1326

тальные золотники нагружались дополнительным усилием, нормальным к оси золотни-

ка, от N = 0 до N = 120 Н.

Методика исследования заключалась в следующем: золотниковая пара устанавливалась в экспериментальное золотниковое устройство в горизонтальном положении. Устройство подключалось к гидромеханической системе опытного стенда. Золотник нагружался определенным дополнительным усилием, после записывались нулевые показания датчиков. Затем включалась насосная станция стенда, и в камеру золотникового устройства подавалось определенное давление. После выдержки золотниковой пары под этим давлением в течение 3–5 мин золотник перемещался в осевом направлении на

1,5–2,0 мм.

На осциллографе синхронно записывались показания датчиков. Для измерения сил трения в золотниковой паре использовался датчик усилий тензометрического типа (разработан в ПНИПУ). Момент страгивания золотника с места и величина перемещения его в осевом направлении фиксировались датчиком перемещений индуктивного типа. После записи сигналов датчиков вся система приводилась в исходное положение. Затем опыт повторяли при выдержке золотниковой пары под давлением в течение 1 мин.

Степень разгрузки оценивалась по уровню трения в золотниковой паре. При сравнении экспериментальной и расчетной разгрузочной способности самоцентрирующихся золотников трехступенчатой формы и золотниковых втулок с деформируемой стенкой использовались «условные» коэффициенты трения в золотниковых парах. Эти коэффициенты в золотниковых парах, работающих на маловязкой жидкости, изменялись от 0,15–0,20 до 0,06. При полной разгрузке золотниковых пар от сил трения «условные» коэффициенты трения принимались близкими к коэффициентам жидкостного трения (~ 0,06). Из рис. 2 видно, что золотники с разгрузочными канавками (кривая 4), с поднутрением (кривая 3), с коническими поясками (кривая 2) и самоцентрирующиеся золотники трехступенчатой формы (кривая 1) обеспечивают снижение сил трения в золотниковой паре.

Рис. 2. Разгрузка золотниковых пар от сил трения: 1 – самоцентрирующийся золотник трехступенчатой формы; 2 – с коническими поясками; 3 – с поднутрением; 4 – с разгрузочными канавками; 5 – с гладкими поясками

71

Золотник с поднутрением обладает невысокой разгрузочной способностью, поскольку разгрузочные канавки расположены в зоне высокого давления (см. рис. 1, г). Эти канавки способствуют перетеканию маловязкой жидкости в окружном направлении, уменьшают ассиметричность распределения давления в зазоре золотниковой пары

ибоковую неуравновешенную силу давления, центрирующую золотник во втулке.

Кнедостаткам конструкции золотника с поднутрением следует отнести и наличие выступов шириной 2,75 мм (см. рис. 1, г), которые не обеспечивают длительной сохранности поясков золотников при возможных износах. Вследствие невысокой разгрузочной способности и ряда конструктивных недостатков золотники с поднутрением не применяются в настоящее время в золотниковых парах, работающих на маловязкой жидкости (в частности, в золотниковых парах агрегатов топливорегулирующей аппаратуры авиационных двигателей).

Значительно большей разгрузочной способностью обладает золотник с коническими поясками (см. рис. 2, кривая 2). При увеличении перепада давления от 0 до 3 МПа силы трения в золотниковой паре интенсивно уменьшаются и достигают наименьших значений. Дальнейшее увеличение перепада приводит к стабилизации сил трения в золотниковой паре.

Однако золотник с коническими поясками имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение в золотниковых парах, работающих на маловязкой жидкости. Во-первых, разгрузочные канавки, расположенные в зоне высокого давления (см. рис. 1, в), способствуют интенсивному перетеканию маловязкой жидкости в окружном направлении, что приводит к уменьшению разгрузочной способности золотника с коническими поясками. При этом разгрузочная способность золотника такого типа (см. рис. 2, кривая 2) примерно

в1,5 раза меньше разгрузочной способности самоцентрирующегося золотника трехступенчатой формы (см. рис. 2, кривая 1). Во-вторых, при изготовлении конусность поясков золотника в пределах 0,03–0,05 мм на длине 11 мм обеспечивается технологически значительно трудней. И, наконец, сужающаяся коническая щель между сопрягаемыми поверхностями золотника и втулки способствует попаданию в зазор частиц загрязнений, находящихся в жидкости, что может привести к заклиниванию золотника во втулке.

