автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка системы автоматического управления главным вентилятором при автоматизации проветривания шахт

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ШАХТ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обоснование необходимости регулирования параметров проветривания шахт.

1.2. Краткий обзор способов регулирования вентиляторов.

1.3. Анализ эффективности регулирования вентиляторных агрегатов

1.3.1. Эксплуатационная экономичность ВГП.

1.3.2. Удельная установленная мощность электрооборудования.

1.3.3. Относительная стоимость вентиляторных агрегатов.

1.3.4. Надежность оборудования вентиляторного агрегата.

1.4. Выводы.

1.5. Постановка задач исследования.

2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ НА БАЗЕ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ С ПОВОРОТНЫМИ НА ХОДУ ЛОПАТКАМИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА.

2.1. Структура автоматизированной системы управления проветриванием и взаимодействие подсистем.

2.1.1. Принципы построения АСУ проветриванием метано-обильных шахт.

2.1.2. Локальные системы автоматического управления расходом воздуха.

2.1.3. Система автоматического управления ГВУ.

2.2. Закон регулирования возбуждения синхронного электродвигателя вентилятора главного проветривания.

2.3. Анализ влияния возмущений (импульсов давления) на устойчивость синхронного электродвигателя главного вентилятора.

2.4. Оценка влияния колебаний напряжения в системе электроснабжения на устойчивость синхронного электродвигателя ВГП.

2.5. Выводы.

3. СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОМ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

3.1. Постановка задачи исследования.

3.2. Математическое описание элементов аэродинамического контура

3.2.1. Исполнительный механизм поворота лопаток рабочего колеса.

3.2.2. Вентилятор главного проветривания.

3.2.3. Аэродинамический объект вентиляционной сети шахты

3.2.4. Возмущающее воздействие аэродинамического объекта

3.2.5. Датчик производительности вентилятора.

3.3. Синтез регулятора газодинамического контура.

3.3.1. Требования к переходным процессам.

3.3.2. Обоснование выбора метода синтеза.

3.3.3. Формирование желаемого дифференциального уравнения выходной координаты исследуемого контура.

3.3.4. Выбор параметров дифференцирующего фильтра.

3.4. Оценка устойчивости системы управления.

3.5. Переходные процессы контура регулирования производительности ВГП при действии управляющего и возмущающего воздействий

3.6. Математическое описание элементов газодинамического контура

3.6.1. Газодинамический объект вентиляционной сети шахты

3.6.2. Возмущающее воздействие газодинамического контура

3.6.3. Датчик концентрации метана.

3.7. Синтез регулятора газодинамического контура.

3.8. Обоснование допустимости замены аэродинамического контура безынерционным звеном.

3.9. Оценка способности исполнительного механизма компенсировать возмущения газодинамического контура.

3.10. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ.

4.1. Постановка задачи исследования.

4.2. Алгоритмы управления оборудованием главной вентиляторной установки в различных режимах работы.

4.3. Алгоритм автоматического регулирования производительности вентилятора главного проветривания.

4.4. Выводы.

5. ОЦЕНКА ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ.

5.1. Сравнение вероятности безотказной работы главных вентиляторных установок шахт.

5.2. Оценка эксплуатационной экономичности ГВУ.

5.3. Анализ экономической эффективности от снижения простоев добычных участков по фактору загазований.

5.4. Выводы.

Шахты и рудники проветриваются главными вентиляторными установками (ГВУ), которые содержат по 2 агрегата с электродвигателями мощностью от 500 до 3200 кВт. На проветривание затрачивается около 2 % вырабатываемой в стране электроэнергии. Для добычи 1 тонны угля на вентиляцию расходуется до 35 кВт*ч электроэнергии [1]. В России работает около 1200 ГВУ. Их эксплуатационный к. п. д. лежит в пределах 0,27-0,35, т.е. до 73 % затраченной электроэнергии составляют потери [2].

Совершенствование технологии выемки полезных ископаемых, высокая концентрация горных работ, применение мощных высокопроизводительных машин и механизмов ведет к увеличению неравномерности поступления в рабочую атмосферу различных вредностей (метана, угольной пыли, продуктов сгорания взрывчатых веществ и т.п.). Это вызывает ухудшение шахтной атмосферы, приводит к значительному росту необходимых мощностей ГВУ и соответствующему росту их энергопотребления, а несовершенство систем проветривания приводит к частым простоям очистных и подготовительных забоев с высокопроизводительным горно-шахтным оборудованием [3].

Ежегодный прирост глубины ведения горных работ в среднем составляет 4,5 %, при этом газообильность увеличивается в среднем на 6,5 %, что приводит к росту количества подаваемого в шахты воздуха на 1,2-7,8 % в год [4]. Указанное обстоятельство существенно увеличивает затраты электроэнергии на проветривание. Так за последние 25 лет среднее потребление электроэнергии на проветривание подземных выработок и забоев (без вентиляторов местного проветривания) увеличилось в 2 раза и составило 65,3 % от электропотребления всей шахты [4]. Существенное увеличение в последние годы доли затрат на вентиляцию в себестоимости тонны угля, связанное с резким ростом тарифов на электроэнергию [5] и увеличением затрат на ремонт устаревшего оборудования, ведет к необходимости снижения энергопотребления ГВУ.

Анализ аварий за 10 лет [6] показывает, что за период с 1991 по 1994 гг. количество вспышек и взрывов метана на российских шахтах возросло в 2 раза по сравнению с 1985-1990 г. и составило 23 в 1994 году. За этот же период травматизм со смертельным исходом повысился в 3,5 раза. От взрывов и вспышек метана в период с 1995 по 1998 г. погибло от 32 до 106 шахтеров ежегодно

7].

