CN218708471U - 一种低速直联型副井提升机应急运行装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿井提升机应急救援控制技术领域，提出一种低速直联型副井提升机应急运行装置，在低速直联型副井提升机的主轴一端设置出轴；低速直联型副井提升机应急运行装置主要由三相发电机组、低压控制柜、三相整流变压器、低压同步变频器、行星减速型永磁同步电动机、电磁离合器、直流电源组成；行星减速型永磁同步电动机与所述电磁离合器的主动端连接，电磁离合器的从动端套装在低速直联型副井提升机主轴一端的出轴上，行星减速型永磁同步电动机、电磁离合器与低速直联型副井提升机共同构成应急提升情况下提升机卷筒的提升机构；本实用新型提高了副井提升的安全可靠性，具有一定的社会和经济效益。

Description

一种低速直联型副井提升机应急运行装置

技术领域

本实用新型属于矿井提升机应急救援控制技术领域，具体提出一种低速直联型副井提升机应急运行装置。

背景技术

用于升降人员和物料的副井提升机是矿井的咽喉设备，副井提升机在运行过程中一旦出现供电失败或主电动机、调速器等关键部件出现重大故障，被迫中途停车，提升容器中的乘员就被困在井筒中间，副井提升机如果不能在短时内恢复运行，容器中的乘员可能出现急躁、焦虑甚至失控等不良情绪，如果负面情绪与时俱增，安全隐患则随停机的时长增加而增加。

出现上述故障后，较好的做法是在近可能短的时间内，恢复副井提升机的运行，哪怕是低速运转进行应急提升，故障当次恢复运行的目的地是将乘员撤离到井口或其他安全之处。根据需要，可继续应急提升直至完成应急救援任务。

《煤矿安全规程》第四百零一条规定：检修时提升容器的速度，一般为0.3~0.5m/s，最大不得超过2m/s。

《煤矿安全规程》第四百三十六条规定：备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等要求，并保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。

应急提升的传统做法之一，无动力重力滑行：在确保安全措施预案完备的基础上，借助于副井提升机钢丝绳两侧的张力差，通过重力滑行的方法将提升容器以低速滑行至中段水平马头门、井底或井口停车位置，从而将容器中的乘员应急撤离至相对安全之处。在重力滑行过程中，副井提升机不具有驱动力矩，滑行方向和速度取决于副井提升机钢丝绳两侧的张力差，虽然《煤矿安全规程》、《金属非金属矿山安全规程》对这种应急提升方式没有明确禁止，但因滑行速度和目的地具有一定的随机性或不确定性，可能具有潜在的不可预见的安全隐患；而且，无动力重力滑行通常只适合故障当次的接续升降。

应急提升的传统做法之二，外动力应急升降，例如：设置大容量的柴油发电机组作为备用电源，如果要满足副井提升机全载全速的提升需要并具有一定的裕量，备用电源的装机容量较大（通常要求，至少为主电动机容量的1.6倍），考虑设备安装场地等费用，一次投资费用较大。针对这种应急情况，使用率较低，因此，这种做法的性价比较低。而且，如果主电动机或者调速器出现大的故障、短时无法修复，所述柴油发电机组不起作用，也只能通过重力滑行的方法进行应急提升。

申请公布号为CN 112901225 A的发明专利，公开了《一种矿井应急提升驱动系统》，是通过为提升机的主电动机提供另外一路驱动电源进行应急提升。但是，一旦主电动机出现严重的故障，短时无法修复，也同样只能通过重力滑行的方法进行应急提升。

传统的低速直联型提升主机设备主要由卷筒、液压站、液压制动器、提升容器和主电动机等组成，卷筒和主电动机共用一根提升机主轴，即提升机主轴为悬臂结构，将主电动机的定子套装在主轴上，主轴也成了主电动机的转子；所述主电动机为低速，额定转速通常为60rpm及以下，主电动机通过主轴直接驱动卷筒，所述提升机俗称：低速直联型。

传统的提升电控设备主要由控制系统和信号系统组成，与所述主机设备进行机、电、液配套与接口，通过控制主电动机并带动卷筒运转，从而让通过钢丝绳与卷筒联接的提升容器升降，达到上下人员和物料的目的。

