Разработка информационно-измерительной системы главной вентиляционной установки шахты

Содержание
Введение ..........................................................................................................
1 Вентиляционная установка главного проветривания ..............................
1.1 Общие сведения .....................................................................................
1.2 Конструкция шахтного вентилятора ....................................................
1.3 Принцип работы осевого вентилятора .................................................
1.4 Вентиляционные каналы .......................................................................
1.5 Реверсирование осевого вентилятора ..................................................
1.6 Аэродинамические характеристики вентилятора ...............................
1.7 Напорная характеристика вентилятора ...............................................
2 Проектирование ИИС ГВУ .........................................................................
2.1 Цели и задачи ИИС ................................................................................
2.2 Структура ИИС ......................................................................................
2.3 Описание технологической схемы ГВУ ..............................................
2.4 Описание структурной схемы КТС ГВУ .............................................
2.5 Описание функциональной схемы автоматизации ГВУ ....................
3 Разработка среды визуализации ИИС ГВУ ...............................................
3.1 Задачи визуализации ИИС ....................................................................
3.2 Оборудование системы ГВУ .................................................................
3.3 Виды связи и коммуникации ................................................................
3.4 Написание программы в Simatic Step7 ................................................
3.5 Создание графической системы в ProTool/Pro ....................................
4 Безопасность жизнедеятельности ............................................................
4.1 Анализ условий труда диспетчера .......................................................
4.2 Безопасность при эксплуатации ГВУ ..................................................
4.3 Расчет освещения операторского пункта ............................................
4.4 Расчет установок порошкового пожаротушения ................................
5 Технико-экономическое обоснавание ........................................................
5.1 Определение затрат системы автоматизации ......................................
5.2 Расчет для первого варианта автоматизации ......................................
5.3 Расчет для второго варианта автоматизации ......................................
Заключение ......................................................................................................
Перечень сокращений .....................................................................................
Список литературы .........................................................................................
Приложение А Технологическая схема ........................................................
Приложение Б Структурная схема КТС .......................................................
Приложение В Функциональная схема автоматизации ..............................
Приложение Г Листинг программы .............................................................

1 Вентиляционная установка главного проветривания
1.1 Общие сведения
В связи с необходимостью наличия в шахтных условиях надежного,
необходимой мощности и управляемого источника сил движения воздуха, в
качестве основного источника этих сил используется вентилятор.
Вентилятором называется механическая установка, создающая разность
давлений на входе в вентиляционную сеть и выходе из нее [1].
Вентиляторы широко применяются во всех отраслях промышленности.
На их привод расходуется огромное количество электроэнергии,
вырабатываемой в стране. В частности, в горной отрасли на привод
вентиляторов, обслуживающих шахту, уходит от 8 до 10% электроэнергии
расходуемой всей шахтой. В связи с этим, создание высокоэкономичных
вентиляторов и правильное их использование имеет большое экономическое
значение.
Основное отличие шахтных вентиляторов от вентиляторов,
применяющихся в других отраслях промышленности
–большая
производительность при довольно высоких параметрах по давлению.
Производительность этих вентиляторов может доходить до 500 - 600 м3/с,
величина разности давления, создаваемая шахтными вентиляторами,
ограничивается значением 0,5-10,0 кПа. Степень сжатия воздуха
вентилятором – 1,1. Это позволяет считать воздух несжимаемым в расчетах,
связанных с работой вентилятора.
По своему назначению шахтные вентиляторы условно подразделяются
на три группы:
- главные вентиляторы, обслуживающие вентиляционную сеть всей
шахты или большей ее части;
- вспомогательные вентиляторы, обслуживающие значительную часть
вентиляционной сети шахты или работающие совместно с главным;
- вентиляторы местного проветривания (ВМП), обеспечивающие
воздухом отдельный забой, выработку или рабочее место.
В качестве главных и вспомогательных могут применяться одни и те же
вентиляторы значительных размеров. ВМП составляют отдельную группу
вентиляторов, отличающихся небольшими размерами, малой мощностью
привода и, как правило, небольшой производительностью.
Рисунок 1.1 – Внешний вид ВОД-30