Коэффициент извлечения метана из угольных месторождений Кузбасса за счет средств искусственной дегазации составляет 0,15 [7]. Таким образом, важную роль в повышении безопасности подземных горных работ играет разбавление и вынос метана средствами вентиляции. Эффективное проветривание шахт в современных условиях требует применения ГВУ, способных оперативно изменять рабочие вентиляционные параметры (давление и производительность).

Количество воздуха, требуемое для разбавления и выноса вредностей, зависит от целого ряда горнотехнических, а также технологических причин и за определенный промежуток времени (смена, сутки, год) значительно изменяется. Существующие на шахтах ГВУ не в состоянии обеспечить текущее изменение производительности, так как они не приспособлены к регулированию режимов работы на ходу, поэтому, зачастую, работают с постоянной максимальной производительностью, а, следовательно, имеют заведомо высокое энергопотребление. Во-вторых, низкая степень контроля технологических параметров и недостаточный уровень автоматизации делает невозможным эффективное и экономичное управление процессом проветривания.

Перспективным путем повышения эффективности проветривания является регулирование расхода воздуха в пределах участка и вентиляционной сети в целом для поддержания концентрации метана и других вредностей в пределах нормативных значений, регламентированных правилами безопасности.

В этой связи большое значение приобретает создание и внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) проветриванием шахт, способных решать поставленные задачи [8].

В странах дальнего зарубежья уже более 20 лет применяются АСУ проветриванием шахт на базе регулируемых на ходу вентиляторов, систем метанового контроля и регулирования внутришахтного воздухораспределения.

В нашей стране большой вклад в решение проблемы автоматизации проветривания внесли ученые: Абрамов Ф.А., Бахвалов JI.A., Ефремов С.С., Засу-хин И.Н., Местер И.М., Петров H.H., Пучков Л.А., Святный В.А., Тян Р.Б., Ти-мухин С.А., Фельдман Л.П., Цой C.B. и др.

В 80-х годах в СССР был создан ряд опытных систем автоматизации проветривания, которые не нашли широкого распространения из-за большой распределенности горных работ, отсутствия эффективно регулируемых вентиляторов главного проветривания (ВГП), недостаточного технического уровня и надежности средств контроля метаносодержания и регулирования воздухораспределения, а также использования ненадежной вычислительной техники.

Повышение в последние годы концентрации горных работ, создание и внедрение регулируемых на ходу ВГП, распространение в практике проветривания шахт надежных систем автоматического газового контроля (в том числе зарубежных) и широкое применение вычислительной техники (особенно промышленных контроллеров) заложили основу для создания и внедрения современных эффективных АСУ проветриванием шахт.

Первая система автоматического управления (САУ) для регулируемых на ходу поворотом лопаток рабочего колеса осевых ВГП была создана в ИГД СО РАН в 1964 г. Петровым H.H. Указанная САУ использовала пропорциональный закон управления и не учитывала влияние возмущающих воздействий. Дальнейшее развитие проблема получила в работах Ермолаева П.Н., где были рассмотрены статистически оптимальные и инвариантные САУ ВГП с различными типами исполнительных механизмов (ИМ) поворота JIPK. Однако, в данных работах не были учтены особенности синхронного электропривода вентилятора и применялись недостаточно эффективные для исследуемого объекта методы синтеза. Поэтому рассматриваемую проблему можно считать актуальной.

Настоящее диссертационное исследование посвящено созданию САУ регулируемым на ходу поворотом лопаток рабочего колеса (ПЛРК) главным вентилятором для повышения эффективности проветривания шахт и рудников, сокращения простоев добычных и подготовительных участков, а также для увеличения безопасности подземных горных работ.

Целью диссертационного исследования является разработка САУ главным вентилятором с регулируемым по возбуждению синхронным электродвигателем и электромеханическим исполнительным механизмом ПЛРК для повышение эффективности проветривания шахт.

Для достижения намеченной цели ставятся следующие задачи:

1. Составить математическую модель и исследовать влияние возмущений со стороны шахтных вентиляционной и электрической сетей на электропривод осевого вентилятора главного проветривания с ПЛРК;

2. Разработать уточненное математическое описание объекта «главный вентилятор - шахтная вентиляционная сеть» с учетом особенностей ВГП с ПЛРК и действующих на него возмущающих воздействий;

3. Разработать алгоритм автоматического регулирования производительности вентилятора главного проветривания с ПЛРК совместно с управлением возбуждением приводного синхронного электродвигателя;

4. Обосновать технико-экономическую эффективность САУ осевым вентилятором главного проветривания с ПЛРК.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Установлено, что динамические процессы синхронного электродвигателя шахтного ВГП с ПЛРК, возникающие при колебаниях статорного напряжения и возмущениях аэрогазодинамического объекта, можно не учитывать при исследовании САУ ГВУ.

2. Предложен новый подход к построению САУ ВГП с ПЛРК, включающий в себя методику расчета параметров, основанную на методе скользящих режимов, отличающуюся тем, что использует уточненное математическое описание ВГП с новым исполнительным механизмом ПЛРК и позволяет учитывать динамику управляющего и возмущающих воздействий данного класса объектов, а так же алгоритм автоматического регулирования производительности главного вентилятора, отличающийся тем, что впервые совместно реализует автоматическое управление производительностью ВГП с ПЛРК и регулирование возбуждения приводного синхронного электродвигателя (СД), что позволяет управлять вентилятором в условиях нестационарности шахтных вентиляционных сетей (ШВС) и оптимизировать энергопотребление узла нагрузки.

