Курсовая работа (т): Автоматизація технологічного процесу пневмопосточання в умовах шахти 'Щегловська-Глубока'

Автоматизація технологічного процесу пневмопосточання в умовах шахти 'Щегловська-Глубока'

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Автоматизація технологічного процесу пневмопосточання в умовах шахти «Щегловська-Глубока»

Вступ

технологічний пневмопостачання компресорний автоматизація

На теперішній час встановлено, що близько 70% гірничих підприємств використовують пневматичну енергію під час ведіння гірничих робіт. Вона використовується на вугільних шахтах Донбасу з пластами крутого падіння, особливо небезпечних по газу, пилу й викидам, де застосування електроенергії заборонено, а також на шахтах з пластами пологого падіння при проходці виробіток у твердих гірничих породах, на копальнях з видобутку руд чорних і кольорових металів, при проведенні гірничих виробіток

Виробництво стислого повітря на гірничому підприємстві здійснюється компресорною станцією, що складається як правило з декількох турбокомпресорів. Параметром, що характеризує роботу турбокомпресора і приєднаних до нього споживачів є тиск стислого повітря. При зниженні тиску продуктивність робочого устаткування зменшується і відбувається погіршення техніко-економічних показників. Збільшення тиску вище за номінальний також небажано, тому що зростають утрати стислого повітря в атмосферу і, отже, також погіршуються економічні показники роботи турбокомпресорів.

Основні задачі автоматизації турбокомпересорної установки - забезпечення ії роботи з оптимальними техніко-економічними показниками за умови безпечності і високої культури обслуговування. При автоматизації процесу пневмопостачання необхідно ураховувати особливості конструкції, умови роботи і характеристики машин, що приймають участь у цьому процесі, як об'єктів автоматизації. Ці фактори визначають раціональний ступінь автоматизації, структуру системи, елементи, що підлягають автоматизації і застосовані для цього засоби.

При автоматизації процесу пневмопостачання вирішують задачі, що пов'язані зі створенням нормальних умов експлуатації і безаварійної роботи компресорної установки, а також із комплексною автоматизацією виробництв, що ними обслуговуються.

Від надійності роботи компресорних установок залежать продуктивність технологічних ланок, якість продуктів, що отримують та безпечність експлуатації обладнання.

Автоматизація процесу пневмопостачання забезпечить роботу турбокомпресорної установки з максимальним економічним ефектом і безпечністю експлуатації, запобіганням аварійних режимів, збільшить міжремонтний строк роботи, забезпечить часткове чи повне виключення обслуговуючого персоналу, підтримуватиме потрібний тиск для проведення оптимального технологічного процесу, виконуватиме операції з контролю і захисту. Протипомпажний захист повинен підвищити надійність роботи компресорної установки і знизити її енерговитрати.

1. Аналіз технологічного процесу пневмопостачання шахти як об'єкта автоматизації. мета проектування та вимоги до системи автоматизації технологічного процесу пневмопостачання шахти

У курсовому проекті як базова розглянута технологічна схема процесу пневмопостачання шахти «Щегловська - Глибока». Структурна схема пневмопостачання шахти приведена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурна схема процесу пневмоспостачання шахти «Щегловська - Глибока»

На рисунку 1.1 позначені: 1 - станція пневмопостачання; 2, 3 - споживачі поверхні шахти; 4, 5, 6 - підземні споживачі пневмоенергії.

У підземних умовах енергія стислого повітря використовується для приводів: пневмосверл, бурових станків, насосів, бетономішалок, лебідок, відбійних і бурильних молотків. На поверхні шахти пневматична енергія використовується для видалення золи з котельних.

Станція пневмопостачання (компресорна станція) призначена для забезпечення пневматичною енергією споживачів шахти. У компресорній станції реалізується виробництво стислого повітря. При цьому енергія від приводу компресора передається потоку повітря. Електрична енергія перетворюється на пневматичну.

