提升機(jī)速度參數(shù)對(duì)能耗的影響

張宇　張丹　高崇

摘要：礦井提升機(jī)只有按照合理的速度圖來(lái)運(yùn)行才能充分地利用現(xiàn)有的設(shè)備。在實(shí)際工作中，部分礦井提升機(jī)實(shí)測(cè)速度圖與合理的速度圖相比存在許多問(wèn)題，因此造成設(shè)備效率的降低和能耗的增加，若經(jīng)過(guò)整定，調(diào)整部分性能參數(shù)，則在不更換現(xiàn)有設(shè)備情況下可有效地降低能耗，并能提高設(shè)備效率及年提升能力。本文通過(guò)對(duì)提升系統(tǒng)中的能耗計(jì)算與分析，探討在給定提升高度和提升能力的提升系統(tǒng)，其噸煤電耗與提升速度、提升加速度的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：速度圖；提升速度；噸煤電耗；加速度

提升設(shè)備屬周期性動(dòng)作的設(shè)備，電耗和投資是提升設(shè)備的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。當(dāng)?shù)V井提升能力和提升高度已知后，采用較小或較大的提升速度都能完成提升任務(wù)。在設(shè)備選擇中為了滿足提升能力的要求，如果采用較大的一次提升量Q，較小的提升速度V，則提升鋼絲繩、提升機(jī)的參數(shù)均增大，設(shè)備費(fèi)用增加，但所需電動(dòng)機(jī)功率較小，功率消耗較小。如果采用較大提升速度V，較小的一次提升量Q，則提升鋼絲繩、提升機(jī)的參數(shù)均減小，設(shè)備費(fèi)用減小，但電動(dòng)機(jī)的容量增加，功率消耗較大。礦井提升系統(tǒng)中，提升速度與其他很多提升參數(shù)有著密切的關(guān)系，其調(diào)整與變化會(huì)引起其他參數(shù)的變化。國(guó)內(nèi)外對(duì)礦井提升速度已有不少研究。但其結(jié)論不盡相同，在設(shè)計(jì)中他們選取的提升速度也相差較大。為此，有必要分析提升速度及其他參數(shù)對(duì)提升機(jī)能耗的影響。從而合理選取各種參數(shù)指標(biāo)，為礦井提升機(jī)運(yùn)行提供參考與借鑒。

提升系統(tǒng)的基本關(guān)系

在提升高度、加速度和減速度一定的情況下，為了使提升時(shí)間最短，最簡(jiǎn)單的提升速度圖是三角形，但是三角形速度圖中提升速度過(guò)大，功率消耗較大，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，而廣泛使用的是梯形速度圖，梯形的面積之和就是提升機(jī)的提升高度H。礦井提升機(jī)傳統(tǒng)運(yùn)行曲線可分為3階段速度圖、5階段速度網(wǎng)、6階段速度，甚至有13階段速度圖，在優(yōu)化提升速度時(shí)往往將卸載曲軌和爬行等運(yùn)行過(guò)渡階段略去，簡(jiǎn)化為3階段梯形速度圖。在3階段梯形速度圖中受安全規(guī)程與系統(tǒng)防滑等因素的制約，提升加（減）速度的變化范圍極小。

1.提升系統(tǒng)的噸煤電耗計(jì)算

上式中K為提升高度折算系數(shù)，η為提升系統(tǒng)效率%，說(shuō)明在阻力系數(shù)不變和加減速度相同的條件下，噸煤電耗只與提升高度有關(guān)，而與提升速度和提升載荷均無(wú)關(guān)。對(duì)于給定提升高度和提升能力的提升系統(tǒng)，無(wú)論采用較大的一次提升量Q，較小的提升速度V；還是采用較大提升速度V，較小的一次提升量Q，其噸煤電耗均不會(huì)變化。

2.提升系統(tǒng)的加速度的選擇

整定加速度在實(shí)際測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)采用的加速值多數(shù)比較小，電動(dòng)機(jī)是“大馬拉小車(chē)”，造成電能浪費(fèi)及提升機(jī)效率降低。為了充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力、節(jié)約電能，就需要盡可能提高主加速度數(shù)值，但要考慮輸出軸允許的傳動(dòng)力矩與電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)負(fù)荷能力的限制，整定合理的加速度數(shù)值，就可以縮短加速階段的時(shí)間。減速階段考慮安全問(wèn)題以及減速點(diǎn)的存在我們暫時(shí)不予討論。

由圖1可知道，井深為485m，加速時(shí)間約18秒，主加速時(shí)間約為14秒，最大速度為9.78m/s。則加速段加速度a₁為：a₁=9.78/14=0.699m/s²。

式中，K為系統(tǒng)阻力系數(shù)一般取1.1，Q為一次提升量、M為系統(tǒng)提升質(zhì)量、η為提升系統(tǒng)效率%，查詢監(jiān)測(cè)報(bào)告結(jié)果為54.8%，t₁=9.78/a。式中應(yīng)考慮Q=M等于提升質(zhì)量與鋼絲繩質(zhì)量之和。

Qs由提升重量和箕斗自重組成，自重為5477 kg，一次提升量為15000kg。

鑒于一般提升機(jī)電機(jī)啟動(dòng)電流為額定電流的二倍，而功率因數(shù)為正常功率因數(shù)的60%，且考慮其余加速度，為分析計(jì)算簡(jiǎn)單W1取1.2倍系數(shù)。取a值，得出加速段能耗曲線。

主井提升機(jī)普遍用于深井，運(yùn)行速度較高，一次提升電耗較大，通過(guò)多臺(tái)次的提升機(jī)技術(shù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，許多提升機(jī)都有降能提效的潛力，很多礦井在強(qiáng)調(diào)安全靠運(yùn)行的前提下，運(yùn)行參數(shù)有較大可調(diào)節(jié)量。通過(guò)技術(shù)改造，科學(xué)管理等手段，在不進(jìn)行大的投資改造的前提下可以使能耗有一定降低，具體措施如下：

1、控制提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整不合理的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。加、減速（自由滑行除外）階段消耗的電能較多，在滿足安全要求的前提下應(yīng)充分利用電機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力，降低加、減速階段運(yùn)行時(shí)間。

2、改造罐耳或罐道以降低運(yùn)行阻力。井筒的涌水帶有泥砂和煤屑，使容器的運(yùn)行阻力變大。對(duì)于某些淋水較大的井筒，應(yīng)該采取堵水措施降低涌水量。

3、加強(qiáng)管理與培訓(xùn)，提高操作人員素質(zhì)，平穩(wěn)操作，減少無(wú)謂的手動(dòng)控制，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，關(guān)掉附屬設(shè)備以減小耗電量，大約占提升機(jī)電耗的5%。

4、提升容器自身質(zhì)量的驗(yàn)算及應(yīng)配質(zhì)量的確定。提升容器自重降低可以降低提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量，提升效率提高，犧牲部分防滑性能。

5、加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)、檢修與設(shè)備技術(shù)測(cè)試工作，了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)解決設(shè)備存在的問(wèn)題，保證設(shè)備安全、平穩(wěn)、高效工作。