6.АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ

ИЗАЩИТЫ

Аппаратура управления, контроля и защиты выполняет от­ ветственные функции: предохраняет водоотливные установки ог аварийных режимов, поддерживает их работу в заданных пара­ метрах и повышает надежность работы всего комплекса насос­ ного оборудования.

К аппаратуре автоматического управления относятся реле: уровня, давления, производительности и температурные.

6.1.Реле уровня

Вводоотливных установках применяются реле уровня с раз­ личным типом чувствительного элемента: поплавковые, элек­ тродные, с емкостными датчиками и радиоактивные.

Реле уровня выбирают в зависимости от физико-химических свойств шахтных вод, гидрогеологических особенностей шахты или рудника, конструкции насосной камеры и диапазона коле­ баний уровня воды в водосборнике.

Поплавковые реле уровня. При конструировании поплавко­ вых реле проводились работы по определению зависимости между подъемной силой поплавка и силами противодействия, изысканию антикоррозионных материалдв и повышению надеж­ ности работы реле.

Вводоотливных установках применяют поплавковые реле РП-65С (рис. 6.1) и др. Большой диапазон изменения уровня, надежная антикоррозийная устойчивость и наличие сельсинной передачи обеспечили широкое применение реле РП-65С на руд­ никах и обогатительных фабриках.

Вгорнорудной промышленности применяют поплавковые реле с постоянной противодействующей силой и постоянной глу­ биной погружения. При этом поплавок перемещается за изме­ нением уровня воды в водосборнике. Решение общей задачи

рассмотрено применительно к шарообразной форме поплавка с дополнительными кромками.

Соотношение усилий в поплавковом реле определяется урав­

где Рп— вес поплавка, Н; Р тр— противодействующее усилие передаточной системы (усилие трения), включая усилие при переключении контактов, определяемое экспериментальным пу­

тем, Н; Pi — противодействие груза, Н; Ah{— изменение уровня жидкости в водосборнике, м; q — вес 1 м тросика, Н/м; р — плотность жидкости, Н/см3; g —ускорение свободного падения,

сти, определяющий потерю в весе поплавка, см3; г — радиус по­ плавка, см; h — глубина погружения поплавка в жидкость, см.

При перемещении поплавка вниз преодолеваются силы со­ противления, определяемые весом груза и трением в системе поплавок — груз. Выключение насосного агрегата осуществля­ ется при нижнем положении поплавка, максимальном значении A/ZI<7 и верхнем положении груза Р\. Увеличивать вес груза

Эле^родные датчики подвешивают на разных отметках ава­ рийного, повышенного и нижнего уровней воды в водосбор­ нике. Эти датчики работают совместно с реле контроля сопро­

в цепь электромагнитного реле. Реле уровня с такими датчи­ ками наиболее просты, но они обладают некоторой погреш-

8

ностыо при определении колебаний уровня воды в водосборни­ ках. Надежная работа этих типов датчиков определяется пра­ вильным расчетом параметров схемы, где исходными данными являются: максимальное сопротивление цепи датчиков, удель­ ная электрическая проводимость шахтных вод и минимальный коэффициент запаса k3:

где /раб и / Сраб — соответственно рабочий ток и ток срабатыва­ ния электромагнитного реле, А.

В электродных реле уровня с включением датчиков непо­ средственно в цепь обмотки реле применяется переменный ток промышленной частоты и при этом упрощаются схемы автома­ тического управления и устраняется электролитический перенос металла.

Удельная электрическая проводимость шахтных вод опреде­ ляется величиной минерализации воды, выраженной в мг/л или

мг-экв/л. Значение у' определяется экспериментально или по формуле

циент.

Определение удельной электрической проводимости шахт­ ных вод расчетным путем представляет значительные трудно­ сти. Поэтому ее значение определяют экспериментально с ис­ пользованиемпотенциометрических методов исследований при­ менительно к составу шахтных вод. Удельная электрическая проводимость шахтных вод, зависящая от содержания механи­ ческих примесей, находящихся в растворе, и значения pH, из­ меняются в широких пределах, что влияет на точность включе­ ния реле и надежность его работы. При повышении содержания железистых окислов и различного рода соединений удельная электрическая проводимость шахтных вод увеличивается. Это необходимо учитывать при наладке электродных реле уровня.

