Анализ траекторий акустических лучей в методе интегральной акустической анемометрии Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 622.451:534.2.001.24 © С.З. Шкундин, Ю.М. Филатов, В.В. Соболев, А.М. Ермолаев, Л.Е. Бахаров, 2019

Анализ траекторий акустических лучей в методе интегральной акустической анемометрии

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-32-37

ШКУНДИН С.З.

Доктор техн. наук, профессор,

заведующий кафедрой

«Электротехника и информационно-

измерительные системы»

НИТУ «МИСиС»,

119049, г. Москва, Россия,

e-mail: shkundin@mail.ru

ФИЛАТОВ Ю.М.

Канд. техн. наук, генеральный директор АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: y.filatov@nc-vostnii.ru

СОБОЛЕВ В.В.

Доктор техн. наук, заместитель генерального директора АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: sobolev567@gmail.com

ЕРМОЛАЕВ А.М.

Доктор техн. наук, научный консультант АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: main@nc-vostnii.ru

БАХАРОВ Л.Е.

Старший преподаватель кафедры

«Электротехника и информационно-

измерительные

системы» НИТУ «МИСиС»,

119049, г. Москва, Россия,

e-mail: baharov@misis.ru

Эффективность управления вентиляцией угольных шахт во многом определяется точностью анемометрических измерений. Перспективным направлением обеспечения безопасности горных работ является разработка устройств пространственного интегрального анемометрического контроля.

В данной работе получено общее выражение для траектории акустического луча в анемометрическом канале. Проведена оценка степени отклонения этой траектории от прямолинейной для случаев ламинарного и турбулентного потока воздуха и выведены соответствующие аналитические зависимости. Полученные уравнения отклонений траекторий акустического пучка в аэродинамическом поле от прямолинейных позволяют устранить соответствующие погрешности измерений и вычислений при разработке аппаратуры интегральной акустической анемометрии. Ключевые слова: траектория, акустический луч, анемометрия, скорость потока, ламинарный поток, турбулентный поток, поле скоростей.

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день измерение расходов воздуха и скоростей газовоздушных потоков в системах вентиляции шахт производится разными типами приборов - в основном это тахометрические приборы, которые измеряют расход воздуха в одной точке, где они закреплены, и эта величина интерпретируется как средняя по сечению [1, 2].

Все современные приборы измерения скоростей и расходов, на каком бы физическом принципе они ни были основаны, являются точечными, поскольку измеряют скорость в одной точке - в точке их фиксации. При этом необходимо учитывать, что в любом сечении выработки ситуация может меняться в связи с изменением скорости проходящих потоков при открывании и закрывании вентиляционных дверей, прохождением транспорта, который перекрывает сечение выработок, изменением профиля этих выработок (постепенное поддавливание, изменение сечения). Кроме того, аэродинамическая эпюра скоростей может изменяться при изменении содержания метана [3]. В связи с этим происходит флуктуация точки, в которой производится измерение, и очень быстро скорость, измеренная в этой точке, начинает отличаться от той, которая соответствует средней скорости по сечению выработки.

Перспективным направлением обеспечения безопасности горных работ является разработка устройств пространственного анемометрического контроля [2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. Методы акустической анемометрии, основанные на прозвучивании поперечного сечения выработки ультразвуковыми колебаниями, когда акустический

Рис. 1. Принцип интегральной акустической анемометрии (вид сверху): 1,2 - акустические преобразователи; D - поперечный размер выработки; L - длина прозвучиваемой базы; а - угол между направлением излучения и продольной осью выработки; u(r) - скорость воздуха в плоском сечении Fig. 1. The principle of integrated acoustic anemometry (top view): 1,2 - acoustic transducers; D is the transverse size of the output; L is the length of the sound base; a is the angle between the direction of radiation and the longitudinal axis of the output; u(r) - air velocity in a flat section

луч проходит через все участки аэродинамическои эпюры скоростей, собирая информацию о векторах продольной скорости потока, получили название интегральных [6]. Принцип акустической интегральной анемометрии поясняется рис. 1.

