Keçmişə nəzər: İlkin elektrik mühərrikləri yeraltı mədənçiliyi necə dəyişdi

Mədən sənayesi elektrikləşməyə başladığı an

Proqramlaşdırıla bilən kontrollerlər, rəqəmsal ötürücülər və vəziyyətə nəzarət sistemləri sənaye müəssisələrində standart halına gəlməzdən çox əvvəl mədən mühəndisləri daha çətin bir problemlə üzləşirdilər: ucqar və təhlükəli mühitlərdə yerin dərinliklərinə etibarlı enerjini necə çatdırmaq olar.

ABŞ-ın qərbindəki mədən şəhərlərində, xüsusilə Wallace, Idaho kimi gümüşlə zəngin bölgələrdə, buxarla işləyən mexanizmlərdən elektrik mühərriki sistemlərinə keçid faydalı qazıntıların çıxarılmasının iqtisadiyyatını və təhlükəsizliyini dəyişdirdi. Nəhəng kompressorlar, qaldırıcılar və daşıma sistemləri sənayenin elektrikləşdirilməsi üçün ilkin sınaq meydanlarına çevrildi.

Bu sistemləri bu gün də diqqətəlayiq edən yalnız ölçüləri deyil, həm də mühəndislik prinsiplərinin neçəsinin müasir ötürücü və hərəkətə nəzarət sistemlərində hələ də aktual qalmasıdır.

Elektrik enerjisi ucqar mədən əməliyyatlarına çatır

XX əsrin əvvəllərində iri sənaye mərkəzlərindən kənarda elektrik infrastrukturu məhdud idi. Mədənlər çox vaxt sabit kommunal şəbəkələrdən uzaqda, təcrid olunmuş dağlıq ərazilərdə yaradılırdı. Kömürlə işləyən sistemlər müstəqil fəaliyyət göstərə bildiyinə görə, ilkin kəşfiyyat işləri zamanı buxar mühərrikləri üstün tutulan həll olaraq qalırdı.

Yalnız mədən uzunmüddətli gəlirliliyini nümayiş etdirdikdən sonra operatorlar elektrik paylama sistemlərinin quraşdırılması üçün tələb olunan sərmayəni əsaslandıra bilirdilər. Nəticədə, həmin dövrün bir çox maşını qəsdən həm buxar, həm də elektrik ötürücü konfiqurasiyalarını dəstəkləyəcək şəkildə layihələndirilirdi.

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

Sıxılmış hava: Yeraltı işlərin həyat xətti

Tarixi mədən əməliyyatlarında ən mühüm sistemlərdən biri sıxılmış hava istehsalı idi. Yeraltında təmiz hava axını işçilərin sağ qalması üçün vacib idi, lakin sıxılmış hava həm də elektrik qığılcımlarının alışma riski yaratdığı təhlükəli ərazilərə mexaniki enerjinin ötürülməsi üçün daha təhlükəsiz üsul təmin edirdi.

Yerüstü quraşdırılmış iri kompressor stansiyaları həm ventilyasiyanı, həm də qazma avadanlıqları, mədən arabaları və qaldırıcı sistemlər üçün pnevmatik enerjini təmin edirdi.

Şəkil 1. İlkin mədən kompressor sistemləri yeraltı əməliyyatlar üçün sıxılmış hava yaratmaq məqsədilə iri volanları və elektrik mühərriklərini birləşdirirdi.

Kəndirlə hərəkətə gətirilən mexaniki ötürmə

Müasir birbaşa ötürücülü mühərriklərdən fərqli olaraq, ilk kompressor qurğuları fırlanma enerjisini ötürmək üçün nəhəng volanlara və kəndir-kəmər ötürmə sistemlərinə əsaslanırdı. Bir neçə kəndir ilgəyi müasir serpantin kəmərlərə bənzər şəkildə işləyərək fırlanma momentini paylayır və zərbə yüklənməsini azaldırdı.

Bu sistemlər həmçinin primitiv mexaniki muftalar kimi xidmət edir, mühərriklə kompressor pillələri arasında daha rəvan qoşulmanı təmin edirdi.

