Retrospektiva: Ilk elektr motorlari yer osti konchiligini qanday o‘zgartirdi

Kon ishlarini elektrlashtirish boshlangan davr

Dasturlanadigan kontrollerlar, raqamli yuritmalar va texnik holatni monitoring qilish tizimlari sanoat obyektlarida standartga aylanishidan ancha oldin kon muhandislari yanada murakkab muammoga duch kelgan: chekka va xavfli muhitlarda yer ostining chuqur qismlariga ishonchli quvvatni qanday yetkazish kerak?

AQSh g‘arbiy qismidagi kon shaharchalarida, ayniqsa Wallace, Idaho kabi kumushga boy hududlarda, bug‘ bilan ishlaydigan mashinalardan elektr dvigatelli tizimlarga o‘tish foydali qazilmalarni qazib olish iqtisodiyoti va xavfsizligini tubdan o‘zgartirdi. Ulkan kompressorlar, ko‘targichlar va tashish tizimlari sanoatni elektrlashtirishning dastlabki sinov maydonlariga aylandi.

Bu tizimlarni bugun ham hayratlanarli qiladigan narsa nafaqat ularning kattaligi, balki ko‘plab muhandislik tamoyillarining zamonaviy yuritmalar va harakatni boshqarish tizimlarida hamon dolzarbligidir.

Elektr energiyasi chekka kon ishlariga yetib boradi

Yigirmanchi asr boshlarida yirik sanoat markazlaridan tashqarida elektr infratuzilmasi cheklangan edi. Konlar ko‘pincha barqaror kommunal tarmoqlardan uzoqda, chekka tog‘larda barpo etilgan. Dastlabki qidiruv ishlari paytida bug‘ dvigatellari afzal yechim bo‘lib qolgan, chunki ko‘mir yoqilg‘isida ishlaydigan tizimlar mustaqil faoliyat yurita olgan.

Faqat kon uzoq muddatli daromadliligini namoyish etganidan keyingina operatorlar elektr taqsimlash tizimlarini o‘rnatish uchun zarur investitsiyani oqlay olgan. Natijada, bu davrdagi ko‘plab mashinalar ataylab ham bug‘, ham elektr yuritma konfiguratsiyalarini qo‘llab-quvvatlaydigan qilib loyihalangan.

Bu gibrid muhandislik falsafasi kon kompaniyalariga butun mexanik tizimlarni almashtirmasdan, elektr dvigatellarga bosqichma-bosqich o‘tishga yordam bergan.

Siqilgan havo: yerosti mehnatining hayotiy ta’minoti

Tarixiy kon ishlaridagi eng muhim tizimlardan biri siqilgan havo hosil qilish edi. Yer ostidagi toza havo oqimi ishchilarning omon qolishi uchun juda zarur bo‘lgan, biroq siqilgan havo mexanik energiyani elektr uchqunlari alangalanish xavfini tug‘diradigan xavfli hududlarga uzatishning xavfsizroq usulini ham ta’minlagan.

Yer ustiga o‘rnatilgan yirik kompressor stansiyalari burg‘ulash uskunalari, kon aravalari va ko‘tarish tizimlari uchun ham shamollatish, ham pnevmatik quvvat yetkazib bergan.

1-rasm. Dastlabki kon kompressor tizimlari yerosti ishlariga siqilgan havo yetkazish uchun yirik maxoviklar va elektr dvigatellarni birlashtirgan.

Arqonli mexanik uzatma

Zamonaviy to‘g‘ridan-to‘g‘ri uzatmali dvigatellardan farqli o‘laroq, dastlabki kompressor qurilmalari aylanish energiyasini uzatish uchun ulkan maxoviklar va arqonli tasma uzatish tizimlariga tayangan. Bir nechta arqon halqalari zamonaviy serpantin tasmalarga o‘xshash tarzda ishlagan: ular burovchi momentni taqsimlab, zarbali yuklamani kamaytirgan.

Bu tizimlar, shuningdek, dvigatel va kompressor bosqichlari o‘rtasida silliqroq ulanishni ta’minlab, ibtidoiy mexanik muftalar vazifasini ham bajargan.

