Электроснабжение карьера

Дипломная работа
Содержание скрыть

Горевское свинцово-цинковое месторождение расположено в Мотыгинском районе Красноярского края на левом берегу реки Ангары в 38 км от ее устья. Сложность разработки месторождения связана с необходимостью защиты его от вод реки Ангары, протекающей над значительной частью рудных тел.

Район месторождения относится к слабообжитой части Нижнего Приангарья, по климатическим особенностям приравненный к районам Крайнего Севера. частота электропривод вращатель бурение

Ближайшими к месторождению населенными пунктами являются: деревня Кулаково в 18 км на восток по левому берегу реки Ангары, пос. Стрелка — в 40 км на запад в устье реки Ангары. Районный центр — пос. Мотыгино расположен в 80 км на восток на правом берегу реки Ангары. Ближайшими к месторождению ж. д. станциями МПС являются станции Абалаково и Лесосибирск.

Общий вид карьера изображен на рисунке 1.1

На верхних горизонтах месторождения до глубины 70 м известняки, вмещающие руду, довольно изменчивы по крепости, пористости и водопоглощению. Трещиноватые известняки в зонах дробления и рассланцевания характеризуются повышенной пористостью (до 3%) и водопоглощением (до 4%), в то время, как известняки висячего и лежачего бока, а также балансовые руды характеризуются пористостью 0,2-1,0% и водопоглощением 0,02-0,7%.

Зона выветривания распространяется до глубины 60-70 м и характеризуется сильно развитой трещиноватостью и более слабыми породами и рудами.

В известняках висячего бока размеры структурных блоков более крупные, чем в лежачем боку и находятся в пределах 0,1 — 0,6 м. В рудной толще блоки более крупные. В лежачем боку в зоне рассланцованности блоки весьма мелкие, пластинчатые с толщиной пластинок от 2 до 10 см.

Руды и породы, дающие выход керна меньше 50% (предположительно неустойчивые), составляют 10%. Содержание свободной кремнекислоты в породах рудной зоны более 20%, вследствие чего рудник относится к силикозоопасным.

С июля 2005 года в связи с развитием горных работ на уступе +65 +55 м уровень воды в карьере ОПП был понижен до отметки +53,4 м в течение 30 дней двумя насосами марки Д-250 и УП-2 с общей производительностью 880 м 3 /ч. Сброс воды ведется по водоотводным трубам.

Насос Д-250 подает воду на обогатительную фабрику, насос УП-2 — ведет сброс в р. Ангару. Общий водозабор из карьера ОПП в 2005 году составил 3 325 330 м 3 , в том числе, сброс воды в р Ангару составил 1 781 500 м3 .Основными полезными компонентами в рудах являются свинец и цинк. Содержания их по пробам в контурах промышленных руд колеблются соответственно от 1,6 до 23,2% и от 0,08 до 14,8%. Средние содержания по месторождению в запасах категории В составляют соответственно 7,59 и 0,69%, категории С1 — 6,74 и 1,56% и категории С2 — 5,12 и 2,61%.

3 стр., 1368 слов

Нефтегазовые месторождения Красноярского края. Состояние и перспективы

... месторождения, которые совместно с Терским, Мадринским, Вэдрэшевским продуктивными блоками объединены в Юрубчено-Тохомскую зону, расположенную в пределах Красноярского края вмеждуречье Подкаменной Тунгуски и Ангары. Куюмбинские нефтегазовые ... запасы участка по категории 3Р составляют около 10,5 миллионов баррелей нефти. Название Тагульского месторождения по названию реки Тагул, имеющей несколько ...

Основные параметры, характеризующие карьер II очереди на конец отработки, следующие:

1. Длина по поверхности1220 м;

2. Ширина по поверхности746 м;

3. Длина по дну220 м;

4. Ширина по дну45 м;

5. Глубина по борту385-425 м;

6. Углы откосов бортов:

  • а) северо-восточного38°10′;
  • б) юго-восточного39°30′;
  • в) северо-западного29°;
  • г) юго-западного39°40′.

7. Наибольшее удаление карьера в русло р. Ангары500 м.

8. Объем горной массы в границах карьера134750 тыс.м 3 ;

  • в том числе:руда25,6 млн.т;
  • вскрыша63,0 млн. м 3 ;

9. Средний коэффициент вскрыши2,46 м 3 /т.

Практически на всех горнодобывающих предприятиях Сибири и Дальнего Востока со схожими горно-техническими условиями применяется следующая структура комплексной механизации: СБШ-250; ЭКГ-5; ЭКГ-8; ЭКГ-10; БелАЗ-7540; БелАЗ-7548; БелАЗ-7555; БелАЗ-7512; ДЗ-132-1.

Преимущества подобной структуры доказано многолетней практикой, а также научно-исследовательскими работами.

На Горевском месторождении добыча руды ведется с 1976 года. В настоящее время на карьере применяется следующее технологическое оборудование:

1. Экскаватор ЭКГ-5А………………………………………… 5 шт

2. Буровой станок СБШ-250 МН…………………………….. 4 шт

3. Бульдозер ДЗ-171.3(на базеТ-170………………………… 9 шт

4. Бульдозер Т-35-01………………………………………….. 1 шт

5. Бульдозер KAMATSU 275………………………………… 1 шт

6. Автосамосвалы БелАЗ-540

грузоподъемностью 30 т……………………………………8 шт

7. Автосамосвалы МАЗ-151605………………………………. 2 шт

Бурение взрывных скважин на рудном уступе и на заоткоске бортов карьера — станками вращательного бурения — СБШ-250-МНА32. Погрузка породы и руды из забоя предусматривается экскаваторами ЭКГ-5.

