CC BY
15
жильного шахтного кабеля до датчиков;
- снижение затрат на аппаратуру и ее эксплуатацию;
- полную независимость КП от местных источников питания;
- помехоустойчивость и надежность информационных каналов в шахтных условиях;
- максимальное количество сигналов ТС на комплект - 320;
- максимальное количество
сигналов ТУ на комплект - 60;
- быстродействие или полный цикл опроса 20-ти КП - не более 2,5 с;
Элементы ТСМ320И имеют небольшие габариты. Так, вес блока ПУ - 10 кг, а вес блока КП
- 2 кг, что значительно упрощает их монтаж и эксплуатацию.
Таким образом, очевидны преимущества ТМС320И перед аппаратурой «Ветер 1М» (и, в оп-
Структурная схема шахтной системы телемеханики
ределенной степени, перед УТШ). Однако аппаратура «Ветер 1М» и «Метан» достаточно распространены на шахтах. Для их взаимодействия с НУППИ разработаны устройства сопряжения: УСТС-Метан, УСТС-Ветер, УСТС-ТМС320.
С учетом сказанного выше может быть предложена обобщенная структура системы шахтной телемеханики, включающая комплексы «Метан» и «Ветер 1М», ТСМ320И, взаимодействующие с информационной системой МИ-КОН через - УСТС (рис.).
Такая структура позволит не только получать более надежно достаточный объем информации и выдавать управляющие воздействия, но и производить анализ информации и в будущем составлять информационную базу для АСУТП шахты. Таким образом, может быть достигнуто более эффективное использование оборудования и энергоресурсов.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------
Крылов Николай Александрович - заместитель главного механика шахты «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь». Борисов Борис Михайлович- доцент, кандидат технических наук кафедры горной электромеханики ВГИ СПГГИ (ТУ). Большаков Валерий Евгеньевич- старший преподаватель ВГИ СПГГИ (ТУ).
© В.В. Сергеев, С.А. Макаров,
2001
УАК 622.235
В.В. Сергеев, С.А. Макаров
РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ ЛАЯ ГРАФИЧЕСКОГО ПРЕАСТАВАЕНИЯ РАБОТЫ ЗАРЯАЧИКА ПРИ ПРОЛУВКЕ ВЗРЫВНЫХ ПОАОСТЕЙ СЖАТЫМ ВОЗЛУХОМ
С
овершенствование используемого оборудования обеспечивает не только повышение производительности, но и качества выполняемых
работ и производимой продукции, но и экологической безопасности его применения. Самым эффективным методом совершенствования оборудования является теоретическое изучение происходящих в нем процессов.
В работах [1, 2] нами предпринята попытка рассмотреть работу пневмозарядчика в процессе продувки взрывной полости сжатым воздухом (см. рис.), когда по шлангам системы воздух течет в изотермическом режиме, а в местных сопротивлениях -в адиабатном. Такое представление более полно от-
вечает действительным процессам, протекающим в рассматриваемой системе. С теоретической точки зрения исследования выполнены полностью.
Однако практически такими исследованиями воспользоваться нельзя, так как невозможно решение полученных выражений обычными инженерными методами.
Продолжая начатые исследования в этом направлении, запишем уравнение баланса энергии в рассматриваемой системе:
,ёп „ V2 _
р/— = -/^—2пг (1)
ах ах 2
здесь £ - коэффициент местного сопротивления; V -скорость сжатого воздуха вдоль системы, м/с; г -радиус магистрали, м; х - координата вдоль системы, м; р - давление сжатого воздуха внутри системы, Па; р - плотность сжатого воздуха внутри системы, кг/м3.
Сократим выражение (1) на pf :
V---= -
ах
1Ф V2
р ах г
(2)
Заменим в выражении (2) р на й/у/ (так как й= =р V/) и сократим его на V
ау /ар „V
— = -^-*--С— (3)
ах о ах г
Согласно уравнению состояния воздуха: о
р= р?Т или р =---КТ (4)
V/
Тогда:
ар ок т ау ат 1
а=—г (-—-т+^~ (5)
ах / V ах ах V
Учитывая последнее выражение в выражении (3) получим:
аv т аv ат 1 V
= - К(—+ -—) -^ — (6)
ах
V ах ах V
здесь ? - универсальная газовая постоянная, кДж/кг оК; Т - температура потока, оК.
При изотермическом процессе Т=сопвЬ, тогда выражение (6) преобразуется к виду:
а» кт V
—(1 —г) = -С— (7)
ах V г
V
В этом уравнении: <^—> 0 так как все входящие
г
величины в это выражение больше нуля. Значит
— < 0, если 1 - КТ > 0 . При этом V > VКТ , а
ах V2
VКТ < С (с - скорость звука в потоке, м/с). То есть скорость звука в таком потоке не достижима.