Удельная электрическая проводимость пресных вод Турьинского медного рудника колеблется от 4 -10-2 до 12-10-2 См/м. Сильно минералиаованные кислотные шахтные воды Красно­ гвардейского и Карабашского медных рудников имеют удель­ ную электрическую проводимость от 15* 10-2 до 32-10—2 См/м.

При отсутствии экспериментальных данных в расчетах при­ нимают значение удельной электрической проводимости шахт­ ной воды у'=20-10-2 См/м.

Удельное сопротивление горных пород значительно превы­ шает удельное сопротивление шахтной воды и не учитывается при расчетах электродных реле уровня.

Основные положения теории заземления при определении сопротивлений растеканию единичных заземлителей по различ­ ным причинам невозможно использовать при расчете электрод­ ных реле уровня.

Реле уровня с емкостными датчиками предназначены для непрерывного измерения воды в водосборниках. При сложных гидрогеологических условиях в рудных месторождениях необ­ ходимо контролировать уровень воды в водосборниках и иметь непрерывную информацию о притоках шахтных вод, чтобы при­ нять предупредительные меры против затопления горных выработок. Для этих целей используются емкостные (конденса­ торные) датчики с неизменными размерами обкладок (электро­ дов) и неизменным расстоянием между ними. Действие емко­ стного датчика основано на неодинаковых диэлектрических свойствах шахтной воды и воздуха. Заполнение шахтной водой

Наблюдения показывают, что при малом изменении удельного сопротивления шахтных вод в водосборнике характеристика анодного тока имеет линейную зависимость от емкости конден­ саторного датчика. При помощи подстроечного конденсатора до-

Рис. 6.3. Схема контроля уровня воды в водосборнике с использованием электронно-усилительных схем и конденсаторных датчиков

биваются такого положения, чтобы при заданном значении уровня общая емкость соответствовала середине линейного уча­ стка указанной выше зависимости. В этом случае измеритель­

устанавливают с одной стороны водосборника на высоте, где нужно контролировать уровень воды; приемник излучений, устанавливаемый с противоположной стороны водосборника против излучателя. При необходимости контролировать два фиксированных уровня воды (верхний и нижний) устанавли­

вают два комплекта излучателей и приемников, расположенных на соответствующих высотах.

Входной величиной радиоизотопных реле уровня (уровнеме­ ров) является параметр, влияющий на интенсивность облучения приемника. Это — уровень воды в водосборнике. Если он ниже отметки, на которой установлены источник у-лучей и приемник, поток у-лучей проходит только через стенки водосборника. При этом исполнительное реле (в зависимости от схемы включения) находится во включенном или выключенном положении.

При подъеме уровня воды до источника и приемника у-лучи проходят также через слой воды. Происходит более интенсив­ ное поглощение у-лучей, резко меняется выходной сигнал уси­ лителя и реле изменяет свое состояние на противоположное, т. е. оно выключается или включается, подавая команду на включение насоса. Комплект реле уровня рассчитан на измере­ ние величины уровня от 1 до 6 м при толщине железобетонной стенки до 400 мм.

лучей от источника, мкюри; р,— линейный коэффициент ослаб­ ления; d — толщина стенки, мм.

Длительная эксплуатация радиоизотопных реле уровня по­ казывает, что для заглубленных водоотливных установок они имеют значительные преимущества по сравнению с электрод­ ными и поплавковыми реле уровня: отсутствие контакта с во­ дой, отсутствие влияния физико-химических свойств шахтных вод на измерительное устройство, быстродействие, высокая на­ дежность в работе, продолжительный срок службы.

В горной промышленности широко применяют реле уровня различных типов, обеспечивающие точность и бесперебойность работы водоотливных установок.

Большое распространение в горнорудной промышленности получили поплавковые реле,«к недостаткам которых следует отнести необходимость установки направляющих труб в прием­ ных колодцах. Однако безотказность работы в условиях от­ качки кислотных шахтных вод с высоким содержанием меха­ нических примесей способствовала широкому их распростране­ нию на медных рудниках Урала.

Широкое применение получили двухпозиционные электрод­ ные реле уровня с датчиками уровня, включенными непосред­ ственно в цепь обмотки реле. Они хорошо себя зарекомендо­ вали при откачке незагрязненных шахтных вод. В связи со значительными изменениями физико-химических свойств откачи­ ваемых вод, особенно кислотных, целесообразно в схему вво­ дить корректировку по току для более точной настройки реле.