АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Обводненность месторождений — один из основных факторов, который ограничивает использование горных машин, ухудшает безопасность и уменьшает производительность труда.
Для откачки воды на горных выработках служат водоотливные установки. По назначению их разделяют на главные и вспомогательные (участковые) установки. Главные насосные установки предназначены для подачи воды из шахты на поверхность, вспомогательные — для подачи воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного отлива.
Водоотливные установки должны обеспечивать надежную откачку воды из подземных выработок при возможно меньших эксплуатационных расходах. Автоматически действующая аппаратура, выполняющая операции пуска и контроля насосов вместо машинистов, обеспечивает точность, безошибочность и своевременность этих операций. При этом исключаются случаи холостой работы водоотлива и снижается число аварийных отключений. Тем самым уменьшается расход электроэнергии, увеличиваются межремонтные сроки, снижаются затраты на материалы и запасные части. Это даёт возможность экономить значительные средства.
С учетом опыта эксплуатации установлены основные технические требования, которым должна удовлетворять аппаратура автоматизации водоотливных установок.
1. Автоматическая водоотливная установка должна функционировать без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
2. Необходимо предусмотреть два вида управления — автоматическое и ручное. Перевод на ручное управление любого числа насосных агрегатов должен осуществляться без нарушения работы остальных в автоматическом режиме.
3. При достижении водой установленного верхнего уровня автоматически включается первый насосный агрегат. В случаях значительного увеличения притока воды и достижения водой повышенного или аварийного уровня предусматривается автоматическое включение резервных насосов.
4. После откачки воды до заданного нижнего уровня насосные агрегаты автоматически отключаются.
5. С целью уменьшения нагрузки на электрическую сеть схема должна обеспечивать неодновременность пуска электродвигателей насосов.
6. В случае отключения насосного агрегата по технической неисправности необходимо автоматически включить резервный.
7. Специальные блокировки должны исключать включение насосных агрегатов при отсутствии воды в водосборнике и повторное включение насоса до устранения причины, вызвавшей его аварийное отключение.
6. При автоматизации водоотливной установки с центробежным насосом необходимо обеспечить автоматическую заливку насоса перед пуском. Пуск агрегата при незалитом насосе должен быть исключен.
7. При автоматизации водоотливной установки должны быть обеспечены автоматические открывание задвижки при пуске электродвигателя насоса и закрывание задвижки при остановке электродвигателя насоса. Схема автоматизации должна быть снабжена блокировками, исключающими открывание задвижки до пуска насосного агрегата и останов агрегата до момента полного закрывания задвижки.
8. В схеме автоматизации должны быть предусмотрены следующие виды защит, вызывающие аварийный останов насосного агрегата: при снижении или потере подачи насоса, перегреве подшипников, исчезновении напряжения или коротком замыкании (к.з.) в цепях управления.
9. Аппаратура автоматизации должна обеспечивать световую и звуковую сигнализацию о состоянии водоотливной установки, дистанционный контроль и управление водоотливной установкой с пульта диспетчера.
СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
Для автоматического контроля и управления водоотливных установок применяются следующие элементы.
Уровень воды в водосборниках контролируется электродными датчиками сопротивления (рис.3.1), которые представляют собой стальной диск 1, соединённый с кабелем. Датчик подвешивается на контролируемом уровне воды в водосборнике и при достижении этого уровня создает цепь тока между заземлителем, водой и диском, что обеспечивает включение автоматической системы управления водоотливной установки.
Для контроля подачи насосов в схемах автоматизации водоотливных установок применяют реле производительности флажкового типа (рис. 3.2). Под воздействием потока жидкости на флажок 9 поворачивается жестко связанный с ним валик 1 и рычаг 5, переключающий контакты 4. Реле производительности устанавливается на горизонтальном участке всасывающего трубопровода.
