Спосіб керування головною водовідливною установкою вугільної шахти

Реферат: Спосіб керування головною водовідливною установкою вугільної шахти, що включає задавання умов відкачування води та рівня заповнення водозбірника, причому попередньо встановлюють періоди відкачування води при мінімальних і середніх електричних навантаженнях в енергосистемі та інтервал зміни режиму роботи насосів, з урахуванням чого визначають кількість одночасно працюючих насосних агрегатів, а також встановлюють періоди максимальних навантажень в енергосистемі без використання насосів. UA 86645 U (54) СПОСІБ КЕРУВАННЯ ГОЛОВНОЮ ВОДОВІДЛИВНОЮ УСТАНОВКОЮ ВУГІЛЬНОЇ ШАХТИ UA 86645 U UA 86645 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технологічного процесу відкачування води з підземних гірничих виробок, зокрема до керування режимами роботи головної водовідливної установки вугільної шахти. Відомий спосіб керування головною водовідливною установкою шахти, що полягає у задаванні мінімального, максимального та аварійного рівнів води у водозбірнику та керуванні режимами роботи насосів головного водовідливу залежно від досягнення водою цих рівнів: мінімальний - вимикання усіх насосних агрегатів, максимальний - вмикання робочих та аварійний - резервних насосів. [Электрификация стационарных установок шахт: Справочное пособ. / С.А. Волотковский, Д.К. Крюков, Ю.Т. Разумний и др. Под общей ред. Г.Г. Пивника. - М.: Недра, 1990. - С. 183-184.] Недоліком відомого способу є його обмеження щодо функцій регулювання режимів електроспоживання головної водовідливної установки, що призводить до надлишкових витрат коштів на оплату спожитої водовідливом електроенергії. Найближчим технічним рішенням є спосіб керування головною водовідливною установкою шахти, який дозволяє вибирати мінімальну кількість насосів для пікових та напівпікових зон з метою зменшення плати за споживану електроенергію за умов диференційованого тарифу, а також використовує фактичні значення коефіцієнта корисної дії насосних агрегатів. [Энергоэффективность комплекса шахтного водоотлива / Г.Г. Пивняк, А.С. Бешта, А.В. Балахонцев [и др.] // Электротехнические комплексы и системы: научно-технический журнал. Киев: "Техника". - 2011. - № 03(79). - С. 394-396.] Недоліком відомого способу є те, що покладена в його основу методика вибору працюючих насосів протягом відповідної зони доби (пікової, напівпікової або нічної) обмежує можливості регулювання режимів роботи та електроспоживання головного водовідливу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу керування головним водовідливом, в якому шляхом введення інших технологічних параметрів забезпечується вибір одночасно працюючих насосів на відповідний період доби при застосуванні диференційованого тарифу з використанням робочих параметрів насосів. Все це призводить до покращення властивостей головної водовідливної установки щодо виконання функцій споживача-регулятора електричних навантажень і, за рахунок цього, зниження обсягу споживаної насосами електроенергії в періоди пікових навантажень в енергосистемі та, відповідно, грошових витрат на її оплату. Задача вирішується тим, що у відомому способі керування головною водовідливною установкою вугільної шахти, що включає задавання умов відкачування води та рівня заповнення водозбірника, згідно корисної моделі попередньо встановлюють періоди відкачування води при мінімальних і середніх електричних навантаженнях в енергосистемі та інтервал зміни режиму роботи насосів, з урахуванням чого визначають кількість одночасно працюючих насосних агрегатів, а також встановлюють періоди максимальних навантажень в енергосистемі без використання насосів. На фіг. 1 наведена принципова схема моделювання режимів роботи головної водовідливної установки, де 0, 1 і 2 - кількість одночасно працюючих насосів. На фіг. 2 наведено приклад моделювання режимів роботи головної водовідливної установки з трьома насосами, де 0, 1 і 2 - кількість одночасно працюючих насосів; Н, НП і Π - відповідно нічна, напівпікова та пікова зона доби. На фіг. 3 наведено приклад обраного режиму роботи трьох насосів головного водовідливу на добовому