2-rasm. Arqonli tasma shkivlari aylanish tezligini kamaytirib, doimiy tok motoridan kompressor majmuasiga momentni uzatishga yordam bergan.

Cho‘tkali doimiy tok motorlarining yuksalishi

Cho‘tkali doimiy tok motorlari konchilikda jozibador bo‘lgan, chunki ular zamonaviy o‘zgaruvchan chastotali yuritmalar paydo bo‘lishidan ancha oldin yuqori ishga tushirish momenti va rostlanadigan tezlik xususiyatlarini ta’minlagan.

Kollektor va cho‘tka majmuasi rotor chulg‘amlari orqali tok yo‘nalishini mexanik tarzda almashtirib, uzluksiz aylanish va nisbatan sodda tezlik boshqaruvini ta’minlagan.

3-rasm. Dastlabki doimiy tok motorlarida rotor tokini kommutatsiya qilish va tezlikni o‘zgartirish uchun ochiq kollektor cho‘tkalari ishlatilgan.

Zamonaviy sanoat asosan invertor orqali boshqariladigan o‘zgaruvchan tok tizimlariga o‘tgan bo‘lsa-da, doimiy tok motorlari davrida ishlab chiqilgan ko‘plab momentni boshqarish konsepsiyalari hanuz konchilik va og‘ir texnologik sanoatda qo‘llanadigan zamonaviy sanoat yuritmalari arxitekturasiga ta’sir ko‘rsatmoqda.

Zamonaviy quvvat elektronikasi paydo bo‘lishidan oldingi motor-generator majmualari

Bu davrdagi eng qiziqarli muhandislik yechimlaridan biri motor-generator majmuasi edi. Ruxsat etilgan chastotali o‘zgaruvchan tok motorlari katta reduksiya nisbatlarisiz past tezlikda yuqori burovchi momentni osonlikcha ta’minlay olmagani sababli, muhandislar aylanuvchi o‘zgartirish tizimlarini ishlab chiqdilar.

O‘zgaruvchan tok motori doimiy tok generatorini mexanik tarzda harakatga keltirgan, generator esa kompressor motoriga boshqariladigan doimiy tok quvvatini yetkazib bergan. Bu tuzilma operatorlarga katta mexanik reduktorlar ishlatmasdan tezlikni silliqroq rostlash imkonini bergan.

4-rasm. Yarimo‘tkazgichli yuritma texnologiyasi paydo bo‘lishidan oldin aylanuvchi motor-generator tizimlari rostlanadigan doimiy tok quvvatini ta’minlagan.

Ko‘p jihatdan, bu tizimlar hozir yirik kon avtomatlashtirishida keng qo‘llanadigan zamonaviy rekuperativ yuritma tizimlari va quvvatni o‘zgartirish platformalarining sanoatdagi ajdodlari bo‘lgan.

Rudani ko‘tarish uchun faqat xom quvvatning o‘zi yetarli emas edi

Chuqur shaxtalardan rudani vertikal ko‘tarish yana bir muhim muhandislik muammosini — boshqariladigan sekinlashuvni yuzaga keltirdi. Gravitatsiya ta’sirida pastga tushayotgan og‘ir ruda chelaklari ko‘tarish tizimlari ichida ulkan aylanish energiyasini hosil qilgan.

Tegishli tormozlash boshqaruvi bo‘lmasa, kabel barabanlari haddan tashqari tez aylanib, jiddiy mexanik xavflarni keltirib chiqarishi mumkin edi.

Kon operatorlari bu muammoni ortiqcha elektr energiyasini issiqlikka aylantiradigan rezistorga asoslangan tormoz tizimlari orqali hal qilgan. Bugungi standartlar bilan solishtirganda sodda bo‘lsa-da, uning ishlash prinsipi sanoat yuritmalarida qo‘llanadigan zamonaviy dinamik tormozlash usullariga juda o‘xshaydi.

5-rasm. Dastlabki tormoz rezistorlari ko‘targichlarning tushish tezligini boshqarishga va kon uskunalarining mexanik yeyilishini kamaytirishga yordam bergan.