Транспортировка вскрыши до породного отвала и руды до ДСК производится автосамосвалами БелАЗ-7555.

Окучивание рыхлой вскрыши и ПРС, зачистку рабочих площадок, планировку подъездов к экскаватору, ремонт, отсыпку и очистку дорог, сталкивание и разравнивание породы на отвалах и руды на складах планируется производить бульдозерами Д-355, Т-170.

По степени электроснабжения электроприемники относятся к II категории. Электроснабжение электроприемников II категории может осуществляться от одного источника электропитания при условии, что перерыв электроснабжения при замене поврежденного элемента системы не превышает одних суток.

Электроснабжение карьера осуществляется от главной понизительной подстанции ГПП 220/35 №41 «Горевская» по отводящим фидерам 41-02 и 41-15.

24 стр., 11681 слов

Учалинское месторождение медно-цинковых руд, его характеристика и эксплуатация

... 1. КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ Учалинское месторождение медно - цинковых руд залегает среди мощной пачки среднедевонских эифельских вулканогенных ... гор.300м, 340м, 350м, 380м по наклонному съезду в карьер или через ДЗК гор.380м и ствол «СС» ... оборудовании(Таблица 4.2) Таблица 3.2 Наименование применяемого оборудования Объем работ, м 3 Производи- тельность обо- рудования, тыс. м ...

Электроосвещение отвала производится светильниками с ксеноновыми лампами ДКСТ-20000, которые устанавливаются на металлической мачте. Автодороги освещаются светильниками ДРЛ, установленными на деревянных опорах.

Для освещения отвалов и автодорог вне карьера, ремонтной базы применена система с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В. Для этого предусматривается применение светильников с ксеноновыми лампами ДКСТ, установленными на передвижных деревянных прожекторных мачтах, которые устанавливаются по борту карьера.

Для карьера предусматривается сооружение одного центрального заземлителя, устанавливаемого в пределах контура карьера, и являющегося одновременно заземлителем для подстанции ПКТП. К центральному заземлителю будет подсоединена магистраль заземления, выполненная проводом ПС-25.

Общее сопротивление заземляющего устройства в любой точке не должно превышать 4 Ом.

Массовые взрывы в карьере Горевского горно-обогатительного комбината осуществляются по проектам, состоящим из:

  • а) технического расчета со схемой расположения скважин и графическими материалами;
  • б) таблицы параметров взрывных работ;
  • в) распорядка проведения массового взрыва.

Разовые массовые взрывы скважинных зарядов проводятся по отдельным проектам.

Проекты массовых взрывов разрабатываются в соответствии с типовым проектом производства буровзрывных работ.

На предприятии разрабатывается график производства взрывных работ, который утверждается главным инженером после согласования со сторонними организациями.

Производство массовых взрывов на предприятии осуществляется силами участка открытых горных работ.

Емкости существующего склада ВМ (60 т) недостаточно для производства запланированного объема взрывных работ, поэтому он подлежит реконструкции и расширению путем устройства трех открытых контейнерных площадок для хранения ВВ, по 120 т на каждой площадке. Существующее хранилище ВВ на 60 т переоборудуется под хранение средств инициирования.

В настоящее время на карьере Горевского ГОКа транспортирование горной массы осуществляется автосамосвалами БелАЗ-540 грузоподъемностью 30 т (8 шт.), которые по мере амортизации выводятся из эксплуатации.

Руководством ГОКа принято решение о полном переоснащении парка на автосамосвалы БелАЗ-7555 грузоподъемностью 55 т.

2. ЭЛЕКТРОПРИВОД

2.1 Общие сведения

Станок СБШ-250МНА имеет консольное расположение рабочих органов и верхнее расположение вращательно-подающего механизма. Он создан на базе ранее разработанного станка П-25 с учетом эксплуатационных данных опытной партии этих станков. Станок смонтирован на гусеничном ходу с индивидуальным приводом на каждую гусеницу.

На поперечных балках гусеничного хода установлена рама станка, выполненная зацело с машинным отделением. К раме шарнирно подвешен привод гусеничного хода. Крутящий момент от электродвигателя на ведущую звездочку гусеницы передается через цилиндрический редуктор и цепную передачу.

Оборудование на станке располагается следующим образом: в не утепленной части машинного отделения размещена компрессорная установка с распределительным ящиком, а в утепленной части — маслонасосная станция с блоком гидроаппаратуры, насос закачки воды в бак, насос орошения забоя,

21 стр., 10378 слов

Система верхнего привода буровых установок

... с помощью мобильной буровой установки с системой верхнего привода. Данный отчет посвящен системам верхнего привода, так как это ... буровых установок, обеспечивающих выполнение целого ряда технологических операций. В принципе верхний привод представляет собой подвижной вращатель ... компании. Рисунок 1 - Организационная структура управления буровых работ Производственную деятельность ООО "Оренбургская ...

выпрямительное устройство, трансформатор цепей управления и освещения, тиристорный преобразователь и кнопочная станция, электрический шкаф управления, ящик для инструмента. В кабине установлены пульты управления бурением и гусеничным ходом, а также кресло оператора. Управлять гусеничным ходом можно и с выносного пульта. Конструкция кабины сварная цельнометаллическая со звукоизоляционными стенами и потолком.

Станок выполнен с консольным расположением рабочего органа. На консольных выступах машинного помещения смонтированы опоры, на подшипниках которых при помощи цапф устанавливается мачта.

В мачте размещаются: вращатель, головка бурового снаряда (опорный узел) с буровым ставом, сепаратор со штангами, механизм свинчивания и развинчивания штанг, механизм подачи, пульт управления вспомогательными операциями и другое вспомогательное и технологическое оборудование.

