблица 7.11. Итоговые данные по основным технико-экономическим показателям

7.4 Экономический эффект

Экономический эффект возникает от внедрения новой техники взамен традиционной в тех же неизменных условиях использования. Его определение производится по следующей формуле:

где Эг — годовой экономический эффект, руб.;

Ен — нормативный коэффициент эффективности капвложений (Е=0,15);

Vг — годовой объем продукции;

К1 и К2 — удельные капитальные затраты на единицу годового объема продукции по вариантам:

К1 = Kб / Vг = 9 680 000 / 1 000 000 = 9,68 руб./т;

К2 = Kн / Vг = 12 788 000 / 1 000 000 = 12,79 руб./т,

Kб — капитальные затраты по базовому варианту, руб.;

Kн — капитальные затраты по новому варианту, руб.;

С1 и С2 — себестоимость единицы продукции при базовой и новой технике, руб.;

Эг = 17 793 500 руб.

Экономический эффект достигается из-за уменьшения затрат на оплату электрической энергии.

7.5 Оценка экономической эффективности организационно-технических мероприятий проекта

Оценку эффективности проводим на основе показателей:

— чистая текущая приведенная стоимость (PV);

— чистый дисконтированный доход или интегральный эффект (NPV)

— срок окупаемости (РР)

При периоде расчета 5 лет эти показатели равны:

Определяем текущую стоимость:

где R1, R2, R3, R4, R5 — экономия на себестоимости нового варианта над базовым — 18 258 419 рубль;

E = 0,12 — норма реновации

PV = R1/(1+E) + R2/(1+E)2+R3/(1+E)3+R4/(1+E)4+R5/(1+E)5 =

= 18 258 419 * 3,61 = 65 912 893 рублей

Чистый дисконтированный доход (NPV) позволяет получить более обобщенную характеристику результата инвестирования, т. е. его эффект в абсолютной сумме.

Данный показатель определяется как разница между приведенными к настоящей стоимости (путем дисконтирования) суммой денежного потока. За период эксплуатации инвестиционного проекта и суммой инвестируемых в его реализацию средств:

NPV = PV — Зt

где Зt — затраты на новое оборудование;

NPV = 65 912 893 — (12 788 000 — 9 680 000) =

= 65 912 893 — 3 108 000 = 62 804 893 руб Так как NPV > 0, то в случае принятия проекта благосостояние компании возрастет.

Индекс доходности. Индекс доходности (Р J) представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений. В связи с тем, что капитальные вложения осуществляются в первый год реализации проекта индекс доходности вычисляется по коэффициенту дисконтирования бt первого года реализации для нормы дисконта Е = 15%

= 0,8696 (17 793 500 — 3 108 000) / 3 108 000 = 4,1.

Так как РJ > проект может быть принят к реализации.

Срок окупаемости (РР) «Простым» или статическим сроком окупаемости называется продолжительность периода от начального момента до момента окупаемости. Моментом окупаемости называется тот наиболее ранний момент времени в расчетном периоде, после которого текущий чистый доход (чистый денежный поток в текущих или дефлированных ценах) становится в дальнейшем остается не отрицательным. При оценке эффективности срок окупаемости, как правило, выступает только в качестве ограничения.

= (12 788 000 — 9 680 000)/ 17 793 500 = 0,174 г.

Логика критерия РР такова: он показывает число базовых периодов, за которое исходная инвестиция будет полностью возмещена за счет генерируемых проектом притоков денежных средств.

Чистый дисконтированный доход за пять лет реализации проекта равен 62 804 893 рублей при ставке дисконта 0,12, индекс доходности (Р J) — 4,1, годовой экономический эффект — 17 793 500 руб., срок окупаемости — 0,174 г.

8 Безопасность жизнедеятельности

8.1 Безопасность при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте вентиляторных установок

Шахтные вентиляторные установки главного проветривания оборудуются двумя одинаковыми вентиляторами — рабочим и резервным. Для негазовых шахт допускается иметь один вентилятор с резервным двигателем. Реверсирование воздушной струи вентиляторные установки выполняется не более чем за 10 мин. При этом расход воздуха в выработке должен составлять не менее 60% от нормального. Способ реверсирования струи определяется типом вентиляторов. В установках с центробежными вентиляторами, изменение направления вращения рабочих колес которых невозможно, реверсирование осуществляется только с помощью обводных каналов и системы ляд. В установках с осевыми вентиляторами реверсирование осуществляется, как правило, изменением направления вращения рабочих колес, хотя применим и способ, используемый для установок с центробежными вентиляторами.

