СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШАХТНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2016 года по МПК E21F1/00 

Описание патента на изобретение RU2590920C1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки подземного горнодобывающего предприятия с одновременной выработкой электроэнергии.

Известна система управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки (Седунин A.M., Николаев А.В., Седнев Д.Ю. Электропривод главной вентиляторной установки нефтешахты, регулируемый с учетом действия общешахтной естественной тяги. Горное оборудование и электромеханика, №11, 2012, стр. 2-7), включающая главную вентиляторную установку (ГВУ), вентиляционный канал, регулируемый электропривод, микроконтроллерный блок, датчики измерения статического давления и расхода воздуха, осевые направляющие аппараты (ОНА). В данной системе производится регулирование производительности ГВУ за счет совместного регулирования скорости вращения рабочего колеса вентилятора электроприводом на базе асинхронно-вентильного каскада (АВК) и положения ОНА.

Однако известная система обладает следующими существенными недостатками.

1. Применение электропривода на базе АВК возможно только при использовании асинхронного двигателя, который обладает низким коэффициентом мощности.

2. Переход с одной аэродинамической характеристики ГВУ на другую осуществляется при помощи изменения положения ОНА. При этом для увеличения производительности вентилятора необходимо уменьшать выходное сечение ГВУ, в результате чего увеличивается общее аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, а следовательно, и общие затраты электроэнергии.

3. В процессе регулирования производительности ГВУ не появляется возможность вырабатывать электроэнергию, что ограничивает функциональные возможности системы.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является шахтная энергическая установка для непрерывной выработки электроэнергии (RU 149991 U1, опубл. 27.01.2015), в которой используется энергия движения воздуха в диффузоре шахтной ГВУ. Установка содержит обтекатель, аэродинамические лопасти, жестко закрепленные на ведущем валу, выполненном с возможностью передачи крутящего момента в узле силовой передачи крутящего момента через колесо ведущего вала на ведомый вал, связанный с электрогенератором.

Однако лопасти на ведущем валу, расположенные в диффузорном канале, создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, для преодоления которого необходимо расходовать дополнительную электроэнергию, по величине превышающую электроэнергию, выработанную электрогенератором.

Невозможность менять аэродинамические характеристики ГВУ снижают производительность установки и увеличивают энергозатраты на ее работу, т.к. известная установка не обеспечивает возможности регулирования режимов работы ГВУ и силовой передачи.

Кроме того, электрогенератор на выходе дает напряжение низкого качества из-за изменения амплитуд напряжения в результате изменения скоростей потока воздуха в диффузоре, т.е. вырабатываемая электроэнергия будет иметь низкое качество.

Технический результат заключается в повышении производительности шахтной энергетической установки путем регулирования режимов работы ГВУ и одновременным улучшением качества вырабатываемой электроэнергии.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления шахтной энергетической установкой, включающей блок управления главной вентиляторной установки (ГВУ), электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии, согласно изобретению в вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха, электропривод ГВУ выполнен регулируемым. Блок управления связан с указанными датчиками, регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи. Блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха.

Согласно п. 2 формулы электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора.

Производительность установки повышается за счет возможности изменения режимов работы ГВУ, что осуществляется путем анализа данных, поступающих с датчиков давления и расхода воздуха, а также подачи управляющих сигналов, осуществляемой блоком управления, на регулируемый электропривод ГВУ и механизм управления ведущим валом установки.

Высокое качество производимой установкой электроэнергии постоянной величины обеспечено плавным изменением производительности ГВУ в процессе работы и постоянной скоростью вращения ведомого вала.