Крутящий момент от электродвигателя вращателя на буровой став передается через редуктор и шинно-зубчатую муфту, которая предохраняет электродвигатель вращателя от осевых и радиальных вибраций.

Кинематическая схема вращателя СБШ-250МНА приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Кинематическая схема вращателя СБШ-250МНА

Создание осевой нагрузки на долото и спускоподъемные операции осуществляются механизмом подачи, состоящим из гидроцилиндров и четырехкратной канатно-талевой системы.

Рабочий орган устанавливается в рабочее и транспортное положения двумя гидроцилиндрами, шарнирно соединенными с опорами мачты. Установка станка в горизонтальное положение производится тремя гидродомкратами — двумя передними и задним.

Сепаратор представляет собой кассету, поворачивающуюся на оси в вертикальной плоскости внутри мачты, и служит для подачи очередной штанги на ось бурения или для установки штанг при разборке бурового става по окончании бурения скважин.

Для питания электродвигателя вращателя и для продувки скважины воздушно-водяной смесью к вращателю подведена гирлянда с электрическим кабелем, воздушным и водяными шлангами. Провисание и повреждение гирлянды при спуске и подъеме вращателя устраняется специальным натяжным механизмом, кинематически связанным с механизмом подачи.

Электроэнергия к станку подводится гибким кабелем от низковольтной сети переменного тока напряжением 380 В.

С 1987 г. станки оборудуются компрессорной установкой с производительностью 32 м 3 /мин.

2.2 Сравнительный анализ различных систем электроприводов

У современных станков СБШ-250МН применяются электроприводы вращателя по системе ТП-Д с серийными тиристорными агрегатами.

Функциональная схема агрегата ТПЕ-200-460-У2.1 приведена на рисунке 2.2. Силовая часть преобразователя подключена к трехфазной сети 380 В через контактор К 1, автоматический выключатель Q 1 и токоограничивающие реакторы L1…L 3. Силовая часть источника питания обмотки возбуждения (РИВ) подключается к сети через автоматический выключатель Q 3. Для ограничения тока в этой цепи применены токоограничивающие резисторы (блок резисторов БР).

Силовой тиристорный мост МС выполнен по симметричной трехфазной мостовой схеме, то есть представляет собой нереверсивный управляемый выпрямитель. Система импульсно-фазового управления (СИФУ) управляется от системы регулирования, построенной по принципу последовательной коррекции с подчиненным регулированием.

Рисунок 2.2 — Функциональная схема привода по системе ТП-Д

Система регулирования двухконтурная. В контур регулирования тока входят регулятор тока пропорционально-интегрального типа, датчик тока (ДТ) и трансформаторы тока ТА1…ТА3. Контур регулирования скорости содержит суммирующий усилитель (СУ) и датчик напряжения (ДН).

РИВ состоит из выпрямительного моста МСВ, системы импульсно-фазового управления (СИФУВ), суммирующего усилителя СУВ. РИВ может работать в режиме стабилизации тока возбуждения, а также в режиме зависимого регулирования возбуждения от тока якорной цепи, осуществляя ослабление поля двигателя и повышение скорости привода при малых нагрузках.

Поскольку реверсирование двигателя требуется только при операциях развенчивания бурового снаряда, и нет необходимости в тормозных режимах, то реверсирование привода обеспечивается изменением полярности тока возбуждения. Для этой цели в цепи возбуждения имеется блок реверсивных контакторов (реверсор).

В период переключения работа систем импульсно-фазового управления СИФУ и СИФУВ блокируется, чтобы исключить наличие тока в цепях якоря и возбуждения. Безусловно, наиболее радикальным направлением совершенствования электроприводов буровых станков является разработка и внедрение приводов переменного тока.

Анализ показывает, что наиболее полно требованиям, предъявляемым к приводам буровых станков, отвечают электроприводы переменного тока по системе ПЧ-АД. При этом система ПЧ-АД имеет ряд преимуществ (в том числе перед приводом ТП-Д).

Во-первых, асинхронный двигатель имеет лучшие массогабаритные показатели, чем двигатель постоянного тока. Так асинхронный короткозамкнутый двигатель серии 4А при равной номинальной мощности и частоте вращения имеет почти вдвое меньшую массу и примерно втрое меньшую стоимость.

Во-вторых, наличие коллектора у двигателя постоянного тока, требует периодического ухода и накладывает ограничения на допустимое быстродействие и перегрузочную способность. Построение системы управления приводом по принципу подчиненного регулирования дает возможность реализовать высокое быстродействие двигателя.

Существенный недостаток системы ПЧ-АД — сложность схемы. Он может быть с успехом устранен путем применения интегральных микросхем, например, унифицированной блочной системы регулирования (УБСР-АИ-Б) или микропроцессоров.

Блочное исполнение системы обеспечивает наилучший коэффициент технического использования привода, так как среднее время устранения неисправностей в такой схеме значительно меньше, чем в механической части.

Упрощенная функциональная схема привода по системе ПЧ-АД на базе тиристорного электропривода ЭКТ2 приведена на рисунке 2.3.

Силовая часть преобразователя подключена к трехфазной сети 380 В и состоит из управляемого выпрямителя УВ, фильтра Ф и автономного инвертора АИ. Система управления выпрямителем СУВ обеспечивает регулирование уровня, а система управления инвертором СУИ — частоты выходного напряжения.

Последняя содержит стандартные блоки: задающий генератор ЗГ, кольцевой распределитель КР и формирователь импульсов ФИ. На системы СУВ и СУИ поступают сигналы с выхода системы автоматического регулирования САР, имеющей канал управления частотой и напряжением.