Техническое обслуживанию и ремонт оборудования вентиляторной установки производят при снятом напряжении и вывешенном на пульте управления плакате: «Не включать! Работают люди». Работы по обслуживанию и ремонту узлов и деталей проточной части, осуществляемые с вентиляционного канала, должны выполняться при застопоренном роторе не менее чем двумя рабочими. Работать в проточной части вентиляторов можно только при наличии монтажных поясов и надежно сооруженных и закрепленных помостов, лестниц, настилов.

Приспособления, применяемые при монтаже и демонтаже деталей и узлов вентилятора, должны иметь техническое освидетельствование, установленное Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. Стропальные работы производятся в соответствии с инструкцией по безопасному ведению работ для стропальщиков, обслуживающих грузоподъемные краны.

При подъеме и перемещении груза запрещается находиться под ним. Перед подъемом груза необходимо убедиться в том, что он надежно закреплен и ничем не удерживается. Для предотвращения самопроизвольного разворота громоздких грузов во время их подъема или перемещения необходимо применять специальные оттяжки. Груз при опускании следует устанавливать на прочные подкладки.

Во время работы вентиляторной установки запрещается открывать люки вентиляционных каналов и входить в каналы; производить ремонт вращающихся частей работающей установки; включать вентиляторную установку при отсутствии ограждения движущихся и вращающихся частей и открытых трубопроводов; курить в здании вентиляторных установок; пользоваться промывочными жидкостями или производить травление без резиновых перчаток.

При проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо проверить заземление вентиляторных установок и электрооборудования. В случае использования домкратов надо убедиться в их исправности, проверить состояние поверхности головок и ленточной резьбы.

Проверка действия реверсивных и герметизирующих устройств производится при остановленных. При этом до остановки вентилятора необходимо вывести рабочих из очистных и тупиковых подготовительных выработок на свежую струю и отключить электроэнергию на участках. Возобновление работ после каждой проверки разрешается не ранее чем через 15 мин после восстановления нормального режима вентиляции и осмотра выработок лицами надзора. Работы по техническому обслуживанию и ремонту считаются незаконченными, если оборудование и вся зона рабочего места не приведены в порядок, а защитные устройства не поставлены на свои места.

В здании вентиляторных установок должен находиться комплект противопожарного инвентаря: порошковые огнетушители, ящик с песком или инертной пылью, лопаты, ведра, крюки. Огневые работы должны выполняться в соответствии с инструкцией по ведению огневых работ в подземных выработках и надшахтных зданиях. При ведении огневых работ в здании вентиляторных установок необходимо принять меры, предотвращающие попадание искр на электрооборудование, узлы вентилятора и фундамент.

Горючие материалы в жидкости не следует размещать вблизи электрооборудования. Использованный обтирочный материал надо хранить в специальных металлических ящиках с крышками, смазочный материал — в железных баках и бочках.

В случае возникновения пожара в здании вентиляторных установок необходимо немедленно отключить электроэнергию, сообщить о случившемся диспетчеру и приступить к тушению.

8.2 Противопожарные мероприятия

Для тушения пожара внутри здания необходим наружный кольцевой противопожарный водопровод диаметром не менее 100 мм. Для забора воды устанавливают гидранты на расстоянии не более 100 м друг от друга, не менее 5 м от стен здания и не более 2,5 м от проезжей части. Источником питания противопожарного водопровода является водоем и хозяйственно-питьевой водопровод на поверхности. Внутри здания должен быть ящик с песком, топор, лопата, ведро и порошковый огнетушитель /18/.

Основные мероприятия противопожарной профилактики:

1) жесткое соблюдение противопожарного режима, трудовой и технологической дисциплины.

2) строгое паспортное содержание оборудование особенно в отношении смазки трущихся поверхностей;

3) надежное и непрерывная защита кабелей электрооборудования от утечек и замыканий, искрообразований и перегревов;

4) запрещение применения открытого огня; при необходимости применения газои электросварочных и паяльных работ производство их допускается с неукоснительным применением специальных правил;

Оперативная часть плана ликвидации аварии приведена в виде табл. 8.1.

