книги из ГПНТБ / Василевский, Марк Николаевич. Асинхронный привод шахтных подъемных машин
.pdf
М. Н. ВАСИЛЕВСКИЙ |
-чит- |
АСИНХРОННЫЙ ПРИВОД ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Второе издание, дополненное и исправленное
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ
МОСКВА 1960
АННОТАЦИЯ
Настоящая книга обобщает материал по вопросам проекти рования, монтажа и эксплуатации электрической части подъем ных машин с асинхронным приводом, а также знакомит чи тателей с основными направлениями дальнейшего совершенство вания и автоматизации привода подъемных машин.
Большое внимание в книге уделено вопросам применения новых в горной промышленности способов управления асинхрон ными двигателями — динамическому торможению, частотному и дроссельному управлению.
Излагаются практические методы выбора оборудования и во просы наладки и эксплуатации установок динамического тор можения.
Книга предназначена для инженерно-технических работни ков, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией электрической части шахтных подъемных машин.
Л______
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ |
НАУЧН-ТЕХНИЧЕСКАЯ j
БИБЛИОТЕКА СССР t
■-Л
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из важнейших звеньев технологического процесса добычи угля является шахтный подъем.
От надежной и четкой работы подъемной установки зависят
бесперебойная выдача полезного ископаемого и безопасность транспортирования людей.
Современное развитие техники шахтного подъема направле но на создание дешевой и надежной подъемной установки, что вполне обеспечивается возможностями изготовления как подъ емных машин, так и их электроприводов.
Применение многоканатных подъемных машин, высокая тех ника редукторостроения и новые, более совершенные способы регулирования асинхронного привода значительно расширяют
область применения последнего.
Если ранее существовало ограничение мощности асинхрон
ного привода (1000 кет), то в настоящее время этот предел зна чительно превзойден и за рубежом уже имеются установки
мощностью до 4000 кет при двухдвигательном приводе.
В отечественной практике шахтного подъема асинхронный привод благодаря своей надежности и низкой стоимости получил преимущественное распространение: из многих сотен подъемных установок только несколько десятков имеют привод по системе Г-Д.
В связи с этим особое значение для лиц, занимающихся про
ектированием и эксплуатацией подъемных установок, приобре тает знание основных свойств асинхронного привода, критериев рационального его выбора, режимов работы, способов и техни ческих направлений в улучшении его свойств и аппаратуры, ис
пользуемой для схем управления.
3.
Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах (ПБ) и Правилами технической эксплуатации угольных шахт
(ПТЭ) к подъемным установкам предъявляются жесткие тре бования, регламентирующие их проектирование и эксплуатацию.
Для упорядочения проектирования и выбора электрических аппаратов и схем управления подъемным двигателем исполь зованы нормы проектирования и наиболее удачные и распрост раненные решения схем ведущих проектных организаций и треста «Электропривод».
Частотное и дроссельное управление излагаются на основа нии работ Сталингипрошахта и по имеющемуся зарубежному опыту.
Во 2-е издание настоящей книги по сравнению с 1-м изда нием внесены значительные дополнения и изменения в главы, освещающие область работы асинхронного привода, проектиро вание, динамическое торможение, улучшение работы привода и автоматизацию его управления.
Автор считает своим долгом выразить благодарность канд.
техн, наук В. К. Медунову за ценные советы по теоретическим вопросам динамического торможения и канд. техн, наук М. А. Гольдину, инженерам В. А. Хорунжему, Л. О. Носовиц-
кому и К. Г. Вейсбергу за большую помощь при осуществлении установок динамического торможения и автоматизации подъема с новыми способами управления (при помощи дросселей насы
щения и низкой частоты).
Раздел первый
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ПРИВОДА ПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Глава I
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННОГО ПРИВОДА ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Асинхронный привод подъемных машин наиболее распро странен в отечественной угольной промышленности. Это объяс няется возможностью непосредственного использования пере менного тока и сравнительно простой аппаратуры при большой надежности ее работы и небольших первоначальных затратах.
Выбор типа привода определяется: экономичностью, удобст вом управления, механической частью подъемной машины и мощностью питающей сети.
