2800XPB電鏟增壓風(fēng)艙系統(tǒng)升級(jí)改造

＊胡芳周

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 山西 036000）

利用齒輪、鏈條、鋼索滑輪組等傳動(dòng)件傳遞動(dòng)力的單斗挖掘機(jī)的電鏟，又稱為繩鏟、鋼纜鏟，但其重量大、機(jī)構(gòu)性能不能很好地滿足作業(yè)要求及操縱不夠靈便的缺點(diǎn)，致使中小型機(jī)基本已被液壓傳動(dòng)挖掘機(jī)代替。

1.P&H2800XPB電鏟除塵現(xiàn)狀

P&H2800XPB電鏟是安家?guī)X露天礦剝離巖石和坑下煤炭開采的主力軍[1]。電鏟是一種先進(jìn)的礦業(yè)設(shè)備，其產(chǎn)能大、效率高，已成為煤礦企業(yè)重要的生產(chǎn)設(shè)備。由于電鏟構(gòu)造復(fù)雜，其內(nèi)部機(jī)械設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，對(duì)這些熱量進(jìn)行冷卻、凈化機(jī)房內(nèi)的空氣，需要借助外部環(huán)境中的冷空氣。

圖1是現(xiàn)有的2800XPB電鏟所配置的簡(jiǎn)易過濾裝置。

圖1 原有的2800XPB電鏟所配置簡(jiǎn)易過濾裝置

(1)簡(jiǎn)易過濾器

現(xiàn)有2800XPB電鏟在粉塵過濾上采用非常簡(jiǎn)易的過濾器。其過濾原件為一層濾網(wǎng)。濾網(wǎng)側(cè)方是接塵的軟管和風(fēng)機(jī)。工作原理是將氣流中攜帶具有一定運(yùn)動(dòng)速度的粉塵進(jìn)入金屬濾網(wǎng)，由于慣性作用，粉塵撞擊濾網(wǎng)被截留下來。

過濾器非常簡(jiǎn)易，對(duì)于粉塵的過濾效果極低，尤其是對(duì)于空氣中漂浮的小顆粒粉塵，過濾效率機(jī)會(huì)等于零，除塵的效果非常不理想。因此，大量的細(xì)小粉塵會(huì)進(jìn)入到控制室內(nèi)，這些粉塵危害很大，容易引起設(shè)備的故障。

(2)軸流風(fēng)機(jī)

原有的除塵系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)簡(jiǎn)易的過濾器和2臺(tái)單葉片軸流風(fēng)機(jī)。

2.改造原因

礦區(qū)作業(yè)環(huán)境的空氣中漂浮著大量粉塵，現(xiàn)有除塵設(shè)備除塵效果不好，大量粉塵不僅對(duì)電氣控制元件造成極大損壞，而且大大縮短電機(jī)使用壽命，電氣故障頻繁，增加維修成本，嚴(yán)重影響電鏟出動(dòng)率。因此，計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有除塵設(shè)備進(jìn)行改造，空氣有效過濾，使電鏟有一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境，則這些故障就自然而然不存在了[2]。

3.改造技術(shù)方案

本改造技術(shù)方案參照平朔東露天4100XPC電鏟除塵設(shè)備確定。

(1)除塵改造的思路

只有對(duì)現(xiàn)有設(shè)備、結(jié)構(gòu)、電氣等方面進(jìn)行改動(dòng)才能完成設(shè)備的改造。以下步驟為將設(shè)備改動(dòng)降到最低方案的思路設(shè)計(jì)。

①將機(jī)房內(nèi)粉塵含量降到最低需要有效的過濾設(shè)備。②為了保證車體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固安全，需要減少對(duì)現(xiàn)有車體結(jié)構(gòu)的破壞。③現(xiàn)有電氣系統(tǒng)的改動(dòng)需要降到最低。④安全可靠，經(jīng)濟(jì)可行。

(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)

①增壓風(fēng)艙本體及其護(hù)罩鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)要求A514低合金高強(qiáng)度鋼板。②54個(gè)除塵過濾器（總過濾面積950m2）采用美國唐納森公司的過濾器，濾材過濾精度要求達(dá)到MERV15標(biāo)準(zhǔn)或F9標(biāo)準(zhǔn)，透氣性≥520m3/m2.hat200Pa。③27個(gè)脈沖電磁閥[5]采用澳大利亞高原公司原裝進(jìn)口閥，壽命＞100萬次。④輸灰的螺旋輸送機(jī)及旋轉(zhuǎn)卸灰閥1.5kW。⑤電控柜配置西門子PLC及電機(jī)控制柜、操作顯示屏。⑥噪音等級(jí)≤85dB(A)。⑦進(jìn)風(fēng)口防御措施：預(yù)過濾器采用椰棕過濾網(wǎng)。⑧有組織排放，粉塵排放濃度≤10mg/m3，煙氣凈化后排放濃度、排放速率應(yīng)符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996）要求。⑨溫度要求：夏季室外溫度＜30℃，冬季室外溫度＞-20℃。⑩壁板有足夠的強(qiáng)度和剛度（殼體厚度≥3.5mm Q345，花板厚度≥5mm Q345）。

