Система управления шахтной энергетической установкой

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки (ГВУ) подземного горнодобывающего предприятия с одновременной выработкой электроэнергии. Технический результат заключается в повышении производительности шахтной энергетической установки путем регулирования режимов работы ГВУ и одновременным улучшением качества вырабатываемой электроэнергии. Система управления шахтной энергетической установкой включает блок управления ГВУ, электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии. В вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха. Электропривод ГВУ выполнен регулируемым. Блок управления связан с указанными датчиками регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи. Блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха. Электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки подземного горнодобывающего предприятия с одновременной выработкой электроэнергии.

Известна система управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки (Седунин A.M., Николаев А.В., Седнев Д.Ю. Электропривод главной вентиляторной установки нефтешахты, регулируемый с учетом действия общешахтной естественной тяги. Горное оборудование и электромеханика, №11, 2012, стр. 2-7), включающая главную вентиляторную установку (ГВУ), вентиляционный канал, регулируемый электропривод, микроконтроллерный блок, датчики измерения статического давления и расхода воздуха, осевые направляющие аппараты (ОНА). В данной системе производится регулирование производительности ГВУ за счет совместного регулирования скорости вращения рабочего колеса вентилятора электроприводом на базе асинхронно-вентильного каскада (АВК) и положения ОНА.

Однако известная система обладает следующими существенными недостатками.

1. Применение электропривода на базе АВК возможно только при использовании асинхронного двигателя, который обладает низким коэффициентом мощности.

2. Переход с одной аэродинамической характеристики ГВУ на другую осуществляется при помощи изменения положения ОНА. При этом для увеличения производительности вентилятора необходимо уменьшать выходное сечение ГВУ, в результате чего увеличивается общее аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, а следовательно, и общие затраты электроэнергии.

3. В процессе регулирования производительности ГВУ не появляется возможность вырабатывать электроэнергию, что ограничивает функциональные возможности системы.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является шахтная энергическая установка для непрерывной выработки электроэнергии (RU 149991 U1, опубл. 27.01.2015), в которой используется энергия движения воздуха в диффузоре шахтной ГВУ. Установка содержит обтекатель, аэродинамические лопасти, жестко закрепленные на ведущем валу, выполненном с возможностью передачи крутящего момента в узле силовой передачи крутящего момента через колесо ведущего вала на ведомый вал, связанный с электрогенератором.

Однако лопасти на ведущем валу, расположенные в диффузорном канале, создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, для преодоления которого необходимо расходовать дополнительную электроэнергию, по величине превышающую электроэнергию, выработанную электрогенератором.

Невозможность менять аэродинамические характеристики ГВУ снижают производительность установки и увеличивают энергозатраты на ее работу, т.к. известная установка не обеспечивает возможности регулирования режимов работы ГВУ и силовой передачи.

Кроме того, электрогенератор на выходе дает напряжение низкого качества из-за изменения амплитуд напряжения в результате изменения скоростей потока воздуха в диффузоре, т.е. вырабатываемая электроэнергия будет иметь низкое качество.

Технический результат заключается в повышении производительности шахтной энергетической установки путем регулирования режимов работы ГВУ и одновременным улучшением качества вырабатываемой электроэнергии.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления шахтной энергетической установкой, включающей блок управления главной вентиляторной установки (ГВУ), электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии, согласно изобретению в вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха, электропривод ГВУ выполнен регулируемым. Блок управления связан с указанными датчиками, регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи. Блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха.

Согласно п. 2 формулы электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора.

Производительность установки повышается за счет возможности изменения режимов работы ГВУ, что осуществляется путем анализа данных, поступающих с датчиков давления и расхода воздуха, а также подачи управляющих сигналов, осуществляемой блоком управления, на регулируемый электропривод ГВУ и механизм управления ведущим валом установки.

Высокое качество производимой установкой электроэнергии постоянной величины обеспечено плавным изменением производительности ГВУ в процессе работы и постоянной скоростью вращения ведомого вала.

Выполнение электропривода частотно-регулируемым позволяет увеличивать глубину регулировки ГВУ по давлению и расходу воздуха путем анализа данных датчиков давления и расхода воздуха и подачи управляющего сигнала, осуществляемого блоком управления на регулируемый электропривод ГВУ и механизм управления ведущим валом установки. Выполнение силовой передачи в виде трансмиссии или фрикционного вариатора позволяет изменять крутящий момент на ведущем валу силовой передачи.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг. 1 показана структурная схема шахтной энергетической установки, где:

1 - шахтный воздух;

2 - вентиляционный канал;

3 - главная вентиляторная установка (ГВУ);

4 - диффузорный канал;

5 - лопасти;

6 - ведущий вал;

7 - узел силовой передачи (трансмиссия или фрикционный вариатор);

8 - ведомый вал;

9 - электрогенератор;

10 - электропроводка;

11 - узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии;

12 - датчик расхода воздуха в диффузорном канале 4;

13 - датчики расхода воздуха в вентиляционном канале 2;

14 - датчик давления в диффузорном канале 4;

15 - регулируемый электропривод ГВУ 3;

16 - механизм управления ведущим валом 6;

17 - блок управления с микроконтроллером.

На фиг. 2 представлены график зависимости производительности QВ ГВУ от статического давления hВ (кривая вентиляционной сети Rс), а также кривые 18 основных рабочих аэродинамических характеристик ГВУ 3 и кривые 19 дополнительных рабочих аэродинамических характеристик ГВУ 3.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему заявляемой системы управления шахтной энергетической установкой.