Практическая ценность исследований заключается в разработке методики анализа эффективности способов регулирования производительности вентиляторных агрегатов по комплексу показателей: эксплуатационная экономичность, относительная начальная стоимость, удельная установленная мощность и надежность оборудования. Указанная методика может быть использована для технико-экономического обоснования и оценки эффективности регулирования рабочих параметров турбомашин различной мощности. Разработан алгоритм автоматического регулирования производительности шахтного ВГП с ПЛРК совместно с управлением возбуждением приводного СД, а так же алгоритмы управления механизмами главной вентиляторной установки в различных режимах.

Полученные результаты использованы при разработке технических заданий, технических предложений и эскизных проектов по САУ ГВУ рудника «Абаканский», шахт «Анжерская - Южная» и «Распадская», а также использованы в отчете по теме «Исследование вентиляционных систем шахт как объектов управления с распределенными, нелинейными и нестационарными параметрами с целью разработки путей снижения энергопотребления и повышения безопасности подземных горных работ» (номер государственной регистрации 01.9.60 002244) научного направления исследований ИГД СО РАН «Теория разработки месторождений полезных ископаемых и комплексной переработки минерального сырья на основе ресурсо- и энергосберегающих экологически

10 безопасных технологий» приоритетного направления РАН 5.1.15 «Теория и методология комплексного освоения недр земли».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Оценка инерционности вентиляторного агрегата и возмущений аэрогазодинамического объекта шахты, основанная на сравнении их постоянных времени, позволяет в математическом описании объекта «СД-ВГП-ШВС» не учитывать динамические процессы синхронного электродвигателя.

2.Методика синтеза САУ ВГП с ПЛРК, основанная на использовании метода скользящих режимов для управления вентилятором с новым исполнительным механизмом ПЛРК и алгоритм автоматического регулирования производительности вентилятора изменением угла установки лопаток рабочего колеса на ходу, позволяющие впервые осуществлять управление ВГП с ПЛРК совместно с регулированием тока возбуждения синхронного электродвигателя для обеспечения эффективного управления проветриванием в условиях нестационарности аэрогазодинамического объекта шахты и оптимизации энергопотребления узла нагрузки.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 115 наименований и 4 приложений. Содержит 136 страниц основного текста, включая 51 рисунок и 9 таблиц.

5.4. Выводы:

- проведенный анализ надежности показал, что ГВУ с регулируемыми и реверсивными на ходу поворотом ЛРК осевыми ВГП имеют в 1,2-1,6 большую вероятность безотказной работы по сравнению с существующими ГВУ на базе вентиляторов серии ВОД и ВЦД;

- в результате модернизации вентиляторы смогут оперативно и эффективно регулироваться на ходу. Регулирование и возможность форсирования режима проветривания при загазованиях, а так же возможность эффективного реверсирования главных вентиляторов после их модернизации позволяют существенно повысить безопасность ведения подземных горных работ;

- ГВУ с регулируемыми на ходу поворотом ЛРК вентиляторами имеют в 1,3-2,1 раза меньшую начальную стоимость по сравнению с традиционными, а их внедрение позволит снизить суммарные приведенные затраты на 25-46 % при существенном повышении надежности вентиляторов и установок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе получено новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности проветривания шахт путем разработки САУ главным вентилятором с регулируемым по возбуждению синхронным электродвигателем и электромеханическим исполнительным механизмом ПЛРК.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что динамические процессы синхронного электродвигателя шахтного ВГП с ПЛРК, возникающие при колебаниях статорного напряжения и возмущениях аэрогазодинамического объекта, можно не учитывать при исследовании САУ ГВУ.

2. Предложен новый подход к построению САУ ВГП с ПЛРК, включающий в себя методику расчета параметров, основанную на методе скользящих режимов, отличающуюся тем, что использует уточненное математическое описание ВГП с новым исполнительным механизмом ПЛРК и позволяет учитывать динамику управляющего и возмущающих воздействий данного класса объектов, а так же алгоритм автоматического регулирования производительности главного вентилятора, отличающийся тем, что впервые совместно реализует автоматическое управление производительностью ВГП с ПЛРК и регулирование возбуждения приводного синхронного электродвигателя (СД), что позволяет управлять вентилятором в условиях нестационарности шахтных вентиляционных сетей (ШВС) и оптимизировать энергопотребление узла нагрузки.

3. Разработана методика анализа эффективности способов регулирования производительности вентиляторных агрегатов, отличающаяся тем, что позволяет проводить технико-экономическую оценку вариантов на стадии проектирования и эксплуатации по комплексу показателей: эксплуатационная эконо

136 мичность, относительная начальная стоимость, удельная установленная мощность и надежность оборудования.

Общим итогом исследования является разработка САУ осевым ВГП с ПЛРК на основе теории синтеза систем со скользящими режимами. Внедрение разработанной САУ ВГП с ПЛРК позволяет снизить стоимость энергопотребления на вентиляцию за счет увеличения эксплуатационного к. п. д. установки в целом, а также регулирования расхода воздуха, подаваемого в шахту за смену (сутки, неделю) по фактическому выделению метана. Применение указанной САУ ВГП совместно с САУ внутришахтным воздухораспределением и контроля метаносодержания позволит существенно повысить эффективность проветривания за счет оперативного изменения количества подаваемого в шахту воздуха и его перераспределения между горными выработками.

