- •1. ВОПРОСЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ РУДНЫХ И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
- •1.8. Водоотлив на глубоких горизонтах
- •2. РУДНИЧНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
- •2.4. Законы пропорциональнрсти
- •2.9. Допустимая высота всасывания
- •2.10. Потери в насосах
- •2.17. Насосы в кислотоупорном исполнении
- •4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
- •5; ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ
- •6.1. Реле уровня
- •6.2. Реле давления
- •7. СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОДООТЛИВНЫМИ УСТАНОВКАМИ
- •8. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
6.АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ
ИЗАЩИТЫ
Аппаратура управления, контроля и защиты выполняет от ветственные функции: предохраняет водоотливные установки ог аварийных режимов, поддерживает их работу в заданных пара метрах и повышает надежность работы всего комплекса насос ного оборудования.
К аппаратуре автоматического управления относятся реле: уровня, давления, производительности и температурные.
6.1.Реле уровня
Вводоотливных установках применяются реле уровня с раз личным типом чувствительного элемента: поплавковые, элек тродные, с емкостными датчиками и радиоактивные.
Реле уровня выбирают в зависимости от физико-химических свойств шахтных вод, гидрогеологических особенностей шахты или рудника, конструкции насосной камеры и диапазона коле баний уровня воды в водосборнике.
Поплавковые реле уровня. При конструировании поплавко вых реле проводились работы по определению зависимости между подъемной силой поплавка и силами противодействия, изысканию антикоррозионных материалдв и повышению надеж ности работы реле.
Вводоотливных установках применяют поплавковые реле РП-65С (рис. 6.1) и др. Большой диапазон изменения уровня, надежная антикоррозийная устойчивость и наличие сельсинной передачи обеспечили широкое применение реле РП-65С на руд никах и обогатительных фабриках.
Вгорнорудной промышленности применяют поплавковые реле с постоянной противодействующей силой и постоянной глу биной погружения. При этом поплавок перемещается за изме нением уровня воды в водосборнике. Решение общей задачи
рассмотрено применительно к шарообразной форме поплавка с дополнительными кромками.
Соотношение усилий в поплавковом реле определяется урав
нением |
|
Рп = P r p - P i - A hxq = рg, |
(6.1) |
где Рп— вес поплавка, Н; Р тр— противодействующее усилие передаточной системы (усилие трения), включая усилие при переключении контактов, определяемое экспериментальным пу
тем, Н; Pi — противодействие груза, Н; Ah{— изменение уровня жидкости в водосборнике, м; q — вес 1 м тросика, Н/м; р — плотность жидкости, Н/см3; g —ускорение свободного падения,
м/с2; Vx = n h 2 |
--объем вытесненной поплавком жидко- |
Рис. |
6.1. Реле поплавковое РП-65С с сельсином: |
|||
/ — ролик; 2 — рычаг |
переключения; |
3 |
— груз; 4 — поплавок; 5 — ограничитель; 6 — |
|
упор; 7 — сельсин; 8 |
— |
шестеренчатый |
редуктор; 0 — контактное устройство; /Р— ко |
|
лодка зажимов; |
/ / — корпус; |
/2 — съемная промежуточная шестерня |
сти, определяющий потерю в весе поплавка, см3; г — радиус по плавка, см; h — глубина погружения поплавка в жидкость, см.