Bugungi kunda bu konsepsiyalar zamonaviy VFD va AC yuritma platformalariga integratsiyalangan ilg‘or rekuperativ texnologiyalarga aylandi va kon korxonalariga tormozlash energiyasini ancha yuqori samaradorlik bilan qayta tiklash hamda qayta taqsimlash imkonini bermoqda.

Akkumulyatorli va pnevmatik kon aravachasi tizimlari

Yerosti tunnellarida tashish ixcham va ishonchli mobil quvvat tizimlarini talab qilardi. Ikki asosiy yechim paydo bo‘ldi: siqilgan havoda ishlaydigan lokomotivlar va akkumulyator bilan ishlaydigan elektr aravachalar.

Pnevmatik tizimlar muhim xavfsizlik afzalligini taqdim etdi, chunki ular portlash xavfi mavjud bo‘lgan yerosti muhitida elektr yoylanishining oldini oldi. Biroq siqilgan havoni saqlash sig‘imi ishlash davomiyligini chekladi.

Akkumulyator bilan ishlaydigan aravachalar ekspluatatsion moslashuvchanlikni oshirdi, biroq cho‘tkali motorlarda uchqun hosil bo‘lishi va akkumulyator quvvatining cheklangan davomiyligi bilan bog‘liq xavotirlarni keltirib chiqardi. Hatto ushbu dastlabki tizimlarda ham kon muhandislari xavfsizlik, samaradorlik va ishlash davomiyligini muvozanatlashni allaqachon boshlagan edi — bular bugungi sanoat elektrifikatsiyasida ham markaziy muammolardir.

Zamonaviy sanoat harakatini boshqarish asoslari

Ushbu ilk kon tizimlariga nazar tashlash bir asrdan ko‘proq vaqt oldin ishlab chiqilgan fundamental mexanik va elektr tamoyillardan qancha zamonaviy sanoat texnologiyalari rivojlanganini ko‘rsatadi.

Doimiy tok momentini boshqarish, rekuperativ tormozlash, aylanuvchi quvvatni o‘zgartirish yoki harakatni sinxronlashtirishni o‘rganar ekansiz, zamonaviy avtomatlashtirish tizimlarining muhandislik DNKsini bevosita ushbu kon qurilmalaridan kuzatish mumkin.

Ko‘p jihatdan tarixiy kon infratuzilmasi integratsiyalashgan sanoat harakatini boshqarishning dastlabki keng ko‘lamli namoyishlaridan birini ifodalaydi.

6-rasm. Konchilik merosi eksponatlari bugungi kungacha ko‘rinib turgan eng dastlabki sanoat elektrifikatsiyasi tizimlarining ayrimlarini saqlab qolgan.

Nima uchun bu mashinalar hanuz muhim

Zamonaviy konlar bugungi kunda prognozli diagnostika, raqamli egizaklar, holat monitoringi va yuqori samarali o‘zgaruvchan tezlikli yuritmalarga tayanadi. Shunga qaramay, asosiy maqsad o‘zgarmagan: o‘ta og‘ir ish sharoitlarida materialni xavfsiz, ishonchli va samarali tashish.

Muallifning fikricha, bu tarixiy tizimlar bugungi avtomatlashtirish muhandislarining ko‘proq e’tiboriga loyiq, chunki ular raqamli boshqaruv mavjud bo‘lishidan ancha oldin nafis muhandislik yechimlari qanday paydo bo‘lganini namoyish etadi. Bugungi motorlarni boshqarish tizimlari asosidagi ko‘plab konsepsiyalar ancha kam vositalarga ega bo‘lgan muhandislar tomonidan mexanik va elektr usullar bilan hal qilingan.

Daniel Mercer | Sanoat tizimlari bo‘yicha katta muxbir

Daniel Mercer sanoat elektrifikatsiyasi, aylanuvchi mashinalar va avtomatlashtirish infratuzilmasini yoritish bo‘yicha 14 yildan ortiq tajribaga ega. Uning faoliyati Siemens yuritma tizimlari, GE sanoat motorlari ishtirokidagi harakatni boshqarish loyihalari hamda og‘ir texnologik sanoat tarmoqlarida holat monitoringi ilovalarini qamrab oladi.