На основе полученных результатов разработаны и согласованы с заказчиком техническое задание, технические предложения и эскизный проект системы управления нагнетательной вентиляторной установкой шахты «Распад-ская», а также составлены и приняты заказчиками технические задания и технические предложения по системам управления ГВУ других шахт и рудников.

Продолжение проводимых исследований предполагает разработку САУ внутришахтным воздухораспределением, а затем и АСУ проветриванием мета-нообильных шахт с высокой концентрацией горных работ.

1. Тимошенко Н. И. Климатические условия и их регулирование на глубоких рудниках будущего // ФТПРПИ. 1984. - № 3. - С. 31 - 35.

2. Петров Н. Н., Пономарев П. Т., Сергачев А. Н. Исследование путей снижения энергопотребления на вентиляцию шахт // ФТПРПИ. 1996. - № 6. -С. 88 -98.

3. Лаврик В. Г., Ногих С. Р. Взаимодействие геомеханических и газодинамических процессов при интенсивной отработке пологих газоносных пластов//Уголь. 1999. -№ 2.-С. 12-14.

4. Захарова А. Г., Разгильдеев Г. И. Структура энергопотребления и ресурсы энергосбережения на шахтах Кузбасса // Уголь. 2000. - № 7. - С. 48 -50.

5. Казаков Б. П. Ресурсосберегающие технологии подготовки воздуха при проветривании рудников и шахт // Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Международной конференции. Екатеринбург, 1998. - С. 200 - 207.

6. Сергеев И. В., Забурдяев В. С., Бобров И. А., Проблемы безопасности в метанообильных шахтах // Безопасность труда в промышленности. 1997. - № 2. - С. 2 - 5.

7. Рубан А. Д., Субботин А. И., Забурдяев В. С. Метанообильность шахт: интенсивность метановыделения, вспышки и взрывы метана // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. - № 7. - С. 150 - 154.

8. Петров Н. Н. Управление вентиляцией шахт как средство борьбы с за-газованиями горных выработок // Сокращение эмиссии метана: Доклады II Международной конференции (на русском языке). Новосибирск, 2000. - С. 411-418.

9. Совершенствование разработки и вентиляции рудников / С. И. Лугов-ский, Э. И. Шкута, И. Б. Ошмянский, А. А. Немченко. М.: Недра, 1968. - 302 с.

10. Южанин А. С. Аэрогазодинамика надшахтных зданий вентиляционных стволов при наличии в них эжекторных установок // Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Международной конференции. Екатеринбург, 1998. - С. 272-274.

11. Бабак Г. А. Исследование и разработка высокоэкономичных шахтных вентиляторных установок главного проветривания с центробежными вентиляторами: Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук. Новочеркасск, 1971.- 58 с.

12. Петров Н. Н. Об экономичности, стоимости и материалоемкости вентиляторных агрегатов // ФТПРПИ. 1988. - № 4. - С. 67 - 72.

13. Красюк А. М. Исследование и разработка секционных осевых вентиляторов с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук,- Новосибирск, 1986. 181 с.

14. Лазукин В. Н., Крайнов Е. А., Егоров В. Г. Структура и основные принципы функционирования АСУ проветриванием шахт // Уголь. 1985. - № 7.-С. 32-34.

15. Абрамов Ф. А., Тян Р. Б. Методы и алгоритмы централизованного контроля и управления проветриванием шахт. Киев: Наукова думка, 1973. -184 с.

16. Абрамов Ф. А. и др. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии / Ф. А. Абрамов, Л. П. Фельдман, В. А. Святный. Киев: Наукова думка, 1981. - 148 с.

17. Карпов Е. Ф., Местер И. М., Карпов Д. А. Диспетчерский контроль и управление проветриванием угольных шахт // Уголь. 1977. - № 9. - С. 60-63.

18. Василенко В. И. Автоматизированная система управления проветриванием высокопроизводительных негазовых шахт, разрабатывающих полого-падающие пласты угля: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1991.- 16 с.

19. Губенко Л. А., Новосельцев В. Б., Святный В. А. Исследование автоматизированной системы управления проветриванием шахты // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1977. - С. 106 - 108.

20. Водяник Г. М., Василенко В. И. Применение имитационных моделей при автоматизированном управлении воздухораспределением шахты // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. - № 8. - С. 103 - 109.

21. Клепиков Б. А., Святный В. А., Фельдман Л. Н. Алгоритм диспетчерского управления проветриванием // Борьба с газом, пылью и выбросами в угольных шахтах, 1972. вып. 8. - С. 46 - 52.

22. Святный В. А., Ефремов С. С. Разработка структуры и алгоритмов функционирования микропроцессорной системы безопасного управления проветриванием шахты // Механизация и автоматизация управления. Киев: Укр-НИИНТИ, 1983. -№ 4.-С. 31-34.

23. Святный В. А., Ефремов С. С. Алгоритм изменения режимов совместной работы вентиляторов в подсистеме управления проветриванием шахт // Изв. вузов. Горный журнал. 1983. - № 12. - С. 39 - 43.

24. Святный В. А., Ефремов С. С. Алгоритм расчета допустимых параметров регулирования расхода воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 1984. -№4.-С. 37-39.

25. Святный В. А., Ефремов С. С. Алгоритм формирования управляющих воздействий для нелинейных регуляторов расхода воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 1984. - № 6. - С. 102 -104.