При перемещении поплавка вниз преодолеваются силы со противления, определяемые весом груза и трением в системе поплавок — груз. Выключение насосного агрегата осуществля ется при нижнем положении поплавка, максимальном значении A/ZI<7 и верхнем положении груза Р\. Увеличивать вес груза
Эле^родные датчики подвешивают на разных отметках ава рийного, повышенного и нижнего уровней воды в водосбор нике. Эти датчики работают совместно с реле контроля сопро
тивления ИКС-2 или другими |
аналогичными устройствами |
(рис. 6.2,б). |
|
В горнорудной промышленности применяют также электрод |
|
ные датчики сопротивления, |
включаемые непосредственно |
в цепь электромагнитного реле. Реле уровня с такими датчи ками наиболее просты, но они обладают некоторой погреш-
8
Рис. 6.2. Конструкция |
электродного датчика ЭД (а) и |
схема простейшего |
||||
|
|
|
реле уровня |
(б): |
|
|
/ — корпус; |
2 — контактная шпилька; 3 — кабельный ввод; 4 — место |
заливки кабель- |
||||
ной |
массы |
МБК; 5 — свинцовая обкладка; TV — трансформатор; UZ —выпрямитель; |
||||
RIt |
R2, R3 — резисторы; |
VT — транзистор; VD1, |
VD2 —диоды; |
ЭВУ, |
ЭИУ — электроды |
|
|
|
верхнего и нижнего уровней; |
/С — реле уровня |
|
|
ностыо при определении колебаний уровня воды в водосборни ках. Надежная работа этих типов датчиков определяется пра вильным расчетом параметров схемы, где исходными данными являются: максимальное сопротивление цепи датчиков, удель ная электрическая проводимость шахтных вод и минимальный коэффициент запаса k3:
k 3 = /раб^ сраб — 1 >25 -Г -1 ,5 , |
(6 .3 ) |
где /раб и / Сраб — соответственно рабочий ток и ток срабатыва ния электромагнитного реле, А.
В электродных реле уровня с включением датчиков непо средственно в цепь обмотки реле применяется переменный ток промышленной частоты и при этом упрощаются схемы автома тического управления и устраняется электролитический перенос металла.
Удельная электрическая проводимость шахтных вод опреде ляется величиной минерализации воды, выраженной в мг/л или
мг-экв/л. Значение у' определяется экспериментально или по формуле
T' = |
S7Ль |
(6.4) |
где у' — удельная электрическая проводимость при |
^ = 18 °С, |
|
См/м; S ' — содержание солей, |
мг/л; А х— переходный |
коэффи |
циент.
Температурная поправка определяется из выражения |
|
ъ = ум И -0,023 — 18° Q ]. |
(6.5) |
Определение удельной электрической проводимости шахт ных вод расчетным путем представляет значительные трудно сти. Поэтому ее значение определяют экспериментально с ис пользованиемпотенциометрических методов исследований при менительно к составу шахтных вод. Удельная электрическая проводимость шахтных вод, зависящая от содержания механи ческих примесей, находящихся в растворе, и значения pH, из меняются в широких пределах, что влияет на точность включе ния реле и надежность его работы. При повышении содержания железистых окислов и различного рода соединений удельная электрическая проводимость шахтных вод увеличивается. Это необходимо учитывать при наладке электродных реле уровня.
Удельная электрическая проводимость пресных вод Турьинского медного рудника колеблется от 4 -10-2 до 12-10-2 См/м. Сильно минералиаованные кислотные шахтные воды Красно гвардейского и Карабашского медных рудников имеют удель ную электрическую проводимость от 15* 10-2 до 32-10—2 См/м.
При отсутствии экспериментальных данных в расчетах при нимают значение удельной электрической проводимости шахт ной воды у'=20-10-2 См/м.
Удельное сопротивление горных пород значительно превы шает удельное сопротивление шахтной воды и не учитывается при расчетах электродных реле уровня.
Основные положения теории заземления при определении сопротивлений растеканию единичных заземлителей по различ ным причинам невозможно использовать при расчете электрод ных реле уровня.
