Iskrobezpieczny system czno ci szybowej

Transkrypt

1 in. ROMAN GIEL dr in. TOMASZ JACKIEWICZ Carbonex Sp. z o.o. dr in. GRZEGORZ WINIEWSKI Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocawskiej Iskrobezpieczny system cznoci szybowej Dotychczasowe systemy i urzdzenia przeznaczone do cznoci lub sygnalizacji w górniczych wycigach szybowych byy projektowane i pracoway w oparciu o schemat, w którym w naczyniu szybowym znajdowao si urzdzenie budowy przeciwwybuchowej, przeznaczone dla obsugi wycigu, a na powierzchni umieszczano urzdzenie budowy normalnej dla maszynisty. Schemat ten zawsze zakada umiejscowienie stanowiska maszynisty na powierzchni i poza stref niebezpieczestwa wybuchu. W przypadku umiejscowienia maszyny wycigowej pod ziemi pojawi si problem zapewnienia cznoci zaodze przy pomocy urzdze, które w caoci miay nadawa si do eksploatacji w pomieszczeniach zagroonych wybuchem metanu lub pyu wglowego. W artykule przedstawiono nowe rozwizania w zakresie urzdze do cznoci i sygnalizacji w szybach wycigowych realizujcych powysze zadania. 1. WPROWADZENIE System cznoci szybowej ECHO, wywodzcy si z poczenia wasnoci funkcjonalnych telefonu szybowego TS oraz urzdzenia sygnalizacyjnego HERMES, jest szeroko rozpowszechnionym urzdzeniem w gbinowych zakadach wydobywczych, przeznaczonym do prowadzenia cznoci i sygnalizacji w szybach [1]. Na rysunku 1. przedstawiona zostaa idea dziaania urzdzenia, które wykorzystuje liny jako nonik do propagacji fal elektromagnetycznych. Nonik w tym przypadku tworz: lina nona, lina wyrównawcza, naczynia szybowe, a take w niektórych przypadkach koa prowadnicze lub napdowe. Fala elektromagnetyczna jest generowana i odbierana z nonika za pomoc sprzgaczy indukcyjnych. Z uwagi na rónorodno rozwiza konstrukcji szybów istnieje wiele wariantów przedstawionego schematu, np. wykorzystujcy liny prowadnicze lub jedynie liny none (w przypadku napdu wielolinowego) [2]. System wykorzystywany jest zarówno w zakadach wydobywczych, jak i w dopiero powstajcych szybach gbionych. Jednak w dotychczas stosowanych rozwizaniach zawsze przyjmowano zaoenie, e stanowisko sterowania maszynisty wycigowego znajduje si poza stref niebezpieczestwa wybuchu metanu lub pyu wglowego. Dlatego te system jest tak zaprojektowany, e tylko jego cz poruszajca si w szybie jest w wykonaniu przeciwwybuchowym, natomiast cz przeznaczona do obsugi przez maszynist wycigowego jest budowy normalnej. Pojawiajca si konieczno dotarcia do gbiej pooonych pokadów wgla spowodowaa potrzeb pogbiania ju istniejcych szybów. Gbienie to nie odbywa si jednak zawsze z powierzchni. Fakt ten sta si powodem opracowania nowego systemu cznoci szybowej, który byby zdolny do pracy w strefach zagroonych wybuchem. Ide takiego systemu przedstawiono na rysunku 2. w zalenoci od potrzeb moe on by instalowany na poziomie wydobywczym bd w szybiku lub te na powierzchni, w pomieszczeniu zagroonym wybuchem.

2 Nr 11(513) LISTOPAD a) b) Maszynista Maszynista Rys. 1. Widok rozmieszczenia elementów systemu klasycznego w szybach: a) wydobywczym, b) gbionym (opracowanie wasne) a) b) Rys. 2. Widok rozmieszczenia elementów systemu iskrobezpiecznego w szybach: a) wydobywczym, b) gbionym (opracowanie wasne) 2. NOWE ROZWIZANIA URZDZE CZNOCI W WYKONANIU ISKROBEZ- PIECZNYM Przystpujc do prac projektowych, przyjto zaoenie, e zmiany dotyczy bd jedynie elementów systemu niespeniajcych wymogów pracy w przestrzeniach zagroonych wybuchem. To spowodowao konieczno opracowania iskrobezpiecznej wersji aparatu stacyjnego i urzdze z nim zwizanych, wspópracujcej z istniejcymi aparatami klatkowymi. Zaoenie takie miao na celu zminimalizowanie prawdopodobiestwa wprowadzenia bdów rzutujcych na bezpieczestwo pracy zaogi. Podjto równie starania, aby zwikszy wymiary geometryczne sprzgaczy indukcyjnych w zwizku z pojawiajcymi si niedogodnociami eksploatacyjnymi. Jeden z do-

