煤礦皮帶機變頻器節(jié)能的探討

張 彪

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033000）

引言

近年來，隨著煤礦行業(yè)的不斷發(fā)展，皮帶機的應(yīng)用越來越廣泛。皮帶機作為煤礦斜井運輸?shù)闹饕O(shè)備，它的運行效率一定程度上決定了煤礦的產(chǎn)量。皮帶機在提高煤礦產(chǎn)量的同時，一系列問題也隨之出現(xiàn)：傳統(tǒng)的皮帶機啟動方式容易造成皮帶磨損、斷帶、耗電量大等問題。之后，技術(shù)人員引入了皮帶機變頻器，它的出現(xiàn)不僅降低了皮帶機的故障率和設(shè)備的維護率，更使得皮帶機耗電量大幅減少，這對于煤礦企業(yè)提高經(jīng)濟效益是很有意義的。但是，皮帶機變頻器并不是完美無缺的，它自身還存在一些問題，這些問題掣肘著它的發(fā)展。

1 皮帶機變頻器在煤礦生產(chǎn)中的作用

1.1 調(diào)整皮帶運行速度

由于煤礦工作的特殊性，在以往的皮帶啟動中，皮帶經(jīng)常是突然啟動，這時候啟動皮帶，皮帶電機往往承受著巨大的負荷，對電機傷害很大，大大提高了皮帶電機的故障率，故障率又影響著設(shè)備的開停，進而影響到煤礦生產(chǎn)的正常運行。皮帶機變頻器的出現(xiàn)解決了這個問題，它能夠?qū)崿F(xiàn)軟起動和軟停車。啟動時，它可以將皮帶電機平穩(wěn)緩慢地啟動，慢慢釋放皮帶內(nèi)部的能量，使皮帶張力大大減小用以保護皮帶；停車時，逐步緩慢地停車，減小了皮帶突然停車對設(shè)備的沖擊，將對設(shè)備的傷害減小到最低[1-3]。

1.2 降低皮帶強度要求

在皮帶機變頻器未廣泛應(yīng)用之前，皮帶啟動時往往突然得到一個巨大的張力，非常容易使得皮帶出現(xiàn)不同程度的損傷，甚至發(fā)生斷帶事故，使得皮帶的壽命大打折扣，增加了煤礦企業(yè)的材料成本。皮帶機變頻器的廣泛應(yīng)用從技術(shù)上解決了這個問題，它能夠根據(jù)實際負荷及時調(diào)整運行功率，使得啟動皮帶時有一個由慢變快的加速過程，可以有效地防止皮帶出現(xiàn)斷帶的機率。并且它對皮帶強度的要求也相對降低了，在減輕煤礦企業(yè)成本的同時，還為煤礦企業(yè)選擇皮帶類型上提供了更多的選擇，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益的最大化。

1.3 調(diào)整皮帶運行功率

傳統(tǒng)方式下，煤礦皮帶機靠單筒滾筒或者是雙通滾筒來驅(qū)動，在這種方式下，滾筒分配功率不均，且不能隨著皮帶實際負荷的變化而實時調(diào)整功率，然而，在引入皮帶機變頻器后，可以通過對各皮帶電機電能的輸出進行分配和調(diào)控，使各皮帶電機的電流輸出緩慢變化，各皮帶電機的輸出功率趨于平衡，進而皮帶機和皮帶電機運行速度保持同步，保證了皮帶機的平穩(wěn)運行。

1.4 延長皮帶使用壽命

相關(guān)研究結(jié)果表明，皮帶機的啟動時間長短會對皮帶造成直接影響。傳統(tǒng)的皮帶啟動方式中，皮帶需要在短時間內(nèi)達到規(guī)定速度，單位時間內(nèi)皮帶超負荷運行，并且皮帶受到的張力極大，這就容易誘發(fā)斷帶事故，嚴重影響了皮帶的正常使用壽命。在使用了皮帶機變頻器之后，可以有效地控制皮帶機的啟動時間，讓皮帶從開始啟動到達到規(guī)定運行速度有一個平緩的加速度過程，這可以有效地保護皮帶，斷帶事故較之前大大減少，這不僅延長了皮帶的使用壽命，長此以往，還降低了煤礦企業(yè)的耗材成本，讓企業(yè)管控成本的能力更上一層樓。

