輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能探討

高 超

（陜北礦業(yè)韓家灣煤炭有限公司，陜西 榆林 719315）

本文以某煤炭中轉(zhuǎn)港為例，就其輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能問題，進(jìn)行探究。該港煤炭產(chǎn)品經(jīng)鐵路運(yùn)輸?shù)礁垡院?，從卸車至堆存取料、裝船等過程，均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)范式，帶動(dòng)輸送機(jī)來實(shí)現(xiàn)操作。從應(yīng)用實(shí)踐來看，該輸煤皮帶機(jī)的輸送量為每小時(shí)6500噸，全港皮帶機(jī)數(shù)量共計(jì)22條，輸煤里程可達(dá)13千米。其中，每條輸煤皮帶機(jī)都是至少兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)變速箱以及聯(lián)軸節(jié)，驅(qū)動(dòng)皮帶滾筒，進(jìn)行帶動(dòng)輸煤皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 輸煤皮帶機(jī)電機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)分析

為獲取輸煤皮帶電機(jī)運(yùn)行過程中的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，選用可上述案例中具有典型性的A、B兩個(gè)皮帶機(jī)，對(duì)空載運(yùn)行狀態(tài)下的電流進(jìn)行全面的測(cè)試，其中A輸煤皮帶機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流為16安、15安和15安，取其平均值15.33安；B輸煤皮帶機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流為14.5安、14.9安以及14.5安，取其平均值14.63安。在對(duì)輸煤皮帶機(jī)重載條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，選定兩個(gè)極端狀態(tài)下的荷載，即最重與最輕荷載。首次取料時(shí)，其流量為每小時(shí)6000噸，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流為25安、23安和22.5安，其平均數(shù)值為23.5安；第二次取料過程中，其流量為每小時(shí)5000噸，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流為25安、24安和23安，均值為24安。需要強(qiáng)調(diào)的是煤堆場(chǎng)長(zhǎng)1000米，自南向北共有6個(gè)基本垛位，其中每一個(gè)垛位長(zhǎng)度超過160米。

在實(shí)際取料過程中，流量為每小時(shí)6000噸時(shí)，取料機(jī)在6號(hào)垛最南側(cè)位置上；當(dāng)取料流量為每小時(shí)5000噸時(shí)，取料機(jī)在6號(hào)垛最北側(cè)位置上。由此可見，輸煤皮帶機(jī)電機(jī)運(yùn)行過程中，取料流量最高與最低相差每小時(shí)l000噸時(shí)，電機(jī)運(yùn)行過程中的電流會(huì)減少大約0.5安。在該系統(tǒng)中，電流大小變化情況隨著輸出功率的變化成直線狀態(tài)，為能夠取得最大取料狀態(tài)下的最大電流量估算值，筆者認(rèn)為輸煤皮帶機(jī)電機(jī)電流會(huì)隨著負(fù)荷的不斷增加而成直線增加狀態(tài)，用IF表示單位負(fù)荷電流，并且將其定義為安培/噸·米，意思是輸煤皮帶機(jī)電機(jī)運(yùn)行過程中，每噸煤炭輸送l米距離消耗的電流量。在每小時(shí)輸送5000噸的狀態(tài)下，可以實(shí)測(cè)出B輸煤皮帶機(jī)單位負(fù)荷條件下的電流：

