УСТАНОВКА ВЕНТИЛЯТОРА МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к системам автоматизации установок вентилятора местного проветривания и предназначена для оптимальной организации проветривания тупиковых горных выработок в угольных и рудных шахтах.
заб
заб
в
заб
ут
При проведении подземных выработок в шахтах и рудниках тупиковая их часть представляет собой пространство с активными производственными процессами и постоянно меняющимися параметрами атмосферы. Эти изменения связаны с выделениями газов (из пород и полезного ископаемого, выбросов при ведении взрывных работ и др.), образованием пыли, повышением температуры и т.п. Негативное влияние вредных примесей в атмосфере выработки нейтрализуется свежим воздухом, подаваемым к забою выработки (Q) с помощью вентиляторов местного проветривания. Таким образом, изменение условий требует постоянной корректировки величины Q. В свою очередь производительность вентиляторов местного проветривания (Q) должна превышать Q на величину утечек в трубопроводе, определяемую коэффициентом К, зависящим от длины трубопровода. Длина трубопровода при проведении выработки постоянно меняется.
Регулирование режимов работы вентилятора может быть оперативным только в случае применения средств автоматики, обеспечивающих быстрый и точный отбор данных по параметрам (количество воздуха, подаваемого трубопроводом к забою), быстрой и надежной обработки исходных данных, выработки решения по изменению параметров режима работы вентиляторов местного проветривания и своевременной выдаче команды на исполнение.
Известна система автоматизации вентилятора главного проветривания на базе аппаратуры УКАВ-М (Батицкий В.А. Автоматизация производственных процессов и АСУТП в горной промышленности. - М., Недра, 1991, с.151-158), содержащая микропроцессорные управляющие устройства, посты управления вентиляторной установкой, высоковольтные ячейки двигателей вентилятора, пускатели вспомогательных механизмов, пускатели общих механизмов, датчики температуры, датчики контроля состояния вспомогательных механизмов, датчики контроля состояния общих механизмов, датчики контроля параметров воздуха. Система обеспечивает возможность автоматизированного управления шахтными вентиляторами главного проветривания при соблюдении всех нормативов безопасности, а также контроль технологических параметров работы вентиляторной установки.
Недостатками описанной системы являются низкая надежность, обусловленная применением релейно-контакторных схем, сложность и трудоемкость монтажа, наладки и последующей эксплуатации, невозможность включения вентиляторной установки в систему диспетчеризации шахты. Кроме того эту установку невозможно использовать при проведении подземных выработок в шахтах и рудниках для проветривания их тупиковой части.
Известна также установка вентилятора местного проветривания, содержащая вентилятор местного проветривания, став трубопровода и пускатель вентилятора (см. Мустель П.И. Рудничная аэрология. М. Недра, 1970 с.138, рис.70). Производительность вентилятора, изменяют в соответствии с изменениями характеристики схемы проветривания для чего изменяют угол наклона лопаток рабочего колеса вентилятора.
ВС
в
Недостатками этого решения являются грубое ступенчатое регулирование, не гарантирующее оптимальных режимов работы вентилятора (особенно при малой длине трубопровода), приводящее к перерасходу электроэнергии самим вентилятором местного проветривания и, поскольку к всасывающему коллектору во избежание рециркуляции требуется подавать воздух с запасом (Q≥1,43 Q), главной вентиляторной установкой, большие пусковые токи в сетях, связанные с запуском перегруженного вентилятора (большая нагрузка по воздуху при малой длине трубопровода), сложность проведения операции регулирования, связанная с коррозированием регулирующего устройства в условиях подземных выработок и отсутствие возможности оперативного регулирования режимов при малых или повышенных нагрузках вентиляторов местного проветривания.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является оперативное регулирование режимов работы вентилятора, с целью обеспечения достаточного, надежного и рационального воздухоснабжения выработки.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении расчетной производительности вентилятора местного проветривания, работе вентилятора с оптимальной нагрузкой, высоким коэффициентом полезного действия и минимальным потреблением электроэнергии
Поставленная задача решается тем, что установка вентилятора местного проветривания, содержащая вентилятор местного проветривания, став трубопровода и пускатель вентилятора отличается тем, что дополнительно содержит систему автоматического управления, включающую датчик количества воздуха, преобразователь частоты и напряжения питания, установленный между выходом пускателя и входными клеммами электродвигателя вентилятора местного проветривания, причем управляющий выход датчика количества воздуха связан со входом блока обработки данных, выход которого связан с управляющим входом преобразователя частоты и напряжения питания.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения направлена на решение поставленной задачи и обеспечивает достаточное, надежное и рациональное воздухоснабжение выработки за счет оперативного регулирования режимов работы вентилятора.