26. Бахвалов Л. А. Математические модели и алгоритмы оперативного управления воздухораспределением в ШВС // Изв. вузов. Горный журнал. -1986. -№ 5.-С. 112-116.

27. Бахвалов Л. А., Пучков Л. А., Кравченко А. Г. Математическое обеспечение системы автоматического управления проветриванием // Изв. вузов. Горный журнал. 1987. - № 9. - С. 103 - 105.

28. Петров Н. Н., Зедгенизов Д. В. Управление вентиляцией шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. - № 7. - С. 53 - 57.

29. Шишкин И. Ю., Зима М. М., Шорников Ю. В. Использование принципа локализации в системах автоматического управления проветриванием шахт // Управление газодинамическими явлениями в шахтах. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1986. - С. 60 - 65.

30. Попов Н. А. Исследование исполнительных механизмов поворота лопаток рабочего колеса на ходу шахтных осевых вентиляторов: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новосибирск, 1972. - 170 с.

31. Эффективное использование электрической энергии и топлива в угольной промышленности // Н. И. Волощенко и др.; Под ред. Э. П. Островского, Ю. П. Миновского. М.: Недра, 1990. - 407 с.

32. Брусиловский И. В. Аэродинамика осевых вентиляторов. М.: Машиностроение, 1984.-315 с.

33. Петров Н. Н., Зедгенизов Д. В. Управление воздухоподачей для технологических нужд как источник энергосбережения // Промышленная энергетика. 2000. - № 11.-С. 5-10.

34. Забровский С. Г., Лазарев Г. Б., Мурзаков А. Г. Регулируемый электропривод механизмов собственных нужд ТЭС // ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Серия «Электропривод и автоматизация промышленных установок», т 11.-196 с.

35. Marples Jn. The selection of airflow control devices as applied to fan equipment for the economic ventilation of vehicular tunnels // International symposium on the aerodynamics and ventilation of vehicular tunnels. Cambridge, 1976. -P. 39-43.

36. Руководящий технический материал по выбору вентиляторов главного проветривания РТМ 07.03.003-87. Донецк: ВНИИГМ. - 1987. - 162 с.

37. Баринов М. А. Применение высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов // Горный журнал. 1997. - № 9. - С. 38 - 41.

38. Онищенко Г. Б., Локтева И. Л. Асинхронно-вентильные каскады и двигатели двойного питания. М.: Энергия, 1979. - 200 с.

39. Верейский В. А., Крайнов Е. А. Промышленные испытания регулируемого электропривода шахтного вентилятора // Совершенствование автоматизации на угольных предприятиях. Тр. ин-та. М.: Недра, 1983. - С. 22 - 28.

40. Голоднов Ю. М. Собственные нужды тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1991. -270 с.

41. Довганюк И. Я., Мурзаков А. Г., Шакарян Ю. Г. Выбор регулируемого тиристорного электропривода тягодутьевых механизмов ТЭС // Электрические станции. 1984. - № 11. - С. 27 - 31.

42. Мурзаков А. Г. Экономичное регулирование электроприводов механизмов собственных нужд ТЭС // Энергетик. 1981. - № 7. - С. 9 - 11.

43. Зедгенизов Д. В., Красюк А. М., Попов Н. А. Анализ способов регулирования режима работы тоннельных осевых вентиляторов // Метро. 2000. -№ 5 - 6.-С. 23 -27.

44. Гимельшейн JI. Я., Фрейдлих И. С. Повышение надежности шахтных вентиляторов. М.: Недра, 1978. - 189 с.

45. Демочко С. И. и др. Неисправности шахтных вентиляторных установок главного проветривания: Справочное пособие / С. И. Демочко, А. В. Кузнецов, В. П. Паршинцев. М.: Недра, 1990. - 188 с.

46. Петров Н. Н., Буторина О. С. Анализ надежности вентиляторных установок // ФТПРПИ. 1986. - № 6. - С. 81 - 87.

47. Kloss А., Heinrich I. Cage Induction motors of medium rating with current source converters // Brown Boveri Rev. 1982. - № 415. - P. 163 - 169.

48. Хватов С. В., Анишев Е. Ю., Титов В. Г. Крутильные колебания насосных агрегатов с электроприводом по схеме асинхронного вентильного каскада // Электричество. 1987. - № 2. - С. 54 - 57.

49. Controlled А. С. Electric drive of belt conveyers and other mechanisms with large sized flywheel // Fuji Electric Co. - 1982. - 11 p.

50. Skudelny H. H. Stand und Entwicklungstendenzen fur Drehzahlgeregelte Drehstromantriebe // Elektronische Z. - 1981. - Bd. 102, 22. - S. 11 - 15.

51. Пучков Л. А. и др. Автоматизированные системы управления в горнодобывающей промышленности / Л. А. Пучков, Н. И. Федунец, Д. К. Потре-сов. М.: Недра, 1987. - 285 с.

52. Джиенбаев Р. С. Автоматизация шахтных осевых вентиляторных установок. Алма-Ата: Казахстан, 1981. - 144 с.

53. Тимухин С. А. Обоснование и обеспечение рациональных режимов эксплуатации шахтных главных вентиляторных установок: Дисс. . д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1998. - 246 с.

54. Петров Н. Н. Автоматизация проветривания шахт и разработка системы регулирования главных вентиляторов // ФТПРПИ. 1987. - № 4. - С. 79 -88.

