河南某項(xiàng)目圓管帶式輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉海濱

（中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430064）

河南某項(xiàng)目圓管帶式輸送機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉海濱

（中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430064）

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展的要求，環(huán)保成為當(dāng)今時(shí)代日趨重要的問(wèn)題。輸送系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生的粉塵和撒料，對(duì)環(huán)境的污染已經(jīng)引起世界各國(guó)使用部門及行政管理部門越來(lái)越多的關(guān)注。本文介紹了河南某圓管帶式輸送機(jī)機(jī)項(xiàng)目，在運(yùn)輸時(shí)間、速度、中間驅(qū)動(dòng)等方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程，最后得出結(jié)論。

圓管帶式輸送機(jī)機(jī) 時(shí)間 速度 中間驅(qū)動(dòng)

1　可研中設(shè)計(jì)方案概述

河南某電廠配套項(xiàng)目，煤源來(lái)自三十公里外的一處沒(méi)儲(chǔ)運(yùn)物流園區(qū)，鐵路運(yùn)輸?shù)娜济和ㄟ^(guò)翻車機(jī)翻卸、轉(zhuǎn)運(yùn)后，經(jīng)過(guò)管帶機(jī)輸送運(yùn)到該電廠，管帶機(jī)總的運(yùn)距為30km，管帶機(jī)參數(shù)為:管徑分別為D= 500mm、400mm；管帶機(jī)分4段布置，中間設(shè)3個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)。輸送機(jī)所經(jīng)地區(qū)地形起伏大，村莊多，線路有較多轉(zhuǎn)折。4段管帶長(zhǎng)度分別為7.9km，7.2km，7.6km，7.3km。1#、2#管帶機(jī)輸煤能力為700萬(wàn)噸/年，每年運(yùn)行330天；每天運(yùn)行作業(yè)時(shí)間按12小時(shí)。

1#、2#管帶機(jī)管徑D=500mm、帶速V=4.5m/s、出力Q= 1850t/h。

本次優(yōu)化，是在可研設(shè)計(jì)的路線下作參數(shù)方案比較，本次優(yōu)化僅選取，前兩條管帶機(jī)優(yōu)化比較，以下是可研規(guī)定參數(shù)下的計(jì)算結(jié)果:

1.11 #圓管帶式輸送機(jī)機(jī)

主要設(shè)備參數(shù)如下。

管徑Φ=500mm，運(yùn)量Q=1850t/h，帶速v=4.5m/s，機(jī)長(zhǎng)L=7260m。

傾角δ=5～0～10°，提升高差-7m；

防爆變頻調(diào)速電機(jī):1400kW，6kV，共4臺(tái)；

膠帶:ST3150難燃型鋼絲繩芯膠帶。

1.22 #圓管帶式輸送機(jī)機(jī)

主要設(shè)備參數(shù)如下:

管徑Φ=500mm，運(yùn)量Q=1850t/h，帶速v=4.5m/s，機(jī)長(zhǎng)L=6892m，

傾角δ=5～0～10°，提升高差60m；

防爆變頻調(diào)速電機(jī):1400kW，6kV，共4臺(tái)；

膠帶:ST3150難燃型鋼絲繩芯膠帶。

表1　延長(zhǎng)時(shí)間，管帶機(jī)比較

表2　提高帶速，管帶機(jī)比較

2　管帶機(jī)優(yōu)化方案比較

2.1通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間減小管徑進(jìn)而降低投資成本

經(jīng)過(guò)計(jì)算1#管帶機(jī)的參數(shù)調(diào)整為:輸送能力Q=1585t/h，管徑Φ=450mm，帶速v=4.5m/s，輸送距離L=7252m，提升高度H=-7m，膠帶規(guī)格B=1700mm，帶強(qiáng)St3150，所需管徑φ=450mm，填充率: 72%，托輥直徑φ159mm，功率:4×1250kW。

