論港口皮帶機的節(jié)能

張 奎

（大連港礦石碼頭公司，遼寧 大連116001）

1 引言

近年來，中國沿海港口建設(shè)飛速發(fā)展。隨著港口泊位大型化、專業(yè)化的發(fā)展和港口裝卸設(shè)備自動化水平的提高，港口對能源的需求量也將越來越大，能源費用在港口裝卸生產(chǎn)中所占成本費用的比例也會有所提高。在全國大力推行"節(jié)能減排"任務(wù)的環(huán)境下，為了降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的核心競爭力，港口企業(yè)應(yīng)積極采取措施以實現(xiàn)減少能源消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。

2 港口皮帶機系統(tǒng)效率低的主要原因

港口皮帶機系統(tǒng)效率低的主要原因是負荷特性與電動機的轉(zhuǎn)矩特性不匹配，當(dāng)電機所帶負荷較小時，電機的運行效率較低;當(dāng)電機所帶負荷較大時，電機才可能以較高效率運行。皮帶機在初步設(shè)計時一般按最大運輸量考慮，而減速機和電動機的選型原則是等級靠大不靠小，并且由于皮帶機系統(tǒng)的托輥較多，皮帶較長，是慣性力矩較大的機械設(shè)備，啟動所需的功率較大，為了滿足啟動的要求，在選擇驅(qū)動電機時，一般會選配額定功率較大的電動機，一般均有20%-45%的富余量。而當(dāng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行時其功率相對于啟動功率較小，致使大多數(shù)情況下電動機處于輕載狀態(tài);另外，當(dāng)堆、取料機處在不同位置時，導(dǎo)致堆料和取料皮帶機上有料段長度變化很大，使得物料分布不均勻，物料量連續(xù)性差，進而導(dǎo)致皮帶機的運行負載變化很大。這些因素導(dǎo)致系統(tǒng)運行存在著嚴重的"大馬拉小車"現(xiàn)象，造成電機功率因數(shù)低、效率低。

3 港口皮帶機節(jié)能增效的技術(shù)與方法

3.1 皮帶機流量自動控制技術(shù)

作業(yè)時皮帶機上的料流連續(xù)性越強、物料分布越均勻、平均流量越穩(wěn)定，系統(tǒng)的單噸耗電量就越少;反之則越大。皮帶機流量自動控制技術(shù)就是基于這一原理，其控制流量的方式是通過采取皮帶機料流檢測裝置測出的瞬時流量值，隨時對上料設(shè)備的數(shù)量以及作業(yè)速率進行調(diào)整。這種自動調(diào)節(jié)裝置可以及時、準確地調(diào)整物料流量，增強料流的穩(wěn)定性，提高輸送機作業(yè)效率，降低系統(tǒng)的能耗。

這種限流裝置由前段導(dǎo)料槽、中段導(dǎo)料槽和后段導(dǎo)料槽三段導(dǎo)料槽組成。每段導(dǎo)料槽倉內(nèi)分別連通一對沿著皮帶機并引向地面的料流管，尾部垂直于皮帶機承載皮帶的上表面方向分別安裝有前段調(diào)節(jié)閘、中段調(diào)節(jié)閘和后段調(diào)節(jié)閘。各段調(diào)節(jié)閘的末端和上端分別安裝有一塊刮料膠皮和一對旋擰螺桿，兩只螺桿對稱地連接在調(diào)節(jié)閘同一側(cè)面上，可通過旋擰螺栓調(diào)節(jié)刮料膠皮距承載皮帶的高度。

其工作原理是:根據(jù)作業(yè)礦石粒度的大小，通過旋擰螺桿將該限流裝置的三段調(diào)節(jié)閘的高度分別調(diào)整為hl、h2、h3。在作業(yè)過程中，當(dāng)物料經(jīng)上料區(qū)進入限流裝置時，前段調(diào)節(jié)閘首先將高于h1的料流擋在前段導(dǎo)料槽內(nèi)，這時前段導(dǎo)料槽將刮料膠皮擋住的物料暫時存于導(dǎo)料槽倉內(nèi)，等到低料流時這些被擋住的物料就會落回皮帶上并隨新一批的料流一起帶走。而當(dāng)料流量一直很大以至于使得前段導(dǎo)料槽倉內(nèi)積滿刮留的物料時，這些物料就通過兩側(cè)的料流管溢出，并堆積在皮帶機兩側(cè)作為地腳料處理。中段調(diào)節(jié)閘和后段調(diào)節(jié)閘的工作過程也是同樣的道理。在進入轉(zhuǎn)接塔之前，經(jīng)過整個限流裝置后，皮帶機上的物料己被充分調(diào)勻，且流量持續(xù)穩(wěn)定。

3.2 異步電動機Y-△接法變換節(jié)能

由電工學(xué)知識可知電動機有三角形 (△)接法和星形(Y)接法兩種解法。三角形接法的特點:將各相繞組依次首尾相連，并將每個相連的點引出，作為三相電的三個相線。此時電機相電壓等于線電壓，即U△φ，=U△I;電流等于根號3倍的相電流。

