調(diào)速型液力偶合器在煤礦中的應(yīng)用

安金輝

（鶴崗師范高等?？茖W(xué)校，黑龍江 鶴崗 154100）

在當(dāng)前資源緊張、能源短缺、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，可持續(xù)發(fā)展日益困難的今天，節(jié)能減排對地球生死攸關(guān)。哥本哈根世界氣候大會(huì)，各國對各自應(yīng)盡的義務(wù)盡管爭吵不決，但節(jié)能減排的必要性和緊迫性認(rèn)識(shí)確日益趨同。作為煤礦工程技術(shù)人員推廣應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器，必能為節(jié)能減排做更大的貢獻(xiàn)。

1 調(diào)速型液力偶合器的應(yīng)用特點(diǎn)、調(diào)速型液力耦合器分為進(jìn)口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式、復(fù)合調(diào)節(jié)式三種。液力偶合器主要有以下應(yīng)用特點(diǎn)。

無級調(diào)速：對風(fēng)機(jī)進(jìn)行工況調(diào)速可以節(jié)能。加裝液力耦合器后，可以方便地通過手動(dòng)或電動(dòng)遙控進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以滿足工況的流量需求，從而可大量節(jié)約電能。

空載啟動(dòng)：液力偶合器主、被動(dòng)軸之間沒有機(jī)械聯(lián)結(jié)，將流道中的油排空，可以接近空載的形式迅速啟動(dòng)電機(jī)，然后逐步增加偶合器的充油量，使風(fēng)機(jī)逐步啟動(dòng)進(jìn)入工況運(yùn)行，保證了大功率風(fēng)機(jī)的安全啟動(dòng)，還可降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電能消耗。

過載保護(hù)：偶合器主、被動(dòng)軸之間屬于有滑差的柔性連接，可以阻斷負(fù)載扭矩突然增加或衰減負(fù)載的扭振對電機(jī)的沖擊，防止悶車或傳動(dòng)部件損壞等事故發(fā)生。

無諧波影響：在與不同等級的高、低電壓，中、大容量電機(jī)配套使用時(shí)，可保證電機(jī)始終在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，電機(jī)效率高，功率因數(shù)高，無諧波污染電網(wǎng)。

壽命周期長：除軸承外無磨損元件，偶合器能長期無檢修安全運(yùn)行，提高了投資使用效益。

有轉(zhuǎn)差損耗：液力偶合器是有附加轉(zhuǎn)差的調(diào)速裝置，不能使負(fù)載達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，調(diào)速的轉(zhuǎn)差損耗以發(fā)熱的形式升高油溫，必須予以散發(fā)或反饋利用。

2 調(diào)速型液力偶合器在煤礦中的應(yīng)用

2.1 調(diào)速型液力偶合器在水力采煤高壓泵上的應(yīng)用

水力采煤是較先進(jìn)的采煤工藝。水力采煤需用高壓水泵，通化礦務(wù)局大湖平峒礦的水采高壓供水系統(tǒng)選用了D300-80X12 型污水高壓泵與DZ300-80X12 型污水增壓泵串聯(lián)運(yùn)行，獲得了20MPa 高壓大射流的落煤能力。為適應(yīng)不同工作面對落煤壓力的不同要求，節(jié)約電能，保證高壓泵安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，國內(nèi)外的水力采煤高壓泵均配用了液力偶合器調(diào)速。綜合起來看，有以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

①解決了高壓水泵的平穩(wěn)啟動(dòng)問題。避免了高壓泵頻繁啟動(dòng)給電網(wǎng)帶來的危害，提高高壓泵運(yùn)行安全性。

②方便操作與控制。通常水力采煤分上下層兩個(gè)工作面，各設(shè)一臺(tái)水槍，實(shí)行交替開槍落煤。使用液力調(diào)速后，在倒面倒槍時(shí)可以不停電機(jī)，操作和控制方便。

③降低設(shè)備故障率。高壓泵用偶合器調(diào)速，逐步升速升壓，可以避免液體對管路的水錘沖擊和汽蝕，降低設(shè)備故障率。

④節(jié)約電能。與節(jié)流調(diào)節(jié)相比，最低節(jié)能15%以上。

2.2 調(diào)速型液力偶合器在礦井主扇風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

礦井主扇風(fēng)機(jī)隨著井下巷道的逐年延伸與增多，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量也要逐年提高，因而采礦初期與采礦后期對風(fēng)機(jī)的要求不同。以往選用大裕度的風(fēng)機(jī)用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)，浪費(fèi)很大且調(diào)節(jié)不方便。自20世紀(jì)80年代以來七臺(tái)河礦務(wù)局、大同礦務(wù)局等開始在礦井主扇風(fēng)機(jī)上使用液力偶合器調(diào)速并取得了較好效益，現(xiàn)以大同礦務(wù)局煤峪口礦為例加以說明。煤峪口礦主扇風(fēng)機(jī)用K4-2×73N025F 型離心風(fēng)機(jī)，采用YOTGcll50 型偶合器調(diào)速。額定功率為1250kW，額定轉(zhuǎn)速為750r/min。1991年9月投產(chǎn)以來，運(yùn)行正常。煤峪口礦按設(shè)計(jì)要求初期所需風(fēng)量為lllm3/s，運(yùn)行期10年，后期風(fēng)量要求190m3/s。若用閥門調(diào)節(jié)，初期需耗功率900kW，后期需耗功率1099kW?，F(xiàn)用液力偶合器調(diào)速，初期需耗功率212kW，后期需耗功率387kW，考慮到電機(jī)的效率損失或其他損失，經(jīng)國家采煤機(jī)檢測中心實(shí)測計(jì)算，采用液力偶合器調(diào)速調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)相比，年節(jié)電7049000kW·h，折合電費(fèi)352萬元(按當(dāng)時(shí)電價(jià)計(jì)算)。

