Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

К ВОПРОСУ РЕАЛИЗАЦИИ ВНЕПИКОВОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ШАХТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Угольников А.В. 1 Петровых Л.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»
В последнее время создание и эксплуатация систем автоматического управления (САУ) шахтными водоотливными установками основывается на непрерывно контролируемом уровне воды в водосборнике. От величины уровня зависит включение и отключение насосных агрегатов (НА). Независимо от электрической части САУ для этих целей обычно используются электродные датчики нижнего, верхнего и аварийного уровней. Большой проблемой на шахтном водоотливе является создание систем автоматического управления, надежность их функционирования и организация постоянного контроля объемов воды. Для эффективного решения этой проблемы необходимо определение зависимостей текущих уровней воды в водосборнике в функции времени и притоков как в периоды накопления воды (при отключенных НА), так и в периоды удаления (при работающих НА). Решением задачи усовершенствования шахтного водоотлива является – применение САУ насосными агрегатами, в основе построения которых лежат математические уравнения. Также, для достижения усовершенствования шахтного водоотлива необходимо наличие избыточных гидравлических мощностей, в том числе и для насосного оборудования. Поставленная задача, в данной статье, приведет к эффективной реализации внепикового электропотребления при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. Однако результативное решение возможно только при комплексном рассмотрении этой задачи.
водосборник
внепиковое электропотребление
шахтный водоотлив
1. Автоматизация производственных процессов угольных шахт. – Киев: «Вища школа», 1978. – 336 с.
2. Тимошенко Г. М. Научные основы проектирования и эксплуатации насосных установок в переходных режимах. – Киев; Донецк: «Вища школа», 1986. – 127 с.
3. Петровых Л. В. К вопросу обоснования величины избыточной напорности шахтных центробежных насосов. Материалы Уральской горнопромышленной декады. – Екатеринбург, Изд-во УГГУ, 2013. – С. 346-348.
4. Тимухин С.А., Петровых Л.В. Оценка энергозатратности избыточной напорности водоотливных установок // Известия вузов. Горный журнал. – 2011. – № 5. – С. 82-86.
5. Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1983. – 304 с.

В сложившейся практике создания и эксплуатации систем автоматического управления (САУ) шахтными водоотливными установками основой является непрерывно контролируемый уровень воды в водосборнике, от величины которого осуществляется включение и отключение насосных агрегатов (НА). Независимо от электрической части САУ для этих целей обычно используются электродные датчики уровня: нижнего НН, верхнего НВ и аварийного НА.

Многолетняя практика создания и эксплуатации таких систем (от релейно-контактных в прошлом до современных бесконтактных) показала их высокую надежность и простоту реализации.

Однако для целей реализации внепикового электропотребления на шахтном водоотливе обычно предлагается построение систем автоматического управления НА в зависимости от объемов воды в водосборнике [1,2], что усложняет создание таких систем и снижает надежность их функционирования по причине затруднений, связанных с организацией постоянного контроля объемов воды. Так как практически все САУ водоотливными установками функционируют от уровня воды в водосборнике, то очевидно, что при реализации ими внепикового электропотребления отходить от этого базового принципа нецелесообразно.

Однако для его реализации необходимо установление зависимостей текущих уровней воды в водосборнике функции времени и притоков как в периоды накопления воды (при отключенных НА), так и в периоды удаления (при работающих НА).

С учетом произвольной конфигурации сечений водосборников зависимость уровня в них воды в функции времени Н(t) при заполнении рабочей емкости (от датчика НН до НВ) может быть выражена следующим образом

, (1)

где Qпр – приток воды в водосборнике (принимается постоянным внутри каждого цикла работы водоотлива); С0, С1, С2 – постоянные для конкретного водосборника величины.

В начальный момент времени при t = 0 значение постоянной Со=Н(t=0), т. е. оно должно соответствовать уровню нижнего датчика.

При включении насосного агрегата (или нескольких) в работу и освобождении рабочей емкости водосборника от воды зависимость

, (2)

где Qн – подача насосного агрегата (или нескольких, включенных в параллельную работу); С3, С4, С5 – постоянные для конкретного водосборника величины.

В начальный момент времени при t = 0 значение постоянной С3=Н(t=0), т. е. оно должно соответствовать уровню верхнего датчика.

