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Il ventilatore principale è spesso considerato i "polmoni" di una miniera sotterranea, e il suo funzionamento continuo e stabile è direttamente collegato alla sicurezza del personale sottoterra.
In una miniera di carbone nello Shandong, in Cina, il VFD ad alte prestazioni FD300 a controllo vettoriale di FGI è stato impiegato per azionare il sistema principale di ventilazione. La soluzione consente il controllo sincronizzato della velocità dei due motori in ciascun ventilatore controrotante, supportando la regolazione dinamica della ventilazione tra diverse condizioni di estrazione. Allo stesso tempo, una configurazione ridondante delle ventole con commutazione automatica migliora l'affidabilità del sistema, mentre il funzionamento a frequenza variabile migliora l'efficienza energetica e semplifica il funzionamento e la manutenzione.
Una miniera di carbone nello Shandong gestisce due gruppi di ventilatori principali antiesplosione a FBCDZN20-2×90 e antiesplosivo. Ogni ventola è dotata di due motori antiesplosione YBF2-315L1-8, ciascun motore con una potenza di 90 kW e 660 V. La velocità nominale della ventola è 740 giri/min, con un intervallo di funzionamento a frequenza variabile di 30–50 Hz.
Il sistema di ventilazione è responsabile del mantenimento di un flusso d'aria affidabile in tutta la miniera ed è quindi una parte fondamentale dell'infrastruttura complessiva di sicurezza della miniera.
Essendo un carico critico di Classe I, il sistema principale di ventilazione richiede funzionamento continuo, alimentazione ridondante e capacità di commutazione rapida in caso di guasto all'apparecchiatura.
Nei metodi operativi convenzionali, i sistemi di ventilazione possono basarsi sulla regolazione del regolatore del morto per regolare il flusso d'aria. Ciò può comportare notevoli perdite di energia, alta corrente di avviamento e impatti meccanici durante l'avvio del motore, oltre a maggiori esigenze di manutenzione delle apparecchiature.
Per affrontare queste sfide, il progetto adottò il VFD a controllo vettoriale ad alte prestazioni FD300 di FGI per il sistema principale di azionamento della ventola di ventilazione. Il retrofit consente il controllo sincronizzato a frequenza variabile dei due motori e incorpora una strategia automatica di commutazione ridondante tra i due set di ventole di ventilazione.
In caso di guasto grave, la ventola di riserva può essere avviata automaticamente e messa in funzione. L'intero sistema è inoltre collegato alla principale piattaforma di monitoraggio dei ventilatori della miniera, consentendo il monitoraggio remoto, gli allarmi di guasto e l'interruttura ridondante delle ventole per mantenere una ventilazione sicura e affidabile.
| Voce | Parametri |
|---|---|
| Modello della ventola | FBCDZN20-2×90 |
| Modello motore | YBF2-315L1-8 Motore Esplosivo |
| Alimentazione a motore singolo | 90kW |
| Tensione nominale | 660V |
| Velocità nominale | 740r/min |
| Intervallo operativo VFD | 30-50Hz |
| Intervallo di Volume d'Aria | 23-68m³/s |
| Intervallo di pressione statica | 200-2170Pa |
Tabella dei parametri base delle attrezzature in loco
Elevati requisiti di sicurezza e affidabilità
Il sistema di ventilazione principale non tollera lunghi periodi di inattività. È quindi richiesta una configurazione ridondante, con una ventola in funzione e l'altra in standby. In caso di guasto, il sistema di standby deve essere attivato rapidamente per mantenere una ventilazione ininterrotta.
Funzionamento sincronizzato di due motori controrotanti
Ogni ventola è composta da due stadi azionati da motore. I due motori devono funzionare a frequenze sincronizzate e velocità abbinate per mantenere un'uscita equilibrata della girante e prevenire eccessiva vibrazione, rumore e stress meccanico.