Позиция 25. Главный ствол от заезда на главный ствол до канала вентилятора, сбойка № 3, транспортная сбойка № 2 от вспомогательного ствола до главного ствола, ходок 01 от вспомогательного ствола до главного ствола. ПОЖАР.

ЗОНА ЗАГАЗИРОВАНИЯ

Главный ствол от заезда на главный ствол до каналов вентиляторов, сбойка № 3, транспортная сбойка № 2 от вспомогательного ствола до главного ствола, ходок № 01 от вспомогательного ствола до главного ствола.

ЛЮДИ ЗА ОЧАГОМ ПОЖАРА

Люди из главного ствола от заезда на главный ствол до сбойки № 3 в самоспасателях выходят по главному стволу до сбойки № 3 и далее по свежей струе воздуха по сбойке № 3, вспомогательному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 7 мин.

Люди из главного ствола от сбойки № 3 до транспортной сбойки № 2 в самоспасателях выходят по главному стволу до транспортной сбойки № 2 и далее по свежей струе воздуха по транспортной сбойке № 2, вспомогательному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 5 мин.

Люди из сбойки № 3 в самоспасателях выходят по сбойке № 3 до главного ствола и далее по свежей струе воздуха по главному стволу вниз, заезду на главный ствол, коренному штреку-125м., вспомогательному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 1 мин.

Люди из транспортной сбойки № 2 от вспомогательного ствола до главного ствола в самоспасателях выходят по транспортной сбойке № 2 до главного ствола и далее по свежей струе воздуха по главному стволу вниз, сбойке № 3, вспомогательному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 1 мин.

Люди из главного ствола от транспортной сбойки № 2 до ходка № 01 в самоспасателях выходят по главному стволу до ходка № 01 и далее по свежей струе воздуха по ходку № 01, вспомогательному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 8 мин.

Люди из ходка № 01 от вспомогательного ствола до главного ствола в самоспасателях выходят по ходку № 01 на главный ствол и далее по свежей струе воздуха по главному стволу вниз, транспортной сбойке № 2, людскому стволу на поверхность.

Продолжительность движения в само спасателях — 1 мин.

Люди из главного ствола от ходка № 01 до откаточного штрека № 1 в самоспасателях выходят по главному стволу до откаточного штрека № 1 и далее по свежей струе воздуха по откаточному штреку № 1, людскому стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 5 мин.

Люди из главного ствола от откаточного штрека № 1 до поверхности в само спасателях выходят по главному стволу на поверхность.

Продолжительность движения в самоспасателях — 10 мин.

Люди, находящиеся до очага пожара по выработкам позиции выходят по выработкам со свежей струей воздуха на вспомогательный ствол и далее на поверхность.

Люди из остальных выработок выходят по выработкам со свежей струей воздуха к вспомогательному стволу и на поверхность.

ПУТИ ДВИЖЕНИЯ ОТДЕЛЕНИЙ ВГСЧ И ИХ ДЕЙСТВИЯ

1-е отделение направляется по маршруту и обследует выработки: главный ствол, ходок № 01 до вспомогательного ствола, обратно, главный ствол, транспортная сбойка № 2 до вспомогательного ствола, обратно, главный ствол, сбойка № 3 до вспомогательного ствола, обратно, главный ствол до очага пожара, оказывает помощь пострадавшим и выводит людей на ближайшую свежую струю воздуха.

Время движения в респираторах — 70 мин.

2-е отделение направляется по маршруту: вспомогательный ствол и, далее, в зависимости от обстановки ходок № 01, транспортная сбойка № 2, сбойка № 3, коренной штрек-125м., заезд на главный ствол, главный ствол, проверить закрытие противопожарных дверей выше заезда на главный ствол и к очагу пожара для его ликвидации из п/п трубопровода главного ствола.

Направить пожарную команду к главного устью людского ствола для тушения возможных очагов пожара в надшахтном здании и устье главного ствола.

Последующие отделения действуют по усмотрению руководителей ликвидацией аварии в зависимости от обстановки.

Заключение

В проекте выполнен расчет и выбор электромеханического оборудования, электропривода и автоматизации главной вентиляторной установки шахты Садкинская. С целью улучшения техникоэкономических показателей работы шахты предложено применение регулирования производительности вентилятора в зависимости от суточной и сезонной потребности, от развития горных работ, а также системы автоматической регулировки возбуждения синхронного электродвигателя вентилятора для компенсации реактивной мощности. Использование автоматизированного электропривода и автоматизации повышает в том числе надежность и безопасность работы главной вентиляторной установки.

