книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки

. 1 со — угловая скорость, — ;

М — момент на валу насосного агрегата, м2*кг-сек~2\ Н0 — напор насоса при нулевой подаче, м вод. cm.

В теории жесткого удара рассматривается динамическая характе­ ристика жесткого удара Г, имеющая размерность времени

§ 4. Пусковые режимы работы водоотливных установок

Около 20 лет тому назад считалось обязательным во всех случаях производить пуск центробежного насоса при полностью закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе, так как при этом двигатель насоса потребляет минимальную мощность. После дости­

При соблюдении условия (137) скорость вращения вала насоса почти достигает своего номинального значения и возникающие затем переходные процессы отличаются незначительными ударными колебаниями давления, не окапывающими существенного влияния на процесс пуска.

Пуск центробежного насоса при открытой задвижке, когда на­ гнетательный трубопровод не заполнен водой. В данном случае условия пуска оказываются более тяжелыми: потребляемая мощность в период пуска возрастает по сравнению с номинальной на 30—60%, процесс пуска насоса удлиняется, кратковременно увеличивается подача насоса, что может привести к возникновению кавитационных режимов.

После достижения насосом номинальной скорости вращения устанавливается режим В (рис. 92). Пунктиром показаны характе­ ристики трубопровода, соответствующие определенному моменту времени. Крутизна их возрастает по мере заполнения водой нагне­ тательного трубопровода. Координаты точки А — параметры уста­ новившегося режима работы водоотливной установки.

§ 5. Гидравлический удар в водоотливной установке

При останове насоса с открытой задвижкой на нагнетательном трубопроводе, а также во всех случаях при внезапном отключении электроэнергии в водоотливной установке возникает гидравлический

У Д а р .

Возникающая в сечении l " —!" (см. рис. 4) волна понижения давления распространяется вверх по трубопроводу. В выходном сечении трубопровода 2"—2" волна давления претерпевает отраже­ ние с переменой знака. Затем от выходного сечения трубопровода распространяется волна повышения давления, отражающаяся от насоса с тем же знаком, и т. д.

Все водоотливные установки можно разделить на установки

смалой и со значительной инерцией.

Вустановках с малой инерцией время прекращения прямого течения воды от насоса к сливному отверстию трубопровода меньше фазы гидравлического удара; в этом случае возникает прямой гидравлический удар, величина которого определяется по формуле (128). В установках со значительной инерцией время прекращения прямого течения воды больше фазы гидравлического удара, что

приводит к возникновению непрямого гидравлического удара. Для определения величины гидравлического удара в последнем случае необходимо знать зависимость скорости вращения ротора насоса п от времени t после выключения двигателя.

Такая зависимость получена автором в следующей форме: (138)

где п0 — скорость вращения при нормальном режиме работы насосного агрегата.

характеристики) и изменение мгновенных режимов работы центро­ бежного насоса (рис. 95).

При выключении двигателя насоса воображаемый наблюдатель, находящийся в сечении 1"—1" (см. рис. 4), регистрирует понижение давления в соответствии с волновой характеристикой 1 — 2 (рис. 95). Координаты точки 2 пересечения волновой характеристики с напор­ ной характеристикой насоса при скорости вращения п 1 определяют

f

Ц

0,3

0,2

0,1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

т

Рис. 94. Номограмма для определения характера гидравлического удара в водоотливной установке

в конце первой фазы гидравлического удара. Эта волна встречает на своем пути положительные волны давления, отраженные от сливного отверстия трубопровода (см. рис. 4, сечение 2"—2"). Поэтому давление в движущейся волне будет увеличиваться в соот­ ветствии с волновой характеристикой 2 —5. Давление продолжает

сечения трубопровода волна давления встречает волны пониженного давления, что приводит к уменьшению давления в ней, и вновь изменяется наклон волновой характеристики. Точка 4 фиксирует давление в момент полного закрытия обратного клапана, установлен-

ного за насосом. Далее вдоль трубопровода распространяется волна пониженного давления, которая отражается от сливного отверстия с обратным знаком. Ударное повышение давления равно

тя защиты водоотливных установок от гидравлического удара может быть рекомендована установка предохранительного клапана, второго обратного клапана в средней части нагнетательного трубо­ провода, сбросного клапана и др.

Предохранительный клапан открывается при повышении давле­ ния и поэтому не может существенно уменьшить величину ударного повышения давления. Секционирование трубопровода за счет уста­ новки дополнительного обратного клапана не может обеспечить полное гашение гидравлического удара и связано с дополнительными потерями энергии.