Технологічна схема компресорної станції пневмопостачання шахти «Щегловська-Глибока» представлена на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Технологічна схема компресорної станції пневмопостачання шахти «Щегловська-Глибока»

На рисунку 1.2 позначені: ДП - датчик потужності, ПАПДК - пускова апаратура приводного двигуна компресора, АД - асинхронний двигун з фазним ротором, СД - синхронний двигун, ТК - турбокомпресор, КЛ - протипомпажний клапан, ПКЛ - привід клапана, ПК - поршневий компресор.

На компресорній станції шахти «Щегловська-Глибока» для забезпечення пневматичною енергією споживачів шахти використовуються чотири компресори: два відцентрових - турбокомпресори (К-250-61-1-1 і ЦТК-275/9) і два поршневі (4М10-100/8 і 2М10-50/8) компресори (див. рис. 1.2). Для забезпечення кінцевого тиску в пневматичній мережі шахти 8-9 кгс/см² використовується один турбокомпресор, другий турбокомпресор та поршневі компресори є резервними.

Основним устаткуванням компресорної станції є турбокомпресор К-250-61-1-1, технологічна схема якого приведена на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 - Технологічна схема турбокомпресора К-250-61-1-1

На рисунку 1.3 позначено: 1 - датчик контролю температури; 2 - датчик контролю тиску; 3 - датчик осьового зрушення; 4 - датчик перепаду тиску; 5 - датчик контролю потоку; 6 - датчик рівня масла; 7 - датчик продуктивності; 8 - датчик продуктивності і тиску противопомпажного регулювальника; 9 - датчик регулювальника тиску; ДЗВ1, ДЗВ2, ДЗН, ДДЗ, ДПК - відповідно електродвигуни засувок водяного охолодження, нагнітання, дросельної заслінки і противопомпажного клапана; РПД - регулювальник прямої дії;

ВП1 - ВП3 - вентилі продування; - о - о - - повітряпровід; - - маслопровід; - водопровід.

Основний параметр, що характеризує роботу компресорів і приєднаних до них споживачів, - це тиск стислого повітря. При зниженні тиску в пневмомережі приблизно пропорційно зменшується продуктивність робочого обладнання; при підвищенні тиску продуктивність пневмомашин зростає, але одночасно збільшуються непродуктивні витрати, обумовлені зростанням втрат в компресорах, витоків повітря в нещільності трубопроводів, зносу інструменту, а також - зниженням к. к. д. пневмодвигунів і т.д. Тому необхідно управляти тиском в системі пневмоспостачаня так, щоб забезпечити максимальну продуктивність споживачів стислого повітря при мінімальних витратах на його виробництво і транспортування. Для підтримки тиску на заданому рівні в умовах нерівномірного вжитку пневмоенергії унаслідок неодночасного включення споживачів і різного їх завантаження (витрати повітря) потрібно регулювати продуктивність компресорної станції в широких межах. У загальному випадку таке регулювання може бути здійснено дією на комунікації, компресор або його привід.

Робочі характеристики турбокомпресора приведені на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 - Робоча характеристика турбокомпресора

Робочий режим компресора знаходиться в точці A пересічення його характеристики 2 з характеристикою пневматичної мережі 1. Продуктивність відцентрового компресора сильно залежить від тиску мережі. Характеристики відцентрових компресорів мають максимум. Режим роботи компресора в крапці К буде критичним, параметри Р_К і Q_K, відповідні цьому режиму, - критичними.

Робочі режими в крапках, розташованих на правій гілці характеристики, є стійкими. Якщо із-за зменшення витрати повітря з мережі робочий режим виявиться в крапці, розташованій на лівій гілці характеристики, то робота компресора буде нестійкою і може виникнути явище помпажа, при якому спостерігаються падіння продуктивності і тиску, струси машини і повітропроводів.