Воспользуемся законом сохранения энергии в следующей форме:
V
с Т+— = Т
р 2 сот1
(8)
тогда:
ат аv V
ах
ах с
(9)
Подставляя это значение в выражение (6), получим:
ау т аv
= -К(-
ах
V ах
аv V V
-------------) - £ —
ах vc г
(10)
(11)
а^ тк к V
Л (1 2 ) = ^ ,
ах V Ср г
пК
но С =--------- (п = 1,4 - показатель политропы).
п-1
Тогда выражение (11) преобразуется к виду:
& „ тя я ч „V
-) = -£— (12)
ах
(1 -
аv (1 ах п
V
ТК
с
г
- V) = <-
аv
При этом ------------> 0 , если
ах
1 КТ
(13)
< 0. Тогда
п
V
= 4ПКт (это как известно скорость звука). То есть при дозвуковой скорости при движении по системе скорость потока растет, что согласуется с практикой.
Решение найденных функций путем простых подстановок исходных значений, входящих в них величин не представляется возможным. Поэтому был составлен алгоритм решения полученных уравнений численными методами.
По этому алгоритму (под руководством Каменецкого Е.С. канд. техн. наук, доц, зав. каф. “Теоретической математической физики” СОГУ) нами разработана программа для изучения описанного выше процесса с использованием Ое1рЫ.
При этом реализуется решение уравнения (13) по четырем вариантам:
1) на входе в зарядчик в сечении 11-11 (см. рис.) поток воздуха приобретает скорость звука. При этом, изменяя расход сжатого воздуха в системе двигаясь от сечения 11-11 к сечению 1-1 подбирается давление совпадающее с заданным давлением сжатого воздуха в магистрали, и определяется расход воздуха по системе. Давление, плотность и температура сжатого воздуха в сечении 11-11 известны, так как известна скорость потока:
Vc =
4пКт ^с - скорость потока, равная скорости звука в нем)
Для определения температуры звукового потока ( Тс) перепишем выражение (8) следующим образом:
п
п
КТ~ 2 + КТС—Л = То 2 п -1
(14)
г
2
V
г
или:
= + -Ц
2 п -1
) = м>( 2^1+1) = кт"(п +1)
2(п -1)
2(п -1)
отсюда:
Т = Тс°шг 2(п - 1) (15)
с Кп(п + 1)
Данное выражение не учитывает теплообмена с внешней средой, поэтому в дальнейшем вводится коэффициент а..
Давление воздуха в звуковом потоке определится из:
аКТс аКТс а^Щ
Р с =
А /^Щ /V
(16)
здесь а - коэффициент теплопередачи, то есть снижения температуры в звуковом потоке по отношению к температуре воздуха в подходящем к сечению 11-11 потоке. (Принят нами равным 20%).
Плотность воздуха в звуковом потоке определится из:
Рс =
а
/4ПЁТс
(17)
Далее двигаясь от сечения У-У к сечению 111-111 по выражению (13) определяется скорость и соответствующее ему давление воздуха внутри зарядчика.
Схема работы камерного пневмозарядчика:
1 - общешахтная магистраль сжатого воздуха; 2,4,6- запорные устройства; 3 - воздухоподводящий шланг; 5 - камерный пневмозарядчик; 7 - зарядный шланг; 8 - заряжаемая полость (шпур или скважина) Скорость в сечении У-У определяется по известным расходу (определенному раннее), плотности и давлению воздуха (атмосферное - из условия). Если соотношение давлений, поступающего в зарядчик воздуха к давлению воздуха внутри зарядчика, равно или больше 1,894, то сделанное нами предположение верно.
2) скорость потока становится равной скорости звука на выходе из шланга внутрь скважины (сечение 1У-1У).
При этом вычисления аналогичны вычислениям по варианту 1), только производятся относительно сечения 1У-1У. И если соотношение давлений воздуха на выходе из зарядного шланга к давлению воздуха внутри скважины равно или больше 1,894, то сделанное предположение верно.
3) скорость потока становится равной скорости звука одновременно в сечениях 11-11 и 1У-1У.
При этом вычисления производятся сразу последовательно по вариантам 1) и 2). При выполнении изложенных в этих вариантах условий (относительно отношений давлений) предположение верно.
4) скорость потока во всех сечениях дозвуковое, или не выполняется указанные выше условия (относительно отношений давлений), то вычисления производятся по выражению (13) от сечения У-У до сечения 1-1 с определение соответствующих параметров потока по изложенной выше методике при описании варианта 1).