3 36 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA tychczas produkowanych sprzgaczy przedstawiono na rysunku 3. Skada si on z dwuczciowego, toroidalnego rdzenia ferromagnetycznego, na którym nawinite jest uzwojenie. W poczeniu z obwodem znajdujcym si w aparacie stacyjnym pod wzgldem elektrycznym tworzy on równolegy obwód rezonansowy, którego ide wraz ze schematem zastpczym przedstawiono na rysunku 4. Obwód tworzony jest przez ródo prdowe oraz kondensator i indukcyjno, których straty reprezentowane s poprzez opory R L i R C. Ukad dopasowywany jest w taki sposób, aby pracowa w warunkach rezonansu. W tym stanie dwuga- ny obwód jest reprezentowany przez rezystancj dynamiczn, której warto w przyblieniu mona opisa nastpujc zalenoci: Rys. 3. Widok sprzgacza typu SS-80 (opracowanie wasne) (1) Rys. 4. Obwód rezonansowy sprzgacza i jego schemat zastpczy (opracowanie wasne) Na rysunku 5. przedstawiono wykres admitancji Y takiego obwodu wraz w wykresami susceptancji indukcyjnej B L i pojemnociowej B C oraz konduktancji G, w funkcji pulsacji. Impedancja obwodu poniej pulsacji rezonansowej ma charakter indukcyjny, a powyej pojemnociowy. Rys. 5. Wykresy admitancji Y, konduktancji G oraz susceptancji B obwodu rezonansowego sprzgacza (opracowanie wasne)

4 Nr 11(513) LISTOPAD Admitancja obwodu opisana jest zalenoci: (2) a modu admitancji obwodu wynosi: (3) Pasmo uyteczne sprzgacza zawiera si pomidzy pulsacj d a g, wyznaczon poziomem napicia mniejszym od maksymalnego dla pulsacji rezonansowej 0 o okoo 30%, co przedstawiono na rysunku 6. Rys. 7. Krzywe rezonansowe obwodu sprzgaczy o rónych dobrociach (opracowanie wasne) Rys. 6. Krzywa rezonansowa obwodu sprzgacza (opracowanie wasne) Czstotliwo w warunkach rezonansu, przy zaoeniu, e, wynosi: (4) Zatem jako sprzgacza, mierzona poprzez zasig pracy urzdzenia, zalena bdzie gównie od jego dobroci. Z uwagi na zaoenie poczynione wczeniej, nakazujce wspóprac z urzdzeniami ju eksploatowanymi, nie bya moliwa zmiana parametrów ani pulsacji, ani indukcyjnoci, co pokazano na rysunku 7. Dobro takiego ukadu zalena jest zarówno od waciwoci cewki, jak i caej pojemnoci ukadu, co mona zapisa w nastpujcy sposób: (5) Dodatkowo w procesie projektowania naleao uwzgldni fakt, e urzdzenie nie jest pobudzane z idealnego róda prdowego. Naleao zatem uwzgldni oporno wewntrzn R w róda, co zostao pokazane na rysunku 8. Dobro w takim ukadzie jest opisana zalenoci (6) i jak wida negatywnie wpywa na jego warto, zatem oprócz waciwego doboru konstrukcji sprzgacza naleao równie skupi si na obwodzie wyjciowym urzdzenia. Rys. 8. Obwód rezonansowy sprzgacza przy uwzgldnieniu rezystancji wewntrznej róda R w (opracowanie wasne)