АНАЛИЗ ТРАЕКТОРИЙ АКУСТИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

Траектория распространения акустических колебаний от излучателя к приемнику в случае покоящейся среды представляет собой расходящийся пучок лучей (рис. 2), поэтому здесь величина Ь - это длина луча, соединяющего преобразователи, то есть расстояние между ними (лучи 1 и 5). В движущемся потоке картина иная вследствие существования поля скоростей, вид которого определяет режим потока (кривые 2,3,4 и 6).

Возможны два класса задач: первый соответствует ламинарному режиму, второй - турбулентному, соответствующему определенному числу Рейнольдса Ге [12].

Для определения траектории пе-редачиколебаний рассмотрим скорость и движения материальной точки в поле совместного действия давления движущегося потока воздуха и избыточного давления, излучаемого в канале акустического колебания. Проекции скорости и на оси координат:

иг = ; их = ^ . & &

Исключая из уравнений (1) величину Ж, получаем:

йг йх

и ~ и '

г х

Пусть излучение осуществляется под углом а к оси выработки, тогда вертикальная проекция вектора скорости:

U = c ■ sina, (3)

r

где c - скорость звука.

Предположим, что эпюра скоростей движущегося в горной выработке потока воздуха представляет собой произвольную функцию вида:

Um ■ fr), (4)

где Um - амплитуда скорости потока воздуха на оси выработки; r - полярный радиус (расстояние, которое отсчи-тывается от оси выработки), j - полярный угол.

Нормированная функцияfr, j) может описывать эпюру скоростей ламинарного, турбулентного или, в общем случае, произвольного потока воздуха. В этом случае горизонтальная проекция вектора скорости: U = Um ■ fr) + c ■ cosa. (5)

Подставляя (3), (4) и (5) в (2) и производя интегрирование полученного уравнения, получаем уравнение траектории акустического луча для случая произвольного распределения скоростей:

x(r, ф) =--— [ f (r )dr + r ■ ctga. (6)

c ■ sin a J

Рассмотрим два различных типа потока: ламинарный и турбулентный, считая выработку круглой. Для ламинарного потока эпюра скоростей не зависит от координаты j и имеет следующий вид:

U„

1 -

r - R R

(7)

где R - радиус горной выработки.

Сравнивая выражения (7) и (4), находим выражение для нормированной функции _Дг):

f(r) = 1 -

r - R R

2r R

R2

(8)

Подставляя (8) в (6) и производя интегрирование, получим выражение для траектории акустического луча при ламинарном потоке (кривые 2,3,4, см. рис. 2):

(1)

(2)

Ч^Л'^Су/ ЧЧ^/ДЧ^;^ ЧЧ^у/ЛЧЧ^/^ ЧЧЙ-

Ux

Рис. 2. Траектории акустических колебаний: 1,5 - при отсутствии поля скоростей; 2,3,4,6 - при наличии поля скоростей; U(r) - скорость воздуха в плоском сечении; U - скорость движения материальной точки; c - скорость звука; UX- горизонтальная проекция вектора скорости; Ur - вертикальная проекция вектора скорости Fig. 2. Trajectories of acoustic vibrations: 1,5 - in the absence of a velocity field; 2,3,4,6 - in the presence of a velocity field; U(r) is the air velocity in a flat section; U is the velocity of the material point; c is the speed of sound; UX is the horizontal projection of the velocity vector; Ur is vertical projection of the velocity vector

2

2

2

r

0.025

0.02

Am(a,s) Лш(а,10) ixn(a ,20) 0.01

0.005

i i

t t ч \

2 V V * \ \ 4

1 \ \ \ \ 4 N '-Ч.