针对竖井，所述提升容器为罐笼；针对斜井，所述提升容器为人车；针对凿井，所述提升容器为吊桶。

发明内容

为解决上述的技术问题，本实用新型提出一种低速直联型副井提升机应急运行装置，在任何情况下，包括供电失败或主电动机及其调速器故障等原因造成副井提升机失去动力且短时间内无法恢复的特殊情景，能够为所述低速直联型副井提升机提供另外的动力并令其以低速运转进行应急升降，故障的当次接续提升将困在提升容器中的乘员撤离到井口停车位置或其他安全之处；如果需要，可继续以低速应急提升方式，为其他人员或物资进行升降，达到应急救援的目的。

本实用新型采取以下技术方案完成其发明目的：

一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：在低速直联型副井提升机的主轴一端设置出轴；所述低速直联型副井提升机应急运行装置主要由三相发电机组、低压控制柜、三相整流变压器、低压同步变频器、行星减速型永磁同步电动机、电磁离合器、直流电源组成；所述的行星减速型永磁同步电动机与所述电磁离合器的主动端连接，所述电磁离合器的从动端套装在所述低速直联型副井提升机主轴一端的出轴上，所述的行星减速型永磁同步电动机、所述电磁离合器与所述的低速直联型副井提升机共同构成应急提升情况下提升机卷筒的提升机构，在应急提升的情况下，所述行星减速型永磁同步电动机能够取代主电动机驱动提升机卷筒以小于2m/s的速度运转，从而带动提升容器的升降，达到上下人员和物料的目的。

所述三相发电机组的三相输出端与所述低压控制柜的电源输入端相连，所述低压控制柜的三相电源输出端之一通过动力电缆与所述三相整流变压器的原边相连，所述三相整流变压器的副边通过动力电缆连至所述低压同步变频器整流侧的三相输入端，所述低压同步变频器的逆变侧输出端通过动力电缆与所述行星减速型永磁同步电动机的三相定子端相连，为所述副井提升机在应急提升的情况下提供驱动力；所述低压控制柜的三相电源输出端之二连接至所述提升电控设备中的供电回路，并做好与原供电回路的切换和闭锁，在应急的情况下，为所述提升电控设备提供控制电源；所述低压控制柜的单相电源输出端与所述直流电源的交流输入端相连，所述直流电源的直流输出端连至所述电磁离合器的电磁铁两端，为电磁离合器的离合提供控制电源。

进一步，在所述提升电控设备的控制系统中增设一些I/O（输入/输出）接口，通过控制电缆分别与所述低压控制柜、所述低压同步变频器的O/I（输出/输入）端相连，在应急情况下，所述控制系统能够操控所述应急运行装置，与所述提升主机设备共同驱动所述卷筒以慢速运转，从而带动所述提升容器升降。

传统的低压变频器仅用于驱动交流异步电动机，本所述低压同步变频器有异于传统的低压变频器，专门为驱动交流同步电动机设计，而且，内置有制动斩波器，将所述制动电阻并接于所述制动斩波器的输出端；或者，所述低压同步变频器外置有制动单元，将所述制动单元和所述制动电阻串联后，并接在所述低压同步变频器的直流母排两端；目的是，应急提升过程中，在负力的状态下，将所述行星减速型永磁同步电动机所发的电能，通过所述低压同步变频器及所述制动斩波器或制动单元，消耗在所述制动电阻上，以抑制所述低压同步变频器中母排两端电压进一步泵升，避免所述三相发电机组及所述低压同步变频器等设备或器件因此而损坏。

所述低压同步变频器装配有光电编码器接口PG卡，所述行星减速型永磁同步电动机的非负载侧出轴上装配有光电编码器，所述光电编码器的输出端与所述PG卡的输入端相连，为所述低压同步变频器提供速度反馈信号，以及所述行星减速型永磁同步电动机的转子角度；根据所述速度反馈信号和转子角度，所述低压同步变频器进行有速度反馈的同步机矢量控制，其优质的三相输出增强所述行星减速型永磁同步电动机的输出力矩以满足应急提升的需要。