інтервалі: графік наповнення-спустошення водозбірника та відповідний йому графік споживаної насосами потужності, де 0, 1 і 2 - кількість одночасно працюючих насосів; Η, ΗΠ і Π - відповідно нічна, напівпікова та пікова зона доби. Спосіб реалізується таким чином. Режим відкачування води головною водовідливною установкою (ГВУ) визначають шахтним припливом, об'ємом водозбірників, параметрами використовуваних насосів та, безпосередньо, керуванням цим режимом. Для реалізації даного способу необхідно отримати деяку обмежену множину реальних технологічних режимів роботи водовідливу шляхом застосування імітаційного моделювання. При розробці моделі прийняті наступні припущення: приплив води протягом інтервалу моделювання рівномірний; параметри насосів і трубопроводів (напір, подача, опір) для кожного сумісного режиму їх роботи протягом інтервалу моделювання постійні. Відповідно до вимог Національної комісії регулювання електроенергетики сумарна тривалість двох періодів максимальних (пікових) навантажень в енергосистемі не повинна перевищувати 6 год. на добовому інтервалі, а розподіл по годинах для ранкового та вечірнього максимумів залежно від пори року становить відповідно 3:3 або 2:4. З урахуванням цього 1 UA 86645 U 5 10 15 встановлюють найбільшу тривалість одного періоду максимума навантаження в енергосистемі tM-4 год. Тобто можливість відключення насосних агрегатів в період максимальних навантажень дозволить зменшити величину оплати тільки за рахунок вибраного оптимального режиму роботи насосів головного водовідливу на добовому інтервалі часу. В загальному випадку область усіх можливих режимів роботи ГВУ обмежена прямокутником, сторонами якого є: по вертикалі - вісь об'єму води у водозбірнику V (момент початкового часу) і пряма кінцевого часу t=tp, на якому виконується моделювання режимів роботи (доцільно приймати добовий інтервал); по горизонталі - вісь часу t, нижче за яку насоси працюють вхолосту, і пряма, обмежуюча допустимий для заповнення об'єм водозбірника Vв, вище якої спостерігається його переповнення. На фіг. 1 наведений фрагмент графіка наповнення водозбірників при використанні двох насосів в камері ГВУ, який пояснює принцип моделювання його режимів роботи. Прямі 0, 1 і 2 позначені по кількості одночасно працюючих насосів і визначають можливі варіанти функціонування водовідливу. Рівняння прямих наповнення водозбірників мають наступний вигляд: V=V0+(Q0-QнNн)t, (1) 3 20 25 V(l)=V0+Q0tu 30 35 (2) Отже, для моделювання можливих режимів роботи ГВУ необхідно побудувати пучки з прямих кількістю (Νраб+Nрез+1, де одиниця ураховує варіант роботи при Nн=0) для кожної точки перетину лінії попереднього тимчасового інтервалу tu з прямою наповнення водозбірника. Якщо точка перетину не потрапляє в область описаного вище прямокутника, то такий режим надалі не розглядається. Розрахункові напір Нр, подача Qp, коефіцієнт корисної дії (ККД) ηp і споживана потужність одного насоса Рр залежно від кількості одночасно працюючих насосних агрегатів Nн та трубопроводів Nmp, значення яких відрізнятимуться від номінальних, визначаються за виразами: ZHк  Hn Qp  ZBк   Hnr0N2 2 Nmp 2 Hp  Z A  BQp  CQp (3)  (4) 2 3 p  A1Qp  B1Qp  C1Qp Pp  40 45 3 де V0 - початковий об'єм води у водозбірнику, м ; Q0 - нормальний приплив води, м /год.; Qн 3 - номінальна подача насоса, м /год.; Nн - кількість працюючих на даному інтервалі часу насосних агрегатів: Nн=0, 1,…, Νраб+Nрез (кількість робочих і резервних насосів відповідно); t поточний час, год. У будь-який момент часу t=tu (tu - час зміни режиму роботи, тобто періодичність можливих перемикань насосних агрегатів, год.) з точок перетину прямої часу з лініями наповнення (V0-0; V0-1; V0-2, які визначаються за (1)), наприклад І, можна отримати новий режим роботи ГВУ шляхом переходу на іншу кількість працюючих насосів. Такий режим роботи моделюється згідно з (1) рівняннями прямих (І - 1') і (І - 2'), відповідно адекватним рівнянням прямих (V0-1) і (V0-2). Об'єм води у водозбірнику для точки / визначається як: (5) 1020  QpHp (6) 102  3600p м де ηp, η∂, ηм - ККД насоса, двигуна та електричної мережі відповідно (ηм приймається рівним 0,97, η∂ визначається за довідником); Нк - напір насоса при нульовій подачі, м; Нn - повна висота підйому води, м; Ζ - кількість ступенів (коліс) насоса; Вк - коефіцієнт напору однного ступеня 2 6 (колеса); r0 - питомий опір трубопроводу (ч /м ), який залежить від діаметра поставу; А, В, С постійні коефіцієнти рівняння напірної характеристики насосного агрегату; Α1, В1, С1 - постійні коефіцієнти рівняння кривої ККД насоса. З використанням наведених принципів та рівнянь (1-6) виконується імітаційне моделювання режимів роботи ГВУ, результатами якого є: 2 UA 86645 U 5 10 15 20 25 30 35 - множина можливих графіків наповнення водозбірників і відповідних їм графіків електричного навантаження ГВУ; - схема всіх можливих для заданих умов режимів роботи водовідливної установки; - сумарна кількість вмикань насосів для будь-якого із змодельованих режимів; - значення об'єму води у водозбірнику V(I), споживаної потужності РР(І) і кількість включень насосів KB(І) для будь-якої точки / та відрізка часу Т. Задовольняюча умовам моделювання схема можливих режимів роботи ГВУ наведена на фіг. 2, яка наочно демонструє принципи моделювання у вигляді множини режимів роботи головного водовідливу при однакових початкових (заданих) даних і умовах (Nн=2, tu=1 год., Т=24 год., кількість вмикань насосів на добовому інтервалі обмежено до 6). При об'єму води у 3 водозбірнику на початку доби t0=0 год., який дорівнює V0=1200 м , пропонується три варіанта роботи насосів: 0 – не працює жодний насос, 1 - працює один, 2 - працює два насоси, а також можлива зміна режиму роботи насосних агрегатів кожну годину (tu=1 год.). При цьому моделювання режимів роботи насосних агрегатів виконується у визначених межах параметрів водозбірника та з заданими вимогами щодо відключення насосів в періоди максимального навантаження енергосистеми (у пікову зону П). Жирними ламаними лініями як приклад виділений один з можливих режимів функціонування водовідливної установки на добовому інтервалі, який більш докладно розглянутий на фіг. 3. Наведені тут графік наповненняспустошення водозбірника з урахуванням обмежень, описаних вище, та відповідний йому графік споживаної насосами потужності дозволяє визначити їх кількість у конкретний час доби. Запропонований спосіб дозволяє встановлювати будь-який інтервал зміни режиму роботи насосів ГВУ протягом доби, що може бути обмежений лише можливостями обчислювального апарата для імітаційного моделювання. Це дозволить з отриманої множини вибрати оптимальний режим роботи, при якому в період проходження максимальних навантажень в енергосистемі насоси будуть відключені, а добові грошові витрати на оплату споживаної електроенергії будуть мінімальними. Крім того, спосіб дозволяє обмежити загальну кількість вмикань насосів протягом доби, що дозволить подовжити термін експлуатації самих насосів та їх приводних двигунів. Функції керування головною водовідливною установкою щодо реалізації вибраного оптимального режиму її роботи виконуються вручну оператором насосної камери або автоматично за наявності відповідної системи керування. Отже, запропонований спосіб керування ГВУ дозволяє вибирати оптимальну кількість одночасно працюючих насосів на заданому інтервалі часу за критерієм мінімальної плати за споживану протягом доби електричну енергію та мінімальної питомої витрати електроенергії протягом періоду вмикання насосів. Це дозволить зменшити на 10-15 % грошові витрати підприємства на оплату споживаної ГВУ електроенергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб керування головною водовідливною установкою вугільної шахти, що включає задавання умов відкачування води та рівня заповнення водозбірника, який відрізняється тим, що попередньо встановлюють періоди відкачування води при мінімальних і середніх електричних навантаженнях в енергосистемі та інтервал зміни режиму роботи насосів, з урахуванням чого визначають кількість одночасно працюючих насосних агрегатів, а також встановлюють періоди максимальних навантажень в енергосистемі без використання насосів. 3 UA 86645 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4