/

10

20

30

-10

SO

60

70

SO

90

a

Рис. 3. Нормированные максимальные отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для ламинарного потока: 1 - V = 5 м/с; 2 - V = 10 м/с; 3 - V=20 м/с; а - угол, градус

Fig. 3. Normalized maximum deviations of acoustic vibrations from a straight path for a laminar flow: 1 - V = 5 m/s; 2 - V = 10 m/s; 3 - V = 20 m/s; а - angle, degree

Введем понятие нормированного максимального отклонения:

|Дх| у/3 -ит

Лх_ =-

х(г) = -

U„

---2 I + r ■ ctgа.

(9)

c ■ sin a ^ R 3R

Оценим отклонение Dx(r) полученной траектории от линейной траектории, проходящей через точки, в которых траектория x(r) пересекается с границами выработки. Это точки:

4-U ■ R

-■ (12) 2 • R 27 • c • sin а

На рис. 3 приведены зависимости значения нормированных максимальных отклонений Dxn от угла а при различных скоростях ламинарного потока воздуха.

Из рисунка следует, что в диапазоне углов от 50° до 90° нормированное максимальное отклонение не превышает 0,5%. Эта величина является довольно существенной. Так, например, для излучателя, ориентированного под углом а = 50° к оси выработки при диаметре выработки 10 м и скорости потока 20 м/с, отклонение акустического луча от линейной траектории составит величину, равную 5 см.

Оценим нормированное максимальное отклонение для случая турбулентного потока. Для турбулентного потока эпюра скоростей также не зависит от координаты j и для участка (0, R) имеет следующий вид:

U„

( Ir - Ф

1 -J-

R

(13)

x(0) = 0 и x (2R) = -

+ 2 • R • ctg a.

3 ■ c ■ sin a

В этом случае уравнение линейной траектории будет иметь вид:

2■U ■ r

- + r • ctg a.

где п - показатель, зависящий от числа Рейнольдса Re (при Re = 4000 п = 6, при Re = 2 • 106 п = 10).

Сравнивая выражения (13) и (4), находим выражение для нормированной функции /(г):

3 ■ c ■ sin a

Тогда искомое отклонение моделируемой траектории от линейной:

f (Г) =

1 -i

Ir - R\ R

(14)

Ax(r) = -

U„

c ■ sin a

3R

2 ■ Um- r . 3 ■ c ■ sin a

(10)

При 0 < r <R выражение (14) примет следующий вид:

Определим точки экстремума функции Дх(г) путем дифференцирования (10) по координате г:

f(Г} = I *

(15)

dAx(r) Um

dr

c ■ sin a

2 • r R

R

2-U_

3■c ■ sin a

-= 0.

(11)

Подставляя (15) в (6) и производя интегрирование, получим траекторию луча при турбулентном потоке для диапазона 0 < г < R:

Решая уравнение (11), получаем точки экстремума функции (10):

x(r) = Um • Л

(1+n)/

+ r • ctga.

(16)

г = R ■

'1,2

1 + — 3

Из полученного результата следует, что точки экстремума функции Dx(r) находятся внутри области (0, 2R) и расположены симметрично относительно оси выработки. Максимальные значения отклонений моделируемой траектории от линейной в этих точках равны между собой по абсолютной величине и противоположны по знаку:

2•ТЗ•U ■ R

^(1,2) = ±^-.

27 • c • sin a

c • sin a n +1

При R < r < 2 • R выражение (4) примет следующий вид:

(17)

/ (г) = ^2 - -

Подставляя (17) в (6) и производя интегрирование, получим выражение для траектории акустического луча при турбулентном потоке для диапазона R < г < 2 • R:

U ■ R

x(r) = m

c ■ sin a n +1

2 - r

(1 + n)/

+ r ■ ctg a.

(18)

2

X

2

3

r

2

r

n

r

n

Оценим отклонение Дх(г) полученной траектории от линейной траектории, проходящей через точки, в которых полученная траектория х(г) пересекается с границей выработки и с осью выработки. Как следует из (16) и (17), эти точки:

х(0) = 0 и х(2 ■ Я) = 2 ■ Я ■ с/^а.

