Еске алу: Ерте электр қозғалтқыштары жер асты кен өндіруді қалай өзгертті

Тау-кен өнеркәсібінің электрленуінің басталған сәті

Бағдарламаланатын контроллерлер, сандық жетектер және жағдайды бақылау жүйелері өнеркәсіптік нысандарда стандартқа айналғанға дейін, тау-кен инженерлері әлдеқайда күрделі мәселені шешуге мәжбүр болды: шалғай және қауіпті жер асты орталарында сенімді қуат жеткізу.

АҚШ-тың батысындағы тау-кен қалаларында, әсіресе Уоллес, Айдахо сияқты күміспен бай аймақтарда, бу қозғалтқыштарынан электр мотор жүйелеріне көшу минералды өндірудің экономикасы мен қауіпсіздігін түбегейлі өзгертті. Үлкен компрессорлар, көтергіштер және тасымалдау жүйелері өнеркәсіптік электрлендірудің алғашқы сынақ алаңдарына айналды.

Бұл жүйелерді бүгінгі күнге дейін таңқалдыратын нәрсе олардың көлемі ғана емес, сонымен қатар қазіргі жетек және қозғалысты басқару жүйелерінде әлі де өзекті инженерлік принциптердің көп болуы.

Электр қуаты шалғай тау-кен операцияларына жетеді

Жиырмасыншы ғасырдың басында электр инфрақұрылымы ірі өнеркәсіптік орталықтардан тыс жерде шектеулі болды. Шахталар көбінесе оқшауланған тауларда, тұрақты коммуналдық желілерден алыс орналасқан. Бу қозғалтқыштары ерте барлау кезінде тәуелсіз жұмыс істей алатын көмірмен жұмыс істейтін жүйелер болғандықтан, олар басым шешім болды.

Тек шахта ұзақ мерзімді табыстылығын дәлелдегеннен кейін ғана операторлар электр тарату жүйелерін орнатуға қажетті инвестицияны ақтады. Нәтижесінде, осы кезеңдегі көптеген машиналар бу және электр жетегі конфигурацияларын қолдауға арнайы жобаланған.

Бұл аралас инженерлік философия тау-кен компанияларына толық механикалық жүйелерді ауыстырмай-ақ электр моторларына біртіндеп көшуге көмектесті.

Сығылған ауа: Жер асты жұмысының тірегі

Тарихи тау-кен жұмыстарындағы ең маңызды жүйелердің бірі сығылған ауаны өндіру болды. Жер асты жаңа ауа ағыны жұмысшылардың тіршілігі үшін маңызды болғанымен, сығылған ауа механикалық энергияны электрлік ұшқындардың тұтану қаупі бар қауіпті аймақтарға қауіпсіз жеткізу әдісін де қамтамасыз етті.

Жер үстінде орнатылған үлкен компрессор станциялары бұрғылау жабдықтары, тау-кен арбалары және көтеру жүйелері үшін желдету мен пневматикалық қуат берді.

1-сурет. Ерте тау-кен компрессор жүйелері үлкен маховиктер мен электр моторларын біріктіріп, жер асты жұмыстарға сығылған ауаны өндіру үшін қолданылды.

Арқанмен басқарылатын механикалық беріліс

Қазіргі тікелей жетекті моторлардан айырмашылығы, ерте компрессор орнатылымдары айналу энергиясын беру үшін үлкен маховиктер мен арқан белдік беріліс жүйелеріне сүйенді. Бірнеше арқан ілмектері қазіргі серпентин белдіктеріне ұқсас жұмыс істеп, моментті таратып, соққы жүктемесін азайтты.

Бұл жүйелер сондай-ақ мотор мен компрессор кезеңдері арасындағы жұмсақ қосылуды қамтамасыз ететін алғашқы механикалық муфталар ретінде қызмет етті.

2-сурет. Арқан-ремень шкивтері айналу жылдамдығын азайтып, тұрақты ток моторынан компрессор жинағына моментті беруге көмектесті.

Щеткалы тұрақты ток моторларының көтерілуі

Щеткалы тұрақты ток моторлары тау-кенде тартымды болды, себебі олар жоғары бастапқы момент пен реттелетін жылдамдық сипаттамаларын заманауи айнымалы жиілікті қозғалтқыштар пайда болғанға дейін қамтамасыз етті.

Коммутатор мен щетка жинағы ротор орамдары арқылы ток бағытын механикалық түрде ауыстырып, үздіксіз айналуды және салыстырмалы түрде қарапайым жылдамдық бақылауын қамтамасыз етті.

3-сурет. Ерте тұрақты ток моторлары ротор тогын ауыстыру және жылдамдықты өзгерту үшін ашық коммутатор щеткаларын қолданды.

Қазіргі өнеркәсіптер негізінен айнымалы ток инверторлы жүйелерге көшкенімен, тұрақты ток моторлары дәуірінде дамыған моментті басқару тұжырымдамалары тау-кен және ауыр өндіріс салаларында қолданылатын қазіргі өнеркәсіптік қозғалтқыш архитектураларына әлі де әсер етеді.

Қазіргі қуат электроникасына дейінгі мотор-генератор жиынтықтары

Осы кезеңдегі ең қызықты инженерлік шешімдердің бірі мотор-генератор жиынтығы болды. Тұрақты жиілікті айнымалы ток моторлары үлкен беріліс азайтуларсыз төмен жылдамдықта жоғары моментті қамтамасыз ете алмағандықтан, инженерлер роторлы түрлендіру жүйелерін жасады.

Айнымалы ток моторы механикалық түрде тұрақты ток генераторын айналдырды, ол кейін компрессор моторына реттелетін тұрақты ток қуатын берді. Бұл құрылым операторларға үлкен механикалық беріліс қораптарынсыз жылдамдықты тегіс реттеуге мүмкіндік берді.