Помпаж компресора виникає тоді, коли відбувається: зменшення продуктивності або збільшення відношення тисків; зміна характеристик газу (зменшення молекулярної ваги); зниження частоти обертання ротора; зниження початкового тиску газу; збільшення початкової температури газу; знос лабіринтових ущільнень, несиметрія потоку; збільшення опору байпаса; збільшення опору мережі (кінцевого тиску); неправильне налаштування захисту від помпажа; швидка перестановка клапанів.

При виникненні помпажа показання витрати газу і кінцевої його температури нестаціонарні. Коливання поширюються на всю систему компресор-мережа. Коливання можуть бути гармонійними (м'який помпаж) і імпульсними (жорсткий або циклічний помпаж). Момент виникнення і характер протікання коливального процесу при жорсткому помпажу не залежить від інерційних характеристик мережі і визначається головним чином її об'ємом, характеризується гістерезисними явищами.

Частота в основному визначається власною частотою системи компресорної мережі і складає 4..12 Гц. Спостерігається різке коливання потужності і витрати, стрибкоподібна зміна швидкості. Початок зривної зони практично не залежить від параметрів мережі. При помпаже яскраво виражені явища гістерезису при виході з нестійкої зони. При наближенні до кордону помпажа звук поступово стає глухіше. У момент входу в помпаж разом із звуком високого тону з'являються нижчі коливання, що викликають сильний шум і великі динамічні навантаження на елементи компресора.

Система автоматизації технологічного процесу пневмопостачання шахти повинна відповідати наступним вимогам:

Схемні рішення повинні бути універсальними для можливості застосування апаратур на компресорній станції при можливій їх модернізації;

Комплект апаратури повинен мати нормальне загально промислове виконання, так як риміщення компресорних станцій відповідно до ДСТУ-15150-69 відносяться до котегоріі 4. Температура навколишнього повітря повинна бути від 1 до 40°С і відносній вологості 80% при 25°С

Конструктивне оформлення комплекту апаратур повинно забезпечувати високу ремонтопридатність, тобто швидкий пошук несправних функціональних блоків в апаратурі, можливість доступу до них і швидку заміну.

Система пневмопостачання шахти має виконувати наступні функції:

.        Включення і відключення комплектного розподільного пристрою (КРУН) приводного електродвигуна компресорної станції;

. Контроль робочих параметрів компресора:

тиск повітря в нагнітальному трубопроводі;

витрату повітря;

температуру подшібників двигуна;

. Автоматичний захист компресорної установки від помпажа;

. Автоматичний захист перегріву підшипникових вузлів;

. Забезпечення робочої сигналізації:

наявність живлення пристрою

включений і відключений компресор

аварійного режиму роботи - режиму помпажа

попереджувальної - перегрів підшипникових вузлів

2. Критичний огляд відомих технічних рішень із автоматизації технологічного процесу пневмопостачання шахти

Для автоматизації технологічного процесу пневмопосточання існує апараратура УКАС-М. Ця апаратура призначається для компресорної установки з агрегатами продуктивністю від 100 до 500 м³/мін з приводом від синхронних двигунів з тиристорною або безщіткової системами збудження.

До складу комплекту апаратури УКАС-М входять:

щит управління турбокомпресорним агрегатом УКАС-АМ (один агрегат), що включає шафу ШЕС9102-53А3 (ШЕС9104-53А3), шафу ШЕС8503-00А2;

щит управління турбокомпресора УКАС-СМ (один на станцію), що включає шафу регулювання ШЕС8801-00А2 і шафа управління допоміжними приводами ШЕС9103-83А3;

пульт оператора ШЕС9006-00А2 (один агрегат);

щит апаратури регульованого електроприводу турбокомпресора (один агрегат);

збудливий пристрій синхронного електродвигуна (один агрегат);

первинні прилади теплотехнічного контролю, що встановлюються на турбокомпресора.