1.5 降低皮帶電力損耗

傳統(tǒng)的皮帶運輸方式中，皮帶機通常以一定的速度運行，無法對設(shè)備在空載和重載狀態(tài)下進行實時的電能調(diào)控，皮帶的運行速度往往又與電能的消耗成正比，這種方式下無形中造成了電能的巨大浪費。皮帶機變頻器解決了這個問題，它可以根據(jù)實際負荷來實時調(diào)整皮帶運行速度，當(dāng)皮帶暫時空載時，降低皮帶運行速度，來達到節(jié)能的目的，實現(xiàn)了電能損耗和生產(chǎn)之間的最優(yōu)化。而且皮帶機變頻器減少了液力耦合器環(huán)節(jié)，皮帶電機和減速器是直接相連的，大大提高了傳遞效率，同時，變頻器也有著穩(wěn)壓的功能，大大減少了電能的損耗。

2 皮帶機變頻器的節(jié)能效益分析

經(jīng)現(xiàn)場測試，煤礦井下在投入使用變頻器拖動皮帶以后，電量消耗大為減少。以額定功率為500 kW·h 的皮帶電機為例，在沒有使用變頻器之前，每天的電量消耗大概為9 470 kW·h，應(yīng)用變頻器之后，該皮帶電機電量的日損耗量為6 147 kW·h，大約比前者節(jié)省了35%的電量。如果按照0.7 元/kW·h 來計算的話，使用變頻器之后，每天可節(jié)省約2 326 多元的支出，每年就可節(jié)省高達85 萬元的支出，大大減少了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。如果再將皮帶機日常的維修、更換、保養(yǎng)計算在內(nèi)的話，會節(jié)省得更多?？傊?，煤礦企業(yè)使用皮帶機變頻器之后，對于經(jīng)濟效益的提升是非常顯著的。

3 皮帶機變頻器的節(jié)能效益提升對策

3.1 提高技術(shù)指標

相對于普通變頻器，皮帶機變頻器對技術(shù)指標方面的要求也較高，主要體現(xiàn)在以下四方面：第一，對電壓穩(wěn)定性的要求較高。皮帶機變頻器工作時往往對電壓的穩(wěn)定性有較高的要求，當(dāng)電壓不穩(wěn)定時，會限制變頻器功能的正常發(fā)揮；第二，皮帶機變頻器啟動時，要求是普通變頻器起動轉(zhuǎn)矩的兩倍以上，用來確保皮帶運行時的平穩(wěn)性；第三，最好采用“S”型的轉(zhuǎn)動速度軌道，這樣可以提高皮帶機加減速時的穩(wěn)定性；第四，為了最大化實現(xiàn)節(jié)能，對數(shù)字自動化控制系統(tǒng)提出更高的要求，要求能完成四象限運轉(zhuǎn)。

3.2 強化散熱功能

普通變頻器通常采用水冷或者是風(fēng)冷系統(tǒng)來進行散熱，而礦用皮帶機變頻器作為煤礦井下用的電氣設(shè)備，首先要求具有防爆性和隔爆性，變頻器內(nèi)各元件在狹小的防爆腔內(nèi)工作，不僅容易積蓄熱量，產(chǎn)生的熱量往往又不容易散發(fā)出去。采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷降溫并不能取得較好的效果，而水冷降溫系統(tǒng)應(yīng)用到皮帶機變頻器上又過于復(fù)雜，所以，需要對皮帶機變頻器進行一些適當(dāng)?shù)母牧?，提升其散熱效率，延長皮帶機變頻器的使用壽命，滿足煤礦生產(chǎn)需要。

3.3 增強電磁兼容

由于煤礦井下工作環(huán)境的特殊性，皮帶機變頻器電磁兼容方面問題比較突出，它工作時，容易受到電磁干擾，輸入和輸出電流、電壓中往往還帶有高次諧波，造成變頻器誤動作，并且對于變頻器自身和周圍設(shè)備的安全運行來說也會產(chǎn)生一些不良影響。對此，可以通過各種方式來提高皮帶機變頻器的抗干擾性，如改善皮帶機變頻器的工作環(huán)境來減少來自環(huán)境中的干擾，采用技術(shù)手段提高皮帶機變頻器的電磁兼容性，保證變頻器的正常運行[4-6]。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，能源需求量也越來越大，但是有些能源存量是有限度的，如何在發(fā)展經(jīng)濟的同時減少能源的浪費是一大研究課題。對皮帶機變頻器如何提升節(jié)能效益進行的探討，并提出一些對策，進一步提高皮帶機變頻器的工作效率，可以有效地控制能源的浪費，提高經(jīng)濟效益，讓煤礦企業(yè)走上科學(xué)合理的可持續(xù)發(fā)展道路。