книги из ГПНТБ / Электрические подъемные установки учебное пособие для студентов горных вузов проф. В. Б. Уманский ; под редакцией Барамидзе К. М. 1960- 20 Мб

228 Подъемная -машина системы генератор—двигатель (Г—Д)

потребляемой подъемной установкой мощности для питающей ее электростанции не имеет существенного значения.

Мы охотно идем на применение криволинейных диаграмм

скорости, потому что этим путем можно получить резкое сниже­

ние пика потребляемой мощности без производства каких-либо дополнительных затрат и без дополнительных потерь энергии. Совершенно очевидно, что было бы бессмысленно отказываться

от возможности сгладить кривую потребляемой мощности, если

это можно сделать лишь за счет изменения профиля выступа

Рис. 137.- Агрегат Г—Д—М с синхронным приводным двига­ телем и гидравлической муфтой скольжения

ускорения на диске ретардирующего устройства. Но мы не согласимся покупать даже более совершенное выравнивание нагрузки за счет установки дорогого оборудования и значитель­

ных потерь энергии. При наличии районных электростанций и мощных электроколец система Г—Д—М не имеет перспектив на распространение.

Применение синхронного приводного двига­

теля в системе Г—Д—М. Описывая систему Г—Д—М, мы имели в виду, что приводным двигателем служит асинхронный двигатель. Применение синхронного двигателя, как не поддаю­ щегося регулировке и, следовательно, не могущего обеспечить процесс зарядки и разрядки маховика, исключалось.

За границей стали строить (Подъемные установки системы Г—Д—М с приводом от синхронного двигателя. В этой уста­ новке (рис. 137) синхронный двигатель Д, с одной стороны, и

управляющая динамо УД и маховик М, с другой стороны, свя­

заны между собою гидравлической муфтбй ГМ. Регулятор скольжения воздействует теперь на муфту; синхронный двига­

муфте, снижать скорость, причем маховик заряжается и разря­ жается так же, как и при асинхронном двигателе с регулятором скольжения, воздействующим на реостат в цепи ротора привод­

ного двигателя. Это изобретение дает возможность сочетать преимущества системы Г—Д—М (выравнивание нагрузки) с преимуществом, связанным с применением синхронного двига­

теля (улучшение коэффициента мощности сети).

В нашей стране это изобретение не имеет перспектив на рас­

пространение, как не имеет перспектив на распространение си­ стема Г—Д—М в любых ее разновидностях.

Глава IX

ВЫБОР ТИПА ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ

В предыдущих главах мы говорили, что каждый элемент

подъемной установки может быть выбран в том или ином

качественном оформлении.

Так, для одних и тех же условий может быть выбран орган навивки с постоянным или переменным радиусом. В первом случае это может быть цилиндрический барабан или шкив тре­ ния, во втором — бицилиндроконический, конический барабан

или, наконец, бобины.

Приняв цилиндрический барабан, можно применить хвосто­ вой канат или избежать его. В первом случае этот канат может быть выбран равновесным или тяжелым. Электрический привод

может быть выполнен в виде простого асинхронного двигателя,

системы Г—Д или Г—Д—М. Наконец, для работы подъема может быть выбран тот или иной динамический режим.

Совокупность элементов подъемной установки в их конкрет­

ном качественном проявлении называется типом подъемной установки.

Основной и наиболее трудной задачей проектировщика,

производящего расчет подъема, является правильный выбор типа подъемной установки.

Мы не предполагаем давать конкретные рецепты для реше­ ния этой задачи. Выбор типа подъемной установки должен производиться на основании учета целого ряда факторов, среди которых весьма существенную роль играют так называемые «местные условия», кроме того, большую роль играет опыт проектировщика. В этой главе мы дадим лишь основные ру­ ководящие указания, которые помогут ориентироваться в этом

вопросе.

Динамический режим. В предыдущих главах было показано, что для каждой системы электрического привода может быть рекомендована определенная диаграмма скорости:

при системе Г—Д — это криволинейная диаграмма с убывающим ускорением в первом периоде, при асинхронном двигателе —

прямолинейная трапецеидальная диаграмма скорости. Было также показано, что на выбор элементов этой диаграммы влияет степень статической неуравновешенности, т. е. по су-

ществу система механической части установки. Так, из условия использования перегрузочной способности асинхронного двига­ теля, при статически уравновешенной системе, оказывалось целесообразным выбирать меньшие значения множителя ско­ рости, чем при неуравновешенной, и т. д. Этим самым опреде­ ляется выбор динамического режима для каждой комбинации

стым расчетом, если уже выбраны система электрического при­

вода и система механического уравновешивания. Затруднения возникают при выборе последних.