所述三相发电机组选配为常用的三相四线制低压发电机，额定输出电压等级为三相AC 380V（或称AC400V）/单相AC220V（或称AC230V），无需配备电力变压器，就能与所述提升电控设备及主机设备的控制电压一致，作为备用电源，能够直接为所述提升电控设备供电；所述直流电源的额定输入电压为单相AC220V，与所述三相发电机组的额定电压（单相）一致，简化硬件配置；所述直流电源的额定输出电压与所述电磁离合器中电磁铁的额定电压相匹配；本实用新型所述低速直联型副井提升机应急运行装置硬件配置整洁，在应急提升的状态下，充分利用已有的所述提升主机和电控设备，有助于降低投资成本。

所述低压同步变频器与所述三相整流变压器副边、行星减速型永磁同步电动机的额定电压相匹配，根据实用要求，优选电压等级为三相AC1.14kV及以下。

所述行星减速型永磁同步电动机的负载侧内置有至少一级行星减速器。

本实用新型提出的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，能够结合并充分利用传统的提升主机和电控设备，避免重复投资；在任何情况下，包括长时间的全矿停电、关键部件如主电动机及其调速器严重故障且短时内无法恢复的情景，为低速直联型副井提升机提供另外的动力，故障当次能够以慢速（小于2m/s）接续提升，将被困在提升容器中的乘员安全撤离到井口或其他安全之处；随后根据需要，还能够继续进行慢速（小于2m/s）升降，用于应急救援，满足安全规程要求并提高了副井提升的安全可靠性，具有一定的社会和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图。

图中：1、三相发电机组，2、低压控制柜，3、三相整流变压器，4、低压同步变频器（4.1、PG卡，4.2、制动电阻），5、行星减速型永磁同步电动机（5.1、光电编码器），6、电磁离合器（6.1、电磁铁），7、直流电源，8、提升电控设备（8.1、控制系统，8.2、信号系统），9、提升主机设备（9.1、卷筒，9.2、液压站，9.3、液压制动器，9.4、提升容器，9.5、主电动机）。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本实用新型实施例加以说明：

结合图1，所述低速直联型副井提升机通常由提升电控设备8和提升主机设备9组成。其中，所述提升电控设备8主要由控制系统8.1和信号系统8.2等组成；所述提升主机设备9主要由卷筒9.1、液压站9.2、液压制动器9.3、提升容器9.4和主电动机9.5等组成。

所述提升电控设备8为所述主电动机9.5提供动力电源，如三相AC6或10kV等，同时为所述液压站9.2等提供三相AC380V的控制电源。正常情况下，乘员进入所述提升容器9.4并准备就绪后，所述信号系统8.2发出开车信号，所述控制系统8.1接收到此开车信号，并控制所述液压站9.2的油压上升，通过油路与所述液压站9.2相连的所述液压制动器9.3在持续升高的油压作用下逐渐阐闸，所述主电动机9.5在动力电源作用下产生力矩，带动所述卷筒9.1转动，通过钢丝绳从而带动所述提升容器9.4升降，达到提升人员和物料的目的；所述低速直联型副井提升机正在运行的过程中，突然发生停电，或者关键部件如所述主电动机9.5、所述控制系统8.1中调速器等损坏，而且短时无法恢复，所述提升容器9.4中的乘员被困在井筒中，长时间被困在井筒中的乘员因情绪等原因可能导致过激行为，安全隐患陡增；这种情况下，将本实用新型所述低速直联型副井提升机应急运行装置应急启用，结合并充分利用所述提升电控设备8和提升主机设备9，故障当次能够接续提升将所述提升容器9.4中的乘员撤离至井口或其他安全之处，消除安全隐患，如有必要，为后续的应急救援继续升降人员和物料。

如图1所示，一种低速直联型副井提升机应急运行装置，在所述提升电控设备8和提升主机设备9的基础上增设，并与之进行必要的衔接和接口，要求在所述提升主机设备9的主轴一端增加出轴，主要由三相发电机组1、低压控制柜2、三相整流变压器3、低压同步变频器4（含PG卡4.1和制动电阻4.2）、行星减速型永磁同步电动机5（含光电编码器5.1）、电磁离合器6（含电磁铁6.1）、直流电源7等组成。所述电磁离合器6的主动端套装在所述行星减速型永磁同步电动机5的负载侧出轴上，从动端套装在所述提升主机设备9主轴另增的出轴上，这样，在应急提升的情况下，所述行星减速型永磁同步电动机5能够取代所述主电动机9.5驱动所述卷筒9.1以慢速运转，从而带动所述提升容器9.4的运行，以升降人员和物料。参考《煤矿安全规程》第四百零一条规定，所述慢速通常为小于2m/s。