4-сурет. Роторлы мотор-генератор жүйелері жартылай өткізгіш негізіндегі қозғалтқыш технологиясы пайда болғанға дейін реттелетін тұрақты ток қуатын қамтамасыз етті.

Көптеген жағынан, бұл жүйелер қазіргі ірі тау-кен автоматтандыруында кеңінен қолданылатын регенеративті қозғалтқыш жүйелері мен қуатты түрлендіру платформаларының өнеркәсіптік арғы аталары болды.

Руданы көтеру тек күшке ғана емес, басқа да талаптарға сай болды

Терең шахталардан тік бағытта руда шығару тағы бір ірі инженерлік қиындықты тудырды: бақылаулы баяулатуды. Ауыр руда шелектері гравитация әсерінен төмен түсіп, көтергіш жүйелерде үлкен айналу энергиясын тудырды.

Дұрыс тежегіш бақылауы болмаса, кабель барабандары тым жылдам айналып, ауыр механикалық қауіптер туғызуы мүмкін еді.

Тау-кен операторлары артық электр энергиясын жылуға айналдыратын резистор негізіндегі тежегіш жүйелер арқылы бұл мәселені шешті. Бүгінгі стандарттар бойынша қарапайым болғанымен, жұмыс принципі өнеркәсіптік қозғалтқыштарда қолданылатын заманауи динамикалық тежегіш әдістеріне ұқсас.

5-сурет. Ерте тежегіш резисторлар көтергіштің төмендеу жылдамдығын бақылауға көмектесті және тау-кен жабдығының механикалық тозуын азайтты.

Бүгінде осы тұжырымдамалар заманауи VFD және AC қозғалтқыш платформаларына интеграцияланған жетілдірілген регенеративті технологияларға айналды, бұл кен орындарына тежелу энергиясын әлдеқайда тиімді түрде қалпына келтіруге және қайта бөлуге мүмкіндік береді.

Батарея және пневматикалық кен арбалары жүйелері

Жер асты туннельдерінде тасымалдау үшін ықшам және сенімді мобильді қуат жүйелері қажет болды. Екі негізгі шешім пайда болды: сығылған ауа локомотивтері және батареямен жұмыс істейтін электрлік арбалар.

Пневматикалық жүйелер жарылғыш жер асты атмосфераларында электрлік доғалықтың алдын алу арқылы маңызды қауіпсіздік артықшылығын ұсынды. Дегенмен, сығылған ауа сақтау сыйымдылығы жұмыс уақытына шектеу қойды.

Батареямен жұмыс істейтін арбалар үлкенірек операциялық икемділік берді, бірақ щеткалы моторлардан шыққан ұшқынның пайда болуы және батареяның шектеулі қызмет ету мерзімі мәселелерін тудырды. Тіпті осы ерте жүйелерде де кен өндіру инженерлері қауіпсіздік, тиімділік және жұмыс уақыты өнімділігін теңестіруді бастады — бұл мәселелер бүгінгі өнеркәсіптік электрлендірудің негізгі мәселелері болып табылады.

Қазіргі заманғы өнеркәсіптік қозғалысты басқарудың негіздері

Осы ерте кен өндіру жүйелеріне көз жүгірту қазіргі заманғы көптеген өнеркәсіптік технологиялардың ғасырдан астам уақыт бұрын дамыған негізгі механикалық және электрлік принциптерден қалай дамығанын көрсетеді.

Тікелей ток моментін басқару, регенеративті тежелу, айналмалы қуатты түрлендіру немесе қозғалысты синхрондау сияқты кез келген аспектіні қарастырсақ та, қазіргі заманғы автоматтандыру жүйелерінің инженерлік ДНҚ-сы осы кен орындарынан тікелей шығады.

Көптеген жағынан тарихи кен өндіру инфрақұрылымы біріктірілген өнеркәсіптік қозғалысты басқарудың ең ерте ауқымды көрсетілімдерінің бірі болып табылады.

6-сурет. Кен өндіру мұрасы көрмелері бүгінгі күнге дейін көрінетін ең ерте өнеркәсіптік электрлендіру жүйелерінің кейбірін сақтайды.

Неліктен осы машиналар әлі де маңызды

Қазіргі кен орындары болжамды диагностикаға, сандық егіздерге, жағдайды бақылауға және жоғары тиімділікпен айнымалы жылдамдықты қозғалтқыштарға сүйенеді. Дегенмен негізгі миссия өзгермеген: материалды қауіпсіз, сенімді және тиімді түрде экстремалды жұмыс жағдайларында тасымалдау.

Автордың пікірінше, осы тарихи жүйелер бүгінгі автоматтандыру инженерлерінің көбірек назарын аударуға лайық, өйткені олар сандық басқару пайда болмаған кезде де әдемі инженерлік шешімдердің қалай пайда болғанын көрсетеді. Қазіргі заманғы моторды басқару жүйелерінің көптеген тұжырымдамалары механикалық және электрлік түрде аз құралдармен жұмыс істеген инженерлер арқылы шешілген.

Даниэл Мерсер | Аға өнеркәсіптік жүйелер туралы репортер

Даниэл Мерсердің өнеркәсіптік электрлендіру, айналмалы машиналар және автоматтандыру инфрақұрылымы саласында 14 жылдан астам тәжірибесі бар. Оның тәжірибесіне Siemens қозғалтқыш жүйелері, GE өнеркәсіптік моторлары және ауыр процестік өнеркәсіптерге арналған жағдайды бақылау қолданбалары бойынша қозғалысты басқару жобалары кіреді.