книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

Если осевая нагрузка на долото уменьшится против заданной, то произойдет замыкание контактов манометра, нто вызовет включе­ ние электроимпульсного генератора. Электроимпульсы определен­ ной продолжительности будут поступать на катушку электромагнита клапана 5, в результате чего откроется доступ сжатому воздуху в пневмоцилиндр 3.

Рис. 110. Стабилизатор веса СВМ:

к подаче бурового снаряда. Это будет происходить до тех пор, пока фактическая осевая нагрузка не станет равной заданной; контакты манометра 9 разомкнутся и генератор будет выключен.

Параллельно с рабочим датчиком (трансформатором давления) 8 работает аварийный датчик 10.

Если осевая нагрузка на долото превысит заданную на 3—5 тс (аварийное положение), замкнутся контакты манометра 11 и на ка­ тушку электромагнита клапана б поступит сигнал, что приведет к закрытию клапана. Прекратится подача сжатого воздуха в пневмо­ цилиндр, и действием возвратной пружины 4 будет осуществлено торможейие лебедки.

Регулятор подачи долота электрический РПДЭ-3

Входит в комплект буровых установок, рассчитанных на грузо­ подъемность 80, 125, 130 и 200 тс. Регулятор РПДЭ-3 позволяет поддерживать заданное значение осевой нагрузки на долото или постоянную скорость подачи (подъема) бурового снаряда.

Структурная схема РПДЭ-3 приведена на рис. 111.

Регулятор РПДЭ-3 состоит из следующих основных узлов: датчика веса, пульта контроля и управления; полупроводникового и магнитных усилителей; двигателя-генератора, силового узла.

Датчик веса рессорный, электрический типа ДВР-26, устанавли­ вается на неподвижном конце каната талевой системы.

В случае натяжения талевого каната образуется прогиб рессоры, в результате которого поворачивается ротор сельсин-датчик СД. В паре с сельсин-датчиком СД работает сельсин-приемник СП, находящийся на пульте управления. Ротор сельсина СП поворачи­ вается от руки и связан с уставкой веса.

При взвешивании бурового снаряда ротор сельсина СП ставится в согласованное положение с ротором сельсина СД. При этом на­ пряжение на выходе сельсинов СД и СП будет равно нулю.

В процессе бурения ротор сельсина СП устанавливается в поло­ жение в соответствии с осевой нагрузкой на долото, что приводит к рассогласованию сигналов СД и СП. Напряжение с выхода сельсинной пары для предварительного усиления поступает на двух­ каскадный полупроводниковый фазочувствительный усилитель ППУ-1. Усиление сигнала по мощности происходит в трехфазных магнитных усилителях 1МУ и 2МУ, нагрузкой выхода которых

210

являются две полуобмотки возбуждения ОВГ-1 и ОВГ-2 генератора постоянного тока ГП. Для обеспечения реверса тока в полуобмотках ОВГ-1 и ОВГ-2 их включение выполнено в виде плеч моста. Тогда в зависимости от фазы сигнала усилителя ППУ-1 открывается один из магнитных усилителей и закрывается другой. В зависимости от того, какой из магнитных усилителей открыт и насколько, в полуобмотках ОВГ-1 и ОВГ-2 будет протекать ток соответствующей силы и направления. На якоре генератора ГП появится напряжение та­ кой полярности, что двигатель Д П будет соответственно вращаться

бурения (показывающий прибор расположен на пульте управления) аварийный тормоз А Т с электрогидравлическим толкателем —

для защиты от коротких замыканий; редуктор Р — для снижения числа оборотов. Цепной передачей

вращение от редуктора передается на лебедку Л буровой установки. Включение регулятора РПДЭ-З в работу производится в такой последовательности. После определения веса бурового снаряда уставку веса— ротор сельсина СП ставят в положение, соответству­

ющее усилию разгрузки.