Şəkil 2. Kanat-kəmər kasnaqları fırlanma sürətini azaldır və sabit cərəyan mühərrikindən kompressor qurğusuna fırlanma momentinin ötürülməsinə kömək edirdi.

Fırçalı sabit cərəyan mühərriklərinin yüksəlişi

Fırçalı sabit cərəyan mühərrikləri müasir dəyişən tezlikli ötürücülər mövcud olmamışdan xeyli əvvəl yüksək işəsalma fırlanma momenti və tənzimlənən sürət xüsusiyyətləri təmin etdikləri üçün mədən sənayesində cəlbedici idi.

Kommutator və fırça qurğusu rotor sarğılarındakı cərəyanın istiqamətini mexaniki şəkildə dəyişdirərək fasiləsiz fırlanmanı və nisbətən sadə sürət idarəetməsini təmin edirdi.

Şəkil 3. İlkin sabit cərəyan mühərriklərində rotor cərəyanının kommutasiyası və dəyişən sürətli iş rejimi üçün açıq kommutator fırçalarından istifadə olunurdu.

Müasir sənaye sahələri əsasən dəyişən cərəyan invertoru ilə idarə olunan sistemlərə keçsə də, sabit cərəyan mühərrikləri dövründə inkişaf etdirilmiş fırlanma momentinə nəzarət konsepsiyalarının bir çoxu bu gün də mədən və ağır emal sənayelərində istifadə olunan sənaye ötürücü arxitekturalarına təsir göstərir.

Müasir güc elektronikası öncəsi mühərrik-generator qurğuları

Bu dövrün ən maraqlı mühəndislik həllərindən biri mühərrik-generator qurğusu idi. Sabit tezlikli dəyişən cərəyan mühərrikləri böyük dişli reduksiyaları olmadan aşağı sürətdə yüksək fırlanma momenti təmin edə bilmədiyindən, mühəndislər fırlanan çevirmə sistemləri hazırladılar.

Dəyişən cərəyan mühərriki sabit cərəyan generatorunu mexaniki olaraq hərəkətə gətirir, generator isə kompressor mühərrikinə idarə olunan sabit cərəyan verirdi. Bu quruluş operatorlara həddindən artıq böyük mexaniki reduktorlardan istifadə etmədən sürəti daha rəvan tənzimləməyə imkan verirdi.

Şəkil 4. Fırlanan mühərrik-generator sistemləri yarımkeçirici əsaslı ötürücü texnologiyasının meydana çıxmasından əvvəl tənzimlənən sabit cərəyan gücü təmin edirdi.

Bir çox cəhətdən bu sistemlər böyük miqyaslı mədən avtomatlaşdırılmasında geniş istifadə olunan müasir rekuperativ ötürücü sistemlərin və enerji çevirmə platformalarının sənaye sələfləri idi.

Filizin qaldırılması sadəcə xam gücdən daha çoxunu tələb edirdi

Dərin şaxtalardan filizin şaquli şəkildə çıxarılması daha bir mühüm mühəndislik problemi yaratdı: idarə olunan yavaşıma. Cazibə qüvvəsinin təsiri ilə aşağı enən ağır filiz vedrələri qaldırıcı sistemlərin daxilində böyük fırlanma enerjisi yaradırdı.

Düzgün əyləcləmə idarəetməsi olmadıqda, kabel barabanları həddindən artıq sürətlənə və ciddi mexaniki risklər yarada bilərdi.

Mədən operatorları bu problemi artıq elektrik enerjisini istiliyə çevirən rezistor əsaslı əyləcləmə sistemləri ilə həll edirdilər. Müasir standartlara görə primitiv olsa da, iş prinsipi sənaye ötürücülərində istifadə olunan müasir dinamik əyləcləmə üsullarına çox bənzəyir.

Şəkil 5. İlkin əyləc rezistorları qaldırıcı qurğuların enmə sürətini idarə etməyə və mədən avadanlığında mexaniki aşınmanı azaltmağa kömək edirdi.