Наиболее эффективным средством для гашения гидравлического удара следует считать установку сбросного клапана, который должен открываться при понижении давления, а затем плавно закрываться. Оригинальная конструкция гасителя гидравлического удара (рис. 96) разработана в Донецком политехническом инсти­ туте [38].

Основными узлами гасителя являются запорное и приводное устройства, которые соответственно с помощью вентилей 15 и 1 со­ единяются с нагнетательным трубопроводом выше обратного кла­ пана 16. Запорное устройство выполнено в виде управляемого вен­ тиля, надпоршневое пространство которого периодически сообщается с атмосферой или с нагнетательным трубопроводом с помощью кла-

пана 7 гидроусилителя. Скорость закрытия клапана 14 регулируется вентилем 12, установленным за фильтром 11. Последний обеспечи­ вает надежность работы гасителя при протекании загрязненной шахтной воды.

Основным элементом приводного устройства является диффе­ ренциальный рычаг 6, который в точках А жВ шарнирно прикре­ плен к двум поршням, нагруженным пружинами. Усилие сжатия пружин может быть отрегулировано. Поршень 3 свободно переме­ щается под действием пружины или силы от давления воды,

Рис. 96. Схема гасителя гидравлического удара для шахтных водо­ отливных установок

а поршень 10 жестко связан с масляными демпферами 5, скорость пере­ мещения которых регулируется вентилями 4 и 9. В точке С диффе­ ренциального рычага подвешен клапан 7 гидроусилителя.

Для изоляции чувствительных элементов от шахтной воды при­ менены диафрагмы 2, 8 и 13. Диафрагма 13 позволяет иметь сравни­ тельно большие зазоры между штоком и поршнем с одной стороны и корпусом вентиля — с другой. Гаситель гидравлического удара работает следующим образом: вследствие резкого понижения давле­ ния при останове насоса поршень 3 под действием пружины пере­ мещается вниз, а поршень 10 отстает в своем движении. Поэтому рычаг 6 поворачивается вокруг точки В и клапан 7 гидроусилителя

открывается.

Давление воды в надпоршневом пространстве управляемого вентиля резко падает, что приводит к открыванию клапана 14. Вода

из нагнетательного трубопровода сбрасывается в водосборник. Поршень 10, продолжая двигаться вниз, поворачивает рычаг 6 вокруг точки А, при этом клапан 7 закрывается. Затем надпоршневое пространство управляемого вентиля медленно заполняется водой из нагнетательного трубопровода и клапан 14 плавно закрывается, а давление повышается до статического. Поршни 3 и 10 возвра­ щаются в исходное положение.

Гаситель гидравлического удара ДПИ может быть использован после небольшой конструктивной переделки также и в тех случаях,

Рис. 97. Характер протекания гидравлического удара в шахтной водоотливной установке:

1 — отключение двигателя насоса; 2 — закрытие обратного клапана; 3 — открытие клапана гасителя; 4 — начало закрытия клапана-гасителя; А — кривая гидравлического удара; В — кривая гашения гидравлического удара

когда в гидравлической системе удар начинается с повышения давле­ ния. Для этого в конструкции гасителя необходимо поменять местами поршни 3 и 10.

Характер протекания переходных процессов в шахтной водоот­ ливной установке показан на рис. 97 [38].

Остановка насоса с открытой задвижкой на нагнетательном тру­ бопроводе при отсутствии гасителя удара приводит к колебаниям давления (кривая А) относительно статического уровня.

Установка гасителя удара изменяет характер протекания про­ цесса (кривая В). При правильной регулировке гасителя давление после останова не превосходит статического давления.

В водоотливных установках давление воды при гидравлическом ударе в большинстве случаев не превосходит полуторакратного значения статического давления.

Г л а в а VII

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК

§ 1. Электропривод насосов. Операции по управлению насосными агрегатами

Режим работы двигателей насосов — длительный, характер на^ грузки — равномерный, регулирования скорости не требуется. Пусковой момент центробеяшых насосов обычно составляет 0,3— 0,4 номинального.

Двигатели насосов должны быть просты в обслуживании, иметь брызгозащищенное исполнение и влагостойкую изоляцию обмоток. В местах, где возможно появление метана, должны устанавливаться взрывобезопасные двигатели. Указанным условиям и требованиям наиболее полно удовлетворяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые служат для привода насосов в большин­ стве случаев практики. Асинхронные двигатели с фазовым ротором применяются весьма редко и в тех случаях, когда из-за малой мощ­ ности системы электроснабжения требуется уменьшать пуско­ вые токи.