Заявляемая система управления шахтной энергетической установкой работает следующим образом.

Шахтный воздух 1 по вентиляционному каналу 2 за счет работы ГВУ 3 поступает из шахты (не показана), далее - в диффузорный канал 4 и на лопатки 5, жестко закрепленные на ведущем валу 6 энергетической установки. Крутящий момент от ведущего вала 6 передается с помощью узла силовой передачи 7 (трансмиссии или фрикционного вариатора) через ведомый вал 8 - на электрогенератор 9. Выработанный в процессе работы электрогенератора 9 электрический ток по электропроводке 10 поступает на узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии 11.

Во время работы шахтной энергетической установки показания с датчиков 12, 13, 14 поступают на микроконтроллер (не показан) блока управления 17, который обрабатывает сигналы с указанных датчиков и контролирует производительность ГВУ 3 и скорость вращения ведущего вала 6 с целью повышения производительности установки. Это достигается за счет того, что блок управления 17 выбирает режим работы узла силовой передачи 7. Если необходимо увеличить производительность ГВУ 3, то блок управления 6 передает сигнал на механизм управления 16 ведущим валом 6 для получения более высокого крутящего момента на валу 6. В этом случае ГВУ 3 для преодоления аэродинамического сопротивления лопастей 5 потребуется развивать более высокое статическое давление hВ (фиг. 2), а это приведет к тому, что режим работы ГВУ 3 переместится в область больших давлений, т.е. в область основных рабочих аэродинамических характеристик (сплошные кривые 18 на фиг. 2), и производительность QВ увеличится. Блок управления 17 будет увеличивать крутящий момент на ведущем валу 6 и создавать статическое давление, например, hВ4 до тех пор, пока производительность QВ ГВУ 3 не достигнет необходимого значения, например, QВ4.

В случае необходимости снижения QВ ГВУ 3 до величины, например, QВ1 действия будут осуществляться в обратном порядке.

При регулировании производительности QB ГВУ 3 только за счет изменения статического давления hB между кривыми основных рабочих аэродинамических характеристик 18 и, следовательно, соседними QВi будет наблюдаться большой перепад значений. Для увеличения количества рабочих характеристик 18, т.е. глубины регулировки, в заявляемой системе применяется регулируемый, например, частотно-регулируемый электропривод 15, изменяющий скорость вращения рабочего колеса (не показано) ГВУ 3, в результате чего появляются дополнительные рабочие аэродинамические характеристики 19. В этом случае изменение производительности QВ ГВУ 3 будет осуществляться более плавно и с меньшей разностью между соседними значениями QВi.

В результате того, что изменяется только скорость ведущего вала 6, ведомый вал 8 будет иметь практически постоянную скорость вращения. В этом случае скорость вращения ротора электрогенератора 9 также будет практически постоянной, что обеспечит выработку электроэнергии постоянной величины, т.е. повысит ее качество.

Выработанная электроэнергия передается по электропроводке 10 в устройство 11, где она либо накапливается в аккумуляторе, либо используется для собственных нужд, либо преобразуется.

1. Система управления шахтной энергетической установкой, включающая блок управления главной вентиляторной установки (ГВУ), электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии, отличающаяся тем, что в вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха, электропривод ГВУ выполнен регулируемым, причем блок управления связан с указанными датчиками, регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи, а блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оперативного определения воздухораспределения в сети горных выработок в штатных и аварийных режимах проветривания шахт и рудников.

Изобретение относится к горному делу, а именно к проветриванию карьеров, и может быть использовано для интенсификации воздухообмена в карьерном пространстве, очистки воздуха, поступающего в карьерное пространство, и защиты воздушного бассейна от загрязнений, образующихся при ведении горных работ открытым способом.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении механической энергии движущихся тел в горных выработках шахт. Технический результат заключается в повышении точности определения механической энергии движущихся тел и повышении достоверности подачи величины расхода воздуха в шахты.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при искусственном проветривании застойных зон глубоких карьеров. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности энергетического воздействия средств вентиляции на воздушный бассейн карьера при дефиците энергии неустойчивости внутрикарьерной атмосферы.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, подземная добыча которых производится шахтным способом.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при искусственном проветривании застойных зон глубоких карьеров. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности регулирования вентиляционных потоков и их распределения между застойными зонами, что позволяет уменьшить материальные и энергетические затраты на проветривание карьера.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к системам автоматизации вентиляторных установок, и может быть использовано для обеспечения безопасного, энерго- и ресурсосберегающего проветривания подземных горнодобывающих предприятий.

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования, а именно к устройствам с естественной вентиляцией с утилизацией тепла. Технический результат направлен на создание устройства с естественной энергонезависимой вентиляцией с возможностью утилизации тепла, распределенного в толще грунта, позволяющего поддерживать положительную температуру внутри подземного сооружения, обеспечивая естественную вентиляцию, предотвращающую опасный уровень загазованности помещения.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания выемочных участков (панелей и блоков). Технический результат заключается в разработке энергоэффективного способа проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки полезного ископаемого, расположенного по падению пласта, обеспечивающего регулирование работы вентиляторов местного проветривания в зависимости от величин тепловых депрессий, возникающих между выработками выемочного участка, а также угла γ наклона камер относительно оси выемочного штрека.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к системе регулирования воздухоподготовки на поземном горном предприятии. Технический результат заключается в создании высокоэффективной автоматизированной системы регулирования воздухоподготовки на подземном горнодобывающем предприятии, работающей в холодное и теплое время года за счет обеспечения надежной работы системы воздухоподготовки с использованием резервной шахтной калориферной установки.
Наверх