Для защиты микрометрических зазоров в золотниковых парах от попадания в них частиц загрязнений, находящихся в жидкости, каждый поясок золотников с поднутрением и коническими поясками имеет фильтр (см. рис. 1, в, г), состоящий из буртика шириной 1,2–6,0 мм и разгрузочной канавки.

Разгрузку золотникововй пары от сил трения при перепадах давления свыше 7 МПа и дополнительной нагрузке до 87 Н обеспечивает золотниковая втулка с деформируемой стенкой (рис. 3).

При этом опытные точки достаточно хорошо аппроксимируются одной эмпирической кривой (см. рис. 3, нижняя сплошная кривая). Дальнейшее увеличение дополнительной нагрузки приводит к уменьшению разгрузочной способности золотниковой втулки с деформируемой стенкой и полной разгрузки золотниковой пары от сил трения в этом диапазоне изменения перепадов давления не наблюдается (см. рис. 3, верхняя сплошная кривая). На рис. 3 показаны расчетные разгрузочные способности золотниковой втулки с деформируемой стенкой при одновременном учете конусности и эллипсности поясков золотника (пунктирная линия) и без учета эллипсности (штрихпунктирная линия). При этом пунктирная линия ограничивает опытные точки сверху, а штрихпунктирная – снизу.

72

УДК 658.658.18

А.В. Сотин, Л.В. Крашевский, А.М. Романов

Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова

МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

В статье рассмотрены нерешенные проблемы построения системы мониторинга параметров электробезопасности.

Ключевые слова: система, электробезопасность, заземляющее устройство, мониторинг.

A.V. Sotin, L.V.Kraszewski, A.M. Romanov

Perm State Agricultural Academy by academician D.N. Pryanishnikov

GROUNDING SYSTEM STATUS MONITORING

This article addresses the number of unsolved problems of assembling the system for the monitoring of electrical safety parameters.

Keywords: system, electrical safety, grounding device, monitoring.

Введение

Требования по электробезопасности сформулированы в «Правилах устройства электроустановок» и отраслевых ГОСТах. Выполнение данных требований обеспечивает электробезопасность обслуживающего персонала при эксплуатации электрооборудования.

Под электробезопасностью понимается система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного действия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Одним из требований, обеспечивающих безопасную эксплуатацию электрооборудования, является применение заземляющего устройства.

Проблемы монтажа заземляющего устройства

Принцип построения заземляющего устройства основан на эффекте растекания электротока в земле. Несмотря на то, что земля является плохим проводником электрического тока, электрическое сопротивление земли в силу своей большой площади является сравнительно небольшим.

Свойства грунта как проводника электрического тока характеризуются величиной его удельного сопротивления, которая зависит от характера грунта, его температуры, влажности и концентрации солей в почвенном растворе [1] (таблица).

75

Значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов

При монтаже заземляющего устройства необходимо учитывать, что почва является неоднородной, а в некоторых случаях и многослойной [2] средой с сезонным влагонаполнением. Также следует отметить, что в городской среде монтаж устройств заземления происходит в условиях использования техногенного грунта с еще более вариативными значениями удельного электрического сопротивления.

При эксплуатации электроустановок возникают следующие типичные проблемы: пропадание цепи между заземляющим устройством и заземляемыми элементами; короткое замыкание электроустановки; изменение удельного сопротивления грунта в районе заземляющего устройства, что приводит к некорректной работе электрокоммутационного оборудования, систем охранной и пожарной безопасности, влияет на работоспособность контрольно-измерительных приборов и систем передачи данных.

Таким образом, одним из путей обеспечения требуемого уровня электробезопасности является организация мониторинга технического состояния заземляющего устройства. Наиболее актуальной данная задача является для редкопосещаемых технологических объектов, так как надежность работы всех электронных подсистем напрямую зависит от качества заземления.

Технологический мониторинг параметров состояния заземляющего устройства

Существующие системы аварийно-технологического мониторинга [3] контролируют различные параметры систем «жизнеобеспечения» и пожарной безопасности объекта. Однако, несмотря на то, что надежность работы всех контролируемых систем напрямую зависит от состояния системы электробезопасности, мониторинг параметров этой системы не осуществляется.

Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей (приказ Министерства энергетики РФ от 13.01.2003 № 6), для определения технического состояния заземляющего устройства в соответствии с нормами испытаний электрооборудования необходимо контролировать следующие параметры:

−сопротивление заземляющего устройства;

−напряжение прикосновения (в электроустановках, заземляющее устройство которых выполнено по нормам на напряжение прикосновения),

−наличие цепи между заземляющим устройством и заземляемыми элементами,

атакже соединений естественных заземлителей с заземляющим устройством;

76

−токи короткого замыкания электроустановки и контроль состояния пробивных предохранителей;

−удельное сопротивление грунта в районе заземляющего устройства. Современные инструментальные средства измерения электрических параметров,

сопряженные с системами телеметрического контроля, позволяют реализовать дистанционный мониторинг состояния заземляющего устройства в полном соответствии с требованиями приказа.