§ 1. ЭКОНОМИЧНОСТЬ ПРИВОДА
Шахтная подъемная установка представляет собой сложный электромеханический комплекс, для достижения высокой эко номичности которого необходимо учитывать как свойства того или иного типа привода, так и влияние на него параметров ме ханической части подъемной установки в целом. На экономич ность работы привода большое влияние оказывают также при нятая диаграмма скорости и величина поднимаемого груза.
Для правильного выбора наиболее рационального типа при вода нужно сравнить все практически возможные, наиболее выгодные варианты сочетаний механической части с различ ными типами приводов. Обычно таких вариантов бывает не бо
лее двух-трех и при наличии простой методики их сравнения
легко выяснить преимущества того или иного типа привода.
Экономичность привода определяется как затратами на эксплуатацию (расход энергии, обслуживание, ремонт), так и капитальными затратами.
При конкретных глубине и производительности шахты основ
ным фактором, от которого зависит экономичность всей подъем
ной установки в целом, является вес поднимаемого за один раз
5
груза. Наивыгоднейший' груз достаточно точно может быть оп ределен по формуле
QrP = 5,7Q4|///,
где Qrp — вес поднимаемого |
груза, кГ; |
|
Q4 — требуемая часовая |
производительность установки, /п; |
|
Н—высота подъема, м. |
|
|
Полученное значение Qrp |
округляется до ближайшей боль |
|
шей грузоподъемности стандартного скипа. |
|
|
|
Зная величину поднимаемого гру |
|
за, после выбора соответствующего |
||
типоразмера |
подъемной машины |
|
определяем максимальную скорость |
||
подъема отах, |
мощность привода и |
|
к. п. д. установки.
Для определения наивыгодней ших параметров подъемной уста
Рис. 1. Зависимость време ни подъема, мощности, диа метра и величины подни маемого груза от скорости подъема
новки также может быть взята ве личина максимальной скорости дви жения каната отах. Как показывает
технико-экономический анализ, при
конкретной высоте подъема суще
ствует наивыгоднейшая максималь ная скорость подъема, которая обеспечивает получение минималь ных капитальных затрат и макси
мального к. п. д. подъемной уста
новки и может быть определена по
формуле.
Члах= (0,4 н- 0,5) /аН = (0,4 -н 0,5) v0
где а — ускорение, м/сек2. |
|
|
|
||
На рис. 1 |
показана зависимость времени подъемного цикла t |
||||
|
|
Q |
мощности приводного дви- |
||
величины поднимаемого груза д-, |
|||||
Р |
|
D |
|
^тах |
|
гателя -р и |
диаметра органа навивки |
от отношения--^-. |
|||
Из рис. |
1 видно, |
что наиболее благоприятные |
параметры |
||
подъемной |
установки |
получаются |
при |
отношении |
—^ = 0,5 |
(время подъема достаточно мало, |
поднимаемый груз и мощ |
||||
ность невелики, диаметр органа навивки |
мал). |
|
|||
6
Если принимать скорость т>тах > 0,5^0, то выигрыш во вре
мени подъема получается незначительный, а. мощность привода резко возрастает; если принимать ‘Птах<СОД'и0’ то время подъе
ма и величина поднимаемого груза |
значительно возрастают, |
но мощность привода падает. |
зависит для асинхронного |
Как известно, к. и. д. установки |
привода от перегрузки двигателя и характеристики динамиче ского режима, для привода по системе Г-Д — в основном толь ко от характеристики динамического режима.
Это дает возможность сделать вывод о наиболее желатель ных комбинациях механической части и типа привода, обеспе чивающих высокий к. п. д. установки при наиболее простом
исполнении.
В случае асинхронного привода для снижения перегрузки
двигателя при пуске, а следовательно, и для увеличения к. п. д.
установки следует принимать уравновешенную систему подъема с навеской хвостового каната или применением органа навивки переменного радиуса; важно также добиваться снижения при веденной массы установки.
