Geri Baxış: Erkən Elektrik Mühərrikləri Yeraltı Mədənçiliyi Necə Dəyişdirdi

Mədən Elektrikləşməyə Başladığı An

Proqramlaşdırıla bilən idarəedicilər, rəqəmsal sürücülər və vəziyyət monitorinqi sistemləri sənaye müəssisələrində standartlaşmadan çox əvvəl, mədən mühəndisləri daha çətin bir problemə qarşılaşırdılar: uzaq və təhlükəli yeraltı mühitlərdə etibarlı güc necə çatdırılsın.

ABŞ-ın qərb bölgəsində, xüsusilə Wallace, Idaho kimi gümüşlə zəngin bölgələrdə, buxarla işləyən maşınlardan elektrik motor sistemlərinə keçid mineral çıxarılmasının iqtisadiyyatını və təhlükəsizliyini yenidən formalaşdırdı. Nəhəng kompressorlar, qaldırıcılar və nəqliyyat sistemləri sənaye elektrifikasiyasının erkən sınaq meydanları oldu.

Bu sistemləri bu gün də diqqətəlayiq edən təkcə onların ölçüsü deyil, həm də bir çox mühəndislik prinsiplərinin müasir sürmə və hərəkət idarəetmə sistemləri daxilində hələ də aktual qalmasıdır.

Elektrik Uzaq Mədən Əməliyyatlarına Çatır

İyirminci əsrin əvvəllərində elektrik infrastrukturu əsas sənaye mərkəzləri xaricində məhdud idi. Mədənlər tez-tez sabit kommunal şəbəkələrdən uzaq, təcrid olunmuş dağlarda qurulurdu. Buxar mühərrikləri erkən axtarış dövründə üstünlük verilən həll olaraq qalırdı, çünki kömürlə işləyən sistemlər müstəqil işləyə bilirdi.

Bir mədən uzunmüddətli gəlirlilik nümayiş etdirdikdən sonra operatorlar elektrik paylama sistemlərinin quraşdırılması üçün tələb olunan sərmayəni əsaslandırırdılar. Nəticədə, bu dövrdən olan bir çox maşın həm buxar, həm də elektrik sürücüsü konfiqurasiyalarını dəstəkləmək üçün qəsdən dizayn edilmişdi.

Bu hibrid mühəndislik fəlsəfəsi mədən şirkətlərinə bütün mexaniki sistemləri dəyişdirmədən tədricən elektrik motorlarına keçməyə kömək etdi.

Sıxılmış Hava: Yeraltı İşin Həyat Xətti

Tarixi mədən əməliyyatlarında ən vacib sistemlərdən biri sıxılmış hava istehsalı idi. Yeraltında təzə hava axını işçilərin sağ qalması üçün vacib idi, lakin sıxılmış hava həm də elektrik cərəyanının alışma riskləri olan təhlükəli sahələrə mexaniki enerjinin daha təhlükəsiz ötürülməsini təmin edirdi.

Yerdən yuxarı quraşdırılmış böyük kompressor stansiyaları həm ventilyasiya, həm də qazma avadanlığı, mədən arabaları və qaldırıcı sistemlər üçün pnevmatik güc təmin edirdi.

Şəkil 1. Erkən mədən kompressor sistemləri yeraltı əməliyyatlar üçün sıxılmış hava yaratmaq məqsədilə böyük uçan təkərlər və elektrik motorlarını birləşdirirdi.

İp ilə İdarə olunan Mexaniki Ötürmə

Müasir birbaşa sürücülü motorlardan fərqli olaraq, erkən kompressor quraşdırmaları fırlanma enerjisini ötürmək üçün nəhəng uçan təkərlər və ip-kəmər ötürmə sistemlərinə əsaslanırdı. Bir neçə ip halqası müasir serpantin kəmərlərinə bənzər şəkildə işləyərək, torku paylayır və şok yüklənməni azaldırdı.

Bu sistemlər həmçinin primitiv mexaniki qovşaqlar kimi xidmət edirdi, motor və kompressor mərhələləri arasında daha hamar qoşulmanı təmin edirdi.

Şəkil 2. İp-kəmər puleyləri fırlanma sürətini azaldır və DC motordan kompressor qurğusuna tork ötürülməsinə kömək edirdi.

Fırçalı DC motorların yüksəlişi

Fırçalı DC motorlar mədən üçün cəlbedici idi, çünki onlar müasir dəyişkən tezlik sürücüləri mövcud olmadan əvvəl yüksək başlanğıc torku və tənzimlənən sürət xüsusiyyətləri təqdim edirdi.

Kommutator və fırça qurğusu rotor sarğıları boyunca cərəyan istiqamətini mexaniki olaraq dəyişdirir, davamlı fırlanma və nisbətən sadə sürət idarəsi təmin edirdi.

Şəkil 3. Erkən DC motorlar rotor cərəyanının dəyişdirilməsi və dəyişkən sürət əməliyyatı üçün açıq kommutator fırçalarından istifadə edirdi.

Müasir sənayelər əsasən AC inverter sürücülərinə keçsə də, DC motor dövründə inkişaf etdirilən tork idarəetmə konseptləri hələ də mədən və ağır proses sənayelərində istifadə olunan indiki sənaye sürücü arxitekturalarına təsir edir.

Müasir güc elektronikasından əvvəl motor-generator dəstləri

Bu dövrdən ən maraqlı mühəndislik həllərindən biri motor-generator dəsti idi. Sabit tezlikli AC motorlar böyük dişli azaldılmaları olmadan aşağı sürət və yüksək tork təmin edə bilmədiyindən mühəndislər döner çevirmə sistemləri inkişaf etdirdilər.