Система электрического привода. Из систем электрического привода, распространенных на практике, в наших условиях мы исключаем из рассмотрения систему Г—Д—М по соображениям, которые были достаточно полно выявлены в пре­

дыдущей главе.

Система Г—Д несомненно имеет ряд технических преиму­ ществ по сравнению с приводом от асинхронного двигателя. Основное из них— простота управления. Но три электрические машины приблизительно одинаковой мощности вместо одной —

это слишком высокая цена за достоинства системы Г—Д.

Совершенно естественно поэтому, что стараются по возмож­

ности избежать установок Г—Д и проектировать подъемные установки с приводом от асинхронного двигателя.

Предохранительная и регулирующая аппаратуры приме­ няемые в современных подъемных машинах с приводом от асин­ хронного двигателя, обеспечивают им достаточно высокую сте­ пень надежности.

В настоящее время идет работа над автоматизацией про­

цесса управления подъемной машиной с приводом от асинхрон­

ного двигателя. Автоматизированная подъемная установка с приводом от асинхронного двигателя по степени технического совершенства приближается к системе Г—Д.

В настоящее время область применения системы Г—Д огра­

ничивается лишь очень мощными подъемными установками

(1200 кеш и выше).

В таких подъемных установках степень технического совер­

шенства, простота и надежность управления имеют особенно большое значение. По мере совершенствования аппаратуры для подъемной машины с приводом от асинхронного двигателя гра­ ницы применения последней отодвигаются в сторону все более ответственных и мощных установок.

При прочих равных условиях имеется больше оснований для

’Применения системы Г — Д на интенсивных подъемных установ­

теле (так как при асинхронном двигателе в случае интенсивного подъема приходится выбирать большие значения для множителя скорости, а этому значению пропорциональны потери в регулиро­ вочном реостате). Наоборот, при неинтенсивных подъемных уста­ новках, с точки зрения расхода энергии, имеет преимущество

асинхронный двигатель. Кроме того, управление скиповой подъ­ емной установкой, характеризующейся жестко постоянным режи­ мом нагрузки, при асинхронном двигателе проще, чем управле­ ние клетевой подъемной установкой, выполняющей ряд разнооб­ разных функций.

Некоторые преимущества имеет система Г—Д по сравне­ нию с приводом от асинхронного двигателя в случае необходи­ мости применения сложных диаграмм скорости: например, при опрокидных скипах или опрокидных клетях.

Однако все эти соображения в условиях сегодняшнего дня

имеют подчиненное значение. Основная тенденция к применению

асинхронного двигателя во всех случаях, за исключением очень

мощных подъемных установок, остается в силе. Эти соображения приобретают решающее значение в том случае, когда речь идет о подъемной установке такой мощности, которая находится на­

грани, отделяющей область применения асинхронного двигателя и системы Г—Д.

Так, например, подъем скипами с донной разгрузкой мощ­ ностью в 1000 кет и даже выше можно себе мыслить оборудо­ ванным асинхронным двигателем. Но если речь идет о подъеме

В основном этот вопрос сводится к выбору системы уравно­ вешивания машины (компенсации влияния головного ка­ ната).

Очевидно, что наиболее простая и дешевая система механи­

ческой части установки—система неуравновешенная. Она пред­ полагает применение простого цилиндрического барабана

и отсутствие хвостового каната, который всегда является неже­ лательным элементом подъемной установки, так как применение его связано с дополнительными затратами и требует постоян­ ного ухода и надзора.

В случае применения неуравновешенной системы (постоян­ ный радиус навивки, хвостового каната нет) степень статичес­

кой неуравновешенности тем больше, чем больше глубина шахты:

д —

kQ '

Техническим пределом применения неуравновешенной системы следует считать такую глубину шахты, при которой вес отвеса-

каната pH становится равным полезному грузу Q. В этом слу­

при меньших глубинах часто оказывается рациональным при­ бегать к уравновешенной системе подъема.

Дело в том, что с увеличением степени статической неурав­ новешенности увеличивается эффективная, а следовательно,, и строительная мощность подъемного двигателя. Это видно из диаграммы на рис. 138.