Выполнение электропривода частотно-регулируемым позволяет увеличивать глубину регулировки ГВУ по давлению и расходу воздуха путем анализа данных датчиков давления и расхода воздуха и подачи управляющего сигнала, осуществляемого блоком управления на регулируемый электропривод ГВУ и механизм управления ведущим валом установки. Выполнение силовой передачи в виде трансмиссии или фрикционного вариатора позволяет изменять крутящий момент на ведущем валу силовой передачи.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг. 1 показана структурная схема шахтной энергетической установки, где:

1 - шахтный воздух;

2 - вентиляционный канал;

3 - главная вентиляторная установка (ГВУ);

4 - диффузорный канал;

5 - лопасти;

6 - ведущий вал;

7 - узел силовой передачи (трансмиссия или фрикционный вариатор);

8 - ведомый вал;

9 - электрогенератор;

10 - электропроводка;

11 - узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии;

12 - датчик расхода воздуха в диффузорном канале 4;

13 - датчики расхода воздуха в вентиляционном канале 2;

14 - датчик давления в диффузорном канале 4;

15 - регулируемый электропривод ГВУ 3;

16 - механизм управления ведущим валом 6;

17 - блок управления с микроконтроллером.

На фиг. 2 представлены график зависимости производительности QВ ГВУ от статического давления hВ (кривая вентиляционной сети Rс), а также кривые 18 основных рабочих аэродинамических характеристик ГВУ 3 и кривые 19 дополнительных рабочих аэродинамических характеристик ГВУ 3.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему заявляемой системы управления шахтной энергетической установкой.

Заявляемая система управления шахтной энергетической установкой работает следующим образом.

Шахтный воздух 1 по вентиляционному каналу 2 за счет работы ГВУ 3 поступает из шахты (не показана), далее - в диффузорный канал 4 и на лопатки 5, жестко закрепленные на ведущем валу 6 энергетической установки. Крутящий момент от ведущего вала 6 передается с помощью узла силовой передачи 7 (трансмиссии или фрикционного вариатора) через ведомый вал 8 - на электрогенератор 9. Выработанный в процессе работы электрогенератора 9 электрический ток по электропроводке 10 поступает на узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии 11.

Во время работы шахтной энергетической установки показания с датчиков 12, 13, 14 поступают на микроконтроллер (не показан) блока управления 17, который обрабатывает сигналы с указанных датчиков и контролирует производительность ГВУ 3 и скорость вращения ведущего вала 6 с целью повышения производительности установки. Это достигается за счет того, что блок управления 17 выбирает режим работы узла силовой передачи 7. Если необходимо увеличить производительность ГВУ 3, то блок управления 6 передает сигнал на механизм управления 16 ведущим валом 6 для получения более высокого крутящего момента на валу 6. В этом случае ГВУ 3 для преодоления аэродинамического сопротивления лопастей 5 потребуется развивать более высокое статическое давление hВ (фиг. 2), а это приведет к тому, что режим работы ГВУ 3 переместится в область больших давлений, т.е. в область основных рабочих аэродинамических характеристик (сплошные кривые 18 на фиг. 2), и производительность QВ увеличится. Блок управления 17 будет увеличивать крутящий момент на ведущем валу 6 и создавать статическое давление, например, hВ4 до тех пор, пока производительность QВ ГВУ 3 не достигнет необходимого значения, например, QВ4.

В случае необходимости снижения QВ ГВУ 3 до величины, например, QВ1 действия будут осуществляться в обратном порядке.

При регулировании производительности QB ГВУ 3 только за счет изменения статического давления hB между кривыми основных рабочих аэродинамических характеристик 18 и, следовательно, соседними QВi будет наблюдаться большой перепад значений. Для увеличения количества рабочих характеристик 18, т.е. глубины регулировки, в заявляемой системе применяется регулируемый, например, частотно-регулируемый электропривод 15, изменяющий скорость вращения рабочего колеса (не показано) ГВУ 3, в результате чего появляются дополнительные рабочие аэродинамические характеристики 19. В этом случае изменение производительности QВ ГВУ 3 будет осуществляться более плавно и с меньшей разностью между соседними значениями QВi.

В результате того, что изменяется только скорость ведущего вала 6, ведомый вал 8 будет иметь практически постоянную скорость вращения. В этом случае скорость вращения ротора электрогенератора 9 также будет практически постоянной, что обеспечит выработку электроэнергии постоянной величины, т.е. повысит ее качество.