В данном случае уравнение линейной траектории будет иметь вид:

хлин(г) = г ■ с1ёа.

Тогда искомое отклонение моделируемой траектории от линейной:

Ax(r) =

U„ ■ R

(1+и)/

c ■ sin a n +1

Um ■ R n

при 0 < r < R

c ■ sin a n +1 при R < r < 2 ■ R

2 - Г

R

(1+n)

• (19)

Определим критические точки функции Dx(r) путем дифференцирования (19) по координате r:

rl = 0 и r2 = 2 ■ R.

На рис. 4 приведены зависимости отклонений луча от линейной траектории от координаты r при турбулентном потоке с параметром n = 8, построенные в программе MATHCAD для различных скоростей потока при излучении колебаний под углом 45° к оси выработки.

Анализируя зависимости, изображенные на рис. 4, можно заметить, что максимальное отклонение луча от линейной траектории наблюдается при значении координаты r = R. Согласно (19) это отклонение будет равно:

U • R п

Дхшах = Ax(R) = U----. (20)

c • sin a n +1

Вычислим нормированное максимальное отклонение:

AXmax Um П

Ax = "

(21)

2 • R 2 • c • sin a n +1

На рис. 5 приведены зависимости нормированных максимальных значений отклонений Dxn от угла a при различных скоростях турбулентного потока воздуха. Видно, что в диапазоне углов от 40° до 90° нормированное максимальное отклонение не превышает 4%. Эта величина является более существенной, чем для ламинарного потока. Так, например, для излучателя, ориентированного под углом a = 50° к оси выработки при диаметре выработки 10 м и скорости потока 20 м/с, отклонение акустического луча от линейной траектории составит величину, равную 34 см. Такое отклонение почти в семь раз превышает отклонение при ламинарном режиме, вычисленное при тех же скоростях и углах излучения.

Разделив (21) на (12), получим, что при турбулентном режиме максимальное отклонение луча от прямолинейной траектории превышает аналогичный параметр при ламинарном режиме в к раз:

k = 9-^-í-^l (22)

2 l n +11

Рис. 4. Отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для турбулентного потока (n = 8; а = 45°): 1 - V = 5 м/с; 2 - V = 10 м/с; 3 - V = 50 м/c; r - поперечный размер выработки, м; x - продольный размер выработки, м Fig. 4. Deviations of acoustic vibrations from a straight trajectory for a turbulent flow (n = 8; а = 45°): 1 - V = 5 m/s; 2 - V = 10 m/s; 3 - V = 50 m/s; r is the transverse size of the output, m; x - the longitudinal size of the output, m

0.16 0.14 0.12

Jsn(a,S) 0.1 ,Ю) 00$

0.« o.o: о

3 С

1

\ i

\ i \

2 \ \

\ ч

1 — —

0 JO 20 JO 40 SO 40 70 SO W 100 a dtg

Рис. 5. Нормированные максимальные отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для турбулентного потока (n = 8): 1 - V = 5 м/c; 2 - V = 10 м/c; 3 - V=20 м/c; а - угол, градус

Fig. 5. Normalized maximum deviations of acoustic vibrations from a straight trajectory for a turbulent flow (n = 8): 1 - V = 5 m/s; 2 - V = 10 m/s; 3 - V=20 m/s; а - angle, degree

Заметим, что отношение к не зависит от геометрических параметров выработки. На него влияет только параметр п, зависящий от числа Рейнольдса Яе и характеризующий степень турбулентности потока.

г

n

r

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренный в данной статье метод интегральной акустической анемометрии является перспективным для применения в системах шахтной вентиляции. Он позволяет производить автоматизированный контроль скоростей и расходов воздуха с приемлемым уровнем погрешности. В отличие от точечного метода измерений метод интегральной акустической анемометрии позволяет учитывать распределение скоростей в сечении выработки и не нарушает структуру воздушного потока.