Вентилятор осевой двухступенчатый ВОД-30 предназначен для
главного проветривания угольных и горно-рудных шахт [2].
Вентилятор выполнен по схеме: К1 + НА + К2 + СА где: К1 рабочее
колесо I ступени К2 рабочее колесо I I ступени НА направляющий аппарат
СА спрямляющий аппарат.
Вентилятор состоит из следующих основных узлов и деталей –
электродвигателя, тормоза, трансмиссионного вала, кока, коллектора, блока
опорного переднего, ротора, корпуса с направляющим аппаратом, блока
опорного заднего со спрямляющим аппаратом, диффузора, двух балок,
системы смазки, станции измерения расхода воздуха и давления:
1. Кок, коллектор, блок опорный передний, корпус с направляющим
аппаратом, блок опорный задний со спрямляющим аппаратом, диффузор и
балки – сварные конструкции.
2. Ротор вентилятора ВОД-30 состоит из двух рабочих колес,
насаженных на вал, радиального и радиально-упорных подшипников.
Рабочее колесо вентилятора представляет собой втулку
установленными по ее окружности двенадцать поворотными лопатками.
4. Лопатка удерживается на колесе с помощью разрезного конического
вкладыша. При установке на необходимый по производительности угол, она
закрепляется в ободе двумя фиксаторами.
5. Поворот лопаток на необходимый угол и замена их производится
через люки в корпусе.
6. Крутящий момент электродвигателя на вал ротора передается через
трансмиссионный вал и зубчатые муфты.
7. Вентилятор оборудован колодочным тормозом, который срабатывает
от электромагнитного привода.
8. Лопатки направляющего и спрямляющего аппаратов – сварные,
профильной формы.
9. Поворот их осуществляется от электрического привода через
приводное кольцо, гибкие связи и барабаны
Смазка подшипников вентилятора циркуляционная, от
маслостанции.
11. Во избежание утечки масла через уплотнение подшипников в
полость вентилятора, система смазки, и маслосборник выполнены
герметичными. Это уравнивает давление в системе смазки и в подшипниках и
обеспечивает нормальную работу без утечки.
12. Температура подшипников контролируется термодатчиками.
13. Предусмотрена установка двух термодатчиков в радиальном и
четырех в радиально-упорном подшипниках.

Возможна поставка вентилятора с комплектом средств
реверсирования и переключения потока. КСРП состоит из двух ляд
переключения во всасывающем канале, двери диффузора и трех лебедок.

Технические характеристики осевого вентилятора ВОД-30 представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Технические характеристики ВОД-30
1.3 Принцип работы осевого вентилятора
Вращающееся рабочее колесо с помощью лопаток передает энергию
привода перемещаемому воздуху. Лопатки рабочих колес изготавливаются из
стали или пластмасс (для вентиляторов малых размеров) [1].
Лопатки рабочего колеса могут иметь несимметричный или
симметричный профиль. Осевые вентиляторы с лопатками рабочих колес
симметричного типа являются реверсивными, поскольку их
производительность не меняется при изменении направления вращения
рабочего колеса на обратное. Вентиляторы с рабочими лопатками
несимметричного типа этим качеством не обладают, их производительность
при изменении направления вращения рабочего колеса резко снижается, но
эти вентиляторы имеют хорошие аэродинамические характеристики и
повышенный коэффициент полезного действия. Спрямляющий аппарат
обеспечивает плавный переход воздуха от лопаток рабочего колеса к выходу в
диффузор или сеть и частично преобразует динамическое давление в
движущемся потоке воздуха в статическое давление.
В конструкцию шахтных вентиляторов вводятся два обтекателя,
назначение которых заключается в снижение аэродинамических потерь,
связанных с резким изменением скоростей движения воздуха. Передний
обтекатель устанавливается во входном коллекторе, перед рабочим колесом
или направляющим аппаратом, задний – после спрямляющего аппарата, перед
диффузором или входом в вентиляционную сеть.
В осевых вентиляторах направление движения воздушного потока
совпадает с осью вращения рабочего колеса. Воздух засасывается в коллектор
5, проходит между лопатками вращающегося рабочего колеса, затем
поступает в спрямляющий аппарат, оттуда в диффузор 6 и выбрасывается в
атмосферу (при работе вентилятора на всасывание).
Осевые вентиляторы могут быть одноступенчатыми (с одним рабочим
колесом) и двухступенчатыми. В последнем случае в кожухе вентилятора
находятся две ступени, работающие последовательно и имеющие каждая свое
рабочее колесо.
Между рабочими колесами находится промежуточный направляющий
аппарат (НА). Конструктивно направляющий аппарат состоит из
неподвижных профильных лопаток или профильных лопаток с регулируемым
углом установки. Назначение направляющего аппарата – подача воздуха к
рабочему колесу, установленному за ним в определенном, более эффективном
направлении, и преобразование значительной части кинетической энергии
потока (динамического давления) в потенциальную (статическое давление).
Спрямляющий аппарат устанавливается за вторым рабочим колесом по ходу
струи. Обе ступени могут находиться на одном валу или на отдельных валах
(вентилятор ВОД-16). Наличие двух ступеней позволяет вентилятору
развивать более высокое давление.
Достоинства осевых вентиляторов:
- относительная простота конструкции;
- простота монтажа, меньшая площадь под установку;
- простота реверса воздушной струи;
- относительно высокая производительность;
- более высокий коэффициент полезного действия;
1.4 Вентиляционные каналы
Подводящий канал соединяет вентиляционную установку со стволом
шахты. Площадь поперечного сечения канала должна обеспечить скорость
движения воздуха не более 15 м/с. Канал состоит из прямого участка и
ответвлений к рабочему и резервному вентиляторам. Все сопряжения должны
быть плавными, углы поворота струи минимальны, стенки гладкими.
Сечение подводящих каналов прямоугольное. Восьмигранным делается
наклонный участок канала перед осевыми вентиляторами, обеспечивающий
плавный переход к круглому входному отверстию вентилятора. Для стока
конденсирующейся воды канал выполняется с уклоном к стволу.
В подводящем канале предусматривается люк или тамбур для доступа в
канал и люк или проем для монтажа и обслуживания трансмиссионного вала,
зубчатой муфты и переднего подшипника вентилятора. Перед крупными
осевыми вентиляторами устанавливается трап удобообтекаемой формы для
удобства доступа к вентилятору через люк канала. На шахтах с большим
содержанием пыли в исходящей струе воздуха подводящий канал оборудуется
устройствами для очистки, скопляющейся в нем пыли. В подводящем канале
устраивается замерная станция для измерения производительности
вентилятора и депрессии. Замерная станция (см. рисунок 1.2) вентиляционной
установки из двух вентиляторов должна состоять из трех трубок статического
давления, расходомера и депрессиометра.
Рисунок 1.2 – Замерная станция