При мощности до 120 кет применяются двигатели низкого на­ пряжения, при мощностях выше 120 кет — двигатели высокого на­ пряжения. Запуск двигателей осуществляется прямым включением в. сеть. И только на мощных водоотливных установках используют реакторный или трансформаторный способы пуска.

В качестве силовых коммутационных аппаратов для двигателей низкого напряжения применяются магнитные пускатели типа ПМВ или ПМ в зависимости от категории шахты по газу и пыли. Для пуска двигателей высокого напряжения устанавливают распредустройства ручного управления УРВ-6/3, ВЯП-6 и устройства со встро­ енным моторно-пружинным приводом РВДМ-6/3. При использо­ вании распредустройств ручного управления в системах автомати­ зации предусматривается установка моторных, соленоидных илй моторно-пружинных приводов масляных выключателей.

Управление водоотливной установкой сводится к в ы п ол н ен и ю относительно простых операций:

слежение за уровнем воды в водосборнике; заливка насоса при верхнем рабочем уровне воды; включение двигателя;

контроль за производительностью, напором, нагревом подшипни­ ков, загрузкой двигателя;

отключение аварийного агрегата и включение резервного при отклонении рабочего процесса от нормального;

включение резервного агрегата, если работающий не обеспечи­ вает откачку притока воды и ее уровень в водосборнике повышается; отключение агрегата при понижении уровня воды в водосборнике

до нижнего; поочередное включение в работу насосов водоотливной установки

с целью проверки их исправности и равномерного износа всех агрегатов.

Указанные операции легко поддаются автоматизации. Перевод водоотливных установок на автоматическое управление повышает их надежность, долговечность и позволяет высвободить значительное количество обслуживающего персонала.

§2. Автоматический контроль уровня воды в водосборниках

Вавтоматизированных водоотливных установках горной про­ мышленности для контроля уровня воды в водосборниках применя­ ются три типа реле: поплавковые, пневматические и электродные.

Чувствительным элементом реле поплавкового типа является полый металлический поплавок, который через механические пере­ дачи воздействует на контактную систему.

Поплавковые реле относительно сложны, требуют точного мон­ тажа, громоздки, имеют невысокую надежность, в связи с чем они не получили распространения в угольной промышленности.

позволяют контролировать несколько уровней: нижний, верхний, аварийный, а также несколько промежуточных. Серьезным недостат­ ком пневматических реле уровня является нарушение их работоспо­ собности вследствие утечек воздуха из пневмосистемы. Устранение указанного недостатка приводит к значительному усложнению конструкции, в связи с чем в новейших системах автоматизации водоотливных установок пневматические реле уровня не приме­ няются.

Электродные реле уровня, основанные на использовании про­ водимости шахтных вод, являются наиболее надежными.

Чувствительным элементом реле является электродный датчик сопротивления (рис. 98). Он состоит из стального диска 1, к которому приварен стальной стакан 2. Внутри стакана устанавливается кон­ тактная шпилька 3. К стакану с помощью резьбового соединения крепится вводной кабельный штуцер 4. Для защиты от коррозии стальной диск футеруется слоями свинца 5. После присоединения кабеля к контактной шпильке стакан заливается кабельной массой для герметизации разделки кабеля и места соединения. Датчик подвешивается на кабеле в приемном колодце на требуемой высоте.

В зависимости от величины электропроводимости шахтных вод применяется два типа реле уровня с электродными датчиками со­ противления: с передачей потенциала непосредственно на исполни­ тельное электромагнитное реле или с включением датчиков на вход электронных, полупроводниковых или магнитных усилителей.

Рис. 98. Электродный датчик ЭД-1

В качестве примера рассмотрим электродное реле уровня (рис. 99) новейшей схемы автоматизации шахтных водоотливных установок УАВ.

Реле состоит из четырех электродных датчиков, трех полупровод­ никовых однокаскадных усилителей, блока питания и трех испол­ нительных электромагнитных реле. Оно обеспечивает контроль четырех уровней: нижнего, верхнего, повышенного и аварийного.

При уровнях воды в приемном колодце ниже верхнего все три­ оды закрыты и исполнительные реле обесточены. При верхнем уровне с водой контактирует электрод ЭВ, что обеспечивает цепь тока по делителю напряжения (сопротивления R x и В 2). Напряжение, снимаемое с сопротивления В г, открывает триод 7\, что вызывает срабатывание реле верхнего уровня РУВ. Последнее своими кон­