Допустим, вес бурового снаряда 100 тс, заданная нагрузка на долото 30 тс, тогда лимб уставки совместно с ротором сельсина СП устанавливают на отметку шкалы 70 тс (разгружающее усилие).

На входе усилителя ППУ-1 появится сигнал такой фазы, при ко­ торой магнитный усилитель 1МУ откроется, а 2МУ закроется. По­ лярность напряжения на якоре генератора возникнет такая, что ис­ полнительный двигатель Д П будет вращать редуктор и лебедку в на­ правлении подачи бурового снаряда. Вначале подачи, когда буровой снаряд находится на весу, а нагрузка на долото отсутствует, скорость подачи будет большой. По мере увеличения нагрузки скорость по­ дачи станет уменьшаться.

В установившемся режиме (для нашего примера нагрузка на долото 30 тс) подача бурового снаряда будет происходить со ско­ ростью разрушения породы.

Если произойдет резкая смена пород с мягких на твердые, это приведет к увеличению нагрузки на долото. Напряжение на входе усилителя ППУ-1 поменяет фазу, и двигатель Д П начнет работать на подъем бурового снаряда до тех пор, пока не установится заданная нагрузка.

Таким образом, регулятор будет поддерживать заданное значе­ ние осевой нагрузки на долото с определенной точностью.

В случае необходимости проработки ствола скважины или при аварийном отказе главного привода возможна работа регулятора с постоянной скоростью подачи или подъема.

Для этого предусмотрено устройство ручного управления, в со­ ставе которого находятся сельсин СЗ и два выпрямителя. С включе­ нием сельсина СЗ выключаются сельсинная пара СД—СП и усили­ тель ППУ-1.

Сигнал с СЗ поступает непосредственно на магнитные усилители. В зависимости от того, в каком направлении от нейтрального поло­ жения будет повернут ротор сельсина СЗ, соответственно откроется первый или второй магнитный усилитель, что в конечном счете при­ ведет к подаче или подъему бурового снаряда с постоянной скоростью.

Забойные регуляторы подачи

С увеличением глубины (свыше 3000 м) и ухудшением состояния ствола скважины применение наземных регуляторов подачи ста­ новится малоэффективным. Это объясняется увеличением сил трения бурового снаряда о стенки скважины, что приводит к искажению показаний веса и осе­

вой нагрузки.

Особенно большие искажения возможны, если вес бурового снаряда составляет сотни тонн, а нагрузка на породоразрушающий ин­ струмент (алмазное долото) всего несколько тонн, т. е. может быть равной или меньше сил трения. Существенными искажения также бу­ дут в случае бурения с применением забойных двигателей, когда колонна бурильных труб не вращается.

С увеличением глубины скважины возра­ стает время поступления информации с забоя на поверхность и действие исполнительного механизма в обратном направлении. Иногда за это время условия разрушения породы успевают измениться и исполнительному меха­ низму дается неверная команда.

Решением перечисленных проблем может явиться перенос изме­ рительных приборов и исполнительных механизмов регулятора с поверхности на забой, где непосредственно у породоразрушающего инструмента может быть получена информация об основных пара­ метрах бурения и передана команда исполнительному механизму.

Однако с решением одних проблем при внедрении забойных регуляторов возникают и новые трудности: вибрация и высокие динамические нагрузки, высокая температура и давление, агрес­ сивность и абразивность среды.

Первые схемы забойных регуляторов подачи долота были пред­ ложены в 30-х годах.

Аналогично поверхностным регуляторам, забойные регуляторы также делятся на стабилизаторы нагрузки (механизмы подачи), полуавтоматы и автоматы подачи.

212

Принципиальная схема простейшего забойного стабилизатора, обеспечивающего подачу долота с постоянной нагрузкой, показана на рис. 112.

