永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)在煤礦膠帶運輸機(jī)中的應(yīng)用

李金翔

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037003）

馬道頭煤業(yè)是設(shè)計年產(chǎn)10.00 Mt的特大型井工礦，按照礦井初步設(shè)計中綜放工作面設(shè)備選型，該礦綜放工作面順槽膠帶運輸機(jī)一直以來都采用“異步電機(jī)+耦合器+減速器”驅(qū)動模式，在使用過程中存在一些弊端，主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是皮帶機(jī)運行速度恒定，不能根據(jù)綜采工作面的原煤產(chǎn)量以及順槽皮帶不斷后退縮短的情況下實現(xiàn)調(diào)速運行，容易造成大量電能損耗。二是經(jīng)常發(fā)生各驅(qū)動電機(jī)之間輸出功率差異大，整體受力不均勻情況，影響皮帶機(jī)的安全運行。三是日常運行維護(hù)量大，容易出現(xiàn)機(jī)械故障影響正常生產(chǎn)。

為了克服順槽皮帶機(jī)原設(shè)計驅(qū)動方式存在的主要弊端，提出采用永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行改造。永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)簡稱PVD，基本組成是永磁電動機(jī)+專用變頻器［1-2］，以馬道頭煤業(yè)8105綜放工作面順槽膠帶運輸機(jī)為研究對象進(jìn)行改進(jìn)試驗。

1 工程概況

馬道頭煤業(yè)8105綜放工作面可采走向為2 288 m，傾向為220 m，開采煤層為C3-5#層，平均煤厚為14 m，工作面儲量12.212 Mt，原煤生產(chǎn)能力為2 000 t/h。該礦已開采綜放工作面膠帶機(jī)選型為DSJ140/350/3×500型帶式輸送機(jī)（3套驅(qū)動裝置），其驅(qū)動方式為“異步電機(jī)+耦合器+減速器”，如圖1所示。此驅(qū)動方式使用耦合器實現(xiàn)機(jī)械軟起動，膠帶輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 現(xiàn)有膠帶輸送機(jī)傳動系統(tǒng)

表1 膠帶輸送機(jī)參數(shù)

序號 項目 單位10 卸載滾筒直徑 mm 11 12 mm°13 14 15 16 m液壓拉緊裝置 型號托輥 直徑深槽角制動器 型號液力耦合器 型號低速聯(lián)軸器 型號儲帶長度型號參數(shù)1 030 ZYJ-500 ?159 35 SH1252 650TPKL 1200H-SLD 120

2 改造方案

主要改造思路有兩點。一是采取可調(diào)速的驅(qū)動方式［3-4］，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的驅(qū)動方式為變頻驅(qū)動，通過輸出可調(diào)頻率電源改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)膠帶運輸機(jī)的調(diào)速運行，同時變頻器控制系統(tǒng)集成有功率平衡調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)多驅(qū)動之間的功率平衡，保證了皮帶機(jī)受力均衡，也可實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。二是簡化電機(jī)與驅(qū)動滾筒之間的連接［5-7］，從而避免機(jī)械故障。按照改造思路，決定設(shè)計使用永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)。原有的驅(qū)動方式更新為BPJ-630變頻器+TBVF-500/60YC永磁變頻電機(jī)+變頻控制系統(tǒng)，需要改造3套，技術(shù)參數(shù)如表2所示。此設(shè)計方案簡化了各設(shè)備連接，由電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與驅(qū)動滾筒連接，啟動、調(diào)速功能均通過電氣控制實現(xiàn)，舍棄了復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)造，如圖2所示。永磁電動機(jī)采用永磁體勵磁，具有高效率、高功率因數(shù)的特點，永磁電動機(jī)在25%～120%額定負(fù)荷范圍內(nèi)均可保持90%以上的效率，尤其在輕載時節(jié)能效果更顯著。變頻器控制軟件采用永磁同步變頻電動機(jī)專用軟件。

表2 永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)（單驅(qū)）參數(shù)

圖2 改造后膠帶輸送機(jī)傳動系統(tǒng)

3 應(yīng)用效果

8105綜放工作面改造永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)后，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，具體為：

1）節(jié)能降費明顯，永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)設(shè)備投入每驅(qū)為468萬元，原“異步電機(jī)+耦合器+減速器”驅(qū)動方式每驅(qū)為485萬元，三套驅(qū)動一次性投入可節(jié)約費用為17×3=51萬元；永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)降低了設(shè)備運行的故障率，提高了設(shè)備的使用壽命，8105工作面回采期間可節(jié)約設(shè)備維護(hù)費用、零配件費用和人工費用資金共計560萬元；改造永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)后傳動效率達(dá)到93%，較原有機(jī)械方式效率提高15%，因系統(tǒng)效率大幅度提高，節(jié)約了大量電能，使得原煤噸煤電耗下降0.6千瓦時，8105工作面回采期間順槽皮帶機(jī)總運量為12.212 Mt，按此計算，預(yù)計可節(jié)約電量733萬千瓦時，電費按照0.85元/千瓦時計算，折合節(jié)約電費623萬元；經(jīng)過系統(tǒng)改造，8105工作面回采期間共計節(jié)約費用為51+560+623=1 234萬元。

2）運行穩(wěn)定可靠，永磁直驅(qū)系統(tǒng)運行轉(zhuǎn)速低，輸出扭矩大，啟動峰值扭矩更是其額定扭矩的2倍，與“異步電機(jī)+耦合器+減速器”驅(qū)動方式相比，扭矩輸出更加平穩(wěn)，設(shè)備運行更加穩(wěn)定可靠，可有效避免電網(wǎng)及機(jī)械沖擊，特別是在2 288 m超長距離運行試驗過程中，未發(fā)生壓死皮帶事故。

3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)傳動鏈簡單，體積小，布置空間小，使系統(tǒng)可靠性有了很大的提高，避免了長傳動鏈中各種部件的機(jī)械損耗，提高了設(shè)備的使用壽命和傳動效率，基本免維護(hù)。采用變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)，啟動性能好，能適應(yīng)各種工況下的變頻調(diào)速，操控便捷靈活，噪聲也更小，改善了膠帶運輸機(jī)機(jī)頭的作業(yè)環(huán)境。

4 結(jié)論

1）永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)具有低能耗、高效率、負(fù)載平衡調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的特點，能夠大幅降低耗電成本，減輕對系統(tǒng)的沖擊。

2）永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，傳動鏈短，體積小，維護(hù)量少，運維成本低，且運行噪聲較小，更加環(huán)保。

3）永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速驅(qū)動穩(wěn)定高效，可有效避免皮帶重載啟動及運輸過程中的壓死皮帶事故。