AC motor mexaniki olaraq DC generatoru işlədir, sonra isə nəzarət olunan DC gücünü kompressor motoruna verirdi. Bu düzən operatorlara böyük mexaniki dişli qutuları olmadan daha hamar sürət tənzimləməsi əldə etməyə imkan verirdi.

Şəkil 4. Döner motor-generator sistemləri yarımkeçirici əsaslı sürücü texnologiyasının gəlməsindən əvvəl tənzimlənən DC gücü təmin edirdi.

Bir çox cəhətdən, bu sistemlər müasir regenerativ sürücü sistemlərinin və böyük miqyaslı mədən avtomatlaşdırmasında geniş istifadə olunan enerji çevirmə platformalarının sənaye əcdadları idi.

Filiz qaldırmaq sadəcə xam güc tələb etmirdi

Dərin şaftlardan şaquli şəkildə filiz çıxarılması başqa bir mühüm mühəndislik çətinliyi yaratdı: nəzarətli yavaşlama. Qravitasiya altında enən ağır filiz vedrələri qaldırıcı sistemlərdə böyük fırlanma enerjisi yaratdı.

Düzgün əyləc idarəsi olmadan, kabel tamburları sürət həddini aşaraq ciddi mexaniki risklər yarada bilərdi.

Mədən operatorları bu problemi artıq elektrik enerjisini istiliyə çevirən rezistor əsaslı əyləc sistemləri ilə həll etdilər. Bu günün standartlarına görə primitiv olsa da, işləmə prinsipi sənaye sürücülərində istifadə olunan müasir dinamik əyləc üsullarına çox bənzəyir.

Şəkil 5. Erkən əyləc rezistorları qaldırıcı eniş sürətlərini idarə etməyə kömək etdi və mədən avadanlıqlarında mexaniki aşınmanı azaltdı.

Bu gün bu konseptlər müasir VFD və AC sürücü platformalarına inteqrasiya olunmuş qabaqcıl regenerativ texnologiyalara çevrilib, mədən müəssisələrinin əyləc enerjisini daha yüksək səmərəliliklə bərpa etməsinə və yenidən paylamasına imkan verir.

Batareya və Pnevmatik Mədən Arabası Sistemləri

Yeraltı tunellərdə nəqliyyat üçün kompakt və etibarlı mobil enerji sistemləri tələb olunurdu. İki dominant həll ortaya çıxdı: sıxılmış hava lokomotivləri və batareya ilə işləyən elektrik arabaları.

Pnevmatik sistemlər partlayıcı yeraltı atmosferlərdə elektrik qığılcımı yaranmasının qarşısını aldığından əhəmiyyətli təhlükəsizlik üstünlüyü təklif edirdi. Lakin sıxılmış hava saxlama tutumu işləmə müddətini məhdudlaşdırırdı.

Batareya ilə işləyən arabalar daha böyük əməliyyat çevikliyi təmin edirdi, lakin fırçalı mühərriklərdən yaranan alışma və məhdud batareya ömrü ilə bağlı narahatlıqlar yaratdı. Hətta bu erkən sistemlərdə mədən mühəndisləri artıq təhlükəsizlik, səmərəlilik və işləmə müddətini balanslaşdırmağa başlamışdılar — bu gün də sənaye elektrikləşdirməsinin mərkəzində duran çağırışlar.

Müasir Sənaye Hərəkət Nəzarətinin Əsasları

Bu erkən mədən sistemlərinə baxmaq göstərir ki, bir çox müasir sənaye texnologiyaları əsası bir əsrdən çox əvvəl inkişaf etdirilmiş fundamental mexaniki və elektrik prinsiplərindən təkamül edib.

DC tork nəzarəti, regenerativ əyləc, fırlanan güc çevrilməsi və ya hərəkət sinxronizasiyasını araşdırarkən, müasir avtomatlaşdırma sistemlərinin mühəndislik DNT-si birbaşa bu mədən qurğularına gedib çıxır.

Bir çox cəhətdən, tarixi mədən infrastrukturu inteqrasiya olunmuş sənaye hərəkət nəzarətinin ən erkən genişmiqyaslı nümayişlərindən biridir.

Şəkil 6. Mədən irsi sərgiləri bu gün hələ də görünən ən erkən sənaye elektrikləşdirmə sistemlərinin bəzilərini qoruyur.

Niyə Bu Maşınlar Hələ də Əhəmiyyətlidir

Müasir mədən sahələri indi proqnozlaşdırıcı diaqnostika, rəqəmsal əkizlər, vəziyyət monitorinqi və yüksək səmərəli dəyişkən sürətli sürücülərə əsaslanır. Yenə də əsas missiya dəyişməz qalır: materialı təhlükəsiz, etibarlı və səmərəli şəkildə ekstremal iş şəraitində hərəkət etdirmək.

Müəllif hesab edir ki, bu tarixi sistemlər bu günün avtomatlaşdırma mühəndisləri tərəfindən daha çox diqqətə layiqdir, çünki onlar rəqəmsal nəzarət mövcud olmadan əvvəl necə zərif mühəndislik həllərinin ortaya çıxdığını göstərir. Müasir mühərrik nəzarət sistemlərinin arxasında duran bir çox konseptlər daha az vasitələrlə işləyən mühəndislər tərəfindən mexaniki və elektrik olaraq həll olunub.

Daniel Mercer | Baş Sənaye Sistemləri Mətbuatçısı

Daniel Mercer sənaye elektrikləşdirmə, döner maşınlar və avtomatlaşdırma infrastrukturu sahəsində 14 ildən çox təcrübəyə malikdir. Onun təcrübəsi Siemens sürücü sistemləri, GE sənaye mühərrikləri və ağır proses sənayeləri üçün vəziyyət monitorinqi tətbiqlərini əhatə edən hərəkət nəzarəti layihələrini əhatə edir.