膠帶輸送機(jī)配永磁電動(dòng)機(jī)節(jié)電研究及應(yīng)用

何水金

前言

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，變頻技術(shù)的發(fā)展，筆者發(fā)現(xiàn)，在井下使用的膠帶輸送機(jī)上，使用智能永磁直驅(qū)同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)模式，能夠有效降低電動(dòng)機(jī)無功消耗，節(jié)約電能，提高膠帶輸送機(jī)的效能[1]。而傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器綜合設(shè)施作為驅(qū)動(dòng)模式，高耗能，低效率，因此，改造永磁電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式成為節(jié)能重點(diǎn)。筆者通過案例對(duì)此展開深入研究。

1 煤礦案例

某煤礦企業(yè)井下一部主運(yùn)強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)安裝于建井初期，負(fù)擔(dān)井下原煤運(yùn)輸任務(wù)。該膠帶輸送機(jī)是井下煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕獧C(jī)械設(shè)備，運(yùn)行質(zhì)量直接影響著井下煤礦的運(yùn)輸與生產(chǎn)。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸長度491m，運(yùn)輸傾角13°，帶寬1m，運(yùn)輸能力1000t/h，運(yùn)行速度為3m/s，由異步電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器作為輸送機(jī)傳動(dòng)設(shè)施，具體如圖1所示。輸送機(jī)所用的傳動(dòng)模式在當(dāng)初是最為先進(jìn)的技術(shù)，但是，多年的發(fā)展，各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的傳動(dòng)裝置已經(jīng)難以滿足煤礦運(yùn)輸?shù)男枨蟆２⑶?，輸送機(jī)在長期高速運(yùn)行下，因經(jīng)常受到?jīng)_擊，電動(dòng)機(jī)老化，減速器損傷嚴(yán)重，偶合器傳動(dòng)效率降低，當(dāng)前，此臺(tái)強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)已經(jīng)成為低效能、高消耗的運(yùn)輸產(chǎn)品，并且，故障率高，運(yùn)輸設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修維護(hù)時(shí)間長，嚴(yán)重影響井下運(yùn)輸工作，為煤礦開采帶來巨大成本損失。針對(duì)此現(xiàn)象，永磁電動(dòng)機(jī)的節(jié)能研究成為煤礦企業(yè)的重點(diǎn)，而節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用也迫在眉睫。

2 膠帶輸送機(jī)配永磁電動(dòng)機(jī)節(jié)電研究

2.1 異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用

在膠帶輸送機(jī)運(yùn)行中，異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用主要存在以下問題：①異步電動(dòng)機(jī)作為輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，需要偶合器、制動(dòng)器、減速器等作為輔助設(shè)備，設(shè)備復(fù)雜，增大了檢修難度，增大了成本投入；②在煤礦開采過程中，綜合開采、綜合掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，礦井產(chǎn)能增強(qiáng)，異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下的輸送機(jī)效率較低，難以及時(shí)將開采原煤及時(shí)運(yùn)輸出去；③液力偶合器、減速器等的應(yīng)用中，常出現(xiàn)軸承損壞、液體滲漏等故障，影響了輸送機(jī)的運(yùn)行，維護(hù)工作量較大；④當(dāng)膠帶輸送機(jī)重啟時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大電流，對(duì)電動(dòng)機(jī)帶來較大沖擊力，電動(dòng)機(jī)壽命降低，并且，常發(fā)生膠帶拉裂損壞現(xiàn)象，增強(qiáng)了原煤運(yùn)輸成本[2]。對(duì)此，節(jié)能高效性驅(qū)動(dòng)設(shè)施的改造勢(shì)在必行。

圖1 輸送機(jī)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

2.2 膠帶輸送機(jī)配永磁電動(dòng)機(jī)節(jié)電方法

通過自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，最終決定，選擇永磁直驅(qū)變頻調(diào)速裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，裝置系統(tǒng)由圖2所示，以此提高電動(dòng)機(jī)壽命與輸送機(jī)效能，節(jié)約電能。永磁直驅(qū)變頻調(diào)速設(shè)置是一款新型驅(qū)動(dòng)裝置，裝置主要由安全型變頻器，稀土低頻永磁同步電動(dòng)機(jī)、膠帶輸送機(jī)滾筒組成[3]。驅(qū)動(dòng)裝置的核心為永磁同步電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)初始電流不再是大電流，而是由零開始隨著輸送機(jī)原料的多少逐步提升，有效保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，節(jié)約了電能，解決了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)效率低、高耗能的缺陷。在膠帶輸送機(jī)中，永磁直驅(qū)變頻調(diào)速設(shè)置的應(yīng)用，有效發(fā)揮了永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，高效發(fā)揮了變頻器的調(diào)速功能，減速器與液力偶合器直接被取代，節(jié)約了成本，避免了電能在系統(tǒng)運(yùn)行中不必要的消耗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠帶輸送機(jī)的同步變頻驅(qū)動(dòng)[4]。