Рисунок 2.3 — Функциональная схема привода по системе ПЧ-АД на базетиристорного электропривода

Наличие на плате САР переключателей и перемычек позволяет изменять структуру. На данном рисунке представлена САР с регулятором ЭДС РЭ в канале управления напряжением, выполненном двухконтурным по принципу подчиненного регулирования. Во внутренний контур регулирования тока входят регулятор тока РТ и датчик тока ДТ. Регулирование напряжения U производится по сигналу рассогласования между заданным значением, поступающим с выхода задатчика интенсивности ЗИ, и действительной величиной на выходе датчика ЭДС (E) ДЭ (или напряжения ДН) двигателя. Сигнал рассогласования выделяется на выходе регулятора РЭ. Частота f задается такой, чтобы поддерживался закон частотного регулирования U/f=const (E/f = const).

В случае установки устройства, измерения скорости двигателя УИС (тахогенератора) напряжение регулируется по сигналу ошибки скорости двигателя, а частота инвертора задается такой, чтобы двигатель работал с расчетным значением скольжения.

В динамичных электроприводах при больших темпах изменения сигнала задания рекомендуется вариант структуры САР, при котором канал управления напряжением содержит: регулятор частоты РЧ, или тахогенератор, и регулятор тока РТ. Напряжение регулируется по сигналу ошибки частоты (скорости), а частота задается пропорционально ЭДС двигателя по сигналу с датчика ДЭ. САР обеспечивает разгон, торможение и реверс двигателя.

Торможение осуществляется с помощью узла динамического торможения ТУ, содержащего цепи из резисторов и тиристоров.

Благодаря возможности изменения структуры предусмотрены: корректировка закона частотного управления, работа на однодвигательный и многодвигательный привод, поддержание скорости привода с применением и без применения тахогенератора, использование П-регуляторов или ПИ регуляторов. Система защиты и сигнализации СЗС обеспечивает включение и выключение электропривода в рабочем и аварийных режимах.

Благодаря использованию для реализации САР многофункциональных, многовходовых интегральных операционных усилителей, имеется возможность применения дополнительного контура, содержащего нелинейный элемент НЭ с устройством сравнения (и апериодическим фильтром), а также блок постоянства мощности.

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя вращателя станка шарошечного бурения СБШ-250МНА

Определяем усилие подачи:

  • где — коэффициент крепости по шкале крепости профессора М.М. Протодьяконова;
  • диаметр долота, см.

Глубин внедрения зубьев шарошки в породу определяем по формуле:

  • где — скорость бурения, см/мин;
  • коэффициент, учитывающий уменьшение скорости бурения из-за не полного скалывания породы между зубьями;
  • число шарошек на долоте, принимают равным 3;
  • частота вращения долота, об/мин.

При нормальной работе бурового снаряда без пробуксовок шарошки должны перекатываться по забою, снимая породу и скалывая участки породы в сторону открытой плоскости. Таким образом, механизм вращателя преодолевает сопротивления от сжимающих и скалывающих усилий. Полное сопротивление, преодолеваемое механизмом вращателя, определяем по формуле:

где — прочность породы при вращательном бурении, Па.

Эпюра усилий, передаваемых шарошкой на забой, имеет форму треугольника. Поэтому при определении вращающего момента долота силу рассматривают как приложенную на расстоянии от оси вращения долота. Тогда момент, необходимый для вращения бурового става и долота определяем по формуле

где — коэффициент, учитывающий трение в подшипнике шарашек и бурового става о стенки скважины, принимают 1,12.

Нагрузочная диаграмма станка СБШ-250МНА представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 — Нагрузочная диаграмма станка СБШ-250МНА

Мощность двигателя для привода вращателя:

  • где — угловая скорость долота, рад/с;
  • КПД механизма вращателя.

После подстановки в равенство предыдущих выражений получаем:

Принимаем кинематическую схему с диаметром долота 25см и общим передаточным числом редуктора Тогда при заданной частоте вращения долота =81 об/мин частота вращения двигателя определяется по формуле:

Принимаем к установке двигатель марки АИР280S6. Номинальные данные двигателя сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Номинальные данные двигателя марки АИР280S6

Номинальная величина

Обозначение

Значение

Номинальная мощность, кВт

75

Номинальный ток, А

16

Номинальная скорость, об/мин

1000

КПД, %

92,6

Номинальное скольжение, %

S ном

2,1

Критическое скольжение, %

S кр

6

Коэффициент мощности

0,8

Кратность пускового тока

i п

6,5

Кратность пускового момента

m n

1,2

Кратность критического момента

m k

1,8

Кратность минимального момента

m m

1

Активное сопротивление рассеяния обмотки статора, от.ед.

R 1

0,019

Главное индуктивное сопротивление, от.ед

4

2.4 Проверка двигателя по условиям пуска

Время пуска определяем по формуле:

  • где — момент инерции ротора;
  • угловая скорость двигателя;
  • статический момент, Нм.

Время торможения:

  • где — коэффициент запаса при торможении;
  • передаточное число редуктора.

Проверка двигателя по условию пуска

2.5 Расчет граничных параметров необходимых для построения механической характеристики

Скорость идеального холосто хода:

Номинальная угловая скорость:

Номинальный момент:

Расчетные значения критического момента на естественной характеристике:

2.6 Расчет характеристик асинхронного двигателя при питании его от преобразователя частоты

На рисунке 2.5 представлена Т-образная схема замещения, рассматриваемого бурового станка.