55. Филимонов А. Б. Алгоритмизация управления рудничным проветриванием // Системы и средства автоматизированного контроля и управления параметрами шахтной атмосферы. Тр. ин-та. М.: Недра, 1984. - С. 24 - 34.

56. Петров H. Н. О построении систем автоматического управления проветриванием шахт // Надежность, экономичность и автоматическое регулирование ГВУ шахт. Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1969. - 127 с.

57. Местер И. М., Засухин И. Н. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания. М.: Недра, 1974. -240 с.

58. Петров H. Н., Кайгородов Ю. М. Исследование эволюции шахтных вентиляционных сетей // Автоматическое управление в горном деле. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1974. - С. 126 - 135.

59. Преслер В. Т. Прогностические информационно-математические модели компьютеризированного мониторинга рудничной атмосферы в угольных шахтах: Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук. Кемерово, 2000. - 50 с.

60. Преслер В. Т. и др. Автоматизация контроля и прогноза газопроявлений в угольных шахтах // Международная научно-практическая конференция «Наукоемкие технологии угледобычи и углепереработки». Кемерово, 1998. -С. 158 - 160.

61. Преслер В. Т., Гарнага А. В. Программно-техническая основа компьютеризации системы контроля рудничной атмосферы // Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири». Кемерово, Т. 1, 1997. - С. 116 - 120.

62. Преслер В. Т. и др. Автоматизированные системы прогноза газопроявлений в угольных шахтах // ФТПРПИ. 1996. - № 3. - С. 54 - 60.

63. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1976.-447 с.

64. Карпов Е. Ф. и др. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы / Е. Ф. Карпов, И. Э. Биренберг, Б. И. Басовский. М.: Недра, 1984.-285 с.

65. Вершинин П. П., Бугаенко А. П., Цыганок А. Г. Повышение эффективности использования синхронных двигателей для компенсации реактивной нагрузки // Промышленная энергетика. 1989. - № 8. - С. 42 - 45.

66. Щербаков Е. Ф., Петров В. М. Оптимизация потерь мощности в электрических сетях и синхронных двигателях при использовании их для компенсации реактивной мощности // Промышленная энергетика. 1997. - № 5. - С. 40-42.

67. Указания по компенсации реактивной мощности в электрических сетях предприятий металлургической промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1991.- 152 с.

68. Абрамович Б. Н., Коновалов Ю. В. Дополнительные потери активной мощности в синхронных двигателях при их работе в режиме компенсации реактивной мощности // Электричество. 1990. - № 5. - С. 34 - 38.

69. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.

70. Орел О. А. Зависимость потерь активной мощности в синхронных машинах от их реактивной нагрузки // Электричество. 1983. - № 7. - С. 50 -52.

71. Першина Л. М., Першин Ю. С. Расчет тока возбуждения и потерь в синхронных машинах в зависимости от характера нагрузки // Электричество. -1978. -№3,-С. 57-62.

72. Орел О. А. Регулирование реактивной мощности крупного синхронного двигателя // Электричество. — 1976. № 3. - С. 48 - 51.

73. Зедгенизов Д. В. Управление синхронным электроприводом главного вентилятора при автоматизации проветривания шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. - № 8. - С. 72 - 76.

74. Першин Ю. С., Першина Л. М. Расчет оптимального режима работы синхронного двигателя // Электричество. 1981. - № 9. - С. 30 - 33.

75. Петров Н. Н., Шишкин Н. Ю. Взаимодействие внезапного выброса и взрыва метана с вентиляционным режимом шахт // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1983.-С. 35 -44.

76. Петров Н. Н., Красюк А. М., Попов Н. А. Исследование динамической устойчивости трансмиссионных валов главных вентиляторов шахт // ФТПРПИ. 1998. -№3,- С. 73 - 83.

77. Головкин П. И. Энергосистема и потребители электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 360 с.

78. Масловская Т. Н. Изменение надежности электрооборудования от уровня напряжения // Изв. вузов. Горный журнал. 1994. - № 7. - С. 124 - 128.

79. Ермошин В. Ф., Мартынов А. М., Якушев П. М. Особенности электроснабжения очистных участков шахт Подмосковного угольного бассейна // Изв. вузов. Горный журнал. 1985. - № 6. - С. 120 - 123.

80. Голоднов Ю. М. Самозапуск электродвигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 135 с.

81. Расчет и построение схем электроснабжения угольных разрезов. РТМ 12.25.006. -М. 1992. - 137 с.

82. Зедгенизов Д. В. Исследование системы автоматического регулирования производительности шахтного вентилятора // Автоматизированные электромеханические системы. Новосибирск: НГТУ, 2001. - С. 107 - 113.

83. Сарычев С. П., Петров Н. Н. Методы синтеза систем управления вентиляцией шахт при неполной информации об объекте // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1989.-С. 145 - 152.

84. Местер И. М. К вопросу о предельном быстродействии САУ проветриванием газовых шахт // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1979. - С. 89 - 91.

85. Алыменко Н. И., Минин В. В., Алыменко Д. Н., Стукалов В. А. Вероятностное прогнозирование режимов работы вентиляторов главного проветривания // Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Международной конференции. Екатеринбург, 1998. - С. 188 - 190.

86. Ермолаев П. Н., Петров Н. Н., Кайгородов Ю. М., Пономарев П. Т. Частотные свойства шахтной вентиляционной сети как объекта автоматического регулирования // Автоматическое управление в горном деле. Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1971. - С. 16 - 23.