圖2 永磁同步電動(dòng)機(jī)直驅(qū)變頻驅(qū)動(dòng)裝置

3 永磁電動(dòng)機(jī)直驅(qū)調(diào)速裝置的應(yīng)用效果

近兩年，為節(jié)約電能，提高輸送機(jī)運(yùn)輸效率，利用永磁直驅(qū)變頻器調(diào)速裝置代替了傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)，在新節(jié)能裝置應(yīng)用后，相比與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，永磁電動(dòng)機(jī)壽命長，效率高，提高了煤礦原煤運(yùn)輸量，為企業(yè)帶來了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 節(jié)電裝置為膠帶輸送機(jī)機(jī)頭節(jié)省了較大空間

永磁直驅(qū)變頻裝置主要由變頻器與永磁同步電機(jī)構(gòu)成，而輸送機(jī)過去所用驅(qū)動(dòng)裝置則是由異步電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、制動(dòng)機(jī)、減速器等構(gòu)成，兩相對(duì)比可知，新型驅(qū)動(dòng)器設(shè)備較少，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為簡便。新型裝置的應(yīng)用，現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總寬度較原先的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減少約20cm，總長度較原先驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減少約150cm，空間的增大，為膠帶輸送機(jī)的安裝帶來了較大便利。此時(shí)，可適當(dāng)增大輸送機(jī)的帶寬，提高一次運(yùn)輸原煤的量，增大了運(yùn)輸效率，以此在相同電能消耗下運(yùn)輸更多原煤，提高永磁電動(dòng)機(jī)對(duì)電能的節(jié)約。

3.2 膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)更加平穩(wěn)

無論是在靜止?fàn)顟B(tài)，或者在運(yùn)行狀態(tài)下，輸送機(jī)的膠帶上都儲(chǔ)存有較大勢(shì)能，給膠帶帶來傷害，影響了膠帶壽命，增大了電能消耗。為此，選擇軟啟動(dòng)方式，將膠帶內(nèi)部存儲(chǔ)能量釋放出來，減小膠帶啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的張力，減小電能消耗。

變頻器會(huì)根據(jù)負(fù)載變化而變化，隨時(shí)調(diào)整輸出頻率，變頻器的應(yīng)用，當(dāng)膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，永磁電動(dòng)機(jī)電流可以由零開始緩慢啟動(dòng)，沒有機(jī)械沖擊，提高了永磁電動(dòng)機(jī)的使用壽命，避免了異步電動(dòng)機(jī)初啟動(dòng)時(shí)較大電流對(duì)電動(dòng)機(jī)以及其他設(shè)備的危害，有效節(jié)約了電能。在膠帶輸送機(jī)中，永磁直驅(qū)變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，減小了機(jī)械沖擊，降低了電流的消耗，有效節(jié)約電能。并且，沖擊減小，意味著輸送機(jī)對(duì)膠帶的要求降低，大大節(jié)約了煤礦運(yùn)輸成本。

3.3 杜絕了高耗能現(xiàn)象

永磁直驅(qū)變頻裝置的應(yīng)用，有效節(jié)約了電動(dòng)機(jī)對(duì)電能的消耗，降低了成本投入。因?yàn)樽冾l裝置內(nèi)部安裝有多機(jī)軟件，能夠通過輸送機(jī)各項(xiàng)參數(shù)變化智能切換功能，有效平衡功率，有效保護(hù)了電動(dòng)機(jī)的安全。在膠帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，若功率較小，可單機(jī)運(yùn)行或多機(jī)冗余切換不運(yùn)行，多機(jī)備用下，若一處出現(xiàn)故障，能夠有效保障輸送機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。并且，變頻裝置的應(yīng)用，當(dāng)輸送機(jī)上物料較少時(shí)，輸送機(jī)運(yùn)速下降，空載情況下，輸送機(jī)自動(dòng)停止，有效節(jié)約了電能，杜絕了高消耗、低效能現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)人員統(tǒng)計(jì)，變頻裝置的應(yīng)用，在閉環(huán)速度的控制下，輸送機(jī)節(jié)約電能是原來輸送機(jī)的10～60%之間，可見，新驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，大大節(jié)約了電能消耗。并且，新型裝置的應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)不再長期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，有效提高了永磁電動(dòng)機(jī)的壽命。

4 總結(jié)

通過煤礦實(shí)例，對(duì)新型驅(qū)動(dòng)裝置與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行對(duì)比，展現(xiàn)了永磁直驅(qū)變頻調(diào)速裝置的優(yōu)勢(shì)。通過實(shí)際應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)，永磁電動(dòng)機(jī)的節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用，節(jié)電裝置為膠帶輸送機(jī)機(jī)頭節(jié)省了較大空間，膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)更加平穩(wěn)，杜絕了高耗能現(xiàn)象，有效節(jié)約了電能，提高了輸送機(jī)運(yùn)輸效率，延長了輸送機(jī)的膠帶、永磁電動(dòng)機(jī)等的壽命，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，可見，新型節(jié)能系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，值得推廣應(yīng)用。

[1]王勇，張君勇，楊海鵬，等.膠帶輸送機(jī)配備永磁電動(dòng)機(jī)的節(jié)電研究及應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2017，42（1）：170～172.

[2]楊志強(qiáng).稀土永磁電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用探討[J].化工管理，2014（5）：123～124.

[3]李生祥.起重機(jī)用永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2016：141.

[4]于治華，劉維東，羅楊.油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行研究[J].石油石化節(jié)能，2014，35（1）：7～9.