Рисунок 2.5 — Т-образная схема замещения

Вычислим полное сопротивление короткого замыкания в относительных единицах:

Полное сопротивление короткого замыкания:

Ток короткого замыкания:

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

Мощность короткого замыкания:

Реактивное сопротивление обмотки статора, относительные единицы:

Реактивное сопротивление обмотки статора:

Активное сопротивление обмотки статора:

Индуктивное сопротивление:

Полное сопротивление холостого хода:

Активное сопротивление контура холостого хода:

Активное сопротивление намагничивающего контура:

Ток холостого хода:

Потери в стали при холостом ходе:

Полные потери при холостом ходе:

Коэффициент мощности при холостом ходе:

Механические потери при холостом ходе:

Потери в меди при холостом ходе:

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора:

Реактивное сопротивление короткого замыкания:

Приведенное реактивное сопротивление обмотки фаз:

Активное сопротивление намагничивания:

Индуктивное сопротивление намагничивающей цепи:

Номинальный приведенный ток ротора:

Ток намагничивания:

Коэффициент рассеяния статора:

Коэффициент рассеяния ротора:

Общий коэффициент рассеяния:

Определение коэффициента рассеяния:

Критическое скольжение двигателя:

Абсолютное критическое скольжение:

Так как б =1, в кр( б) =S k , то расчет параметров выполнен правильно.

Вычислим следующие значения А( ), С( ), необходимые для расчета статических характеристик:

А ()=(

Расчет произведем для следующего закона регулирования:

Так как обеспечивается постоянство магнитного потока двигателя при различных частотах:

Относительное напряжение вычисляется по формуле

Момент двигателя вычисляется по формуле:

Относительный момент двигателя вычисляется по формуле:

где

Относительная частота вращения вычисляется по формуле:

Задаваясь ,определяем с помощью приведенных выше формул соответствующие значения. Результаты расчета сводим в таблицу 2.2.

Механическая характеристика двигателя управляемого при помощи частотного преобразователя в относительных единицах представлена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 — Механическая характеристика двигателя, управляемого частотным преобразователем в относительных единицах

2.7 Выбор преобразователя частоты

Для электропривода вращателя бурового станка СБШ-250МНА выбираем частотный преобразователь фирмы PumpMaster серии РМ-Р540-хххк-RUS75к с номинальной присоединяемой мощностью 75 кВт. В таблицу 2.3 сведены технические данные преобразователя РМ-Р540-хххк-RUS75к.

Таблица 2.3 — Технические данные преобразователя РМ-Р540-хххк-RUS75к

Мощность двигателя, кВт

75

Выходные параметры

Мощность кВА

121,1

Номинальный ток, А

152

Частота, Гц

0~120 Гц

Напряжение, В

380-480В

Параметры питающей сети

Напряжение, В

3 фазы 380-480В (-15%~+10%) 3

Частота, Гц

50-60 Hz (+5%)

Вес

кг

42

1 — Значение соответствует максимальной мощности двигателя, при применении стандартного 4-х полюсного двигателя.

2 — Номинальная выходная мощность () соответствует 440В для 400-вольтового класса.

3 — Максимальное выходное напряжение не может быть больше входного напряжения. Выходное напряжение можно уменьшать с помощью перепрограммирования параметров.

На рисунке 2.7 представлен внешний вид преобразователя частоты.

Рисунок 2.7 — Внешний вид преобразователя частоты

Основные функции:

  • Встроенный каскадный контроллер многомоторного управления
  • Прогрев изоляции электродвигателя (сушка обмоток электродвигателя малым током)
  • Подключение аналоговых датчиков давления и уровня воды
  • Два ПИД-регулятора
  • Определение обрыва трубопровода
  • Режим «засыпания» ведущего двигателя
  • Автоматическое чередование работы насосов
  • Быстрый поиск скорости
  • Безопасный останов
  • Торможение магнитным потоком
  • Широкий набор защит
  • Встроенный RS-485
  • Мониторинг работы станции
  • Русифицированный съемный пульт

2.8 Расчет динамических характеристик разомкнутой системы

Определим погрешность регулирования, исходя из основного уравнения динамики:

Рассмотрим два случая:

1) M =0:

рад/с.

2) M=М н :

рад/с.

Статизм характеристик:

верхней:

нижней:

;

  • где D=7 — диапазон регулирования.

Структурная схема для моделирования разомкнутой системы представлена на рисунке 2.8:

Рисунок 2.8 — Структурная схема разомкнутой системы

В результате моделирования были получены такие графики на рисунке 2.9 переходной процесс по току в разомкнутой системе, 2.10 переходной процесс по скорости в разомкнутой системе:

Рисунок 2.9 — Переходной процесс по току в разомкнутой системе

В начале пуска кратковременно наблюдается пятикратный бросок тока продолжительностью 0.015с. Что при длительной эксплуатации может повредить электродвигатель.

Рисунок 2.10 — Переходной процесс по скорости в разомкнутой системе

Время выхода на номинальную скорость вращения равняется 0.2с. Такая интенсивность разгона в реальных условия не осуществима из за больших моментов сопротивления грунта и неоднородности породы.

2.9 Расчет замкнутой системы по схеме с общим сумматором

Структурная схема замкнутой системы приведена на рисунке 2.11

Рисунок 2.11 Структурная схема замкнутой системы

Определим параметры жесткой ОС по скорости для системы стабил

В качестве датчика скорости используется тахогенератор постоянного тока типа: СТ-22, с параметрами:

  • номинальное напряжение 230В;
  • номинальный ток якоря 0,2А;
  • номинальная скорость 1000 об/мин;
  • ток возбуждения 0,35 А;
  • R я = 42,3 Ом;
  • R ов = 127 Ом.

Тахогенератор был выбран с учетом условия:

Коэффициент усиления тахогенератора:

с/рад.

Требуемый коэффициент усиления замкнутой системы:

А.

