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O ventilador principal é frequentemente considerado os "pulmões" de uma mina subterrânea, e sua operação contínua e estável está diretamente ligada à segurança do pessoal subterrâneo.
Em uma mina de carvão em Shandong, China, o VFD de controle vetorial FD300 de alto desempenho da FGI foi implantado para acionar o sistema principal de ventilação. A solução permite o controle sincronizado de velocidade dos dois motores em cada ventilador contra-rotativo, apoiando o ajuste dinâmico da ventilação entre diferentes condições de mineração. Ao mesmo tempo, uma configuração redundante de ventilador com comutação automática aumenta a confiabilidade do sistema, enquanto a operação em frequência variável melhora a eficiência energética e simplifica a operação e manutenção.
Uma mina de carvão em Shandong opera dois conjuntos de ventiladores principais de ventilação contrário à FBCDZN20-2×90 e à prova de explosão. Cada ventilador é equipado com dois motores à prova de explosão YBF2-315L1-8, com cada motor com potência nominal de 90 kW e 660 V. A velocidade nominal do ventilador é de 740 rpm, com uma faixa de frequência variável de 30–50 Hz.
O sistema de ventilação é responsável por manter o fluxo de ar confiável em toda a mina e, portanto, é uma parte crítica da infraestrutura geral de segurança da mina.
Como uma carga crítica Classe I, o sistema principal de ventilação requer operação contínua, fonte de alimentação redundante e capacidade de comutação rápida em caso de falha do equipamento.
Sob métodos convencionais de operação, os sistemas de ventilação podem depender da estrestriação do amortecedor para regular o fluxo de ar. Isso pode resultar em consideráveis perdas de energia, alta corrente de partida e impacto mecânico durante a partida do motor, além de aumentar as exigências de manutenção dos equipamentos.
Para enfrentar esses desafios, o projeto adotou o VFD de controle vetorial de alto desempenho FD300 da FGI para o sistema principal de acionamento do ventilador. A adaptação permite o controle sincronizado em frequência variável dos dois motores e incorpora uma estratégia automática de comutação redundante entre os dois conjuntos de ventiladores.
Em caso de falha grave, o ventilador de reserva pode ser ligado automaticamente e colocado em operação. Todo o sistema também está conectado à principal plataforma de monitoramento dos ventiladores da mina, permitindo monitoramento remoto, alarmes de falha e comutação redundante dos ventiladores para ajudar a manter uma ventilação segura e confiável.
| Item | Parâmetros |
|---|---|
| Modelo de ventilador | FBCDZN20-2×90 |
| Modelo do Motor | YBF2-315L1-8 Motor à prova de explosão |
| Potência de Motor Único | 90kW |
| Tensão nominal | 660V |
| Velocidade Nominal | 740r/min |
| Faixa Operacional do VFD | 30-50Hz |
| Faixa de Volume de Ar | 23-68m³/s |
| Faixa de Pressão Estática | 200-2170Pa |
Tabela de Parâmetros Básicos de Equipamentos no Local
Altos Requisitos de Segurança e Confiabilidade
O sistema principal de ventilação não tolera longos períodos de inatividade. Portanto, é necessária uma configuração redundante, com um ventilador funcionando e o outro em modo de espera. Em caso de falha, o sistema de espera deve ser ativado rapidamente para manter a ventilação ininterrupta.
Operação sincronizada de dois motores contrarrotativos
Cada ventilador é composto por dois estágios acionados por motor. Os dois motores devem operar em frequências sincronizadas e velocidades ajustadas para manter a saída equilibrada do impulsor e evitar vibrações excessivas, ruído e estresse mecânico.
Requisitos de Ventilação Dinâmica
As atividades de mineração e escavação mudam continuamente por toda a mina. O fluxo de ar e a pressão, portanto, precisam ser ajustados de acordo com diferentes condições de operação.
Comparado à potência baseada em amortecedores, o controle de velocidade de frequência variável proporciona uma regulação do fluxo de ar mais suave e precisa, ao mesmo tempo em que reduz o consumo desnecessário de energia.
Integração com o Sistema de Monitoramento de Minas
O sistema VFD precisa se comunicar com a principal plataforma de monitoramento de ventiladores da mina e transmitir parâmetros operacionais como frequência, corrente, voltagem e códigos de falha.
Isso permite monitoramento local e remoto e fornece aos operadores informações oportunas sobre o status do sistema.
Ambiente Operacional Severo
A sala de ventilação está sujeita a poeira significativa e variações de temperatura. O sistema VFD, portanto, precisa fornecer proteção confiável contra poeira, dissipação de calor e resistência à interferência eletromagnética para garantir operação estável sob condições exigentes de local de mina.
O projeto utiliza quatro VFDs FGI FD300, acionando independentemente os motores à prova de explosão do primeiro e segundo estágio dos dois principais ventiladores de ventilação.
As principais características da solução incluem:
VFDs duplas para acionamento sincronizado de dois motores
Dois VFDs fornecem saída de frequência sincronizada para os dois motores de cada ventilador contra-rotativo, mantendo velocidades de motor correspondentes ao longo de toda a faixa de operação.
O sistema suporta a faixa de frequência variável de 30–50 Hz do ventilador, permitindo ajuste flexível do fluxo de ar conforme os requisitos de ventilação da mina.
Configuração redundante do ventilador principal
Os dois principais sistemas de ventilação são eletricamente e mecanicamente independentes, e cada sistema é capaz de operar em carga total para atender às necessidades de ventilação da mina.
