Шахтная подъемная машина глазами проектировщика-электрика

На шаг выше

Когда дело касается модернизации устаревших подъемных установок и строительства новых шахт, встает вопрос о поиске нового подъемного оборудования. Выбирать приходится среди стандартных подъемных машин, выпускаемых на территории стран СНГ, или изучать ассортимент оборудования зарубежного производителя. При выборе систем электропривода необходимо руководствоваться как техническими, так и экономическими параметрами.

Знакомство с работой Чешской фирмы INCO engineering s.r.o. позволило институту «Гипроруда» сделать еще один шаг в проектировании современного электропривода шахтных подъемных установок. Специалисты института посетили действующие шахты, оборудованные подъемными установками данной фирмы, оценили особенности производства шахтного оборудования, познакомились с инженерами фирмы, и это стало началом сотрудничества. В результате за последнее десятилетие институт выпустил не одну рабочую документацию на подъемные установки с применением подъемных машин фирмы INCO. Работы выполнялись для главных стволов Расвумчорского и Кировского рудников ОАО «Апатит», для шахты Приаргунского производственного горно-химического объединения, для скипового и клетевого подъема Гайского горно-обогатительного комбината. Также был выполнен проект для строительства Сарбайского подземного рудника в Республике Казахстан.

Интересные проекты

Для создания подъемной установки необходимо выполнить проектирование электропривода — управляемой  электромеханической  системы, назначение которой заключается в преобразовании электрической энергии в механическую и в управлении этим процессом.

В электрическую часть подъемной машины входит силовой трансформатор, электрический преобразователь (тиристорный/транзисторный преобразователь для машин постоянного тока или частотный преобразователь — для машин переменного тока), система управления и сигнализации. Электродвигатель является связующим звеном между электрической и механической частью. Механическая часть включает в себя исполнительный орган подъемной установки, в котором полезно реализуется механическая энергия.

В рамках работы над одним из объектов институтом «Гипроруда» выпущена рабочая документация для подъемной машины 2В5024 с однодвигательным приводом постоянного тока с независимым возбуждением мощностью 1 350 кВт, 750 В. В другом случае, по просьбе заказчика, разработана рабочая документация для шестиканатной подъемной машины 6К5022 с двухдвигательным приводом постоянного тока с независимым возбуждением мощностью 2х4 000 кВт, 950 В. В этих проектах для питания приводных двигателей подъемных машин используются тиристорные преобразователи (система ТП-Д). Реверс машины осуществляется в якорной цепи двигателя, цепь возбуждения нереверсируемая. Каждый преобразователь запитывается от высоковольтного трансформатора, входящего в комплект поставки подъемной установки. Выпрямление тока в якорной цепи осуществляется по двенадцатипульсной схеме выпрямления, в цепи возбуждения — по шестипульсной схеме выпрямления. Управление всей подъемной установкой ведется микропроцессорной системой EMADYN. Автоматизация движения подъемной машины значительно упрощается благодаря высокой управляемости привода по системе ТП-Д.

Осуществить питание электропривода подъемных установок можно не только постоянным током. Среди новых заданий «Гипроруды» — интересный проект для клетевой подъемной установки, оборудованной подъемной машиной 1В2520 с одним асинхронным электродвигателем 315 кВт с внешним охлаждением с использованием редуктора (напряжение питания 380 В, 50 Гц). В этом случае для питания приводного двигателя подъемной машины используется рекуперационный частотный комплекс PowerFlex 700S с интегрированным сетевым фильтром.

Сегодня в работе специалистов института находится уникальный проект двухскиповой подъемной установки главного ствола, оборудованной восьмиканатной подъемной машиной 8К5032 с двумя тихоходными синхронными электродвигателями 6 МВт (напряжение питания 6 000 В). Двигатели были выбраны без редуктора, их роторы консольно уложены на концах главного вала подъемной машины. Для питания приводных двигателей подъемной машины использовался трехуровневый частотный преобразователь напряжения INVERT NPC, позволяющий рекуперировать электрическую энергию в сеть, и преобразователь системы возбуждения электродвигателей с жидкостным охлаждением. Синхронный привод имеет несколько преимуществ: синхронный электродвигатель может работать с коэффициентом мощности, равным единице и даже опережающим (выдавая реактивную мощность в сеть), что улучшает коэффициент мощности питающей сети и, следовательно, экономит электроэнергию. Кроме того, синхронные двигатели менее чувствительны к изменению напряжения сети и имеют большую перегрузочную способность.

