XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Вентиляторные установки главного проветривания предназначены для проветривания всех выработок шахты, за исключением отдельных глухих (тупиковых) выработок. В соответствии с правилами безопасности эти установки располагаются на поверхности земли у устьев герметически закрытых стволов и штолен, а так же перемещают весь воздух, проходящий по шахте. Вентилятор главного проветривания располагается в здании ГВУ, находящемся в 70 м от скипового ствола.

ГВУ является сложным электромеханическим комплексом, состоящим из вентиляторов, электропривода, аппаратуры дистанционного управления и контроля, устройств и приспособлений для реверсирования воздушной струи и переключения вентиляторов, выходных частей диффузоров, вентиляционных каналов, всасывающей будки, глушителей шума, калориферной установкой.

Управление и контроль положения (перемещения) лопаток посредством гидравлической системы осуществляется системой электропривода, электрический привод – это электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих, информационных устройств и устройств сопряжения, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Электропривод вентиляторов, для современных рудничных вентиляторных установок главного проветривания характерны длительная работа с постоянной нагрузкой, малая периодичность изменения рабочего режима с использованием способов регулирования, в большинстве своем не требующих изменения частоты вращения, а также большие мощности на валу и существенные моменты инерции роторов вентиляторных агрегатов.

Для вентиляторов, оснащенных асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью до 160 кВт, используется преимущественно низковольтный частотно-регулируемый электропривод.

Регулирование режима работы вентиляторных установок обусловлено, главным образом, сезонными и суточными изменениями температуры, влажностью и плотностью воздуха, его запыленностью и загазованностью, которая преимущественно зависит от характера производств вентилируемого помещения. Для горного производства наиболее характерно именно запыленность и загазованность выработок.

При дегазации рудника двигатель вентилятора должен работать на максимальной мощности, в связи с чем двигатель испытывает высокие нагрузки. Для проверки двигателя на перегрузочную способность необходимо произвести моделирование данного режима работы в среде MATLAB, снять с измерительных датчиков динамические характеристики и сравнить полученные значения со значениями режима работы, выбранного нами по графикам аэродинамических характеристик вентилятора. Аэродинамическая характеристика вентилятора TAF 36-21, представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Аэродинамическая характеристика вентилятора

При моделировании режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания, составляется функциональная схема модели вентиляторного агрегата с использованием программного продукта MatLab в среде Simulink.

Вычисление подачи, статического давления, КПД, мощности, статического момента сопротивления вентилятора производится с помощью зависимостей, полученных для расчета рабочих параметров вентилятора при переменной угловой скорости рабочего колеса. Модель строится таким образом, чтобы обеспечить задание различных исходных данных для возможности моделирования различных вентиляторов. Для визуального восприятия модели удобно вычислять каждый из параметров с помощью подсистем (блоки Subsystem).

Функциональная схема модели вентиляторного агрегата с численными значениями для вентилятора TAF 36-21,5-1 и двигателем АОД-2500-6-600У1 приведена на рисунке 2.

Все параметры для данной модели рассчитаны [1].

Модель вентиляторного агрегата состоит из блоков частотно-регулируемого электропривода и вентилятора. Выходная координата модели частотно-регулируемого электропривода — угловая скорость, которая регистрируется с помощью дисплея (Display) и осциллографа (Scope). Модель вентилятора представлена двумя подсистемами (Subsystem и Subsystem1). Входные (исходные) параметры вентилятора реализованы на пяти источниках постоянного воздействия (Constant). Отображение численных значений величин, вычисленных в модели, осуществляется с помощью блоков Display, а динамику изменения координат с помощью осциллографов Scope:

- подача вентилятора, м³/с — Display1 и Scope1;

- полное давление вентилятора, Па — Display2 и Scope2;

- потребляемая мощность вентилятора, кВт — Display3 и Scope3;

- момент статического сопротивления вентилятора, Нм — Display4 и Scope4.

Рис. 2. Функциональная схема модели вентиляторного агрегата с частотно-регулируемым электроприводом

На основании полученных данных рассчитываем параметры для построения механических характеристик на основании методики, приведенной в [1].

Рис. 3. Механические характеристики при основном законе частотного регулирования

Исходя из полученных графиков и рассчитанных данных можно сделать вывод, что смоделированная система не требует модернизации, поскольку двигатель справляется с высокими мощностями при дегазации рудника и не выходит за рамки стандартных значений по перегрузочной способности.

Список литературы:

1. Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод насосных и вентриляторных установок горных предприятий: Учеб. пособие. – М.: Издательство «Горная книга», 2011. – 260 с.

2. Семёнов А.С. Моделирование автоматизированного электропривода. Методические указания по выполнению лабораторных работ. – М.: Спутник+, 2012. – 60 с.

3. Семёнов А.С. Программа MATLAB. Методические указания к лабораторным работам. – М.: Спутник+, 2012. – 40 с.

4. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы частотно-регулируемого электропривода вентиляторной установки главного проветривания применительно к подземному руднику по добыче алмазосодержащих пород // Фундаментальные исследования. 2013. № 8 (часть 5). С. 1066-1070.

5. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Федоров О.В., Харитонов Я.С. Анализ энергоэффективности главной вентиляторной установки рудника по добыче алмазосодержащих пород // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т. 10. № 2 (38). С. 60-72.

6. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Харитонов Я.С., Федоров О.В. Анализ эффективности применения частотно-регулируемого электропривода в условиях алмазодобывающих предприятий // Горный журнал. 2019. № 2. С. 77-82. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.16

7. Egorov A.N., Semenov A.S., Bebikhov Yu.V., Sigaenko A.A. Assessment of energy efficiency of the modernized main fan unit for an underground mine // International Journal of Energy for a Clean Environment. 2019. V. 20. Is. 2. P. 153-165. https://doi.org/10.1615/InterJEnerCleanEnv.2019026505

8. Бебихов Ю.В., Семёнов А.С., Семёнова М.Н., Якушев И.А. Анализ методов моделирования технических систем в среде MATLAB // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019. Т. 7. № 3. С. 12. https://doi.org/10.26102/2310-6018/2019.26.3.037