Полученные уравнения отклонений траекторий акустического пучка в аэродинамическом поле от прямолинейных позволяют устранить соответствующие погрешности измерений и вычислений при разработке аппаратуры интегральной акустической анемометрии.

Список литературы

1. Каледина Н.О., Шевченко Л.А. Обеспечение аэрологической безопасности выемочных участков шахт при интенсивной отработке угольных пластов. В книге: Экология и безопасность отработки месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. Отдельный выпуск № 12. С. 5-7.

2. Рыженко И.А., Скоробогатько А.А. Определение мест замера средней скорости воздуха в сечении горных выработок // Известия вузов. Горный журнал. 1962. № 5.

3. Локальное формирование параметров вентиляции, подлежащих контролю при автоматизации проветривания / Л.А. Пучков, Н.О. Каледина, С.С. Кобылкин и др. // Уголь. 2015. № 11. С. 58-61. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/112015.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

4. Воронцов А.В. Цифровая обработка сигналов в интегральной акустической анемометрии // Горный

информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2010. № 5. С. 338-345.

5. Петров А.Г., Шкундин С.З. Применение принципа Ферма к расчету погрешности акустического метода измерения расхода трехмерного потока жидкости или газа // Доклады Академии наук. М.: Издательство «Российская академия наук», 2018. Т. 478. № 3. С. 293-297.

6. Шкундин С.З., Стучилин В.В. Аэроакустическое взаимодействие в методе интегральной акустической анемометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2006. № 6. С. 325-329.

7. Шкундин С.З., Румянцева В.А. Моделирование аэроакустического взаимодействия в канале шахтного анемометра // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № S1. С. 263-273.

8. Lig^za P. An alternative mathematical model of vane anemometers based on the balance of power // Flow Measurement and Instrumentation. 2017. Vol. 54. P. 210-215.

9. Qin L. et al. Application of extreme learning machine to gas flow measurement with multipath acoustic transducers // Flow Measurement and Instrumentation. 2016. Vol. 49. P. 31-39.

10. Mine Ventilation Flow Meter using Ultrasonic drift. Simposio Internacional en Ventilación de Minas / M. Taskin, T. Kido, M. Inoue&Yo. Kato. 2018. URL: https://www.researchgate. net/publication/330132802_Mine_Ventilation_Flow_Meter_ using_Ultrasonic_drift (дата обращения: 15.08.2019).

11. Zhou L. et al. Determination of velocity correction factors for real-time air velocity monitoring in underground mines // International journal of coal science & technology. 2017. Vol. 4. N 4. P. 322-332.

12. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гранщен-ков, А.Э. Петросян, М А. Фролов и др.; под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра, 1988. 440 с.

SAFETY

UDC 622.451:534.2.001.24 © S.Z. Shkundin, Yu.M. Filatov, V.V. Sobolev, A.M. Ermolaev, L.E. Baharov, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 9, pp. 32-37 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-32-37

Title

ANALYSIS OF ACOUSTIC BEAM PATHS IN INTEGRATED ACOUSTIC ANEMOMETRY Authors

Shkundin S.Z.1, Filatov Yu.M.2, Sobolev V.V.2, Ermolaev A.M.2, Baharov L.E.1

1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation

2 "Scientific Centre "VostNII" for Industrial and Environmental Safety in Mining Industry" JSC, Kemerovo, 650002, Russian Federation

Authors' Information

Shkundin S.Z., Doctor of Engineering Science, Professor,

Head of "Electrical Engineering and Information-Measuring Systems"

department, e-mail: shkundin@mail.ru

Filatov Yu.M., PhD (Engineering), General Director, e-mail: y.filatov@nc-vostnii.ru Sobolev V.V., Doctor of Engineering Science, Deputy General Director, e-mail: sobolev567@gmail.com

Ermolaev A.M., Doctor of Engineering Sciences, Scientific Consultant, e-mail: main@nc-vostnii.ru

Baharov L.E., Senior Lecturer of "Electrical Engineering and Information-Measuring Systems" department, e-mail: baharov@misis.ru

Abstract

The effectiveness of managing the ventilation of coal mines is largely determined by the accuracy of anemometric measurements. A promising area for ensuring the safety of mining is the development of spatial integrated anemometric monitoring devices.