Обводной канал предназначен для реверсирования воздушной струи, он
соединяет выходную часть диффузора с подводящим каналом. Установка
может иметь один или два обводных канала. Сечение обводного канала
прямоугольное. Стены и днища, подводящих и обводных каналов
выкладываются из бутобетона, перекрытия каналов из монолитного
железобетона. Стены каналов изнутри штукатурятся сложным раствором с
цементной затиркой. Поверхности стен должны быть гладкими. Применяются
также конструкции каналов из сборного железобетона, в которых стены и
днища сооружаются из сборных железобетонных плит.
1.5 Реверсирование осевого вентилятора
Вентиляторы серии реверсивные – изменение направления потока
происходит с изменением направления вращения рабочего колеса, при этом
выдерживаются все требования ПБ.
Все основные узлы вентиляторов этой серии размещены в
цилиндрическом корпусе (см. рисунок 1.2). Между рабочими колесами первой
и второй ступеней и за колесом второй ступени располагаются поворотные
профильные лопатки направляющего и спрямляющего аппаратов. В отличие
от лопаток вентилятора ВОКР они выполнены жесткими и имеют форму
сечения в виде крыла. Изменение направления вогнутости достигается
поворотом лопатки в положение, обеспечивающее эффективный вход потока
на лопатки рабочего колеса.
При прямой работе лопатки промежуточного направляющего аппарата
устанавливаются под углами 75-30° (разница в углах установки появляется
при проведении тонкой регулировки).
При осуществлении реверса потока лопатки разворачиваются почти на
180°, носик профиля лопатки при этом должен быть обращен к рабочему
колесу второй ступени, а угол между хордой профиля и осью вентилятора
должен составлять 78° (у вентилятора ВОД-30 – 105°).
Одновременный поворот лопаток направляющего аппарата, как при
грубой регулировке рабочих режимов, так и при реверсировании,
осуществляется с помощью приводного механизма специальным
сервомотором. Контроль разворота лопаток ведется по специальным меткам
на приводных барабанах поворотного механизма.
Схема автоматики поворотного механизма вентилятора для контроля
углов установки лопаток промежуточного направляющего аппарата оснащена
концевыми выключателями, фиксирующими необходимые углы для прямой и
реверсивной работы. Промежуточные положения между углами 35 и 75° при
тонкой регулировке схемой автоматики не предусмотрены и устанавливаются
визуально.
Рисунок 1.3 – Вентилятор серии ВОД-30

Вентилятор состоит из: 1 – приводной двигатель; 2 – рабочее колесо
первой ступени; 3 – промежуточный направляющий аппарат (НА); 4 – рабоче
колесо второй ступени; 5 – выходной спрямляющий аппарат (СА); 6 –
диффузор; 7 – входной коллектор.
В связи с необходимостью быстрой остановки вентилятора при
переходе на реверсивный режим, вентиляторы серии ВОД комплектуются
колодочными тормозами, установленными в районе зубчатой муфты.
Все вентиляторы ВОД комплектуются устройством для замера
производительности в виде воздухо-замерной трубки, установленной на
кожухе перед рабочим колесом первой ступени.
Вентиляторы серии могут работать эффективно как на нагнетание, так и
на всасывание.

1.6 Аэродинамические характеристики вентилятора
Характеристикой вентилятора принято называть графическую
интерпретацию связи между его производительностью и другими основными
параметрами – депрессией, потребляемой мощностью и коэффициентом
полезного действия.
Графики
учетом аэродинамического сопротивления сети. Приведенное обстоятельство
предопределяет необходимость выбора вентилятора по его напорной
характеристике (H-Q). Другие зависимости (N-Q и h-Q) только отражают
затраты энергии на проветривание сети....