Выработанная электроэнергия передается по электропроводке 10 в устройство 11, где она либо накапливается в аккумуляторе, либо используется для собственных нужд, либо преобразуется.

Похожие патенты RU2590920C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ 2015
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Николаев Виктор Александрович
  • Каменских Антон Алексеевич
RU2601342C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ПРОВЕТРИВАНИИ ШАХТ 2013
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Лялькина Галина Борисовна
  • Николаев Виктор Александрович
RU2537427C1
СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ 2014
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Седунин Алексей Михайлович
  • Николаев Виктор Александрович
RU2574098C2
СИСТЕМА ПРОВЕТРИВАНИЯ НЕФТЕШАХТЫ 2015
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Файнбург Григорий Захарович
  • Николаев Виктор Александрович
RU2582145C1
СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ 2014
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Николаев Виктор Александрович
  • Якимова Вера Андреевна
RU2566545C1
СИСТЕМА ПРОВЕТРИВАНИЯ УКЛОННОГО БЛОКА НЕФТЕШАХТЫ 2016
  • Николаев Александр Викторович
  • Николаев Виктор Александрович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Вавулин Антон Валерьевич
RU2645690C1
СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ 2017
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Николаев Виктор Александрович
  • Алыменко Даниил Николаевич
  • Файнбург Григорий Захарович
  • Вавулин Антон Валерьевич
RU2653206C1
Система управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в зависимости от спроса на электроэнергию 2022
  • Николаев Александр Викторович
  • Кычкин Алексей Владимирович
RU2798530C1
ТЕРМОШАХТНЫЙ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ 2016
  • Седнев Данил Юрьевич
  • Кривощеков Сергей Николаевич
RU2616022C1
СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗДУХОПОДГОТОВКИ НА ПОДЗЕМНОМ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕМ ПРЕДПРИЯТИИ 2014
  • Николаев Александр Викторович
  • Алыменко Николай Иванович
  • Файнбург Григорий Захарович
  • Николаев Виктор Александрович
RU2566546C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 590 920 C1

Реферат патента 2016 года СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШАХТНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки (ГВУ) подземного горнодобывающего предприятия с одновременной выработкой электроэнергии. Технический результат заключается в повышении производительности шахтной энергетической установки путем регулирования режимов работы ГВУ и одновременным улучшением качества вырабатываемой электроэнергии. Система управления шахтной энергетической установкой включает блок управления ГВУ, электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии. В вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха. Электропривод ГВУ выполнен регулируемым. Блок управления связан с указанными датчиками регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи. Блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха. Электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 590 920 C1

1. Система управления шахтной энергетической установкой, включающая блок управления главной вентиляторной установки (ГВУ), электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии, отличающаяся тем, что в вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха, электропривод ГВУ выполнен регулируемым, причем блок управления связан с указанными датчиками, регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи, а блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2590920C1

ГОРНАЯ ВОЗДУШНО-ТЯГОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 2009
  • Елисеев Александр Дмитриевич
  • Нескоромных Вячеслав Васильевич
  • Павлюкова Елена Николаевна
RU2444645C2
Устройство для получения электроэнергии 1989
  • Карташев Виталий Петрович
SU1659680A1
Способ отверждения фаолита и подобных термореактивных пластиков в автоклаве 1959
  • Жемчужин Г.В.
SU131083A1
ВЕТРОТЕПЛОГЕНЕРАТОР 2003
  • Седых Н.А.
  • Савчук А.Д.
RU2253040C1
Шляпки к кардочесальным машинам 1927
  • Иенкин И.М.
SU9025A1
Измерительный прибор со свободным поршнем для жидкостей, не проводящих электрического тока 1929
  • Степанов И.И.
SU17776A1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 1997
  • Валенте Габриэле
  • Ламакки Альберто
RU2193972C2

RU 2 590 920 C1

Авторы

Николаев Александр Викторович

Алыменко Николай Иванович

Николаев Виктор Александрович

Даты

2016-07-10Публикация

2015-04-22Подача