87. Засухин И. Н., Вернадский В. Г. Разработка и внедрение методов и средств автоматизированного контроля и управления рудничной вентиляцией // Вентиляция шахт и рудников. Ленинград: ЛГИ, 1979. - № 6. - С. 17 - 24.

88. Святный В. А., Лазебник Р. М., Губенко Л. А. Передаточная функция выемочного участка как звена системы управления распределением воздуха // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1977. - С. 51 - 59.

89. Уткин В. И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. -М.: Наука, 1981.-368 с.

90. Востриков А. С. Синтез нелинейных систем методом локализации. -Новосибирск: НГУ, 1990. 120 с.

91. Рудничная вентиляция: Справочник / Н. Ф. Гращенков, А. Э. Петро-сян, М. А. Фролов и др.; Под ред. К. 3. Ушакова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988.-440 с.

92. Абрамов Ф. А., Бойко В. А. Автоматизация проветривания шахт. -Киев: Наукова думка, 1967. 310 с.

93. Бахвалов Л. А. Синтез алгоритмов адаптивного управления проветриванием метанообильных угольных шахт: Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М., 1989. - 26 с.

94. Ефремов С. С. Разработка алгоритмов и обоснование структуры вычислительных средств подсистемы управления проветриванием АСУ ТП шахты: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. -М., 1985. 17 с.

95. Бахвалов Л. А. Математические модели и алгоритмы оперативного управления воздухораспределением в ШВС // Изв. вузов. Горный журнал. -1986.-№5.- С. 112- 116.

96. Бахвалов Л. А., Темкин И. О. Статистические алгоритмы управления в АСУ проветриванием шахт // Всесоюзная научная конф. «Актуальные проблемы организации и управления в горном производстве». Тез. докл. М., МГИ, 1986.-С. 38.

97. Бахвалов Л. А., Пучков Л. А., Кушнаренко М. В. Принципы построения микропроцессорных систем автоматического управления проветриванием угольных шахт // Изв. вузов. Горный журнал. 1988. - № 9. - С. 103 - 109.

98. Святный В. А., Ефремов С. С. Алгоритм выравнивания коэффициентов обеспеченности воздухом // Изв. вузов. Горный журнал. 1983. - № 7. - С. 58-61.

99. Святный В. А., Ефремов С. С. Выбор параметров контроля расхода воздуха при управлении проветриванием // Уголь Украины. 1983. - № 11. - С.

100. Святный В. А., Ефремов С. С. Выравнивание коэффициентов обеспеченности воздухом выемочных участков // Изв. вузов. Горный журнал. -1983.-№ 11.-С. 53 58.

101. Унифицированное комплектное устройство управления УКАВ-М автоматизации вентиляторов главного проветривания. Рекомендации по применению, М.: НИИ «Гипроуглеавтоматизация», 1984. 49 с.

102. Устройство комплектное автоматического управления шахтными вентиляторами главного проветривания на базе интегральных микросхем УКАВ-М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, М.: НИИ «Гипроуглеавтоматизация», 1982. 102 с.

103. Унифицированное комплектное устройство управления УКАВ-М для автоматизации вентиляторов главного проветривания. Техническое задание. М.: НИИ «Гипроуглеавтоматизация», 1977. 53 с.

104. Петров Н. Н., Попов Н. А., Зедгенизов Д. В., Михайлов А. И., Заболотских В. В. Пути модернизации устаревшего парка главных вентиляторов шахт // Безопасность труда в промышленности. 2000. - № 11. - С. 36 - 40.

105. П.2.1. Математическое описание синхронного электродвигателя

106. При постоянном насыщении магнитной цепи дифференциальные уравнения равновесия напряжений синхронной машины являются уравнениями с постоянными коэффициентами, а при постоянной частоте вращения линейными дифференциальными уравнениями.

107. В качестве базисных величин для обмотки статора синхронного двигателя в системе o.e. выбираются номинальные значения фазных величин. Наиболее распространена следующая система базисных величин:

108. За базисные единицы напряжения и тока принимаются амплитуды фазных номинальных величин соответственно в вольтах и амперах.

109. Uö = Еб = Um „ом = V 2 х U„; 1б = 1м ном = ^ 2 х 1н

110. За базисную единицу мощности принимается номинальная полная мощность всех фаз статора в ваттах.

111. Рб = m х ин0м х I ном = (m/2) х Um ном х Im ,юм = (m/2) х U6 х 1б

112. За базисную единицу частоты принимается номинальная частота сети в герцахб=/ном= 50 Гц.

113. За базисную единицу угловой частоты принимаетсясоб = 2 х 7гх/б,где со 1 синхронная угловая частота, выражаемая в эл. рад. При этом базисная частота вращения ротора (рад/с)

114. Q6 = С0б/ р = 314,16 / 4 = 78,54 рад/с , где р число пар полюсов.

115. За базисную единицу времени принимается время, в течение которого синхронно вращающийся ротор повернется на 1 эл. радt6 = 1 / С0бпри ЭТОМ 1с = 2x71 х/б эл. с.

116. За базисную единицу момента принимают момент, создающий базисную мощность при базисной частоте вращения (Втхс или Вт/рад).

117. Мб = Рб / Q6 (Рб / юб) х р

118. За базисную единицу сопротивления принимается Ом:б Uß / Iб UH0M / IlIOM

119. За базисную единицу индуктивности принимается Генри:1. Гg = z6 / соб

120. За базисную единицу потокосцепления принимается Вебер:б иб / соб = L6 X Ig

121. Наиболее полно эти требования удовлетворяет применение для обмоток ротора той же системы o.e., что и для статора. Для этого роторные обмотки должны быть приведены с обмотками статора.