星形接法的特點:將各相繞組的一端都接在一點上，而它們的另一端作為引出線，分別為三個相線。此時，線電壓是相電壓的根號3倍，而線電流等于相電流。

電機所需要的無功功率為勵磁無功功率與漏磁無功功率之和。由于漏磁無功功率正比于負荷電流，當(dāng)負荷不變時三角形接法和星形接法電機的負荷電流大小相同，因此漏磁無功功率也相同。而勵磁無功功率正比于與定子繞組上的相電壓的平方，因此星形接法的電機所需的勵磁無功功率僅為三角形接法電機的1/3，并且當(dāng)電動機所帶負載越小時，這種差別就越大。在同樣電壓和負荷下，與星形接法相比，兩者有功功率相等，無功功率前者大于后者，又由于總功率是有功功率和無功功率之和，所以電動機三角形接法的所耗總功率也較大，因此在轉(zhuǎn)速田一定時，其輸出扭矩也較大。

由于大型碼頭皮帶機驅(qū)動系統(tǒng)電動機的選擇主要依據(jù)由根據(jù)皮帶機的帶寬、帶速、最大輸送能力等多種因素計算所得出的功率，因此比較保守。而在工作過程中，有可能會發(fā)生故障停機的情況，這時再啟動的話，啟動力矩一般會很大，有時甚至達到靜阻力矩的1.5-1.8倍。而轉(zhuǎn)速恒定之后，其轉(zhuǎn)矩很小，電機的負載率就會很低。如果長期低負載運行，就會增加無功功率損耗，浪費能源。這時就可以考慮采用Y-△接法變換，即在三角形接法下啟動電動機，在星形接法下運行的方法。

另外，在裝卸工作中，會出現(xiàn)設(shè)備進行連續(xù)運轉(zhuǎn)，而裝載率不均衡的工作現(xiàn)象，以及當(dāng)空載時間大于某個規(guī)定值時需要頻繁起動的問題，這兩種情況都可能造成能源的浪費。這時可以考慮對皮帶機添加節(jié)電裝置。

3.3 皮帶機降電壓技術(shù)

根據(jù)電機學(xué)知識可知，電動機處于最佳負載率狀態(tài)下運行時，其效率最高，功率因數(shù)最大。所以當(dāng)電機滿負荷運行時，功率因數(shù)必比較大，電壓滯后電流的相位角必就較小。又因為電動機功率因數(shù)必隨著負載率的增加而提高，所以電動機負載變小時，必角將增大，功率因數(shù)將降低。當(dāng)系統(tǒng)運行在"大馬拉小車"、輕載和空載情況下時，都會使電動機功率因數(shù)偏低，耗用的無功功率變大，損失的電能增加。要想降低消耗功率，可通過提高功率因數(shù)、降低電動機的端電壓、減小負載電流的途徑實現(xiàn)。

皮帶機降電壓的節(jié)能改造就是在這一原理的基礎(chǔ)上，利用雙向可控硅調(diào)壓電路來控制電動機。目前這一節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用在煤礦用皮帶機中，在港口用皮帶機中應(yīng)用比較少。

3.4 減電機運行節(jié)能技術(shù)

港口鐵礦石傳輸系統(tǒng)的每條皮帶機額定能力都比較大，很多都是由2臺或2臺以上的電機驅(qū)動。皮帶機在運行過程中，無論堆、取料機在堆場的任何位置作業(yè)，電機一般都全部投入使用。但是堆、取料機的作業(yè)位置不同，會使得皮帶機的有料段的長度也不同。當(dāng)有料段的長度較大時，負載就較大，電機的運行效率也比較高;相反，電機的的使用效率就較低。另外，在作業(yè)過程中通常會出現(xiàn)空載或輕載的情況，并且電機有可能會長時間運行在低負荷狀況。這兩種情況都會造成能源的巨大浪費。為了節(jié)能降耗，需要對皮帶機作業(yè)時驅(qū)動電機的作業(yè)方式進行改造。當(dāng)皮帶機所帶負荷較少時，可以通過改變運行電機的數(shù)量，使負載大小與驅(qū)動功率相匹配，從而達到節(jié)能和提高功率因數(shù)的目的。

結(jié)束語。經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來了國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，但是能源的巨大消耗也造成資源的日益短缺，，如何滿足迅速增長的能源需求，實現(xiàn)能源的清潔高效利用，是我國面臨的一次嚴峻的挑戰(zhàn)。而節(jié)能是解決這一問題的根本途徑，這就意味著我們需要大力推進節(jié)能技術(shù)，提高能源的利用效率。因此我國推出了"節(jié)能優(yōu)先，降低能耗"的能源發(fā)展戰(zhàn)略思路，并且進一步提出要建設(shè)能源節(jié)約型企業(yè)。這種節(jié)約要求徹底轉(zhuǎn)變現(xiàn)行的經(jīng)濟增長方式，進行深刻的技術(shù)革新，真正推動企業(yè)的全面進步。

[1]電機系統(tǒng)節(jié)能縱橫談[J].電氣技術(shù)，2008，(10):1-5.

[2]秦宏波.電機系統(tǒng)能效現(xiàn)狀和節(jié)能潛力分析方法綜述[J].上海節(jié)能，2009，(2):4-10.