Коэффициент делителя напряжения:

Так как коэффициент делителя напряжения меньше единицы, то на входе тиристорного преобразователя электронный усилитель не требуется. Сопротивление делителя напряжения:

Ом.

В качестве датчика напряжения принимаем проволочный резистор с сопротивлением R= 1,2 кОм. Тогда:

Ом.

Определение устойчивости системы.

Рисунок 2.12 — Упрощенная структурная схема замкнутой системы

Передаточная функция по управляющему воздействию:

  • < 0

Так определитель <0, то система неустойчива.

Разделим характеристическое уравнение системы на а 0 :

;

  • b1=363,158,b2=33834,586, b3=18437593,98;

Коэффициентом передаточной функции по управляющему воздействию при р 3 пренебрегаем и разделим её числитель со знаменателем на свободный член знаменателя:

= 0,00002;

= 0,0018.

Частота ожидаемых колебаний:

Гц.

Структурная схема замкнутой системы по схеме с общим сумматором представлена на рисунке 2.13

Рисунок 2.13 — Структурная схема замкнутой системы с общим сумматором

На рисунке 2.14 представлен переходной процесс по скорости в замкнутой системе по схеме с общим сумматором, на рисунке 2.15 переходной процесс по току в замкнутой системе по схеме с общим сумматором

Рисунок 2.14 — Переходной процесс по скорости в замкнутой системе по схеме с общим сумматором

Согласно графика видим что время выхода на номинальную скорость 0.8 секунды что полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Рисунок 2.15 — Переходной процесс по току в замкнутой системе по схеме с общим сумматором

При анализе графика становиться ясно, что система испытывает практически моментальный двукратный бросок тока, что при условии пуска под нагрузкой может вызвать сильный динамический удар по валу двигателя повредив двигатель и другое оборудование бурового станка.

Расчёт обратной связи по току и регулятора тока.

Коэффициент обратной связи по току:

В/А.

Коэффициент обратной связи по скорости:

В?с/рад.

Так как , то допустим условный разрыв внутренней обратной связи по противо ЭДС, тогда передаточная функция будет иметь вид:

Поскольку модульный оптимум имеет большее быстродействие, синтез регулятора тока ведется по модульному оптимуму:

Регулятор тока имеет пропорционально-интегральную структуру, принципиальная схема регулятора тока представлена на рисунке 2.16:

Рисунок 2.16 Принципиальная схема регулятора тока

Значения сопротивлений и емкостей рассчитаны по формулам:

;

;

примем С 0 =1мкФ, тогда:

  • кОм;

кОм,

где R Т — согласующий резистор, если используются элементы с различными унифицированными выходами.

Расчёт обратной связи по скорости и регулятора скорости. Статизм регулятора скорости, синтезируемого по модульному оптимуму:

Поскольку статизм замкнутой системы по модульному оптимуму не удовлетворяет поставленному заданию, синтезируем регулятор на симметричный оптимум:

Передаточная функция фильтра, устанавливаемого на вход системы:

Принципиальная схема регулятора скорости представлена на рисунке 2.17

Рисунок 2.17 — Принципиальная схема регулятора скорости

Коэффициенты усиления регулятора:

;

Приняв С0= 1мкФ и R1=Rф получим:

Ом;

  • кОм;

пФ.

2.10 Моделирование переходных процессов в СПР

Структурная схема системы подчиненного регулирования будет иметь вид показанный на рисунке 2.18

Рисунок 2.18 — Структурная схема замкнутой системы подчиненного регулирования

Переходной процесс по скорости в системе с подчиненным регулированием представлен на рисунке 2.19, переходной процесс по току в системе с подчиненным регулированием представлен на рисунке 2.20:

Рисунок 2.19 — Переходной процесс по скорости в системе с подчиненным регулированием

Анализируя график становится ясно, что основных требований к электроприводу мы добились: время разгона до номинальной скорости 0.7с. система обладает необходимой динамикой разгона, отсутствуют колебания скорости при разгоне что значительно увеличит срок службы двигателя и управляющей системы электропривода.

Рисунок 2.20 — Переходной процесс по току в системе с подчиненным регулированием

Наблюдается бросок тока с кратностью равной 2.5 что соответствует техническим параметрам двигателя. Наблюдается некоторое биение тока продолжительность не более 0.05с что при реальных условиях эксплуатации в неоднородных породах будет сводиться на нет неоднозначностью нагрузки на вал двигателя.

Заключение

В данном разделе рассчитан привод подачи бурового станка СБШ-250МНА, выбрано силовое оборудование электропривода, проведен анализ систем управления динамическими процессами, выбрана система подчиненного регулирования координат и рассчитаны регуляторы и коэффициенты системы подчиненного регулирования координат.

Результатом является получение динамической характеристики, удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к приводу подачи: достигнуты необходимые плавность разгона, не потеряв при этом необходимого времени выхода на номинальную скорость.

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ

3.1 Общие сведения

Автоматизация технологических процессов на основе современной техники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции.

Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельности геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Несмотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, прогрессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдельных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило выполнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются, прежде всего, в оптимизации и автоматизации оперативного управления процессом урения скважин и в совершенствовании организации работ.

На открытых горных работах для бурения взрывных скважин применяются следующие разновидности буровых станков: вращательное бурение шарошечными долотами (СБШ) с очисткой скважин воздухом (шарошечное бурение) и резцовыми коронками (СБР); ударновращательного бурения (СБЦ) погружными пневмоударниками с очисткой скважин воздухом (пневмоударное бурение) и т.д.

Целесообразность автоматизации буровых станков определяется возможностью обеспечения и поддержания наибольшей скорости бурения с учетом выполнения всех вспомогательных операций.

Автоматизация процесса бурения стала практически возможной лишь с появлением относительно дешевых и надежных ЭВМ, способных выполнять функции автоматизированного управления технологическим процессом бурения.