Чешский характер

В отличие от традиционных подъемных установок, проектируемых институтом «Гипроруда», чешские машины имеют свои особенности. Так, в специальной кабине для машиниста созданы комфортные условия. На пульте установлен джойстик для ручного управления и джойстик тормозного регулятора. В полуавтоматическом режиме скорость машины задается программно по заданной диаграмме. На пульте также находятся мозаичные панели для индикации режимов работы подъемной машины. Составляющими пульта являются два дисплея визуализации. Простой диалоговый интерфейс позволяет обслуживающему персоналу получить полную информацию о работе всех систем подъемного комплекса, провести диагностику, тесты на функционирование, быстрый поиск неисправности. Если подъемная установка работает на двух двигателях, машина может работать с использованием только одного двигателя с соответствующим снижением грузоподъемности установки.

В роли тормозного механизма машин выступает электрогидравлическая тормозная система, которая служит для питания и управления дисковыми тормозными блоками. Кроме этого, электрогидравлическая система реализует множество измерительных функций и оснащена широким комплексом защит, обеспечивающих безопасную эксплуатацию машины. 

Система электронного глубиномера решена с помощью датчиков угла поворота (инкрементальный датчик IRC), приводящихся в действие от главного вала машины посредством механизма привода датчиков. От датчиков в управляющую систему поступают импульсы, которые переводятся программой в показания глубины о том, где находится клеть или скип. Чтобы устранить влияние растяжения подъемных канатов и другие отклонения, в стволе смонтированы магнитные выключатели (юстировочные), которые при проезде подъемной клети (скипа) сравнивают и корректируют действительную глубину, соответствующую датчику, с глубиной, рассчитанной электронным глубиномером.

Есть задача — будет результат

Помимо чешских подъемных машин достойно внимания оборудование и других производителей — выбор остается за заказчиком. Проектный институт в свою очередь готов профессионально и грамотно выполнить поставленную задачу. Проектировщик-технолог выбирает подъемную машину исходя из назначения подъема, производительности, геометрических и динамических характеристик. Для проектировщика-электрика важно оптимально расположить оборудование управления электродвигателем подъемной машины, произвести необходимые расчеты, привести принципиальные электрические схемы в соответствие с решаемыми задачами, разработать схемы подключения, рассчитать трассы для прокладки силовых и контрольных кабелей и так далее. Слаженная работа всех подразделений института «Гипроруда» дает на выходе качественный продукт.

Чаще всего в проектах института электрооборудование для подъемной машины располагается на разных отметках здания и в разных помещениях. Силовые дроссели, шкафы с преобразователями, линейные автоматические выключатели, силовые разъединители размещаются в отдельном помещении, в машинном зале обычно наравне с кабиной машиниста подъема устанавливаются шкафы управления машиной и шкафы вспомогательных приводов. В помещении маслостанции — шкафы гидравлического тормоза и маслосмазки подшипников подъемной машины. В связи с тем что электропитание подъемной машины обеспечивается за счет комплектного высоковольтного трансформатора, в здании подъемной машины проектируется распределительное устройство РУ 6 кВ. Для питания шкафов вспомогательных приводов проектируется двухтрансформаторное КТП 6/0,4 кВ. Напряжение питания низковольтных электроприемников составляет около 380/220 В, 50 Гц.

Каждый проект специалистов института «Гипроруда» имеет свои особенности. Так, для прохождения тока в якорной цепи двигателей постоянного тока, по рекомендациям чешских инженеров, используется не шинопровод, а пучок из нескольких силовых одножильных медных кабелей соответствующего сечения. Требуется настоящее искусство, чтобы разработать конструкции для отдельной прокладки силовых, контрольных и кабелей управления типа DATAX. Каждый двигатель требует внешней вентиляции, поэтому для отвода тепла разрабатывается приточная установка и интеграция ее в систему управления подъемной машиной.