火電廠輸煤膠帶機(jī)部件選型裕度的分析

劉天軍，王立波

(華電重工股份有限公司，北京 100077)

0 引言

火力發(fā)電廠輸煤膠帶機(jī)的設(shè)計(jì)及部件選型已經(jīng)非常成熟。隨著新建火力發(fā)電廠規(guī)模的不斷擴(kuò)大，膠帶機(jī)運(yùn)量等參數(shù)不斷提高，總結(jié)近10年來(lái)我國(guó)不同地域多個(gè)電廠膠帶機(jī)的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)在膠帶機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，部件選型安全裕度過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。膠帶機(jī)作為輸煤系統(tǒng)的核心設(shè)備，其組成部件的能力與膠帶機(jī)的總體參數(shù)相匹配才是安全、經(jīng)濟(jì)、合理的。本文針對(duì)膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)功率和膠帶規(guī)格2個(gè)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

1 主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的裕度分析

1.1 減速器高速軸斷裂

近年來(lái)，輸煤系統(tǒng)膠帶機(jī)減速器高速軸斷軸事故逐漸增多，除使用單位超載運(yùn)行、減速器選型偏小等原因之外，設(shè)計(jì)選型過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率過(guò)大也是導(dǎo)致減速器高速軸斷裂的主要原因之一。

1.2 電動(dòng)機(jī)選型裕度過(guò)大的影響

隨著我國(guó)火電廠數(shù)量的不斷增加，因煤堆比重、超載運(yùn)行等原因，輸煤膠帶機(jī)電動(dòng)機(jī)功率偏小、減速器發(fā)熱等方面的案例不斷增多。所以，不少使用單位、建設(shè)單位根據(jù)運(yùn)行過(guò)程中的電流和減速器溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)，要求設(shè)計(jì)單位增大電動(dòng)機(jī)功率。但電動(dòng)機(jī)功率過(guò)大，會(huì)對(duì)膠帶機(jī)其余部件產(chǎn)生一系列影響。

1.2.1 膠帶機(jī)啟動(dòng)沖擊力過(guò)大

由于膠帶機(jī)的慣性質(zhì)量是一定的，根據(jù)牛頓第二定律可知，電動(dòng)機(jī)的功率裕度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)膠帶輸出的圓周力過(guò)大，直接反應(yīng)就是膠帶機(jī)的啟動(dòng)加速度過(guò)大。在滿(mǎn)載啟動(dòng)的情況下，會(huì)對(duì)減速器、滾筒、滾筒支架、拉緊單元以及膠帶等產(chǎn)生過(guò)大的啟動(dòng)慣性沖擊力。

1.2.2 限矩型耦合器規(guī)格偏大

限矩型耦合器的規(guī)格通常根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)來(lái)確定，若電動(dòng)機(jī)功率過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致耦合器規(guī)格加大。規(guī)格加大后耦合器質(zhì)量會(huì)增加，更重要的是耦合器充液量不匹配，也會(huì)導(dǎo)致減速器高速軸的徑向荷載大比例增加。

1.2.3 制動(dòng)器規(guī)格偏大

火電廠膠帶機(jī)制動(dòng)器多采用高速軸液壓推桿制動(dòng)器，制動(dòng)器規(guī)格的確定需要參考耦合器標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)輪直徑。因耦合器規(guī)格偏大，可能導(dǎo)致制動(dòng)輪和制動(dòng)器規(guī)格偏大。制動(dòng)器制動(dòng)能力偏大，會(huì)直接導(dǎo)致膠帶機(jī)在停車(chē)(尤其是滿(mǎn)載情況下緊急停車(chē))過(guò)程中對(duì)尾部滾筒及支架、拉緊單元、頭部滾筒及支架、減速器等部件產(chǎn)生過(guò)大的沖擊。

1.2.4 部件能力的匹配性分析

膠帶機(jī)各組成部件應(yīng)根據(jù)膠帶機(jī)的主參數(shù)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的匹配。提高個(gè)別部件的規(guī)格，其余部件則相對(duì)薄弱。減速器高速軸處于高速旋轉(zhuǎn)、受徑向疲勞荷載較大、直徑最小等諸多不利的運(yùn)行條件下，因此破斷的幾率最高。如果提高減速器的規(guī)格，滾筒、滾筒支架及基礎(chǔ)、拉緊單元、膠帶接頭等環(huán)節(jié)將成為相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，增加了設(shè)備的投資和運(yùn)營(yíng)成本。