В результате внедрения в производство новой техники и прогрессивной технологии скорости алмазного бурения за последние 10 лет возросли в 1,5- 2 раза и, по мнению специалистов, сохранить в дальнейшем темпы роста производительности только за счет технических решений вряд ли возможно. Но в условиях интенсифицированного производства, возросших скоростей бурения, резко повысилась физическая нагрузка на буровой персонал. Учитывая также и тенденции к росту глубин бурения разведочных и поисковых скважин, можно утверждать, что возросли психологическая нагрузка и ответственное за решения, принимаемые бурильщиком в процессе бурения. Уже сегодня время простоев из-за неправильных технологических решений в процессе бурения оставляет 5-7% общего баланса рабочего времени.

Итак, с одной стороны, имеется объективная необходимость в автоматизации процесса бурения, с другой — существуют необходимые предпосылки для создания систем автоматизированного управления.

Краткая характеристика объекта автоматизации

Рисунок 3.1 — СБШ-250 МНА32

Станок СБШ-250МНА32 смонтирован на унифицированном гусеничном ходу УГ-60. На поперечных балках гусеничной тележки устанавливается рама станка, выполненная совместно с машинным отделением. В машинном отделении размещены узлы гидро и электрооборудования станка, кабина машиниста и ёмкость для воды. Компрессор находится в неутеплённой части машинного отделения.

Мачта станка со всем оборудованием подвешена на специальных опорах, которые закреплены на силовых элементах машинного отделения, причём мачта крепится в трёх положениях (вертикальном и под углом 15 и 30° к вертикали).

Управление всеми механизмами станка при бурении осуществляется с пульта бурения, расположенного в кабине машиниста. В мачте располагаются: вращатель с буровым снарядом, сепаратор с штангами, механизм развинчивания, люнет, механизм подачи и др.

Опускание мачты осуществляется двумя гидроцилиндрами, установленными на опорах мачты. Штоки гидроцилиндров закреплены на поперечной балке мачты. Управление процессом заваливания мачты осуществляется с пульта в кабине машиниста. Для синхронизации работы гидроцилиндров их поршневые полости соединены между собой напорными рукавами высокого давления.

Станки типа СБШ-250МНА32 применяются для бурения скважин на открытых горных работах, поэтому для удаления буровой мелочи из скважины шарошечное долото имеет каналы, по которым на забой скважины поступает сжатый воздух или воздушно-водяная смесь.

В лапах долот предусмотрены каналы для обдува опор шарошек. Воздух или воздушно-водяная смесь подаётся через буровые штанги, которые имеют для этой цели специальные штуцеры и ниппели. Система гидропривода обеспечивает автоматическое снятие усилия подачи буровой штанги на забой при перегрузках двигателях вращателя. Для этого срабатывает токовое реле, которое подаёт питание на золотник снятия подачи и обесточивает золотник подачи.

Энергообеспечение, АСУ, блокировка: напряжение выходящих оперативных цепей 24 В, что обеспечивает безопасность обслуживания всех систем станка. Защита всех двигателей от перегрузки, короткого замыкания, выпадения фазы. Быстродействующая система управления двигателем бурового снаряда. Управление двигателем бурового снаряда производится параметрируемым преобразователем, что позволяет использовать различные двигатели постоянного тока мощностью до 100 кВт. Управление станком производится, через программируемый логический контроллер (ПЛК), что позволило установить запреты на выполнение операции ведущих к аварийным ситуациям, а также контролировать параметры технологических узлов станка. Так же ПЛК осуществляет контроль за состоянием всех коммутирующих и защитных устройств потребителей электроэнергии, а также учет моточасов, что позволяет оперативно выявить или предотвратить неисправность.

Вся необходимая оператору информация выводится на панель оператора (ПО) в текстовом, графическом и числовом виде. На ПО выводятся сообщения об авариях и предупреждениях, также указывается число не прочитанных сообщений. Ведется журнал сообщений с указанием даты и времени возникновения сообщения, который можно просмотреть на ПО. Оператор управляет станком с помощью двух джойстиков, левым джойстиком осуществляется выбор текущего режима или устройства, а правым управление выбранным режимом или устройством, при этом на ОП выводятся подсказки по функциям правого джойстика. В текущем режиме оператору доступен только ограниченный набор действий. Такое управление не позволяет допустить одновременную работу несовместимых устройств. Так же предусмотрен наладочный режим, в котором возможно диагностирование и ручное управление всеми устройствами станка без применения особого оборудования.

Технологический процесс бурения взрывных скважин по уровню удельных затрат не соответствует современным требованиям к экономии ресурсов и энергосбережению. Себестоимость 1 м скважины колеблется от 87 до 330 руб., достигая в крепких породах 400-500 руб., а стоимость машино-часа работы станка от 1000 до 2300 руб. Таким образом, необходимо автоматизировать параметры процесса шарошечного бурения для существенного изменение технико-экономических показателей, увеличение производительности, уменьшение стоимости проходки одного метра скважины, улучшение условий труда обслуживающего персонала и увеличение безаварийного срока службы станка.

Процесс бурения как объект управления

Р ос — осевая нагрузка на забой, — частота вращения долота, Q — расход воздухо — водной смеси для удаления породы, — скорость бурения,

S — себестоимость 1 м. скважины, Е — удельные энергозатраты (энергоёмкость на бурение), f — крепость пород по шкале Протодьякова.

Рисунок 3.2 — Процесс бурения как объект автоматического управления

То есть управляющее воздействие это Р ос и , а выходные (регулируемые) величины: , П, S, Е.