(3)系統(tǒng)組成及工作流程

系統(tǒng)組成：塵器本體、濾芯、反吹系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、輸灰裝置和電控柜組成，以及鋼結(jié)構(gòu)、防雨頂棚和支撐件。

根據(jù)圖2所示，從除塵器頂部進(jìn)入臟氣室的室外空氣，經(jīng)過濾芯過濾進(jìn)入凈氣室，進(jìn)入凈氣室的干凈空氣通過風(fēng)機(jī)送入機(jī)棚內(nèi)。粉塵由除塵器收集，通過臟氣室下部輸灰裝置排出。系統(tǒng)配有壓縮空氣反吹系統(tǒng)，自動(dòng)清理濾芯，延長濾芯使用壽命[3]。

圖2 過濾裝置系統(tǒng)組成

(4)除塵器的選用

原有慣性式除塵器對(duì)小顆粒粉塵過濾效率不高，設(shè)計(jì)選用濾筒式除塵器。根據(jù)同行業(yè)中使用情況，唐納森濾筒除塵器可以有效提高過濾效率，特別是針對(duì)0.2～4μm的粉塵效果很好（表1）。（慣性除塵器無法過濾0.2～0.3μm的粉塵）。

表1 粉塵粒徑與過濾器匹配表

除塵器外形結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 改造后的除塵器立體圖

圖4 改造后的濾筒

圖5 風(fēng)機(jī)的位置圖

圖6 脈沖控制器

圖7 風(fēng)口的位置圖

圖8 整體效果圖

唐納森濾筒除塵器的主要參數(shù)：型號(hào)：DFT3-54（非標(biāo)）；濾筒數(shù)量：54支；濾芯：唐納森圓形Ultra-Web濾筒；反吹閥數(shù)量：27組；反吹控制器：唐納森Delta-P C01控制器，AC220V；輸灰設(shè)備：螺旋輸送機(jī)+卸灰閥1.5kW。

(5)濾筒的規(guī)格

在這次改造方案中，考慮到濾筒備件供貨的及時(shí)性，建議選用唐納森標(biāo)準(zhǔn)尺寸的DFT圓形濾筒，在無錫工廠有充足的備貨。①濾筒材質(zhì)：唐納森Ultra-web超細(xì)納米濾材。②濾筒尺寸：350mm×680mm。③過濾面積：23.6m2。④鋼護(hù)網(wǎng)、端蓋材質(zhì)：內(nèi)外鋼護(hù)網(wǎng)、鍍鋅材質(zhì)。⑥墊圈：氯丁膠墊圈。

(6)風(fēng)機(jī)

現(xiàn)有2800XPB電鏟配2臺(tái)單葉片軸流風(fēng)機(jī)用于鼓風(fēng)，與原有簡(jiǎn)易過濾器組裝為一體。現(xiàn)有風(fēng)機(jī)安裝為斜朝上，會(huì)對(duì)濾筒除塵器的安裝發(fā)生干涉，因此，需要將風(fēng)機(jī)拆除并移位安裝。

風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)：

①型號(hào)：雙風(fēng)葉軸流風(fēng)機(jī)。②額定風(fēng)量：30000 m3/h。③額定風(fēng)壓：1500Pa[4]。④轉(zhuǎn)速：1800rpm。⑤額定功率：40kW，380V/50Hz/3P。⑥數(shù)量：2臺(tái)。

(7)排塵

現(xiàn)有2800XPB電鏟利用軸流風(fēng)機(jī)的正壓風(fēng)將粉塵吹出機(jī)體外。改造后采用負(fù)壓引風(fēng)形式，需增設(shè)螺旋輸送機(jī)用于排塵，對(duì)除塵器需要進(jìn)行一些特別配置[5]。

①除塵器配置槽型塵斗，槽型塵斗內(nèi)部貫通，上部法蘭與除塵器過濾單元連接，下部與螺旋輸送機(jī)連為一體。

②輸送機(jī)尾端出口連接旋轉(zhuǎn)卸灰閥，卸灰閥出口連接排塵軟管，將粉塵排至地面。

③螺旋輸送機(jī)有足夠的長度，使卸灰閥和排塵軟管位于機(jī)體側(cè)面外部。

④集塵斗上設(shè)檢修門，在除塵器的支撐鋼結(jié)構(gòu)上設(shè)置檢修口，以便于安裝檢修。

螺旋輸送機(jī)的主要參數(shù)：型號(hào)：LS-200；長度：7300mm；轉(zhuǎn)速：24rpm。

旋轉(zhuǎn)卸灰閥的主要參數(shù)：型號(hào)：YJD-200；口徑：200mm×200mm；轉(zhuǎn)速：24rpm。

減速機(jī)的主要參數(shù)：減速機(jī)：SEW；轉(zhuǎn)速：24rpm；額定功率：1.5kW，380V/50Hz/3P。

(8)脈沖控制器

除塵器自帶脈沖控制器用于產(chǎn)生脈沖，控制壓縮空氣反吹。脈沖控制器可根據(jù)設(shè)定自行工作，無需額外控制，只需提供電源。

脈沖控制器布置在除塵器的側(cè)部，其制器面板上配置有壓差表以便于觀察壓差參數(shù)；脈沖控制器通過電纜與凈氣室內(nèi)的反吹閥進(jìn)行連接，提供4～20mA的壓差信號(hào)輸出；用電規(guī)格：220V/50Hz/1P，200VA。