На фиг.1 показана принципиальная схема установки вентилятора местного проветривания, где 1 - общий пускатель; 2 - пускатель вентилятора; 3 - исполнительное устройство - преобразователь частоты; 4 - блок обработки данных, принятия решения и выдачи команды на исполнительное устройство (промышленный контроллер); 5 - вентилятор местного проветривания; 6 - датчик количества воздуха.
Пускатели 1 и 2 - стандартные пускатели, например, пускатель взрывоискробезопасный (ПВИ) со стандартными установками для данного типа вентиляторов местного проветривания, в случае необходимости создания режимов с повышенными показателями по мощности вводятся соответствующие поправки в установки.
Блок исполнительного устройства 3 имеет целью формирование тока переменной частоты и напряжения в принятом диапазоне, обеспечивающем необходимые скорости вращения рабочего колеса. Может выполняться на базе преобразователей фирмы SIEMENS: MicroMaster, SINAMICS или аналогичных. Выходные параметры блока определяются требованиями к необходимой производительности вентилятора.
Блок обработки данных 4 может быть выполнен на базе промышленных программируемых контроллеров SIEMENS S7-200, S7-1200 или аналогичных, в комплекте с модулем питания аппаратуры, текстовой или графической панелью оператора, выполняющей функции узла установки базовых настроек по производительности вентилятора, контроля базовых настроек и текущего режима работы вентилятора по производительности. В блок 4 введен узел установки интервала считывания данных от датчика. При наличии на шахте системы автоматического управления проветриванием (САУП) блок 4 может быть связан с САУП, для оперативного, централизованного контроля и управления режимами и настройками с пульта диспетчера.
Вентилятор местного проветривания 5 является типовой для всех регулируемых вентиляторов серии ВМ и осевых аналогов, имеющих другие маркировки (ВО, ВМЭ и т.п.).
в
ск
Датчик количества воздуха 6, поступающего в призабойное пространство выполняется в варианте для непосредственного измерения скорости движущегося воздуха, замер производится встроенными в конечный отрезок трубопровода узлами анемометров АПР-2 или МБГО-2. Альтернативным вариантом является измерение скоростного напора на выходе из трубопровода усовершенствованным датчиком, входящим в аппаратуру АКВ. В обоих вариантах в блок обработки данных поступают косвенные данные о количестве воздуха (скорость движения U или скоростной напор h), которые в блоке обработки пересчитываются в количество воздуха.
Вся аппаратура, предназначенная для работы в шахтах опасных по метану и (или) взрыву пыли, выполняется во взрывобезопасном варианте (РВ). При использовании аппаратуры в шахтах неопасных по газу и (или) пыли и рудниках, аппаратура оформляется в нормальном исполнении (РН).
p
min
max
Установка вентилятора местного проветривания в системе проветривания проводимой выработки работает следующим образом. Подают питание в систему автоматического управления вентилятора местного проветривания включением пускателя 1. Производят установку базовых настроек по необходимой производительности вентилятора (Q) и допустимым ограничениям этой производительности (Q и Q). Установка базовых настроек может производиться непосредственно на блоке обработки данных 4 (вариант "вручную") или с пульта диспетчера при наличии на шахте системы САУП. Пускателем 2 запускают ВМП ("вручную" или с пульта диспетчера). Дальнейшая работа системы идет в соответствии с программой блока 4 по алгоритму "датчик 6 - блок обработки данных 4 - блок исполнительного устройства 3 - вентилятор 5". Система срабатывает при выходе режима за пределы базовых настроек по производительности, в соответствии с изменениями характеристики схемы проветривания. Осуществляют контроль расхода воздуха на выходе става трубопровода вентилятора местного проветривания датчиком 6, сигнал поступает в блок обработки данных 4, определяется его отклонение от заданного. Далее поступает команда в блок исполнительного устройства 3 который изменяет производительность вентилятора местного проветривания 5 в пределах достаточных для компенсации выявленного отклонения расхода воздуха от заданного, причем производительность вентилятора местного проветривания 5 изменяют плавно, путем плавного изменения частоты переменного тока используемого для питания электродвигателя вентилятора местного проветривания 5.
Периодичность поверочного цикла при нормальном поступлении воздуха в призабойное пространство определяется вышеупомянутым интервалом считывания данных.
Применение установки гарантирует надежность выхода вентилятора местного проветривания на расчетный режим подачи воздуха в забой проводимой выработки, минимальное участие обслуживающего персонала в регулировке режимов и контроле поступающего воздуха, снижение расхода электроэнергии электроприводом вентилятора местного проветривания. При этом применение системы не исключает возможности грубой подрегулировки режимов работы вентилятора местного проветривания поворотом лопаток направляющего аппарата, входящего в конструкцию каждого регулируемого вентилятора местного проветривания.