IF=（24-14.63）/（5000×1000）=1.874×10-6（安培/噸·米）

為驗(yàn)證上述計(jì)算公式中的單位負(fù)荷電流是否科學(xué)合理，可依此計(jì)算出每小時(shí)6OO0噸時(shí)的輸煤取料機(jī)所在的皮帶位置：X=（23.5-14.63）/（IF×6 000）=788.9米；堆場(chǎng)1～5垛位的實(shí)際長(zhǎng)度，5/6× l 000=833.3米。通過這一數(shù)據(jù)說明每小時(shí)6000噸取料過程中，取料機(jī)在5號(hào)垛位是，自6號(hào)垛位的最南端緊靠取料機(jī)軌道位置開始取料操作。取料機(jī)臂長(zhǎng)大約45米左右，該單位負(fù)荷電流數(shù)值可視為估算參考依據(jù)，并且計(jì)算出最大取料電流數(shù)值為每小時(shí)6000噸；從堆場(chǎng)最北側(cè)位置取料過程中，最大電流為IP×6000×l 000+14.63=25.874安，這說明B輸煤皮帶取料過程中，每一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流變化取值范圍在14.63～25.874安之間。通過對(duì)B輸煤皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析可知，輸煤電機(jī)輸出的功率大約在0.1～0.5之間，而輸煤電機(jī)的效率也只有不到0.88，即便是最高點(diǎn)位置，也沒有達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，說明其中有能量耗損。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，多數(shù)情況下低于上述荷載，即輸煤電機(jī)多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)下處于效率較差狀態(tài)，此時(shí)電能的實(shí)際損耗量非常的大。從B輸煤取料皮帶實(shí)際操作情況可以看出，每一次操作前先要空載啟動(dòng)，然后輸煤取料機(jī)才會(huì)按照相關(guān)指令以每小時(shí)6000噸的流量進(jìn)行取料作業(yè)。此時(shí)，輸煤皮帶機(jī)處于運(yùn)行時(shí)段，在取料結(jié)束之后，皮帶機(jī)就會(huì)處于停機(jī)狀態(tài)。

2 輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能策略

基于以上對(duì)案例中的輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)）的應(yīng)用能耗實(shí)驗(yàn)分析，筆者認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能降耗，可采取如下措施。

2.1 諧波啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用

當(dāng)諧波啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，注意是依賴諧波電磁場(chǎng)，運(yùn)行過程中依靠基波運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約是額定轉(zhuǎn)矩的l.7倍左右，該電機(jī)啟動(dòng)與繞線電機(jī)啟動(dòng)特性非常相似，啟動(dòng)電流與軟啟動(dòng)方式相近，運(yùn)行、維護(hù)和日常保養(yǎng)與普通的異步籠型電機(jī)沒有太大的差異，只是啟動(dòng)、運(yùn)行過程中需轉(zhuǎn)換開關(guān)。從應(yīng)用效果上來看，采用諧波啟動(dòng)電機(jī)，可以有效地提高電機(jī)的力率。需要說明的是在輸煤皮帶電機(jī)數(shù)量不斷減少、電機(jī)額定容量不斷降低以后，應(yīng)當(dāng)校核皮帶機(jī)啟動(dòng)性能，根據(jù)電機(jī)性能對(duì)啟動(dòng)力矩、時(shí)間進(jìn)行校核。從應(yīng)用效果上來看，諧波啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用效果非常的好。

2.2 輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造

鑒于卸上流程和卸堆流程涉及到翻車機(jī)等設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中存在較大的不確定性，保留原來的上煤控制方式，增加順煤流啟皮帶控制功能。即在上位機(jī)監(jiān)控畫面上增加切換操作按鈕，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況自行選擇順/逆煤流方向啟皮帶。在下位機(jī)的邏輯修改中，也相應(yīng)的做了順/逆煤流方向啟皮帶控制邏輯，可自由切換并相互閉鎖。順煤流啟皮帶需要注意的事項(xiàng)：順煤流啟皮帶，要求在上煤前，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員檢確定皮帶上無堆積的殘煤；如果堆積較多的燃煤，順煤流啟皮帶容易造成落煤筒堵煤，這時(shí)候應(yīng)采用逆煤流啟皮帶運(yùn)行方式：輸煤系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)穩(wěn)定可靠。如果缺陷頻繁，在順煤流啟動(dòng)過程中，某臺(tái)設(shè)備無法啟動(dòng)，則已經(jīng)啟動(dòng)的設(shè)備保護(hù)跳機(jī)；選用順煤流啟皮帶方式，不要在啟動(dòng)過程中，切換順/逆煤流啟皮帶功能按鈕。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，若想提高輸煤效率，最大限度地節(jié)約能源耗損，最主要的就是要提高輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷率，從而使電機(jī)運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，以此來實(shí)現(xiàn)減少能耗、節(jié)約電能之目的。

[1]張飛飛.礦用皮帶機(jī)變頻電控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（23）.

[2]王洋，劉愛民，高春雷. 輸煤程控皮帶機(jī)節(jié)能改造探索[J].中國(guó)科技縱橫，2013（14）.