Выводы

При построении системы технологического мониторинга наряду с «традиционными» характеристиками технических систем необходимо предусмотреть телеметрию параметров электробезопасности. Варианты реализации этого мониторинга обусловлены режимом эксплуатации и важностью объекта.

Список литературы

1.Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: учеб. пособие для вузов. – М.: Энергия, 1979.

2.Выделение редких и исчезающих почв в связи с созданием красной книги почв Пермского края / О.З. Еремченко, И.Е. Шестаков, Ф.В. Чирков, Т.Г. Филькин // Вестник Перм. ун-та. – 2008. – Вып. 9 (25).

3.Сотин А.В., Крашевский Л.В., Романов А.М. Использование независимой системы мониторинга для обеспечения безопасности населения при чрезвычайных ситуациях // Современный город: власть, управление, экономика: сб. науч.-практ. конф., Пермь, 22 марта 2012. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 556 с.

Получено 17.10.2013

УДК 614.847.9

М.Ю. Лискова, И.С. Наумов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ШАХТАХ И РУДНИКАХ

Аварийные режимы связаны в основном с распространением пожарных или иных газов по выработкам шахт, угрожающих здоровью работающих. Определение пути распространения газов необходимо, так как с этим связано принятие решения об изменении режима (реверсивного, нормального или нулевого) вентиляции, способствующего эвакуации людей из аварийных участков.

Ключевые слова: вентиляционная сеть, главная вентиляторная установка, выработанные пространства, аварийная вентиляция шахт (рудников), выработка, переходный период.

M.Yu. Liskova, I.S. Naumov

Perm National Research Polytechnic University

DESIGN OF EMERGENCY SITUATIONS IN MINES

Emergency regimes are mainly related to the spread of fire or other gases by mines, threatening the health of employees. Determination of pathways of gases must, because this is why the decision to change the mode (reverse, normal or zero), ventilation, contributing to the evacuation of people from emergency areas.

Keywords: ventilation network, main fan installation, worked out of space, emergency ventilation of mines (mines), development, transitional period.

Аварийные ситуации, связанные с пожарами в угольных и рудных шахтах, являются наиболее тяжелыми и опасными, с точки зрения эвакуации горнорабочих и ликвидации последствий аварии, так как они сопровождаются гибелью не только рабочих, но и людей (горноспасателей), участвующих в ликвидации этих аварий. Примеров множество (таблица).

Поэтому над проблемой создания системы надежных и безопасных путей эвакуации рабочих, застигнутых аварией, работали и работают ученые в России и за рубежом. В основе данных работ лежит создание модели развития аварии в первые (наиболее интенсивные процессы эвакуации) и последующие моменты времени. Эти модели должны прогнозировать распространение пожарных газов в выработках шахт при возможных очагах возгорания с тем, чтобы определить надежные и безопасные (свободные от газов) пути выхода рабочих из аварийных участков.

Разработан аппарат математического моделирования аварийных ситуаций, связанных с возникновением пожара в шахте. За основу методики создания модели аварийных ситуаций принят метод расчета графов, представляющих расчетную модель вентиляционной системы шахты. Данная модель позволяет получить расходы воздуха во всех вет-

78

вях (выработках) вентиляционной сети при воздействии на нее естественных и искусственных источников тяги (естественной тяги, вентиляторов, работающих через перемычку или на вентиляционный трубопровод, эжекторов) или регуляторов (регулирующих перемычек или стабилизаторов).

Некоторые сведения о крупнейших авариях на шахтах за последние 20 лет

В настоящее время на каждую аварийную ситуацию в шахте составляются планы ликвидации аварий (ПЛА). При разработке мероприятий по ликвидации последствий аварии и эвакуации горнорабочих из аварийный участков, которые закладываются в позициях ПЛА, исходят из того, что изменение режима вентиляции шахты происходит мгновенно с момента изменения режима работы главной вентиляционной установки (ГВУ). Однако наличие выработанных пространств затягивает процесс изменения режима вентиляции, что затрудняет безопасную эвакуацию рабочих из аварийных участков. В этих случаях эвакуация рабочих по обозначенным эвакуационным путям может стать не только затруднительной, но и невозможной.

79