Задача автоматизированного управления процессом шарошечного бурения заключается в регулировании Р ос и в зависимости от возмущающего воздействия f с целью оптимизации процесса по выбранному критерию S, E,.

В настоящее время основным критерием является — обеспечение min удельных энергозатрат на бурение ( E ) или min себестоимости проходки 1 м. скважины (S ).

Существуют следующие системы автоматического управления:

  • Статическая самонастраивающаяся система регулирования процесса шарошечного бурения;
  • Система автоматического управления шарошечным бурением «Режим-2НМ»;
  • Система автоматического регулирования процесса бурения по уровню вибрации;
  • Современная САУ «Режим-СБ » ;
  • Автоматизация наращивания и перехвата штанги;
  • Автоматизация горизонтирования станка;
  • Автоматизация подачи промывочных агентов;
  • Контроль за работой станка с передачей информации на диспетчерский пункт и дистанционное управление его перемещением;
  • Регулирование частоты вращения бурового става и осевого давления на основе анализа механических и электрических характеристик станка.

Анализ существующих систем автоматизации процесса бурения и применяемых технических средств показал, что существующие системы не в полной мере удовлетворяют современным требованиям и выполнены на устаревших элементах.

3.2 Функциональные схемы и программы работ системы управления

На основе рассмотренных закономерностей бурения и принципов управления можно представить полную схему автоматизации бурового станка вращательного действия (рисунок 3.3), предназначенного для работы в условиях открытых разработок для бурения взрывных скважин, в виде блок-схемы. Буровой станок (объект О) содержит основные приводы (ОПО) (приводы вращателя, подачи, пневмотранспортной системы), управление которыми производится с помощью регуляторов (РОП).

Последние могут управляться как вручную (ввод РУ — ручное управление), так и автоматически. Информационно-измерительная система (ИИС) объекта О обеспечивает необходимой информацией все его системы управления. Вычислительное устройство (ВУ) на основе текущей информации от ИИС и вводной информации (ВИ) производит непрерывное или дискретное вычисление критерия качества бурового процесса. При этом необходимый вид критерия качества может быть избран с помощью блока выбора критерия (КК)- Получаемая на выходе блока ВУ информация может использоваться для управления процессом по выбору оператора или задана в виде программы управления ( ПОП) и дополнительной вводной информации (ВВ).

С ее помощью также осуществляется экстремальное регулирование. В последнем случае к выходу блока ВУ должна быть подключена система экстремального регулирования (СЭР), содержащая блоки улучшения экстремума (БУЭ), экстремальный регулятор (ЭР), генератор поиска (ГП) и переключатель (ПРП) вида поиска. Выбор необходимого вида поиска осуществляется коммутационным устройством (КУ).

Рисунок 3.3 — Полная схема автоматизации бурового станка вращательного действия

Началу процесса бурения скважины предшествует процесс забуривания по рыхлым или разрушенным породам, который необходимо вести по особой программе. Для этой цели в системе управления объектом предусматривается блок забуривания, показанный на схеме в виде системы забуривания (АСЗ).

Система работает на основе текущей информации и включается через, блок КУ. Объект оборудован системой управления защитой (УПЗ) и приводами защиты (ИПЗ), предназначенными для защиты основных узлов рабочего органа при внезапно возникающих аварийных ситуациях. Система УЯЗ должна воздействовать не только непосредственно на исполнительные приводы защиты, но и одновременно на основные регуляторы с целью изменения значений параметров режима для возможно более быстрого реагирования объекта на сложившуюся ситуацию.

Для своевременной корректировки параметров процесса бурения при возникновении осложнений при бурении в целях ликвидации этих осложнений и недопущения возникновения аварийной ситуации объект О снабжается анализатором осложнений (АОП), формирователем программы восстановления (ФПВ) нормального течения процесса бурения и переключателем программы восстановления (ППВ), которые работают на основе непрерывной информации от блока ИИС и воздействуют на координаты объекта О через блок КУ. Для управления объектом в процессе перемещения его от одной точки бурения к другой он должен быть снабжен системой ориентации (СУО) и исполнительными механизмами ориентации (ИМО), воздействующими непосредственно на объект. Для контроля процесса бурения и регистрации основных параметров бурения объект О снабжается блоком контрольных и регистрирующих приборов. Одновременно параметры процесса бурения могут передаваться по телеканалу ТК в диспетчерский пункт или в виде обратной связи к буровому станку, выполняющему функции лидера при управлении станком-лидером группой ведомых станков. Команды станка-лидера (КЛ) формируются вычислительным устройством и передаются другим станкам на коммутационное устройство КУ по отдельному каналу «команда ведомому» (KB).

В соответствии с приведенной общей блок-схемой системы автоматизации рассмотрим конкретные схемы систем управления. Полная схема автоматизации (рисунок 3.2) содержит основную систему управления процессом и ряд вспомогательных систем, необходимых для нормального функционирования основной системы. Главным узлом основной системы, определяющим принцип управления процессом бурения, служит вычислительное устройство ВУ, без которого в принципе не может быть построена ни одна из систем управления этим процессом. Структура вычислительного устройства определяется принципом построения системы управления, т. е. критерием, применяемым для управления процессом. Для универсальности системы управления целесообразно применение комбинированного вычислительного устройства с возможностью реализации им нескольких критериев качества. На рисунке 3.3 показан вариант функциональной схемы управления, в составе которого имеется такое комбинированное вычислительное устройство. Система управления объектом содержит регулятор 2 осевой нагрузки р на буровой инструмент и регулятор 3 частоты вращения бурового инструмента, подключенные к входам бурового станка . Эти регуляторы 2 и 3 через соответствующие элементы сравнения 4 и 5 связаны с выходами вычислительного устройства.