Bu gün bu konsepsiyalar müasir VFD və AC ötürücü platformalarına inteqrasiya olunmuş qabaqcıl rekuperativ texnologiyalara çevrilib və mədən obyektlərinə əyləcləmə enerjisini daha yüksək səmərəliliklə bərpa edib yenidən bölüşdürməyə imkan verir.

Akkumulyatorlu və pnevmatik mədən arabası sistemləri

Yeraltı tunellərin daxilində nəqliyyat kompakt və etibarlı mobil enerji sistemləri tələb edirdi. İki əsas həll ortaya çıxdı: sıxılmış hava ilə işləyən lokomotivlər və akkumulyatorla işləyən elektrik arabaları.

Pnevmatik sistemlər partlayış təhlükəli yeraltı atmosferlərdə elektrik qövsünün yaranmasının qarşısını aldığı üçün əhəmiyyətli təhlükəsizlik üstünlüyü təklif edirdi. Lakin sıxılmış hava saxlama tutumu işləmə müddətini məhdudlaşdırırdı.

Akkumulyatorla işləyən arabalar daha böyük əməliyyat çevikliyi təmin edirdi, lakin fırçalı mühərriklərdən qığılcımların yaranması və akkumulyatorun məhdud işləmə müddəti ilə bağlı narahatlıqlar doğururdu. Hətta bu ilk sistemlərdə belə, mədən mühəndisləri təhlükəsizlik, səmərəlilik və işləmə müddətinin göstəricilərini tarazlaşdırmağa başlamışdılar — bu problemlər bu gün də sənaye elektrikləşdirməsinin mərkəzindədir.

Müasir sənaye hərəkətinə nəzarətin əsasları

Bu ilk mədən sistemlərinə nəzər saldıqda, müasir sənaye texnologiyalarının bir çoxunun bir əsrdən çox əvvəl inkişaf etdirilmiş fundamental mexaniki və elektrik prinsiplərindən necə təkamül etdiyini görmək mümkündür.

İstər sabit cərəyan momentinə nəzarəti, istər rekuperativ əyləcləməni, istər fırlanan güc çevrilməsini, istərsə də hərəkətin sinxronlaşdırılmasını araşdıraq, müasir avtomatlaşdırma sistemlərinin mühəndislik DNT-sini birbaşa bu mədən qurğularına qədər izləmək olar.

Bir çox cəhətdən tarixi mədən infrastrukturu inteqrasiya olunmuş sənaye hərəkətinə nəzarətin ən erkən genişmiqyaslı nümayişlərindən birini təmsil edir.

Şəkil 6. Mədənçilik irsi sərgiləri bu gün də görünən ən qədim sənaye elektrikləşdirmə sistemlərindən bəzilərini qoruyub saxlayır.

Bu maşınlar niyə hələ də vacibdir

Müasir mədən sahələri indi proqnozlaşdırıcı diaqnostikaya, rəqəmsal əkizlərə, vəziyyətə nəzarətə və yüksək səmərəli dəyişən sürətli ötürücülərə əsaslanır. Lakin əsas məqsəd dəyişməz qalır: ekstremal istismar şəraitində materialı təhlükəsiz, etibarlı və səmərəli şəkildə daşımaq.

Müəllif hesab edir ki, bu tarixi sistemlər bugünkü avtomatlaşdırma mühəndislərinin daha çox diqqətinə layiqdir, çünki onlar rəqəmsal idarəetmə mövcud olmamışdan çox əvvəl zərif mühəndislik həllərinin necə yarandığını nümayiş etdirir. Müasir mühərrik idarəetmə sistemlərinin əsasını təşkil edən bir çox konsepsiya daha az alətlə çalışan mühəndislər tərəfindən mexaniki və elektrik üsullarla həll edilmişdi.

Daniel Mercer | Sənaye sistemləri üzrə baş müxbir

Daniel Mercer sənaye elektrikləşdirməsi, fırlanan maşınlar və avtomatlaşdırma infrastrukturu sahələrində 14 ildən çox təcrübəyə malikdir. Onun təcrübəsinə Siemens ötürücü sistemləri, GE sənaye mühərrikləri ilə bağlı hərəkətə nəzarət layihələri və ağır emal sənayeləri üçün vəziyyətə nəzarət tətbiqləri daxildir.