2.3 調(diào)速型液力偶合器在礦井防爆絞車上的應(yīng)用

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的礦井提升絞車，多采用繞線式電動(dòng)機(jī)加金屬電阻來驅(qū)動(dòng)和控制絞車的啟動(dòng)、加速、減速和停車。電控復(fù)雜，體積龐大，尤其井下防爆用時(shí)，制造成本和絞車房(峒室)的建設(shè)費(fèi)用均提高。為克服上述缺點(diǎn)，國內(nèi)外都在研制液力調(diào)速防爆絞車。液力調(diào)速防爆絞車是由防爆籠型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。提升絞車運(yùn)行包括提升和下放重物兩種工況。每種工況又分啟動(dòng)、加速、等速、減速和停車幾個(gè)階段。需要用偶合器調(diào)速的只有加速、等速和減速三種工況。

調(diào)速型液力偶合器用于礦井防爆絞車有如下優(yōu)點(diǎn)。

①可用廉價(jià)電機(jī)?？梢杂昧畠r(jià)的籠型電機(jī)替代價(jià)格昂貴的繞線式電機(jī)。

②簡化控制系統(tǒng)。簡化了電控系統(tǒng)，控制簡單，操作方便，提升和下放重物速度平穩(wěn)。

③提高傳動(dòng)品質(zhì)。解決了電機(jī)啟動(dòng)困難問題，改善電機(jī)的啟動(dòng)能力。

④既有驅(qū)動(dòng)功能，又有制動(dòng)功能，簡化了制動(dòng)系統(tǒng)，降低機(jī)械抱閘的磨損，下運(yùn)工況穩(wěn)定，操作簡單，安全可靠。

⑤降低設(shè)備故障率。由于液力傳動(dòng)能改善傳動(dòng)品質(zhì)，具有輕載啟動(dòng)和過載保護(hù)功能，所以設(shè)備故障率大大降低。利用調(diào)速型液力偶合器為絞車調(diào)速和制動(dòng)，最大的問題是偶合器被制動(dòng)時(shí)要發(fā)熱，因而必須有合適的油路系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

2.4 調(diào)速型液力偶合器在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用。

隨著煤礦采掘輸送技術(shù)的進(jìn)步，目前已由原豎井、斜井向長距離大傾角斜井發(fā)展，采用帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸。為解決啟動(dòng)困難和協(xié)調(diào)多機(jī)均衡驅(qū)動(dòng)問題，近些年煤礦井下長距離帶式輸送機(jī)開始應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器，并取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

(1)調(diào)速型液力偶合器在帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

例如，兗州礦業(yè)集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)井煤礦井下南翼運(yùn)輸大巷的高強(qiáng)度帶式輸送機(jī)，輸送距離為1637m，帶速為3.15m/s，設(shè)計(jì)輸煤量為1750t/h，由三臺(tái)電機(jī)通過三臺(tái)YOTGc650B 調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)。自1996年3月正式運(yùn)行，1997年5月22日對機(jī)組進(jìn)行了工業(yè)性運(yùn)行測定。測定結(jié)果表明：

①三臺(tái)調(diào)速型液力偶合器自投運(yùn)以來已連續(xù)無故障運(yùn)行15個(gè)月，其可靠性和安全性符合要求；

②該帶式輸送機(jī)位于地下600m 深，環(huán)境潮濕，實(shí)踐證明，液力偶合器適合在煤礦井下惡劣環(huán)境下工作；

③液力偶合器堅(jiān)實(shí)可靠，操縱簡便，維護(hù)保養(yǎng)容易，不需要特殊技術(shù)；

④調(diào)速型液力偶合器對均衡各電機(jī)功率有良好作用，三臺(tái)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流穩(wěn)定在19～20A的范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

⑤設(shè)計(jì)帶速為 3.15m/s，實(shí)際帶速為 3.2m/s，符合控制帶速要求；

⑥啟動(dòng)柔和平穩(wěn)，軟啟動(dòng)延長時(shí)間8～10s，對輸送帶有明顯保護(hù)作用；

⑦具有防爆性能，符合井下安全生產(chǎn)要求。

(2)調(diào)速型液力偶合器與其他軟啟動(dòng)裝置的比較

調(diào)速型液力偶合器在濟(jì)寧二號(hào)井煤礦井下帶式輸送機(jī)應(yīng)用成功后，有關(guān)部門對調(diào)速型液力偶合器、CST 液黏調(diào)速裝置、軟啟動(dòng)電控器在帶式輸送機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行了比較。

①調(diào)速型液力偶合器軟啟動(dòng)性能優(yōu)于軟啟動(dòng)電控器，基本無故障，滿足使用要求，價(jià)格合理，性能價(jià)格比較高。

②軟啟動(dòng)電控器價(jià)格低于調(diào)速型液力偶合器，但啟動(dòng)性能不如偶合器，且故障率較高。

③CST 液黏調(diào)速裝置，其啟動(dòng)性能優(yōu)于調(diào)速型液力偶合器，但進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格太高，對工作油的清潔度要求極高，需經(jīng)常換油，維修不便。國產(chǎn)品故障率較高，摩擦片易磨損，污染工作油，需經(jīng)常更換，給使用帶來不便。所以有關(guān)部門研究對比后認(rèn)為：調(diào)速型液力偶合器比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合在煤礦井下推廣使用。

[1]吉林工業(yè)大學(xué)等.工程機(jī)械液壓與液力傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.

[2]北方交通大學(xué)等.內(nèi)燃機(jī)車液力傳動(dòng).北京：中國鐵道出版社，1980.

[3]朱經(jīng)昌等.車輛液力傳動(dòng).北京：國防工業(yè)出版社，1982.