2#管帶機(jī)的參數(shù)調(diào)整為:輸送能力Q=1585t/h，管徑Φ =450mm，帶速v=4.5m/s，輸送距離L=6892m，提升高度H=60m，膠帶規(guī)格B=1700mm，帶強(qiáng)St3150，所需管徑φ=450mm，填充率:75%，托輥直徑φ159mm，功4×1250kW。

根據(jù)表1參數(shù)對(duì)比，通過(guò)延長(zhǎng)輸煤時(shí)間，管帶機(jī)的直徑可以從Φ =500mm，降到Φ=450mm，帶寬從B=1850mm降到B=1700mm，鋼結(jié)構(gòu)桁架重量也降低了。根據(jù)以上分析，通過(guò)延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，減小管徑，降低投資可行。

1#管帶機(jī)僅電機(jī)減小驅(qū)動(dòng)裝置配置降低，管徑、帶寬降低，桁架減輕三項(xiàng)合計(jì)可以節(jié)約投資482萬(wàn)元；2#管帶機(jī)僅電機(jī)減小驅(qū)動(dòng)裝置配置降低，管徑、帶寬降低，桁架減輕三項(xiàng)合計(jì)可以節(jié)約投資430萬(wàn)元。

2.2提高帶速，降低輸送機(jī)管帶的直徑

經(jīng)過(guò)計(jì)算1#管帶機(jī)的參數(shù)調(diào)整為:輸送能力Q=1850t/h，管徑Φ=450mm，帶速v=5.3m/s，輸送距離L=7252m，提升高度H=-7m，膠帶規(guī)格B=1700mm，帶強(qiáng)St3150，所需管徑φ=450mm，填充率: 70.9%，托輥直徑φ194mm，功率:4×1400kW。

2#管帶機(jī)的參數(shù)調(diào)整為:輸送能力Q=1850t/h，管徑Φ =450mm，帶速v=5.3m/s，輸送距離L=6892m，提升高度H=60m，膠帶規(guī)格B=1700mm，帶強(qiáng)St3150，所需管徑φ=450mm，填充率:73.5%，托輥直徑φ194mm，功率:4×1400kW。

綜合以上分析情況:如表2，提高帶速后，輸送機(jī)管徑減小，鋼結(jié)構(gòu)桁架重量減輕，輸送膠帶寬度變窄，這樣投資成本有所降低；但是由于速度提高，托輥直徑由原來(lái)的φ159mm變?yōu)棣?94mm，這樣導(dǎo)致成本升高，而且國(guó)內(nèi)沒(méi)有帶速高于5m/s的應(yīng)用實(shí)例，因此綜合考慮國(guó)內(nèi)的加工制造水平及管理能力，不推薦提高帶速的方案。

2.3中間驅(qū)動(dòng)方案

輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)的方式有很多種，其中直線摩擦式及滾筒卸載式應(yīng)用最廣，也最成功［1］。直線摩擦式驅(qū)動(dòng)方式，承載帶壓在驅(qū)動(dòng)輸送帶上，當(dāng)兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生摩擦力。其工作原理就是利用驅(qū)動(dòng)輸送帶與承載帶的摩擦力將中間驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力傳遞給承載輸送帶，這樣承載輸送帶在中間驅(qū)動(dòng)輸送帶作用段內(nèi)會(huì)產(chǎn)生線性降低。降低值為中間驅(qū)動(dòng)裝置輸出的驅(qū)動(dòng)力。

綜上所述，采用中間驅(qū)動(dòng)裝置，輸送帶張力由機(jī)尾線性增大至中間驅(qū)動(dòng)裝置作用點(diǎn)時(shí)輸送帶張力在此處達(dá)到極大值，隨后開(kāi)始下降，直至脫離中間驅(qū)動(dòng)裝置，輸送帶張力又開(kāi)始線性增加直至到下一驅(qū)動(dòng)裝置處，就像接力跑一樣（附圖1a為集中驅(qū)動(dòng)輸送帶張力變化，b滾筒卸載式中間驅(qū)動(dòng)輸送帶張力變化，c直線摩擦式中間驅(qū)動(dòng)輸送帶張力變化）。