Реле давления (рис. 3.3) предназначено для контроля заливки насосов. Чувствительным элементом реле давления является диафрагма 6. Сила давления воды, воспринимаемая диафрагмой, передается через поршни 5 и 7 на шток 9, который воздействует на микропереключатель 1. Реле давления устанавливается на всасывающей крышке насоса в отверстие, предназначенное для установки вакуумметра.
Термодатчик (рис. 3.4)предназначен для контроля температуры подшипников насоса и электродвигателя. Принцип действия датчика основан на использовании сплава, температура плавления которого 70—72 °С. При перегреве подшипника сплав 5 в наконечнике датчика расплавляется и освобождает валик 4, который под действием пружины 3 поворачивается и переключает контактную систему 2. После каждого срабатывания датчик в исходное положение возвращают вручную поворотом рукоятки 1. Датчик монтируется в специально рассверленном отверстии в корпусе подшипника.
Рис. 3.1. Электродный датчик ЭД-1
1 – стальной диск; 2 – стакан; 3– контактный винт для подсоединения кабеля; 4 – кабельный ввод (навинчивается на стакан) с зажимной гайкой 5, которая уплотняет резиновое кольцо 6; 7 – пространство, заливаемое после подсоединения кабеля компаундом для предотвращения коррозии провода в месте соединения; 8 – свинцовая обкладка для защиты диска 1 от коррозии
Управление водоотливной установкой осуществляется последовательно во времени по определенной программе. Программу работы автоматизированной водоотливной установки обычно задает моторное реле времени ¾ моторный коммутатор.
Рис. 3.2. Реле контроля производительности РПН
1 – валик; 2 – плата; 3 – крышка для закрывания рабочей камеры реле; 4 – контактная группа; 5 – рычаг, переключающий контакты; 6 – пружина; 7 – винт для изменения натяжения пружины 6; 8 – поворотные валики; 9 – шток с резиновым флажком; 10 – шпильки для закрепления реле на трубопроводе; 11 – корпус; 12 – гайка для крепления штока флажком; 13 – пробка
Моторное реле времени состоит из специального низкоскоростного синхронного электродвигателя типа СД-2, зубчатой пары с большим передаточным отношением и до 10 профильных дисков, воздействующих на контактные группы.
Рис. 3.3. Реле контроля давления РДВ
1 – микропереключатель; 2 – гайка; 3 – шпилька; 4 – винт для регулировки срабатывания по давлению; 5 – большой поршень; 6 – диафрагма; 7 – малый поршень; 8 – гайка; 9 – шток; 10 – пружина
Началу отсчета времени соответствует подача напряжения на двигатель, который, включившись, начинает вращаться и медленно через зубчатую пару поворачивать ось, на которой набраны профильные диски со специальными вырезами. При вращении через заданное время диски посредством вырезов производят переключения контактов. Выдержка времени зависит от положения вырезов на дисках и может достигать нескольких минут за счет медленного вращения дисков.
Рис. 3.4. Термодатчик ТДЛ-2
1 – рукоятка; 2 – контактна система; 3 – пружина; 4 – валик; 5 – сплав
Вспомогательный заливочный погружной насос НЗП применяется для заливки насосов перед пуском. Он обеспечивает одновременную заливку трех насосов автоматизированной водоотливной установки. По принципу действия насос является центробежным одноступенчатым с открытым рабочим колесом, приводимым в действие асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором в водопогружном исполнении. Корпус насоса имеет три выходных патрубка, которыми он присоединяется к всасывающим трубопроводам главных насосов.
Привод задвижки ПЗ-1 предназначен для открывания или закрывания задвижек нагнетательных трубопроводов водоотливных установок, оборудованных аппаратурой автоматизации. Он состоит из редуктора, асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 2,2 кВт, конечных выключателей, фиксирующих положение задвижки, и реле защиты электродвигателя от перегрузки. Привод обеспечивает дистанционное включение двигателя при подаче команды от аппаратуры автоматизации и автоматическое отключение двигателя в крайних положениях задвижки.