122. Ulm *Cos O-O-s)*1?, -r, *iqdx dT7dx f f f dT1-— —Г * 1yd yddx d^P1 = -.- *idx yq yqк 1-ПМ,-^*!^*!,) (10-= Бс1т

123. Коэффициенты а, Ь, с, й, е, £, И, к в уравнении выражаются через параметры машины следующим образом:

124. Схема набора уравнений для моделирования переходных процессов синхронного двигателя приведена на рис. П.2.1.1. А59

125. П.2.2. Математическая модель возбуждения синхронного двигателя

126. Для вычисления ß (глава 2) найдем мгновенное значение мощности, потребляемой синхронным двигателем от сети, (o.e.)1. Р, =Ud X id + Uq X iq .

127. Для реализации этого уравнения в модель внесены блоки 91-93. Для приведения мощности Pi из o.e. базовых величин (о.е.б.) в o.e. номинальных значений (о.е.н.) в модели предусмотрен блок 95.

128. После вычисления величины 1в/1вн в блоке 68 для перевода тока возбуждения в о.е.н. в напряжение, подаваемое в обмотку возбуждения в о.е.б. величин служит блок 73.

129. П.2.3. Моделирование влияния возмущений в виде импульсов давления со стороны вентиляционной сети на синхронный электродвигатель

130. Характеристики возмущающих импульсов давления воздуха, действующих на синхронный электропривод со стороны вентиляционной сети при внезапных выбросах породы и газа и взрывах в шахтах приведены на рис. 2.9.

131. Указанные характеристики с достаточной точностью могут быть описаны моделью, показанной на рисунке. Комбинация ступенчатого воздействия и синусоидальной составляющей различной амплитуды и длительности реализована блоками 78, 79, 81, 82, 84, 85, 87.161

132. П.2.4. Моделирование влияния возмущений в виде колебания напряжения в системе электроснабжения на синхронный электродвигатель

133. П.3.1. Алгоритм выбора вентиляторного агрегата и режима работы установки

134. П.3.2. Проверка готовности оборудования ГВУ к пуску вентиляторного агрегата

135. П.3.3. Алгоритм пуска вентиляторного агрегата

136. При отсутствии аварийного сигнала время пуска вентиляторного агрегата не превышает 3,5 мин. (200-225 с). При наличии аварийного сигнала необходимо выдать на сигнализацию «АВАРИЯ».

137. П.3.4. Нормальный останов вентилятора

138. При отсутствии аварийных сигналов время остановки агрегата составит 1,5-2 мин. При наличии аварийного сигнала необходимо выдать на сигнализацию «АВАРИЯ».

139. П.3.5. Алгоритм аварийного останова вентиляторного агрегата

140. П.3.6. Перевод вентилятора в реверсивный режим подачи воздуха

141. П.3.7. Алгоритм перехода на резервный вентиляторный агрегат

142. Рис. П.3.1. Блок-схема алгоритма подготовки и пуска вентиляторного агрегата

143. Программа расчета приведенных затрат по главной вентиляторной установке с вентиляторами ВО-ЗОВК1. Исходные данные

144. Капитальные затраты по механическому и электрическому оборудованию и строительству, руб1. КЗ 5491000

145. Время работы установки за год, час.без регулирования, с минимальной и максимальной производительностью

146. TY 6-4-7-4T2 TMIN 60-412 ТМАХ 18-6-4-12

147. TY=8.064103 TMIN = 2.88*1ТМАХ = 5.184103

148. Стоимость 1 кВт установленной мощности 68 рублей в месяц Стоимость 1 кВт*ч потребленной электроэнергии - 0,25 руб.

149. Рабочие параметры вентиляторной установки:давление, даПа производительность, мЗ/с Q1. Н 400220мощность электродвигателя1. РМОТ 12501. Л fan 0.8к.п.д. вентилятора К.П.д. электропривода Timot ^ 0.885к.п.д. воздухоподводящих каналов лкап : = 0 95г

150. НДС NDS - NDS = 1.098" 10°5

151. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ руб в год

152. Материалы (М) м ^кз- 5'5 м = з.02-ю5100

153. Электроэнергия (EL) Оплата установленной мощности им 2-рмот-6812 им = 2.04-ю' (более 750 кВА)

154. Мощность, расходуемая на проветривание (Р)рмах и .--.9--------------- рмах = 1.28>ю3 кВт с максимальной102.г) fan г)mot г|кап прОИЗВОДИТеЛЬНОСТЬЮpmin 150-. 135 pmin = 535.842 кВт С МИНИМаЛЬНОЙ102.0-5'0-78-0-95 производительностью

155. Отчисления на социальные нужды (Оот fot37 1005. Амортизация (АМ)6. Налоги (NAL)

156. Налоги на имущество (NALIM)8. Прочие расходы (PR)1. АМкз 141. NAL FOT3.51. NALIM КЗ100 2100от= 3.55210 ам= 3.92210"' NAL= 3.36103 NALIM= 1.09810?р м el- fot от ам nal- nalimpr рол

157. Эксплуатационные затраты (EXPL) explp prр= 5.02710 pr= 5.027105 ехрь 5.5310610. Суммарные затратыпо годам эксплуатации (SEXPL)origin " 1i 1 13 NALIM (КЗ- (1 1) АМ)100р. -- м el- fot- от ам ■ nal- nali isexpl р. pr i i ipr р-0.1 i i