Requisiti di ventilazione dinamica
Le attività minerarie e di scavo cambiano continuamente in tutta la miniera. Flusso d'aria e pressione devono quindi essere regolati in base alle diverse condizioni operative.
Rispetto all'acceleratore basato su ammortizzatore, il controllo della velocità a frequenza variabile garantisce una regolazione del flusso d'aria più fluida e precisa, riducendo al contempo un consumo energetico inutile.
Integrazione con il Sistema di Monitoraggio delle Miniere
Il sistema VFD deve comunicare con la piattaforma principale di monitoraggio dei ventilatori della miniera e trasmettere parametri operativi come frequenza, corrente, tensione e codici di guasto.
Questo consente sia il monitoraggio locale che remoto e fornisce agli operatori informazioni tempestive sullo stato del sistema.
Ambiente operativo difficile
La sala ventilazione è soggetta a notevoli fluttuazioni di polvere e temperatura. Il sistema VFD deve quindi fornire una protezione affidabile contro la polvere, dissipazione del calore e resistenza alle interferenze elettromagnetiche per garantire un funzionamento stabile in condizioni minarie impegnative.
Il progetto utilizza quattro VFD FGI FD300, che azionano indipendentemente i motori esplosioni di primo e secondo stadio delle due principali ventole di ventilazione.
Le caratteristiche chiave della soluzione includono:
Doppi VFD per trasmissione sincronizzata a doppio motore
Due VFD forniscono un'uscita sincronizzata in frequenza ai due motori di ciascun ventilatore controrotante, mantenendo velocità motori corrispondenti per tutta la gamma di funzionamento.
Il sistema supporta la gamma di frequenze variabili da 30–50 Hz del ventilatore, consentendo una regolazione flessibile del flusso d'aria in base alle esigenze di ventilazione della miniera.
Configurazione ridondante della ventola principale
I due principali sistemi di ventilazione sono elettricamente e meccanicamente indipendenti, e ciascuno è in grado di operare a pieno carico per soddisfare le esigenze di ventilazione della miniera.
In condizioni normali, una ventola funziona mentre l'altra rimane in standby.
Se la ventola di funzionamento sviluppa un guasto grave e raggiunge la soglia di spegnimento predefinita, il sistema di monitoraggio avvia automaticamente la sequenza di commutazione. La ventola di funzionamento viene ferma e l'uscita VFD viene scollegata, mentre la ventola di standby riceve il comando di avvio.
I VFD di primo e secondo stadio della ventola di standby aumentano quindi simultaneamente fino alla frequenza target e assumono automaticamente il controllo.
Questa architettura ridondante migliora significativamente la disponibilità del sistema di ventilazione e supporta i requisiti di sicurezza della miniera per le apparecchiature principali critiche del ventilatore.
Integrazione senza soluzione di continuità con la piattaforma di monitoraggio
I VFD trasmettono dati operativi in tempo reale—inclusa frequenza di uscita, corrente di uscita, tensione di uscita e codici di guasto—al sistema principale di monitoraggio delle ventole.
Lo stato dell'attrezzatura può essere visualizzato sul touchscreen locale, mentre condizioni operative anomale attivano allarmi automatici per aiutare gli operatori a rispondere rapidamente.
Progettato per ambienti minerari impegnativi
Gli armadietti VFD sono dotati di una protezione migliorata dalla polvere e della dissipazione del calore per adattarsi a ambienti polverosi delle sale miniere.
Funzioni di protezione complete—tra cui sovracorrente, sovratensione, sovraccarico, sovrariscaldamento e protezione contro guasti a massa—aiutano a proteggere il sistema di trasmissione in condizioni di funzionamento anomale.
Modalità operative flessibili
Il sistema supporta tre modalità operative:
Funzionamento locale del pannello VFD
Funzionamento locale del cabinet di controllo
Controllo remoto tramite il computer di supervisione
Questo offre maggiore flessibilità per diversi scenari di funzionamento e manutenzione.
Dopo la messa in servizio, il sistema ha mantenuto un funzionamento stabile in condizioni reali del sito minerario.