5 38 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA ' Q Q R 1 R D W (6) W wyniku przeprowadzonych prac badawczych opracowano sprzgacz speniajcy zadane kryteria. Zosta on pokazany na rysunku 9. W nastpnym kroku przeprowadzono pomiary laboratoryjne tumienia sprzgacza w funkcji czstotliwoci, przy uyciu kabla o dugoci 1000 m, w odniesieniu do sprzgacza obecnie stosowanego, co przedstawiono na rysunku 10. Wyznaczone charakterystyki tumienia, przedstawione na rysunku 11., pokazay, e wzrost wymiarów geometrycznych sprzgacza oraz sposób jego budowy, tj. zastosowany typ rdzenia oraz ksztat sprzgacza, spowodoway zwikszenie tumienia sygnau o okoo 30%. Zmiana ta jednak nie dyskredytowaa urzdzenia do zastosowania go w systemie z powodu odpowiedniego nadmiaru mocy sygnau. Podjte dalsze prace nad obwodem wyjciowym nadajnika aparatu stacyjnego spowodoway zmniejszenie tumienia do okoo 15%. Rys. 9. Widok sprzgacza typu SS2-80 (opracowanie wasne) Rys. 10. Schemat laboratoryjnego ukadu pomiarowego z kablem o dugoci 1000 m (opracowanie wasne) Rys. 11. Zaleno tumienia sygnau od czstotliwoci, zmierzona dla sprzgaczy SS-80 i SS2-80 (opracowanie wasne)

6 Nr 11(513) LISTOPAD REALIZACJA PRAKTYCZNA W wyniku prowadzonych prac rozwojowych powstao kilka urzdze w wykonaniu iskrobezpiecznym, które w poczeniu z dotychczas eksploatowanymi aparatami klatkowymi ECHO/AK-xx tworz iskrobezpieczny system cznoci szybowej. Urzdzeniami tymi s: zespó kontroli impulsów ZKI/i (rys. 12a), aparat stacyjny ECHO/ASi-xx (rys. 12b), mikrofon EM (rys. 12c) oraz wycznik nony WN-1 (rys. 12d). a) b) c) d) Rys. 12. Widok elementów systemu cznoci szybowej (opracowanie wasne) System jest przeznaczony do prowadzenia dwustronnej cznoci fonicznej i przesyania sygnaów w szybach gbionych lub wydobywczych pomidzy zaog znajdujc si w ruchomym naczyniu a maszynist wycigowym. Umoliwia on take przesyanie sygnaów sterujcych do maszyny wycigowej (jednouderzeniowych, alarmu, przylegania kuba do sa prowadniczych) oraz sygnaów zwrotnych do ruchomego naczynia (potwierdzenia fonicznego sygnaów jednouderzeniowych, potwierdzenia fonicznego sygnau alarmu, potwierdzenia zaczonej blokady). Dla innych przypadków wykorzystania ilo sygnaów jest dostosowywana do potrzeb konkretnej realizacji, co czyni system bardziej elastycznym i uytecznym. System moe by montowany w szybach, w których liny stanowi zamknit elektrycznie ptl, co jest warunkiem prawidowego dziaania. Warunek ten nie dotyczy wykonania czstotliwociowego (D), w którym to wariancie urzdzenie moe pracowa w wycigach jednokocowych. Zespó stacyjny systemu zasilany jest z zasilacza iskrobezpiecznego, a zespó klatkowy z baterii, ale te posiada moliwo doczania dodatkowej zewntrznej baterii zasilajcej, co uatwia szybsz obsug biec. szybowej. Moe on by eksploatowany zarówno z poziomu wydobywczego, jak i z powierzchni, w pomieszczeniach zagroonych wybuchem metanu lub/i pyu wglowego. Sprzgacze systemu cznoci szybowej pracuj w ukadzie równolegego obwodu rezonansowego. Zwikszanie wymiarów geometrycznych sprzgaczy spowodowao zmniejszenie dobroci ukadu o okoo 30%, co jednak nie pogorszyo znaczco wasnoci funkcjonalnych systemu. Literatura 1. Giel R., Jackiewicz T., Winiewski G.: czno w szybach gbionych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, 2011, nr 7 (485). 2. Giel R., Jackiewicz T.: Propagacja fal elektromagnetycznych w górniczych wycigach szybowych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, 2010, nr 7 (473). 3. Utikal J.: Sygnalizacje i napdy w górniczych wycigach szybowych, Wydawnictwo Górnicze, Katowice Utikal J.: Systemy telekomunikacyjne w górnictwie, ZG SITG, Katowice Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów, WNT, Warszawa Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych, WNT, Warszawa Artyku zosta zrecenzowany przez dwóch niezalenych recenzentów. 4. PODSUMOWANIE Konieczno eksploatacji gboko pooonych pokadów wgla spowodowaa potrzeb opracowania cakowicie iskrobezpiecznego systemu cznoci