Em condições normais, um ventilador funciona enquanto o outro permanece em espera.
Se o ventilador em funcionamento apresentar uma falha grave e atingir o limite de desligamento pré-definido, o sistema de monitoramento inicia automaticamente a sequência de comutação. O ventilador de operação é parado e sua saída VFD é desconectada, enquanto o ventilador de espera recebe o comando de iniciação.
Os VFDs de primeiro e segundo estágio do ventilador de reserva então sobem simultaneamente até a frequência alvo e assumem automaticamente a operação.
Essa arquitetura redundante melhora significativamente a disponibilidade dos sistemas de ventilação e apoia os requisitos de segurança da mina para equipamentos críticos de ventiladores principais.
Integração Integrada Integrada com a Plataforma de Monitoramento
Os VFDs transmitem dados operacionais em tempo real — incluindo frequência de saída, corrente de saída, tensão de saída e códigos de falha — para o sistema principal de monitoramento do ventilador.
O status dos equipamentos pode ser exibido na tela sensível ao toque local, enquanto condições operacionais anormais disparam alarmes automáticos para ajudar os operadores a responder rapidamente.
Projetado para Ambientes de Mina Exigentes
Os armários VFD apresentam proteção aprimorada contra poeira e dissipação de calor para acomodar ambientes empoeirados de sala de mina.
Funções abrangentes de proteção — incluindo sobrecorrente, sobretensão, sobrecarga, sobretemperatura e proteção contra falhas aterradas — ajudam a proteger o sistema de acionamento sob condições anormais.
Modos de Operação Flexíveis
O sistema suporta três modos de operação:
Operação local do painel VFD
Operação local do gabinete de controle
Controle remoto via computador supervisor
Isso proporciona maior flexibilidade para diferentes cenários de operação e manutenção.
Após a comissionamento, o sistema manteve operação estável sob condições reais de local de mina.
Uma condição representativa de operação foi registrada com a frequência de saída do VFD em 48 Hz. A corrente do motor do primeiro estágio era de 130,19 A, enquanto a corrente do motor do segundo estágio era de 141,30 A, mantendo a tensão de saída em aproximadamente 372–373 V.
Nessa condição operacional, o ventilador alcançava um fluxo real de ar de 51,73 m³/s e uma pressão estática de 1.000,25 Pa.
A temperatura do enrolamento do motor, a temperatura do rolamento e os valores de vibração permaneceram dentro da faixa de segurança permitida.
Segurança e Confiabilidade Aprimoradas
A combinação da tecnologia de acionamento duplo VFD e uma arquitetura redundante de dois ventiladores fornece uma base confiável para ventilação contínua em minas.
Funções abrangentes de proteção e monitoramento de falhas permitem que condições anormais sejam detectadas e reportadas rapidamente, possibilitando que a equipe de manutenção responda rapidamente e reduzindo o risco de interrupções inesperadas.
As características de partida suave do VFD também eliminam a alta corrente de partida associada à partida direta do motor, reduzindo o estresse elétrico na rede e o impacto mecânico no impulsor do ventilador.
Isso ajuda a estender a vida útil tanto dos motores quanto dos equipamentos de ventilação.
Operação e Manutenção Aprimoradas
Os dados operacionais são transmitidos para a plataforma de monitoramento e exibidos na tela de controle, permitindo operação e manutenção visualizadas sem a necessidade de leitura manual do medidor.
Quando ocorre uma falha, os operadores podem identificar rapidamente o equipamento e a condição operacional relevantes, ajudando a reduzir o tempo de diagnóstico.
Ao mesmo tempo, o controle suave de frequência variável permite o ajuste contínuo do fluxo de ar e da pressão, possibilitando que o sistema de ventilação responda rapidamente às necessidades em constante mudança entre diferentes estágios de mineração e escavação.
| Item de Monitoramento | Motor Primário | Motor Secundário |
|---|---|---|
| Frequência de Operação | 48,00Hz | 48,00Hz |
| Corrente de Operação | 130.19A | 141.30A |
| Tensão de saída | 372,00V | 373,00V |
| Temperatura do enrolamento do motor | 92-93°C | 97-99°C |
| Vibração horizontal | 0,30mm/s | 0,35mm/s |
| Volume de Ar em Tempo Real do Ventilador | 51,73 m³/s | |
| Pressão Estática do Ventilador | 1000,25Pa |
Tabela de Dados Operacionais Típicos no Local
Como um sistema crítico de segurança na mineração subterrânea, o ventilador principal requer um sistema de acionamento altamente confiável, responsivo e capaz de operação contínua.
Nesta mina de carvão em Shandong, o VFD FD300 da FGI foi implantado com sucesso para atender aos requisitos de operação sincronizada dos ventiladores de ventilação de dois motores contrarrotativos. A solução combina controle sincronizado de frequência variável, comutação redundante dos ventiladores, proteção abrangente e monitoramento digital para apoiar uma ventilação mais segura e eficiente.
O projeto demonstra como a tecnologia avançada de acionamento de frequência variável pode ajudar os operadores de mineração a melhorar a segurança operacional, a eficiência energética e a eficiência da manutenção ao mesmo tempo.
Daqui para frente, a FGI continuará desenvolvendo soluções de acionamento de frequência variável para equipamentos críticos de mineração — incluindo ventiladores principais, guinchos, bombas e outros sistemas auxiliares — apoiando a indústria de mineração na obtenção de operações mais seguras, eficientes e sustentáveis.