В проекте проработаны вопросы безопасности жизнедеятельности, дано технико — экономическое обоснование нового варианта электропривода и автоматизации главной вентиляторной установки шахты Садкинская. Чистый дисконтированный доход за пять лет реализации проекта равен 62 804 893 рублей при ставке дисконта 0,12, индекс доходности (Р J) — 4,1, годовой экономический эффект — 17 793 500 руб., срок окупаемости — 0,174 г.

1. Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б. Ф. Братченко. М., Недра, 1977.

2. Гейер В. Г., Тимошенко Г. М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов.— М.: Недра, 1987.

3. Малашкина В. А., Малеев В. Б. Ремонт и эксплуатация стационарного оборудования шахт: Справочник рабочего. — М.: Недра, 1990.

4. Справочник по эксплуатации шахтных стационарных установок/В. В. Махиня, И. Г. Манец, В. П. Паршивцев и др.- К.: Тэхника, 1989.

5. Малиновский А. К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1987.

6. Электрификация стационарных установок шахт: Справочное пособ. / С. А. Волотковский, Д. К. Крюков, Ю. Т. Разумный и др. Под общей ред. Г. Г. Пивняка. — М.: Недра, 1990.

7. Ключев В. И. Теория электропривода: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

8. Электротехничесий справочник. В 3 т. / Под общ. Ред. И. Н. Орлова и др. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

10. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий / Под ред. М. Г. Зименкова, Г. В. Розенберга, Е. М. Феськова. -3-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

11. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барынина, М. Л. Самовера. — М.: Энергоиздат, 1982.

12. Петров Н. Н. Управление вентиляцией шахт как средство борьбы с загазованиями горных выработок // Сокращение эмиссии метана: Доклады II Международной конференции. Новосибирск, 2000.

13. Зедгенизов Д. В. Разработка системы автоматического управления главным вентилятором при автоматизации проветривания шахт. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новосибирск, 2001.

14. Уткин В. И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981.

15. Востриков А. С. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск: НГУ, 1990.

16. Расчет и построение систем электроснабжения угольных шахт. Руковтехн. матер. М., ЦентрГипрошахт, 1992 г.

17. Антонов В. Ф. и др. Электрические установки угольных шахт. Справочник, М. Недра, 1988 г.

18. Седаков А. В., Соболев В. Г. Справочник Эл. монтажника шахтных электрический сетей. М. Недра 1986 г.

19. Беккер Р. Г. Электрооборудование и электроснабжение участка шахты. Справочник. М. Недра, 1983 г.

20. Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. — М.: Высшая школа, 2000.

21. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах.— М.: Недра, 1986.

22. Правила безопасности в угольных шахтах. Книга 2. Инструкции. — Самара: Самар. Дом печати, 1996.

23. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.— М: Энергоатомиздаг, 1986.

24. Медведев Г. Д. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий: Учеб. для техникумов. — М.: Недра, 1980.

25. Дзюбан В. С. Справочник энергетика угольной шахты. — М.: Недра, 1983.

26. Авсеев Г. М., Алексеенко А. Ф. Сборник задач по горной электротехнике. -М.: Недра, 1988.

27. Батицкий В. А., Куроедов В. И., Рыжков А. А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности: Учеб. для техникумов.— М.: Недра, 1991.

28. Методика определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. МУП СССР/ЦНИЭИуголь, М. 1979. 121 с.

29. Приложение 1 и 2 к «Методике определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений». МУП СССР/ЦНИЭИуголь, М. 1979. т 2. 196 с.

30. Приложение 3 к «Методике определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений». МУП СССР/ЦНИЭИуголь, М. 1979. т 3. 136 с.

31. Методические указания к определению денежных затрат на электроэнергию с учетом потребления и генерации реактивной энергии и качества электроэнергии. Г. М. Татьянченко, Э. В. Калинин, Новочеркасск, 1996.

32. Татьянченко Г. М. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Менеджмент в электрохозяйстве» и по дипломному проектированию. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ). 2003; 40 с.

33. Общие требования и правила оформления текстовых документов в учебном процессе. Новочерк. гос. техн. ун-т, Новочеркасск: НГТУ, 1998.

31. Батицкий В. А. Монтаж, наладка и эксплуатация систем автоматики. — М.: Недра, 1986. — 224с.