In this paper, a general expression is obtained for the trajectory of an acoustic beam in an anemometric channel. The degree of deviation of this trajectory

from the rectilinear one for the cases of laminar and turbulent air flow is estimated and the corresponding analytical dependencies are derived. The obtained equations of deviations of the acoustic beam trajectories in the aerodynamic field from the rectilinear ones allow eliminating the corresponding measurement and calculation errors in the development of integrated acoustic anemometry equipment.

Keywords

Trajectory, Acoustic beam, Anemometry, Flow velocity, Laminar flow, Turbulent flow, Velocity field.

References

1. Kaledina N.O. & Shevchenko L.A. Obespecheniye aerologicheskoy bezopas-nosti vyyemochnykh uchastkov shakht pri intensivnoy otrabotke ugol'nykh plastov. V knige: Ekologiya i bezopasnost' otrabotki mestorozhdeniy poleznykh iskopayemykh [Ensuring aerological safety of mining sections of mines during intensive mining of coal seams. In the book: Ecology and safety of mining mineral deposits]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin

(scientific and technical journal), 2017, Separate issue No. 12, pp. 5-7. (In Russ.).

2. Ryzhenko I.A., Skorobogat'ko A.A. Opredeleniye mest zamera sredney skorosti vozdukha v sechenii gornykh vyrabotok [Determination of places for measuring the average air velocity in the cross section of mine workings]. Izvestiya vuzov. Gornyy zhurnal - University News Mining Journal, 1962, No 5. (In Russ.).

3. Puchkov L.A., Kaledina N.O., Kobylkin S.S. et al. Lokal'noye formirovani-ye parametrov ventilyatsii, podlezhashchikh kontrolyu pri avtomatizatsii provetrivaniya [Local formation of ventilation parameters to be controlled during ventilation automation]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 11, pp. 58-61. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (accessed 15.08.2019). (In Russ.).

4. Vorontsov A.V. Tsifrovaya obrabotka signalov v integral'noy akusticheskoy anemometrii [Digital signal processing in integrated acoustic anemometry]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) -Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2010, No. 5, pp. 338-345. (In Russ.).

5. Petrov A.G. & Shkundin S.Z. Primeneniye printsipa Ferma k raschotu pogreshnosti akusticheskogo metoda izmereniya raskhoda trokhmernogo potoka zhidkosti ili gaza [Application of the Fermat principle to calculation of the error of the acoustic method for measuring the flow rate of a three-dimensional fluid or gas flow]. DokladyAkademii nauk - Reports of the Academy of Sciences, Moscow, Rossiyskaya akademiya nauk Publ., 2018, Vol. 478, No. 3, pp. 293-297. (In Russ.).

6. Shkundin S.Z. & Stuchilin V.V. Aeroakusticheskoye vzaimodeystviye v metode integral'noy akusticheskoy anemometrii [Aeroacoustic interaction in the method of integrated acoustic anemometry]. Gorny Informatsionno-

Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2006, No. 6, pp. 325329. (In Russ.).

7. Shkundin S.Z. & Rumyantseva V.A. Modelirovaniye aeroakusticheskogo vzaimodeystviya v kanade shakhtnogo anemometra [Simulation of aero-acoustic interaction in a Canada mine anemometer]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2016, No. S1, pp. 263273. (In Russ.).

8. Ligçza P. An alternative mathematical model of vane anemometers based on the balance of power. Flow Measurement and Instrumentation, 2017, Vol. 54, pp. 210-215.

9. Qin L. et al. Application of extreme learning machine to gas flow measurement with multipath acoustic transducers. Flow Measurement and Instrumentation, 2016, Vol. 49, pp. 31-39.

10. Taskin M., Kido T., Inoue M. & Kato Yo. Mine Ventilation Flow Meter using Ultrasonic drift. 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publica-tion/330132802_Mine_Ventilation_Flow_Meter_using_Ultrasonic_drift (accessed 15.08.2019).

11. Zhou L. et al. Determination of velocity correction factors for real-time air velocity monitoring in underground mines. International journal of coal science & technology, 2017, Vol. 4, No. 4, pp. 322-332.

12. Granshchenkov N.F., Petrosyan A.E., Frolov M A. et al. Rudnichnaya ventily-atsiya: Spravochnik/Podred. K.Z. Ushakova [Mine ventilation: Reference book. Ed. by K.Z. Ushakov]. Moscow, Nedra Publ., 1988, 440 p. (In Russ.).

Received August 7,2019

На подстанциях шахт компании «СУЭК-Кузбасс» внедряется инновационная противоаварийная система БАВР

На предприятии «Энергоуправление», входящем в состав АО «СУЭК-Кузбасс», реализуется инвестиционный проект «Оснащение подстанций быстродействующим автоматическим включением резерва БАВР», направленный на усиление противоаварийной устойчивости электроподстанций всех шахт компании. Стоимость проекта составляет более 330 млн руб.

Внедренное устройство быстродействующего автоматического включения резерва (БАВР) разработано Международным электротехническим холдингом «Таврида Электрик» в сотрудничестве с НПК ПроМир (г. Москва) и является инновационным решением для предприятий, ведущих угледобычу подземным способом. Суть системы заключается в том, что целый ряд взаимодействующих между собой пусковых органов позволяет идентифицировать аварийные режимы, когда требуется производить ввод резервного питания и когда переключение на резервный источник питания осуществлять не следует. Использование специально разработанных алгоритмов управления БАВР обеспечивает время его реакции на возникшую аварийную ситуацию в пределах от 5 до 12 мс. Полное время переключения на резервный источник занимает не более 35-40 мс.

Применение данной системы позволяет, прежде всего, предотвратить прерывание электроснабжения шахтных главных вентиляторов, насосов, транспортных цепочек из-за кратковременного снижения качества электроэнергии на питающих ЛЭП. А это, в свою очередь, предот-

СУЭК

СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ

вращает дорогостоящие перерывы в работе технологического оборудования. Повышается уровень безопасности шахтерского труда, так как даже при кратковременной остановке главного вентилятора необходимо задействовать план ликвидации аварии с выводом людей на поверхность. Также ввиду снижения токов самозапуска и отсутствия необходимости в повторных пусках агрегатов ресурс электродвигателей, трансформаторов возрастает в 2-3 раза.

«Система БАВР значительно повышает противоава-рийную устойчивость и эффективность электроснабжения шахт, - говорит директор Энергоуправления АО «СУЭК-Кузбасс» Александр Никонов. - Подсчитано, что в среднем восстановление электроснабжения из-за кратковременного отключения занимает не менее одного часа. Все это время предприятие простаивает, несет убытки, которые могут исчисляться сотнями тысяч рублей. С внедрением БАВР, обеспечивающего за доли секунды автоматическое восстановление нормального режима без вмешательства персонала, количество таких отключений минимизируется».

На сегодняшний день системами БАВР оснащено семь подстанций на шахтах «имени А.Д. Рубана», «имени С.М. Кирова», «Полысаевская», «Талдинская-Западная - 1», «Талдинская-Западная - 2», «имени В.Д. Ялевского», и строящейся «имени 7 Ноября-Новая». Планируется, что к концу 2020 года будут полностью оборудованы быстродействующим автоматическим включением резерва все базовые подстанции, обслуживающие шахты компании.