(9)防雨入口

原有的防雨罩，由于外形尺寸的原因無法留用，需要重新制作以配合新濾筒式除塵器。防雨罩采取牢固支撐，連接于除塵器底座及頂部。出風(fēng)口位于除塵器凈氣室頂部，通過風(fēng)管與風(fēng)機(jī)相連。

(10)鋼結(jié)構(gòu)改造

拆除原有的防雨結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易過濾器，拆除原有的慣性式除塵器及鋼結(jié)構(gòu)，增加除塵器塵斗支撐鋼結(jié)構(gòu)底座。

(11)低溫環(huán)境配置

鑒于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，冬季達(dá)到-30℃以下，對(duì)除塵系統(tǒng)相關(guān)設(shè)施采取低溫防護(hù)措施：除塵器配置寒冷氣候組件以保障脈沖閥在低溫下能正常工作。脈沖控制器配置自動(dòng)加熱措施。電機(jī)配置低溫自加熱線圈。減速機(jī)采用低溫潤滑油。

(12)電氣系統(tǒng)

在新除塵系統(tǒng)中除了增加脈沖控制箱，還需增加PLC控制柜和顯示屏。使除塵系統(tǒng)控制滿足獨(dú)立運(yùn)行要求，適合于未來集中一體化驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的控制。對(duì)系統(tǒng)中所涉及的各電氣設(shè)備改造如下。

①供電規(guī)格：380V/50Hz/3P。②主風(fēng)機(jī)：雙風(fēng)葉軸流風(fēng)機(jī)為40kW，電機(jī)控制元器件采用原器件。③PLC柜：配置SIEMENS系列PLC和I/O模塊以及網(wǎng)絡(luò)模塊；螺旋輸送機(jī)及卸灰閥電機(jī)的控制，設(shè)置1.5kW電機(jī)的供電380V/50Hz/3P，以及控制回路。輸灰設(shè)備的啟停，建議每小時(shí)工作5～10min。④脈沖控制器：在主電柜中增加1路供電220V/50Hz/1P，以及控制回路。脈沖控制器的啟停與除塵器同步。⑤顯示屏：顯示屏布置在司機(jī)操作室與PLC柜連接。實(shí)時(shí)顯示除塵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等信息。⑥系統(tǒng)信號(hào)：脈沖控制器輸出4～20mA的模擬量壓差信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸供中控監(jiān)控使用。脈沖控制器輸出高壓差報(bào)警信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸供中控監(jiān)控使用。螺旋輸送機(jī)及卸灰閥配置零速開關(guān)，輸出報(bào)警信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸供中控監(jiān)控使用。

(13)系統(tǒng)組成及工作內(nèi)容(表2)

表2 系統(tǒng)組成及工作內(nèi)容

4.改造后達(dá)到的效果

改造后，除塵設(shè)備的除塵凈化效果將滿足《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ36-79），《工業(yè)“三廢排放”排放試行標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ4-73）。噪聲優(yōu)于《工業(yè)企業(yè)噪聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ114-88）。將極大的改善機(jī)棚內(nèi)的粉塵狀況[6]，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，顯著減少設(shè)備的故障率。

5.系統(tǒng)改造安裝

除塵器系統(tǒng)的改造涉及設(shè)備、電氣、鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的改造，需要安排在電鏟大修時(shí)，在比較充裕的時(shí)間下進(jìn)行。主要包括：設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制、新設(shè)備安裝、電氣改造、調(diào)試運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)的安裝及調(diào)試由賣方負(fù)責(zé)，平朔公司協(xié)助提供吊車等機(jī)具，供電、供水、供氣等措施。

6.結(jié)論

通過對(duì)P&H2800XPB電鏟增壓風(fēng)艙系統(tǒng)升級(jí)改造，我們可以改變P&H2800XPB電鏟作業(yè)環(huán)境，避免粉塵、灰塵較大，避免對(duì)電氣控制元件造成極大損壞，而且大大增加電機(jī)使用壽命，降低電氣故障，減少維修成本，嚴(yán)重影響電鏟出動(dòng)率。因此，改造后的除塵設(shè)備，空氣有效過濾，使電鏟有一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境，則對(duì)電鏟機(jī)房內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生較好的除塵效果，避免電鏟停機(jī)時(shí)間長，提升電鏟設(shè)備的出動(dòng)率。