Корпус сервоцилиндра 2 соединен с бурильными трубами, а шток 1 с турбобуром. На штоке укреплены два поршня 4 и 7, а внутри сервоцилиндра находится разделительная перегородка 6 с регулировочным клапаном 3 и обратным клапаном 5. Полость сервоцилиндра между поршнями заполнена водой или маслом. Во время работы забойного стабилизатора нагрузки подача бурового снаряда с поверхности в скважину осуществляется ручным или автоматическим регулятором с постоянной скоростью.

При движении бурового снаряда вниз давление жидкости над поршнем 7 растет и одновременно увеличивается нагрузка на долото. Как только нагрузка на долото сравняется с заданной, откроется регулировочный клапан и жидкость станет поступать в полость сервоцилиндра над разделительной перегородкой.

После окончания рабочего хода (2—3 м) производится переза­ рядка стабилизатора, для чего буровой снаряд совместно с корпусом сервоцилиндра лебедкой буровой установки поднимают вверх. При этом рабочая жидкость перетекает в обратном направлении через клапан 5. Перед спуском стабилизатора в скважину регули­

ОСНОВНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

Горные и горно-разведочные работы относятся к категории наиболее трудоемких, физически тяжелых, позволяющих обеспечить лишь минимальное (по сравнению с другими работами) количество элементов комфорта. Поэтому для повышения производительности и ликвидации тяжелого физического труда на этих работах широко внедряется механизация и автоматизация основных и большинства вспомогательных операций.

Автоматизация технологических процессов на шахтах и рудниках может быть классифицирована по следующим основным разделам:

автоматизация выемочных машин; автоматизация подземного транспорта: конвеерных линий, по­

грузочных пунктов, разгрузки вагонеток в околоствольных дворах; автоматизация установок гидромеханизации: выемки руд, гидро­ транспорта, дробления крупных кусков, гидроподъема, насосных

станций; автоматизация шахтных и рудничных водоотливных установок;

автоматизация шахтной и рудничной вентиляции; автоматизация работ на поверхности шахт и рудников: обмена

вагонеток, лебедок породных отвалов, компрессорных станций,

213

калориферных установок, зарядки индивидуальных аккумуляторных светильников.

При проходке горно-разведочных выработок, обладающих не­ большим сечением, малой протяженностью, ограниченным сроком службы и рядом других отличительных особенностей, степень авто­ матизации не может достигать таких же размеров как при эксплуата­ ции шахт и рудников. При проведении горно-разведочных работ наиболее целесообразно автоматизировать водоотливные, подъемные и вентиляционные установки. Основные принципы автоматизации этих установок и рассматриваются в данной главе.

§ 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДООТЛИВА ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Общие положения

Автоматизация водоотливных установок должна обеспечить авто­ матическое выполнение следующих операций:

заливку насосов водой перед пуском; пуск и остановку насосов в зависимости от изменения уровня

воды в водосборнике; контроль за режимом работы насосных агрегатов;

остановку неисправного насосного агрегата и включение резерв­ ного;

электрическую защиту двигателей насосных агрегатов; простой и быстрый переход с автоматического управления на

ручное.

Шахтные водоотливные установки подразделяются на главные и вспомогательные.

Главная водоотливная установка обеспечивает откачку общего притока воды шахты (горизонта); на ней устанавливается не менее трех насосов.

К вспомогательным относятся участковые, проходческие и зумпфовые водоотливные установки. Участковая установка откачивает воду с одного или нескольких участков шахты в главный водо­ сборник'.