Здесь по оси ординат отложено отношение эффективной мощ­ ности подъемной установки к шахтной

Т’эфф

Р = Л

причем под шахтной мощностью подразумевается величина, не зависящая от выбранной системы установки и определяющаяся

234 Выбор типа подъемной установки

произведением среднего статического усилия kQ и средней скоро­ сти движения машины-^ :

(в киловаттах).

Таким образом, для данной установки величина р прямо пропор­

циональна эффективной мощности. В технической литературе величина р известна под названием характеристики динамичес­ кого режима (терминология академика М. М. Федорова).

По оси абсцисс отложена степень статической неуравнове­ шенности

—kQ ‘

Кривые р = /(А) построены для разных значений интенсив­ ности подъемной установки.

Уже при А = 0,5—0,6 эффективная мощность становится настолько велика по сравнению с той же мощностью при Д = 0, ■что из экономических соображений оказывается выгодным при­ менение уравновешенной системы. Такому значению степени

статической неуравновешенности соответствует глубина шахты: при клетевом подъеме около 300 м, при скиповом подъеме

■около 500 м.

При таких глубинах уже возникает вопрос об уравновешива­

нии системы, хотя применение неуравновешенных систем еще вполне возможно.

При асинхронном двигателе степень статической неуравно­ вешенности влияет не только на эффективную мощность машины,

(смотри табл. 25), вместе с которым возрастают и потери в рео­ стате; при системе же Г—Д неуравновешенность системы ника­ кого практического влияния на расход энергии системы не имеет. Поэтому, при прочих равных условиях, скорее может быть до­ пущена неуравновешенная система при приводе системы Г—Д, чем при приводе от асинхронного двигателя. В последнем случае глубина шахты в 300 м для клетевого подъема и 500 м для ски­ пового— это почти предел экономически целесообразного приме­ нения неуравновешенных систем. В то же время при системе Г—Д вполне мыслимо применение неуравновешенных систем и для более глубоких шахт.

Цифры предельных глубин определены из условий определен­ ных соотношений между мертвым и полезным грузом, действи­

тельным для современных угольных шахт. При других соотно-

тениях эти цифры будут совершенно иными. В частности для руды, отличающейся большим удельным весом, соотношение ме­

жду мертвым и полезным грузом более благоприятно, чем для угля, и эти цифры изменяются в этом случае в сторону увели­ чения.

Область применения бицилиндроконических барабанов. Уравновешивание возможно путем применения либо хвостового каната, либо переменного радиуса навивки.

Диаметр органа навивки выбирается из условий благоприят­ ного соотношения между ним и диаметром каната (^ > 80-s-lOO).

При относительно небольших глубинах (приблизительно до

600 м) выбранный из этих условий диаметр цилиндрического ба­

рабана обеспечивает размещение на его боковой поверхности необходимой длины каната при стандартной ширине барабана (не свыше 2,4 м), причем никаких затруднений с размещением машины около ствола шахты и с углами отклонения каната на барабане не возникает. Если бы мы в этом случае вздумали применить барабан с переменным радиусом навивки, например, бицилиндроконический, то нам пришлось бы диаметр малого

цилиндра выбрать из того же условия -у- > 80 -ь 100, т. е. сделать

его приблизительно равным диаметру цилиндрического бара­ бана, который мог бы быть выбран в тех же условиях. Чтобы обеспечить необходимую уравновешенность системы, диаметр большого цилиндра должен быть больше диаметра малого ци­ линдра по крайней мере в 1,5 раза.

На рис. 139 показаны цилиндрический и бицилиндрокониче­ ский барабаны, которые могут быть выбраны для одних и тех же условий в рассмотренном случае. Из этой фигуры совершенно

ясно, что в рассмотренном случае бицилиндроконический бара­ бан окажется значительно более громоздким и дорогим органом

навивки, чем цилиндрический барабан (вес и цена барабана

впервом приближении пропорциональны квадрату его диаметра

ипервой степени ширины). Поэтому в этом случае уравновеши­ вание системы при помощи хвостового каната окажется более целесообразным, чем путем применения переменного радиуса навивки.

Совершенно иначе обстоит дело при глубоких шахтах (800 м

ибольше). В этом случае (если бы мы стали выбирать диаметр барабана из условий допустимого отношения его к диаметру каната), чтобы разместить на барабане необходимую длину ка­ ната, нам пришлось бы допустить чрезмерную ширину барабана.

При этом возникли бы практически непреодолимые затруднения

суглами отклонения каната. Чтобы избежать этих затруднений,

приходится увеличивать диаметр барабана, который теперь уже