Реле уровня с емкостными датчиками предназначены для непрерывного измерения воды в водосборниках. При сложных гидрогеологических условиях в рудных месторождениях необ ходимо контролировать уровень воды в водосборниках и иметь непрерывную информацию о притоках шахтных вод, чтобы при нять предупредительные меры против затопления горных выработок. Для этих целей используются емкостные (конденса торные) датчики с неизменными размерами обкладок (электро дов) и неизменным расстоянием между ними. Действие емко стного датчика основано на неодинаковых диэлектрических свойствах шахтной воды и воздуха. Заполнение шахтной водой
Наблюдения показывают, что при малом изменении удельного сопротивления шахтных вод в водосборнике характеристика анодного тока имеет линейную зависимость от емкости конден саторного датчика. При помощи подстроечного конденсатора до-
Рис. 6.3. Схема контроля уровня воды в водосборнике с использованием электронно-усилительных схем и конденсаторных датчиков
биваются такого положения, чтобы при заданном значении уровня общая емкость соответствовала середине линейного уча стка указанной выше зависимости. В этом случае измеритель
|
г |
|
ный |
прибор, |
включенный |
|||||
|
|
в анодную цепь |
генераторной |
|||||||
|
|
|
лампы, |
будет |
показывать но |
|||||
|
|
|
минальное |
значение |
уровня. |
|||||
|
|
|
Радиоизотопные |
|
уровне |
|||||
|
|
|
меры и реле уровня |
(рис. 6.4) |
||||||
|
|
|
применяются |
в |
заглубленных |
|||||
|
|
|
водоотливных установках. Они |
|||||||
|
|
|
состоят |
|
из. |
|
радиоизотопного |
|||
|
|
|
датчика, |
усилителя |
и |
измери |
||||
Рис. 6.4. Контроль уровня воды |
тельного |
прибора |
(в |
уровне |
||||||
в водосборнике с помощью радио |
мерах) |
|
или |
|
исполнительного |
|||||
активного уровнемера: |
электромагнитного реле (в ре |
|||||||||
1 — источник |
гамма-излучений; |
2 — прием |
||||||||
ник излучений; |
3 — усилитель; |
4 — уровне |
ле уровня). |
содержит: |
источ |
|||||
мер; б — исполнительный механизм |
Датчик |
|||||||||
|
|
|
ник гамма-излучений, |
который |
устанавливают с одной стороны водосборника на высоте, где нужно контролировать уровень воды; приемник излучений, устанавливаемый с противоположной стороны водосборника против излучателя. При необходимости контролировать два фиксированных уровня воды (верхний и нижний) устанавли
вают два комплекта излучателей и приемников, расположенных на соответствующих высотах.
Входной величиной радиоизотопных реле уровня (уровнеме ров) является параметр, влияющий на интенсивность облучения приемника. Это — уровень воды в водосборнике. Если он ниже отметки, на которой установлены источник у-лучей и приемник, поток у-лучей проходит только через стенки водосборника. При этом исполнительное реле (в зависимости от схемы включения) находится во включенном или выключенном положении.
При подъеме уровня воды до источника и приемника у-лучи проходят также через слой воды. Происходит более интенсив ное поглощение у-лучей, резко меняется выходной сигнал уси лителя и реле изменяет свое состояние на противоположное, т. е. оно выключается или включается, подавая команду на включение насоса. Комплект реле уровня рассчитан на измере ние величины уровня от 1 до 6 м при толщине железобетонной стенки до 400 мм.
Интенсивность потока у-лучей изменяется по экспоненте |
|
|
/" = / 0е-м , |
(6.7) |
|
где I" — интенсивность потока у-лучей, прошедшего |
через |
во |
досборник на приемник, мкюри; /0 — интенсивность |
потока |
у- |
лучей от источника, мкюри; р,— линейный коэффициент ослаб ления; d — толщина стенки, мм.
Длительная эксплуатация радиоизотопных реле уровня по казывает, что для заглубленных водоотливных установок они имеют значительные преимущества по сравнению с электрод ными и поплавковыми реле уровня: отсутствие контакта с во дой, отсутствие влияния физико-химических свойств шахтных вод на измерительное устройство, быстродействие, высокая на дежность в работе, продолжительный срок службы.
В горной промышленности широко применяют реле уровня различных типов, обеспечивающие точность и бесперебойность работы водоотливных установок.
Большое распространение в горнорудной промышленности получили поплавковые реле,«к недостаткам которых следует отнести необходимость установки направляющих труб в прием ных колодцах. Однако безотказность работы в условиях от качки кислотных шахтных вод с высоким содержанием меха нических примесей способствовала широкому их распростране нию на медных рудниках Урала.
Широкое применение получили двухпозиционные электрод ные реле уровня с датчиками уровня, включенными непосред ственно в цепь обмотки реле. Они хорошо себя зарекомендо вали при откачке незагрязненных шахтных вод. В связи со значительными изменениями физико-химических свойств откачи ваемых вод, особенно кислотных, целесообразно в схему вво дить корректировку по току для более точной настройки реле.