В водоотливных установках малой мощности при условии при­ сутствия вблизи установки дежурного персонала может применяться простейшая схема автоматизации (рис. ИЗ). В состав схемы входят насосный агрегат, штанговый датчик уровня, магнитный пускатель и сигнальные лампы. При повышении уровня воды до заданного предела поплавок 1 со штангой 2 поднимаются и рычаг 3 штанги нажимает кнопку «Пуск». При этом электромагнит пускателя сра­ батывает, его контакты Э замыкаются и подключают сеть трехфазного тока к двигателю Д , насосный агрегат начинает откачивать воду. Одновременно срабатывает реле Р и загорается красная сигнальная лампа Лу, при необходимости может включаться также звуковой сигнал (звонок или сирена). Когда уровень воды понизится до задан­

214

ного предела поплавок опустится и рычаг штанги нажмет кнопку «Стоп». Электромагнит пускателя и реле обесточатся, контакты Э разомкнутся, отключат двигатель от сети и насосный агрегат оста­ новится. Контакты Р размокнут цепь лампы Л 1 и замкнут цець зеленой лампы Л 2.

Главные и мощные участковые водоотливные установки автомати­ зируются с помощью специальной комплексной аппаратуры ти­ пов УАВ, АВВ-ЗМ, АВН-1М, в состав которой входят различные датчики, реле, электроприводы, коммутационные устройства и др.

Рис. ИЗ. Простейшая схема автоматизации во­ доотливной установки

Аппаратура автоматизации водоотливных установок, оборудо­ ванных насосными агрегатами с низковольтными (380/660 В) дви­ гателями обеспечивает автоматическое включение и отключение каждого из трех насосов, поочередную работу насосов, автомати­ ческое отключение неисправного насоса и включение резервного, одновременную работу двух насосов при аварийном уровне воды, дистанционный контроль уровня воды в водосборнике, сигнализацию об аварийном уровне, о неисправности насосов, о наличии питания аппаратуры, приведение аппаратуры в исходное положение при снятии и повторной подаче напряжения, дозирование заливки насо­ сов по времени, защиту от гидравлической неисправности и перегрева подшипников насосов, электрическую защиту двигателей и пусковой аппаратуры.

Аппаратура автоматизации водоотливных установок, обору­ дованных насосными агрегатами с высоковольтными (3 или 6 кВ)

215

двигателями дополнительно обеспечивает возможность дистанцион­ ного пуска и остановки насосных агрегатов при положении уровня воды в пределах регулируемой емкости водосборника, контроль производительности насосов и сигнализацию о неисправности при уменьшении производительности на 15—20% по сравнению с опти­ мальной, защиту от гидравлического удара.

Аппаратура обеих групп обеспечивает также возможность про­ стого и быстрого перевода с автоматического управления на ручное.

Вцентробежных насосах, работающих в автоматизированных системах, должна предусматриваться автоматическая заливка их перед пуском. Такая заливка может осуществляться сифонным способом (заливка из вышележащих горизонтов) устройством за­ глубленных насосных камер, с помощью баковых аккумуляторов, из нагнетательного трубопровода или с помощью вспомогательных насосов. Последний способ считается лучшим.

Вкачестве примера автоматизации водоотливных установок рассмотрим упрощенную схему и общий принцип работы аппара­ туры АВН-1М.

Аппаратура АВН-1М

Эта аппаратура предназначена для автоматизации водоотливных установок, оборудованных тремя насосами, приводимыми в действие низковольтными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами.

В состав аппаратуры входят блок управления, сигнальное табло, блок генераторов, реле производительности насосов, датчики уровня воды и температуры подшипников, управляемые вентили и др. Основные цепи электрической схемы аппаратуры АВН-1М показаны на рис. 114.

Переключения в схеме во время пуска, остановки и контроля осуществляются моторным коммутатором, состоящим из электро­ двигателя М и десяти профилированных дисков, жестко укрепленных на валу двигателя и имеющих различный профиль (рис. 114, б). Против каждого диска укреплена группа контактных пружин. Когда в процессе вращения двигателя упоры контактов попадают в углубле­ ния дисков, происходят переключения: замкнутые пружины размы­ каются, а разомкнутые — замыкаются. На схеме (рис. 114, а) помимо порядковой нумерации пружин указаны номера контактных дисков, которыми они управляются, например 10КД13, 7КД 10 и т. д.