Структурна схема автоматизації технологічного процесу пневмопосточання приведена на рисунку 2.1. На рисунку 2.1 позначені: 1 - щит управління ШЕС8503-00А2; 2 - щит управління ШЕС9006-00А2; 3 - щит управління ШЕС8801-00АЗ; 4 - до блоків; 5 - щит управління ШЕС9103-83АЗ; 6 - резервний насос водяного охолоджування; 7 - вентилятор градирні; 8 - підігрівач масла; 9 - пусковий маслонасос; 10 - засувка нагнітання; 11 - дросельна заслінка; 12 - протипомпажний клапан; 13 - щит управління ШЕС9102-53А3; 14 - до блоків; 15 - пристрій управління електродвигуном; 16 - електродвигун компресора; 17 - компресор; 18 - насос водяного охолоджування; 19 - засувки на охолоджуючій воді; 20 - пристрій контролю і захисту турбокомпресора; БВА - блок вибору адрес; БС (Р), БС (А) - блок скидання регулювальника (агрегата); БЗП - блок завдання програми; БТР - блок таймера регулювальника; БП - блок живлення; БС - блок порівняння; БТА - блок таймера агрегату; БУМ - блок управління маслонасосів; БУВ - блок управління системою водяного охолоджування; БУП - блок управління програмою; БР - блок реле; БПА - блок попереджувальної і аварійної сигналізації.

Технічні принципи побудови апаратури УКАС-М в основному такі ж, як і в системах на основі релейно-контакторних елементів. Продуктивність компресора регулюється за допомогою дросельної заслінки ДР3 з сервоприводом.

Основна відмінність пристрою УКАС-АМ полягає в тому, що як апарат відробки алгоритму керування, регулювання і захисту компресорного установки використовується програмований контроллер. Логічна частина побудована на основі діодно-транзисторної логіки серії К511. Завдання режимів управління турбокомпресором виробляється за допомогою кнопкових перемикачів, встановлених на панелі блоку завдання програми.

Передбачені режими управління «Одиночний турбокомпресор», «Резерв», «Група компресорів». У режимі «Група компресорів» агрегат, що включається, вводиться в групу працюючих турбокомпресорів. Вибір порядкового номера агрегату в групі (черговість регулювання) також задається натисненням відповідних кнопкових перемикачів, причому черговість по номерах може бути прямою і зворотньою.

Рисунок 2.1 - Структурна схема автоматизації технологічного процесу пневмопостачання

Для сполучення логічної частини з вихідними елементами і датчиками (нормалізація рівня сигналів і гальванічної розв'язки ланцюгів) використовуються герконове реле і оптрони, котрі комутують відповідні ланцюги. Наприклад, через герконові або оптронні розв'язки підключають виносні кнопочні пости, кінцеві вимикачі, датчики технологічного контролю і автоматики турбокомпресорів.

Як вихідні елементи використовуються безконтактні реверсивні і нереверсивні тиристорні пускателі, а також звичайні електромагнітні контактори і реле.

3. Обґрунтування напряму автоматизації технологічного процесу пневмопостачання шахти

В даний час турбокомпресорні установки пневмопостачання шахти автоматизовані частково. При цьому:

Протипомпажний захист, здійснюється з використанням контролю співвідношення величин кількості всмоктуваного повітря і тиску в нагнітальному трубопроводі турбокомпресора. На деяких установках застосовані пристрої захисту, які засновані на контролі коливань струму в обмотці статора приводного електродвигуна.

Управління установкою (підготовка до пуску, пуск тощо) здійснюється, як правило, в ручному режимі.

Продуктивність турбокомпресорних установок не регулюється.

Здійснюється захист приводного електродвигуна турбокомпресорної установки від комутаційних перенапруг, короткого замикання і перевантаження.

Збір та зберігання архівної інформації про температуру у всіх необхідних точках, а також про витраті і тиску стисненого повітря здійснюється за допомогою застарілих електронних пишучих приладів.

Рівень часткової автоматизації не достатній для ефективної роботи турбокомпресорної установки і споживачів стисненого повітря

Технологічний процес пневмопостачання шахти має виконувати наступні функції: