井工矿山正压给水前置泵串级调速技术研究

作     者：刘洋 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志民;刘永生

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：前置泵 串级调速 模糊PID 自适应控制 工业试验 

摘      要：煤矿井下排水系统担负着煤矿井下排除积水的任务,是煤炭安全生产的重要设施。在排水过程中,汽蚀现象会引起水泵效率下降,管路老化结垢造成管阻增大,致使水泵偏离高效工况区运行,以及水泵的选型设计与矿井地测高度不完全匹配等问题,致使矿井排水系统能耗大、效率低。井下排水系统常使用高扬程、大流量、大功率的离心式排水泵,该泵需配备大功率的异步电机来驱动,直接对大功率电动机进行变频调速控制,会造成异步电机的功率因数低,加重电网及配电设备的负荷,且所采用的变频装置功率大、成本高、调节响应时间长。为此,本文提出前置泵串级变频调速技术,即在大功率离心式主排水泵前端串联小扬程、大流量、小功率、速度可调节的离心式排水泵。通过对前置泵进行变频调速控制,使小泵带动大泵,保持排水系统在正常涌水条件下始终在高效区运行。此研究对提高井工矿山排水系统效率,保障排水系统的安全性和可靠性具有重要意义和经济价值。论文的主要研究内容如下:(1)分析离心式水泵串联工作时流量和扬程的变化规律及水泵工况点调节方法;基于离心泵的特性方程与相似理论,分析单泵工作变频调速节能原理以及前置泵串级调速节能原理。(2)搭建离心泵串级调速实验平台,开展两台同型号离心泵串级正压给水前置泵变频调速实验,通过实验数据采集,利用Matlab软件进行曲线拟合、求解多项式回归方程系数,分析曲线变化规律;构建两台不同型号离心泵正压给水前置泵串级调速系统数学模型,仿真分析流量-效率曲线变化规律,并与实验曲线变化规律进行对比分析。(3)依据煤矿排水系统实际工况,以串级排水系统效率为优化目标,构建前置泵变频调速控制系统数学模型;利用Matlab/simulink模块,结合模糊PID自适应控制算法,对控制系统的动、静态特性进行仿真分析,确定出前置泵最佳变频调速控制方法。(4)搭建主排水泵串级正压给水实验测试平台,开展主排水泵地面性能试验,并对其效率进行分析;开展煤矿井下串级正压给水前置泵变频调速工业性实验,通过数据采集,对其能耗与经济效益进行分析。