Технические средства автоматизации водоотливных насосных установок

Цель работы: изучение методов и средств автоматизации водоотливных установок; исследование функциональных свойств и возможностей аппаратуры типа АВН-1м; приобретение практических навыков технической диагностики схем автоматизации водоотливных насосных установок.

Общие сведения

Задачи, решаемые системами автоматизации водоотливных установок различных технологических комплексов, как правило, сходны либо близки по основным положениям. В этой связи показателен перечень основных задач автоматизации процесса откачки воды из шахт и рудников.

Основными задачами автоматизации процесса откачки воды являются следующие:

– обеспечение нормального функционирования водоотлива без постоянного присутствия обслуживающего персонала;

– пуск и остановка насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике в пределах регулировочной емкости;

– автоматическое управление насосными агрегатами;

– поочередная работа насосных агрегатов;

– автоматическое включение резервных насосных агрегатов при неисправности и автоматическом отключении работавших;

– возможность применения различных способов заливки: баковыми аккумуляторами; с применением погружных насосов или погружных камер; из нагнетательного трубопровода; вспомогательным насосом и сифонным способом;

– дозирование заливки по времени;

– работа насосов без управляющих задвижек;

– быстрое переключение с автоматического управления на ручное.

Кроме того, система автоматизации процесса откачки воды должна обеспечивать:

– местное (ручное) управление отдельными агрегатами для наладочных и ремонтных работ;

– местное управление любым числом насосных агрегатов без нарушения работы остальных агрегатов в автоматическом режиме;

– аварийный останов насосов при снижении или потере производительности, перегреве подшипников, исчезновении напряжения в цепях управления, коротких замыканиях;

– блокировки, исключающие возможность: пуска насосного агрегата при незалитом насосе, включения моторного привода задвижки до пуска насосного агрегата, останова насосного агрегата до полного закрытия задвижки, дистанционного включения насосов при отсутствии воды в водосборнике, повторного включения аварийно отключившегося насоса до устранения причины аварийного отключения;

– контроль производительности насосов, перегрева подшипников и положения задвижек;

– гидравлическую защиту, защиту от перегрева подшипников скольжения и другие виды защит;

– сигнализацию: в камере водоотлива – об аварийном отключении насосного агрегата и о наличии напряжения в цепях управления; в центральном диспетчерском пункте шахты – о работе насосных агрегатов (световую), об аварийном отключении насосных агрегатов (обезличенный сигнал), аварийном уровне воды в водосборнике, неисправности сигнальных цепей (звуковую и световую) и о наличии напряжения в цепях управления.

Технология горных работ предусматривает применение участкового, проходческого, зумпфового и главного водоотливов.

В зависимости от глубины рудника (шахты), его горных и гидрологических условий находят применение различные технологические схемы водоотлива: одноступенчатые, многоступенчатые (с промежуточным водосборником или последовательно включенными насосами), параллельная работа насосов на один трубопровод, с принудительной заливкой насосов перед пуском или углубленной насосной камерой.

Независимо от технологической схемы водоотлива существуют общие задачи автоматизации водоотливных установок:

– высвобождение обслуживающего персонала;

– повышение надежности и безопасности горных работ;

– обеспечение оптимальных режимов работы насосов за счет регу­лирования их производительности.

С позиций управления и экономической эффективности процесс ав­томатизации водоотливных установок в СССР развивался двумя этапами:

первый этап – автоматизация процесса пуска и остановки насосов в функции уровня воды в водосборнике;

второй этап – автоматическое управление насосом в целях обеспечения оптимальных режимов работы водоотливной установки.

Экономическая эффективность первого этапа автоматизации обеспечивается высвобождением обслуживающего персонала. На втором этапе автоматизации эффективность достигается:

а) упрощением гидравлических и электрических схем водоотлива, т.к. не требуется заливочных систем и сложных программирующих устройств;

б) сокращением емкости водосборников на 30-50%;

в) сокращением на 35-75% мощности электродвигателей и произво­дительности насосов;

г) повышением надежности водоотливных установок, т.к. известно, что около 80% всех отказов возникает в момент пуска насосов в работу;

д) снижением количества модификаций насосов за счет увеличения рабочей зоны промышленного использования насосов.

Основное внимание уделялось первому этапу автоматизации. В соответствии с требованиями первого этапа автоматизации аппаратура управления должна обеспечивать три вида управления: автоматическое, местное (в камере водоотлива) и дистанционное (от диспетчера).

Функции управления должны включать в себя:

– автоматическое включение и отключение насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике (верхний, нижний, аварийный);

– автоматический последовательный пуск и отключение электродвигателей при параллельной работе нескольких агрегатов;

– автоматическое включение резервных насосных агрегатов при выходе - из строя работающих агрегатов;

– автоматическое отключение насоса, включенного диспетчером при достижении водой нижнего уровня;

– автоматическую заливку насосов;

– автоматический контроль за работой насоса и отключение его, если он не развил необходимой производительности или в установке возник отказ;

– сигнализацию на пульт диспетчера о состоянии установки (звуковую и световую);

– блокировки, запрещающие повторное включение отказавшего насоса без вмешательства обслуживающего персонала.

Следует отметить, что в последние годы получило известность и другое направление автоматизации водоотливных насосов (более распространенное в дальнем зарубежье), основанное на использовании одного насоса с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. В этом случае мощность двигателя выбирается из расчета максимально возможного водопритока, т.е. с учетом максимально возможной нагрузки на привод. Таким образом, при средних и малых водопритоках наблюдается явный недогруз двигателя, который однако компенсируется путем изменения его угловой скорости и, как следствие, уменьшением нагрузки и потребляемой мощности электропривода.