所述三相发电机组1的三相输出端与所述低压控制柜2的电源输入端相连，所述低压控制柜2的三相电源输出端之一通过动力电缆与所述三相整流变压器3的原边相连，所述三相整流变压器3的副边通过动力电缆连至所述低压同步变频器4整流侧的三相输入端，所述低压同步变频器4的逆变侧输出端通过动力电缆与所述行星减速型永磁同步电动机5的三相定子端相连，为所述提升主机设备9在应急提升的情况下提供驱动力；所述低压控制柜2的三相电源输出端之二连接至所述提升电控设备8中的供电回路，并做好与原供电回路的切换和闭锁，在应急的情况下，为所述提升电控设备8提供控制电源；所述低压控制柜2的单相电源输出端与所述直流电源7的交流输入端相连，所述直流电源7的直流输出端连至所述电磁离合器6的电磁铁6.1两端，为电磁离合器6的离合提供控制电源。

进一步，在所述控制系统8.1中增设一些I/O（输入/输出）接口，通过控制电缆分别与所述低压控制柜2、所述低压同步变频器4的O/I（输出/输入）端相连，在应急情况下，所述控制系统8.1能够操控所述应急运行装置，与所述提升主机设备9共同驱动所述卷筒9.1以慢速运转，从而带动所述提升容器9.4升降。

传统的低压变频器仅用于驱动交流异步电动机，本所述低压同步变频器4有异于传统的低压变频器，专门为驱动交流同步电动机设计，而且，内置有制动斩波器，将所述制动电阻4.2并接于所述制动斩波器的输出端（-，BR）；或者，所述低压同步变频器外置有制动单元，将所述制动单元和所述制动电阻4.2串联后，并接在所述低压同步变频器4的直流母排两端（+，-）；目的是，应急提升过程中，在负力的状态下，将所述行星减速型永磁同步电动机5所发的电能，通过所述低压同步变频器4及所述制动斩波器或制动单元，消耗在所述制动电阻4.2上，以抑制所述低压同步变频器4中母排两端（+，-）电压进一步泵升，避免所述三相发电机组1及所述低压同步变频器4等设备或器件因此而损坏。

所述低压同步变频器4装配有光电编码器接口PG卡4.1，所述行星减速型永磁同步电动机5的非负载侧出轴上装配有光电编码器5.1，所述光电编码器5.1的输出端与所述PG卡4.1的输入端相连，为所述低压同步变频器4提供速度反馈信号，以及所述行星减速型永磁同步电动机5的转子角度；根据所述速度反馈信号和转子角度，所述低压同步变频器4进行有速度反馈的同步机矢量控制，其优质的三相输出增强所述行星减速型永磁同步电动机5的输出力矩以满足应急提升的需要。

所述三相发电机组1选配为常用的三相四线制发电机，额定输出电压等级为三相AC 380V（或称AC400V）/单相AC220V（或称AC230V），无需配备电力变压器，就能与所述提升电控设备8及主机设备9的控制电压一致，作为备用电源，能够直接为所述提升电控设备8供电；所述直流电源7的额定输入电压为单相AC220V，与所述三相发电机组1的额定电压（单相）一致，简化硬件配置；所述直流电源7的额定输出电压与所述电磁离合器6中电磁铁6.1的额定电压相匹配；本实用新型所述低速直联型副井提升机应急运行装置硬件配置整洁，在应急提升的状态下，充分利用已有的所述提升主机设备9和电控设备8，有助于降低投资成本。

所述低压同步变频器4与所述三相整流变压器3副边、行星减速型永磁同步电动机5的额定电压相匹配，根据实用要求，优选电压等级为三相AC1.14kV及以下。

所述行星减速型永磁同步电动机5负载侧内置有至少一级行星减速器。

结合图1，举例说明本实用新型的工作过程。正常情况下，由所述提升电控设备8操控所述提升主机设备9进行运转，所述提升容器9.4在主电动机9.5和卷筒9.1的带动下，提升或下放人员或物料。突然，全矿停电或所述主电动机9.5、控制系统8.1中的调速器出现严重故障，而且预计短时间内无法恢复，决定启用本实用新型所述低速直联型副井提升机应急运行装置，按以下步骤：