При построении системы автоматического управления НА значения постоянных С0, С1, С2, С3, С4 и С5 определяются на основе фиксированных (замеренных) значений Н(t), НН, НВ, Qпр, Qн, t и затем вводятся в блок задания системы в соответствии с уравнениями (1) и (2).

Графическая интерпретация этих уравнений представлена на рисунке (уравнение (1) – (б-в); (г-д); (е-ж); (з-и) и уравнение (2) – (а-б); (в-г); (д-е); (ж-з); (и-а)), на котором представлена также графическая иллюстрация процесса суточного внепикового электропотребления на шахтном водоотливе в функции уровня воды в водосборнике при двух максимумах нагрузки в энергосистеме – Тмн(1) и Тмн(2). Как следует из этого САУ шахтными водоотливными установками должна обеспечивать реализацию внепикового электропотребления на основе соответствующего изменения уровня воды в водосборнике (линия а-б-в-г-д-е-ж-з-и-а) в течение суток при условии Qпр=const и полного освобождения рабочей емкости водосборника от воды к началу максимума нагрузки в энергосистеме.

Главным при этом является установление момента включения насосных агрегатов (одного или нескольких в зависимости от потребности) в предпиковый период энергосистемы (ЭС).

Основой для этого является уравнение (2) и постоянно контролируемый уровень воды Н(t), введенные в программу САУ. На рисунке зависимость Н(t) при работающих НА представлена линиями в'-в-г и ж'-ж-з.

Если совместить концы этих линий с началом периода максимума ЭС (точки 2 и 3), то при любом текущем значении Н(t) решение уравнения (2) позволит определить необходимый момент включения насосных агрегатов в работу (на рисунке это моменты tвк(1) и tвк(2)). Необходимое время работы насосных агрегатов определится как разность начального времени пика в ЭС и времени включения агрегатов, т. е. . При этом время цикла водоотлива в предпиковый период составит , .

Объем удаленной за время tраб воды из водосборника

, (3)

Где Vвк – объем воды в рабочей емкости водосборника соответствующий моменту включения НА; Vдоп – минимально допустимый объем воды в водосборнике в начале периода максимума нагрузки в ЭС.

Приведенные соображения справедливы для условия постоянства величины Qпр внутри принятого цикла работы водоотлива (суточного, недельного, месячного и др.). При переменном притоке в систему автоматического управления должны вноситься соответствующие коррективы. Для этого может быть использован коэффициент К, численно равный отношению времени рабочего цикла Тц к времени заполнения рабочей емкости водосборника Тз, т. е.

. (4)

Очевидно, что с изменением величины Qпр будет изменяться и величина К и соответствующим образом и моменты времени tвк, что и должно входить в задачу отслеживания САУ. Поэтому при переменном притоке на водоотливе перед каждым периодом максимума нагрузок в ЭС в САУ должна поступать информация о средней величине Qпр для расчета коэффициента К.

Рис. 1. Изменение уровня воды в водосборнике в течение суток

Таким образом, уравнения (1–4) могут быть положены в основу построения САУ насосными агрегатами шахтного водоотлива в функции уровня воды в водосборнике, что создаст условия для наиболее простой и эффективной реализации внепикового электропотребления. Однако, как показывает практика, для достижения этого необходимо еще наличие избыточных гидравлических мощностей, в том числе и насосного оборудования (т. е. при установке завышенного числа насосных агрегатов или увеличения их единичной мощности) по сравнению с требованиями Правил Безопасности. Однако во многих случаях этого можно избежать за счет, например, использования насосов с повышенной избыточной напорностью [3]. С учетом пологопадающих напорных характеристик центробежных насосов и пологопадающих напорных характеристик шахтных трубопроводных сетей, когда даже незначительное увеличение избыточного напора насосов может привести к значительному увеличению их подачи, разность (Qн – Qпр) может оказаться достаточной для эффективной реализации внепикового электропотребления при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.

Рецензенты:

Шеклеин С.Е., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Атомных электростанций» Уральского федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург;

Кожушко Г.Г., д.т.н., профессор кафедры подъемно-транспортных машин и роботов Уральского федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург.


Библиографическая ссылка

Угольников А.В., Петровых Л.В. К ВОПРОСУ РЕАЛИЗАЦИИ ВНЕПИКОВОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ШАХТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22469 (дата обращения: 23.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074