中間驅(qū)動(dòng)技術(shù)在普通帶式輸送機(jī)中應(yīng)用較多，在圓管帶式輸送機(jī)機(jī)中應(yīng)用雖然也可以降低輸送帶強(qiáng)度，從原St3150，降為St2500，從而達(dá)到降低成本的目的。但應(yīng)用在圓管帶式輸送機(jī)機(jī)需要通過(guò)過(guò)渡段先將圓管展開(kāi)，完成中部驅(qū)動(dòng)后又通過(guò)過(guò)渡段將輸送帶圍合成圓管狀。中間的展開(kāi)段與過(guò)渡段全長(zhǎng)近百米，因此采用中部驅(qū)動(dòng)，失去了圓管帶式輸送機(jī)長(zhǎng)距離，無(wú)污染、無(wú)煤量損失等固有特性；而且中間增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)，即增加了一處故障點(diǎn)，增加了人力配置，另外動(dòng)力配電電纜增加，變頻器也需要設(shè)在驅(qū)動(dòng)處，需要增加一處建筑，增加購(gòu)地，與中部增加轉(zhuǎn)運(yùn)站差別不大，因此本專題也不推薦設(shè)置中間驅(qū)動(dòng)。

綜合以上分析，建議不要采用中間驅(qū)動(dòng)。

3　管帶機(jī)電機(jī)電壓優(yōu)化

可研設(shè)計(jì)中4條管帶機(jī)中的1、2、3條采用10kV供電，而4號(hào)管帶機(jī)由鶴淇電廠6kV電壓等級(jí)供電。

優(yōu)化認(rèn)為，本工程管帶機(jī)電動(dòng)機(jī)單機(jī)功率不到1500kW，采用變頻拖動(dòng)運(yùn)行，且各用電點(diǎn)電動(dòng)機(jī)距離電源點(diǎn)都較近，10（6）kV供電距離不會(huì)超過(guò)100~200m，供電電源及供電質(zhì)量可靠，都能滿足安全供電要求；但作為主要拖動(dòng)設(shè)備的變頻器，其6kV變頻器比10kV變頻器技術(shù)更成熟、可靠性更高、安全性更好、選擇廠家的余地更大（ABB、AB、simz等），因此，本設(shè)計(jì)推薦全系統(tǒng)4套管帶機(jī)都采用6kV變頻拖動(dòng)。

本工程地形起伏較大，1#管帶機(jī)下運(yùn)，2#管帶機(jī)上運(yùn)爬坡，為了管帶機(jī)運(yùn)行安全，本次優(yōu)化推薦采用具有制動(dòng)和電能回饋功能的“四象限”變頻器。

4　優(yōu)化建議的結(jié)論

通過(guò)以上的分析與計(jì)算，通過(guò)延長(zhǎng)工作時(shí)間，可以減小管徑、降低投資。而且根據(jù)原可研報(bào)告，該電廠已投產(chǎn)的三期工程中的兩臺(tái)機(jī)組，僅在每年迎峰度冬、迎峰度夏時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，全年其余時(shí)間，可能兩臺(tái)機(jī)組全部停機(jī)。四期工程建成 投運(yùn)后，三期電廠可能會(huì)降低負(fù)荷運(yùn)行，甚至關(guān)停。

［1］朱立平，等.帶式輸送機(jī)中間驅(qū)動(dòng)技術(shù).煤礦機(jī)械，1998，8.

劉海濱（1979—），男，漢族，山東平原人，工程師，從事煤礦、選煤廠、儲(chǔ)裝運(yùn)工程機(jī)械方面的設(shè)計(jì)研究.