1）准备工作，切断所述提升电控设备8中正常的供电回路，包括动力电源和控制电源回路，控制电源改由所述低压控制柜2进行供电，并检查闭锁可靠情况；

2）启动所述三相发电机组1，在三相AC380V供电稳定之后，通过所述低压控制柜2为所述三相整流变压器3、低压同步变频器4供电；

3）检查所述低压同步变频器4工作准备就绪，所述控制系统8.1对所述低压同步变频器4的I/O接口信号处于就绪正常状态；

4）通过所述低压控制柜2为所述电磁离合器6的电磁铁6.1供电，检查所述电磁离合器6处于严合状态；

5）提请井口、井底信号工及相关人员注意了：所述副井提升机将要进入应急提升方式，司机通过所述控制系统8.1操控本实用新型所述低速直联型副井提升机应急运行装置并协同所述提升主机设备9，进行加速、等速、减速、爬行和停车操作，将容器中的乘员以慢速（小于2m/s）撤离至井口或其他安全之处。

6）如有必要，可周而复始重复上述操作，直至应急救援任务完成；应急救援结束后，各设备、操作器件复原至正常提升的初始状态，所述电磁离合器6处于完全分离状态。

最后说明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低速直联型副井提升机应急运行装置，低速直联型副井提升机包括有提升电控设备和提升主机设备；其特征在于：在低速直联型副井提升机的主轴一端设置出轴；所述低速直联型副井提升机应急运行装置包括有三相发电机组、低压控制柜、三相整流变压器、低压同步变频器、行星减速型永磁同步电动机、电磁离合器、直流电源；所述的行星减速型永磁同步电动机与所述电磁离合器的主动端连接，所述电磁离合器的从动端套装在所述低速直联型副井提升机主轴一端的出轴上，所述的行星减速型永磁同步电动机、所述电磁离合器与所述的低速直联型副井提升机共同构成应急提升情况下提升机卷筒的提升机构；

所述三相发电机组的三相输出端与所述低压控制柜的电源输入端相连，所述低压控制柜的三相电源输出端之一与所述三相整流变压器的原边相连，所述三相整流变压器的副边连至所述低压同步变频器整流侧的三相输入端，所述低压同步变频器的逆变侧输出端与所述行星减速型永磁同步电动机的三相定子端相连；所述低压控制柜的三相电源输出端之二连接至所述提升电控设备中的供电回路，并做好与原供电回路的切换和闭锁；所述低压控制柜的单相电源输出端与所述直流电源的交流输入端相连，所述直流电源的直流输出端连至所述电磁离合器的电磁铁两端；

所述提升电控设备的控制系统中设置有分别与所述低压控制柜、所述低压同步变频器的O/I端相连的I/O接口。

2.如权利要求1所述的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：所述低压同步变频器为驱动交流同步电动机设计；所述低压同步变频器含PG卡和制动电阻；所述的低压同步变频器内置有制动斩波器，将所述制动电阻并接于所述制动斩波器的输出端；或者，所述低压同步变频器外置有制动单元，将所述制动单元和所述制动电阻串联后，并接在所述低压同步变频器的直流母排两端。

3.如权利要求1或2所述的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：所述低压同步变频器装配有光电编码器接口PG卡，所述行星减速型永磁同步电动机的非负载侧出轴上装配有光电编码器，所述光电编码器的输出端与所述PG卡的输入端相连，为所述低压同步变频器提供速度反馈信号，以及所述行星减速型永磁同步电动机的转子角度；根据所述速度反馈信号和转子角度，所述低压同步变频器进行有速度反馈的同步机矢量控制。

4.如权利要求1所述的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：所述三相发电机组选配为常用的三相四线制低压发电机，额定输出电压等级为三相AC 380V/单相AC220V。

5.如权利要求1或2所述的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：所述低压同步变频器与所述三相整流变压器副边、行星减速型永磁同步电动机的额定电压相匹配，电压等级为三相AC1.14kV及以下。

6.如权利要求1所述的一种低速直联型副井提升机应急运行装置，其特征在于：所述行星减速型永磁同步电动机的负载侧内置有至少一级行星减速器。

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