Статья с текстом программы «Графическое представление течения сжатого воздуха по системе: общешахтная магистраль - воздухоподводящий шланг -камерный зарядчик - зарядный шланг- взрывная полость при продувке шпуров и скважин», реализующей все указанные выше вычисления, депонирована в Издательстве Московского государственного горного университета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сергеев В.В Теоретические основы работы камерного пневмозарядчика в режиме продувки взрывной полости сжатым воздухом / В юбилейном сб. СКГТУ, посвящ. 50-летию электромех. Факультета и 50-
летию научно-педагогической деятельности д.т.н., проф. Колева К.С. -Владикавказ, 1995, с. 114-125.
2. Сергеев В.В. Теоретические исследования работы камерного пневмозарядчика в режиме продувки
взрывной полости сжатым воздухом // Науково-технічний збірник национальной гірничоі академіі Украіни, посвященный памяти проф. Мурзина В.О. «Гірнича электромеханжа та автоматика», 1999, П2 (61), с. 138-141.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------------
Сергеев В.В. - кандидат технических наук, доцент, ст. научный сотрудник, Северо-Кавказский государственный технологический университет.
Макаров С.А. - аспирант, Северо-Кавказский государственный технологический университет.
Таблица 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАТЧИКОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ (АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ)
№ Код датчика Местоположение датчика Характеристика сигнала Направление использования
1 СН4#1 Датчик контроля метана Контроль безопасности
2 СН4#2 Датчик контроля метана перед лавой «
3 СН4#3 Датчик контроля метана за лавой «
4 ОИ#1 Датчик тока; пускатель двигателя верхнего привода лавного конвейера А-30 0 ч 2 В Анализ работы механизмов, выравнивание нагрузки на привода. Отключение приводов при достижении токовых нагрузок предельных значений. Формирование сигналов о достижении предельных нагрузок
5 ОИ#2 Датчик тока; пускатель двигателя нижнего привода лавного конвейера А-30 0 ч 2 В
6 ОИ#3 Датчик тока; пускатель двигателя нижнего (забойного) привода лавного конвейера А-30 0 ч 2 В
7 ОИ#4 Датчик тока; пускатель двигателя резания (верхнего) комбайна 1КШЭ 0 ч 2 В
8 ОИ#5 Датчик тока; пускатель двигателя резания (нижнего) комбайна 1КШЭ 0 ч 2 В
9 ОИ#6 Датчик тока; пускатель двигателя привода №1 подлавного конвейера ПСП26-03 0 ч 2 В
10 ОИ#7 Датчик тока; пускатель двигателя привода №1 подлавного конвейера ПСП26-03 0 ч 2 В
Таблица 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАТЧИКОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ. (ЛИСКРЕТНЫЕ СИГНАЛЫ)
№ Код ПВУ Местоположение датчика Характеристика сигнала Направление использования
1 Б1Р#1 Блок питания №1. Концевой выключатель н.з. контакт Контроль вскрытия
2 Б1Р#2 Блок питания №2. Концевой выключатель н.з. контакт Контроль вскрытия
3 Б1Р#3 ПВУ. Концевой выключатель на сейфе н.з. контакт Контроль вскрытия
4 БУД#1 Вентиляционные двери на концевой вы- н.з. контакт Аварийный
ключатель Проветривания
5 БК#5 Пускатель привода ленты 1Т1000А №1 н.о. контакт с диодом Анализ времени и режима работы оборудования
6 БОК#1 Пускатель привода комбайна 1КШЭ н.о. контакт с диодом II
7 Б1_К#1 Пускатель привода лавного конвейера А-30 н.о. контакт с диодом «
8 БЕКМ#1 Электроконтактный манометр давления воды в ППС под лавой н.о. контакт с диодом «
9 БК#6 Пускатель привода питателя уклона н.о. контакт с диодом «
10 БК#1 Пускатель подлавного конвейера ПСП26-03 н.о. контакт с диодом «
11 БК#2 Пускатель привода ленты 1Т1000А №2 н.о. контакт с диодом «
12 БК#3 Реле контроля уровня ПИ в бункере н.о. контакт с диодом «
13 БЕКМ#2 Электроконтактный манометр н.о. контакт с диодом «
Таблица 3
СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ
№ Код управляющего устройства Место подключения Назначение
1 BPR#1 ТСВП №1 Отключение при превышении СН4
2 BPR#2 ТСВП №2 Отключение при превышении СН4
3 BPR#3 Резерв
4 BPR#4 Аппаратура УМК, АУК-1М Отключение механизмов при снижении давления в ППС с сигналом
5 BPR#5 Аппаратура АУК-1М Отключение подлавного конвейера ПСП26-03 при превышении токовых нагрузок с сигналом
6 BPR#6 Аппаратура УМК Отключение лавного конвейера А-30 при превышении токовых нагрузок с сигналом
7 BPR#7 Аппаратура УМК Отключение комбайна 1КШЭ при превышении токовых нагрузок с сигналом
8 BPR#* Резерв