При включенном питании, когда уровень воды в водосборнике находится в допустимых пределах регулируемой емкости, диски моторного коммутатора неподвижны и занимают положение, показан­ ное на рис. 114, б. Упор находится в выемке диска 10КД, контакты 10КДЫ замкнуты, а 10КД13 — разомкнуты. При достижении водой в водосборнике верхнего уровня замыкаются контакты датчика верхнего уровня ДВУ и создается цепь: плюс, замкнувшиеся кон­ такты ДВУ , обмотка реле уровня РУ, контакты датчика нижнего уровня ДНУ , минус. В этой цепи срабатывает РУ и своими

216

10КД13

I ч

5КД

Рис. 114. Основные цени автоматизации водоотливной установки АВН-1М

to

--а

контактами РУ х шунтирует контакты ДВУ, а контактами Р У 2 замы­ кает цепь реле нулевой защиты PH: плюс, обмотка PH, замкнувшиеся контакты РУ 2, контакты 10НД14, минус. Реле PH срабатывает, его контакты P H ! замыкаются, а P H 2 размыкаются; при этом двигатель моторного коммутатора М получает питание от вторичной обмотки трансформатора Т„ через замкнувшиеся контакты P H , и контакты

1 К Д г, 2 К Д 2, ЗК Д 3.

Как только двигатель моторного коммутатора начинает вращаться, контакты 10КД 13 замыкаются, а контакты 10КДЫ размыкаются; однако размыкание контактов 10КД 14 не разорвет цепь обмотки PH, так как они шунтированы замкнувшимися контактами РН 3. В таком положении контакты 10КД13 и 10КД14 остаются до тех пор, пока коммутаторные диски не повернутся на 120° от своего исходного положения.

При повороте контактных дисков на5°замыкаются контакты 4КД1, которые и создают цепь включения первого заливочного вентиля 1ВУ (или вспомогательного заливочного насоса): плюс, обмотка 1ВУ, замкнувшиеся контакты 4КД7, контакты первого гидравлического реле 1РГ4, минус. Начинается заливка первого насоса.

При повороте контактных дисков на 50° замыкаются контакты 7КД 10 и через ранее замкнувшиеся контакты РН4 и контакты 1РГ 2 подают напряжение переменного тока на обмотку 1РП. Пусковое реле срабатывает и своими контактами 1РП замыкают цепь магнит­ ного пускателя 1МП; пускатель включает двигатель предварительно залитого первого насоса, благодаря чему начинается откачка воды из водосборника.

При повороте дисков на 80° размыкаются контакты 4КДп, что приводит к выключению 1ВУ, а следовательно, к прекращению заливки первого насоса.

При повороте дисков на 90° размыкаются контакты Ш Д 1 и замыкаются контакты 1КД4. Контакты1 К Д Х разрывают цепь пита­ ния двигателя моторного коммутатора, что приводит к остановке контактных дисков. Контакты 1КД 4 подготавливают цепь срабаты­ вания гидравлического реле 1РГ. Однако срабатывание этого реле зависит от производительности включенного насоса. Если за время, прошедшее с момента замыкания контактов 7КД10 до момента замы­ кания контактов 1КД4 первый насос развил нормальную произво­ дительность, то первое реле производительности сработает и своими контактами 1РПФ замкнет цепь реле защиты РЗ; его контакты Р З г разомкнутся и не позволят сработать реле 1РГ, несмотря на замы­ кание контактов 1КД4. При этом диски моторного коммутатора останутся неподвижными и первый насос будет продолжать отка­ чивать воду.

Когда в результате откачки вода в водосборнике достигнет ниж­ него уровня, размыкаются контакты ДНУ, что приводит к обесто­ чиванию обмотки реле РУ; контакты Р У 2 размыкают цепь реле PH, в результате чего его контакты РН 4 размыкают цепь 1РП, что в свою очередь приводит к выключению пускателя 1МП, а следовательно,

218