При системе Г-Д влияние уравновешивания на к. п. д. уста новки менее значительно, поэтому применять хвостовой канат или орган навивки с переменным радиусом можно при больших глубинах, чем при асинхронном приводе. Следовательно, при системе Г-Д механическая часть подъемной установки в боль шинстве случаев может быть более простой, чем при асинхрон ном приводе (отсутствие хвостового каната, орган навивки по
стоянного радиуса).
При правильном выборе сочетания механической и электри ческой частей установки общий к. п. д. асинхронного привода при отсутствии надобности в длительной работе подъема с по ниженной скоростью почти не отличается от к. п. д. системы Г-Д, а при глубоких шахтах даже выше.
Вместе с тем в настоящее время существуют системы подъ ема и такие тарифы платы за электроэнергию, которые без срав нения вариантов позволяют отдавать предпочтение асинхрон ному приводу. Такой системой подъема является подъем со шки
вом трения одноили многоканатным при работе со всех горизонтов и с максимальной скоростью. Подъем со шкивом тре ния независимо от типа привода снабжается хвостовым канатом и имеет движущиеся массы меньше, чем у барабанных машин.
Особенно благоприятен для применения асинхронного привода
подъем с многоканатным шкивом трения и расположением ма шины над стволом шахты, так как благодаря малому диаметру шкива трения можно применять быстроходные приводные дви
гатели, весьма дешевые и легкие.
Примером того, как на систему подъема влияет система оплат и тариф на электроэнергию, могут служить установки Южной
Африки на самых глубоких в мире стволах. Южноафриканская
7
электрическая компания, имеющая мощную сеть й деше вые источники энергии, не взимает плату за установленную мощность, а стоимость 1 кет • ч энергии составляет всего
0,012 коп. Благодаря этому на южноафриканских шахтах в по давляющем большинстве применяются асинхронный привод и подъемные машины с цилиндрическими барабанами без хвосто вого каната (при глубине шахт до 2200 м).
На расход электроэнергии и, следовательно, на к. п. д. подъ
емной установки влияет также степень загрузки подъемной установки, или коэффициент неравномерности поступления гру
за. На молозагруженных установках или установках с большим коэффициентом неравномерности непрерывно вращающиеся мощные вспомогательные электромашины потребляют большое количество энергии и значительно снижают к. п. д. привода ш>
системе Г-Д. Потребление энергии вспомогательными потреби телями при асинхронном приводе ничтожно.
По новым нормам проектирования подъемных установок для скиповых подъемов коэффициент неравномерности принимается равйым 1,5 и для клетевых 2,0 при работе подъема в течение 12—14 ч. Следовательно, вновь проектируемые установки по-
выдаче груза работают только 9—40 ч в сутки остальное время все вспомогательные агрегаты работают вхолостую.
По капитальным затратам привод по системе Г-Д всегда значительно дороже асинхронного.
При асинхронном приводе первоначальные затраты и объем работ получаются минимальными по сравнению со всеми дру гими, получившими распространение, типами привода. Напри мер, объем здания для подъемной машины с бицилиндрическим
барабаном и |
асинхронным |
приводом |
равен 8100 м3 вме |
сто 10 400 м3 |
для такой же |
машины с |
приводом по системе |
Г-Д.
Для осуществления привода по системе Г-Д требуется уста новленная мощность электрических машин в 3 раза большая,,
чем для асинхронного привода. Это соответственно увеличивает расход цветных металлов, удорожает установку и увеличивает время монтажа. Несмотря на то, что при системе Г-Д отпадает
надобность в редукторе, удорожание этого привода по срав
нению с асинхронным достигает 60—70% и вес установленногоэлектрооборудования возрастает в 7—8 раз.
При выборе типа привода следует также учитывать, что-
получение 100% резервирования при асинхронном приводе до стигается при гораздо меньших капитальных затратах и по бо лее простой схеме, чем при системе Г-Д.
Кроме безредукторного привода по системе Г-Д с тихоход ным двигателем, за рубежом получил широкое распростране ние быстроходный привод по системе Г-Д с редукторной пере
дачей. Этот привод по капитальным затратам дешевле тихоход
ного, но дороже асинхронного привода.
8