1.3 電動(dòng)機(jī)功率裕度選擇建議

綜合我國(guó)多個(gè)已投產(chǎn)電廠(西南、東北以及西北等地區(qū))的輸煤膠帶機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的選擇提出了如下建議，供設(shè)計(jì)單位參考。

1.3.1 模擬摩擦因數(shù)f的取值

棧橋(廊道)內(nèi)的輸煤膠帶機(jī)模擬摩擦因數(shù)可取0.023，北方堆場(chǎng)內(nèi)露天膠帶機(jī)的模擬摩擦因數(shù)可取 0.025。

1.3.2 驅(qū)動(dòng)單元的機(jī)械效率

式中:η1為低速聯(lián)軸器效率，0.98;η2為減速器效率，0.96;η3為限矩型耦合器效率，0.96;η4為多驅(qū)動(dòng)不平衡系數(shù)，單驅(qū)動(dòng)取 1.00，多驅(qū)動(dòng)取 0.96。

因此，電廠輸煤膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)單元效率為0.87～0.90。

1.3.3 功率裕度

根據(jù)上述參數(shù)得到電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率后，在留有適當(dāng)余量的情況下，向上選擇最近的功率檔確定電動(dòng)機(jī)功率即可，不必再向上調(diào)檔。

2 膠帶選型的裕度分析

2.1 膠帶使用壽命分析

在正常情況下，多層膠帶的使用壽命不應(yīng)低于5年。但在膠帶速度較高、膠帶機(jī)長(zhǎng)度較短、滾筒直徑偏小、膠帶張力偏大、運(yùn)行維護(hù)不到位等諸多因素的影響下，膠帶的壽命會(huì)大大縮短，導(dǎo)致膠帶出現(xiàn)分層、接頭斷裂、膠帶層無(wú)規(guī)律橫向斷裂等現(xiàn)象，在選型不夠準(zhǔn)確的情況下會(huì)加劇膠帶的損傷。

2.2 膠帶選型的裕度分析

輸煤膠帶機(jī)多采用聚酯(尼龍或帆布)膠帶，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定膠帶的安全系數(shù)為10～12，使用條件惡劣及要求特別安全時(shí)應(yīng)大于12。但安全系數(shù)過(guò)大可能導(dǎo)致膠帶疲勞壽命降低。

膠帶是由上下蓋膠和多層聚酯(尼龍或帆布)相互疊加在一起來(lái)承擔(dān)拉力，完成物料的輸送。膠帶機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)膠帶通過(guò)滾筒時(shí)，由于膠帶內(nèi)部各層的彎曲半徑不相同，造成外層膠帶承受額外的拉力，內(nèi)層膠帶承受額外的壓力。膠帶經(jīng)過(guò)滾筒后恢復(fù)平直狀態(tài)，內(nèi)部各層之間的受力恢復(fù)均衡。膠帶每纏繞一個(gè)滾筒，就承受一次附加的彎折作用力。每臺(tái)膠帶機(jī)包括頭部滾筒、尾部滾筒、拉緊滾筒、頭尾增面滾筒以及拉緊改向滾筒等多個(gè)滾筒，因此，膠帶在頻繁的彎折作用力下，疲勞壽命隨著膠帶強(qiáng)度的增加、層數(shù)的增多而降低，尤其是難燃膠帶、含防撕裂網(wǎng)等剛度較大的膠帶更為明顯。

2.3 膠帶選型建議

考慮到膠帶接頭效率，通常輸煤膠帶的芯層數(shù)量不宜小于4層，當(dāng)層數(shù)大于或等于6時(shí)，建議校核滾筒直徑及比壓或采用鋼繩芯膠帶。

3 結(jié)束語(yǔ)

作者總結(jié)了火力發(fā)電廠輸煤膠帶機(jī)運(yùn)行中遇到的部分問(wèn)題和解決方法，針對(duì)部件選型匹配性問(wèn)題提出了一些建議，供其他單位設(shè)計(jì)輸煤膠帶機(jī)時(shí)參考。

［1］機(jī)械工業(yè)部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)冶金工業(yè)出版社，1994.

［2］GB 50431—2008，膠帶機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.