Una condizione operativa rappresentativa fu registrata con la frequenza di uscita VFD a 48 Hz. La corrente del motore del primo stadio era di 130,19 A, mentre quella del secondo stadio era di 141,30 A, con una tensione di uscita mantenuta approssimativamente tra 372 e 373 V.
In queste condizioni di funzionamento, il ventilatore raggiunse un flusso d'aria effettivo di 51,73 m³/s e una pressione statica di 1.000,25 Pa.
La temperatura dell'avvolgimento del motore, la temperatura dei cuscinetti e i valori di vibrazione sono rimasti tutti all'interno dell'intervallo di sicurezza consentito.
Maggiore sicurezza e affidabilità
La combinazione della tecnologia di trasmissione a doppio VFD e di un'architettura a doppia ventola ridondante fornisce una base affidabile per la ventilazione continua della miniera.
Funzioni di protezione complete e monitoraggio dei guasti permettono di rilevare e segnalare tempestivamente condizioni anomale, consentendo al personale di manutenzione di intervenire rapidamente e riducendo il rischio di inattività impreviste.
Le caratteristiche di avviamento morbido del VFD eliminano anche l'elevata corrente di avviamento associata all'avviamento diretto del motore in linea, riducendo lo stress elettrico sulla rete e l'impatto meccanico sulla girante della ventola.
Questo aiuta a prolungare la vita utile sia dei motori che delle apparecchiature di ventilazione.
Miglioramento dell'Operatività e della Manutenzione
I dati operativi vengono trasmessi alla piattaforma di monitoraggio e visualizzati sullo schermo di controllo, consentendo l'operatività e la manutenzione visualizzate senza la necessità di una lettura manuale dei contatori.
Quando si verifica un guasto, gli operatori possono rapidamente identificare l'attrezzatura e le condizioni operative rilevanti, aiutando a ridurre i tempi di risoluzione dei problemi.
Allo stesso tempo, un controllo fluido a frequenza variabile consente una regolazione continua del flusso d'aria e della pressione, consentendo al sistema di ventilazione di rispondere rapidamente ai cambiamenti nelle esigenze tra le diverse fasi di estrazione e scavo.
| Voce di monitoraggio | Motore primario | Motore secondario |
|---|---|---|
| Frequenza operativa | 48,00Hz | 48,00Hz |
| Corrente operativa | 130.19A | 141.30A |
| Tensione di uscita | 372,00V | 373,00V |
| Temperatura dell'avvolgimento del motore | 92-93°C | 97-99°C |
| Vibrazione orizzontale | 0,30mm/s | 0,35mm/s |
| Volume d'aria in tempo reale della ventola | 51,73 m³/s | |
| Pressione statica della ventola | 1000.25Pa |
Tabella dei dati operativi tipici in loco
In quanto sistema di sicurezza critico nell'estrazione sotterranea, il ventilatore principale richiede un sistema di trasmissione altamente affidabile, reattivo e capace di funzionamento continuo.
In questa miniera di carbone dello Shandong, il VFD FD300 della FGI fu impiegato con successo per soddisfare i requisiti di funzionamento sincronizzato delle ventole di ventilazione a doppio motore controrotante. La soluzione combina controllo sincronizzato a frequenza variabile, commutazione ridondante delle ventole, protezione completa e monitoraggio digitale per supportare una ventilazione più sicura ed efficiente.
Il progetto dimostra come la tecnologia avanzata a azionamenti a frequenza variabile possa aiutare gli operatori minerari a migliorare contemporaneamente la sicurezza operativa, l'efficienza energetica e l'efficienza della manutenzione.
In futuro, FGI continuerà a sviluppare soluzioni a azionamento a frequenza variabile per apparecchiature minerarie critiche—inclusi ventilatori principali, verricchi, pompe e altri sistemi ausiliari—supportando l'industria mineraria nel raggiungimento di operazioni più sicure, efficienti e sostenibili.
