高 超
(陜北礦業(yè)韓家灣煤炭有限公司,陜西 榆林 719315)
本文以某煤炭中轉(zhuǎn)港為例,就其輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能問題,進(jìn)行探究。該港煤炭產(chǎn)品經(jīng)鐵路運(yùn)輸?shù)礁垡院?,從卸車至堆存取料、裝船等過程,均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)范式,帶動(dòng)輸送機(jī)來實(shí)現(xiàn)操作。從應(yīng)用實(shí)踐來看,該輸煤皮帶機(jī)的輸送量為每小時(shí)6500噸,全港皮帶機(jī)數(shù)量共計(jì)22條,輸煤里程可達(dá)13千米。其中,每條輸煤皮帶機(jī)都是至少兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,經(jīng)變速箱以及聯(lián)軸節(jié),驅(qū)動(dòng)皮帶滾筒,進(jìn)行帶動(dòng)輸煤皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)。
為獲取輸煤皮帶電機(jī)運(yùn)行過程中的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息,選用可上述案例中具有典型性的A、B兩個(gè)皮帶機(jī),對(duì)空載運(yùn)行狀態(tài)下的電流進(jìn)行全面的測(cè)試,其中A輸煤皮帶機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流為16安、15安和15安,取其平均值15.33安;B輸煤皮帶機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流為14.5安、14.9安以及14.5安,取其平均值14.63安。在對(duì)輸煤皮帶機(jī)重載條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí),選定兩個(gè)極端狀態(tài)下的荷載,即最重與最輕荷載。首次取料時(shí),其流量為每小時(shí)6000噸,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流為25安、23安和22.5安,其平均數(shù)值為23.5安;第二次取料過程中,其流量為每小時(shí)5000噸,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流為25安、24安和23安,均值為24安。需要強(qiáng)調(diào)的是煤堆場(chǎng)長(zhǎng)1000米,自南向北共有6個(gè)基本垛位,其中每一個(gè)垛位長(zhǎng)度超過160米。
在實(shí)際取料過程中,流量為每小時(shí)6000噸時(shí),取料機(jī)在6號(hào)垛最南側(cè)位置上;當(dāng)取料流量為每小時(shí)5000噸時(shí),取料機(jī)在6號(hào)垛最北側(cè)位置上。由此可見,輸煤皮帶機(jī)電機(jī)運(yùn)行過程中,取料流量最高與最低相差每小時(shí)l000噸時(shí),電機(jī)運(yùn)行過程中的電流會(huì)減少大約0.5安。在該系統(tǒng)中,電流大小變化情況隨著輸出功率的變化成直線狀態(tài),為能夠取得最大取料狀態(tài)下的最大電流量估算值,筆者認(rèn)為輸煤皮帶機(jī)電機(jī)電流會(huì)隨著負(fù)荷的不斷增加而成直線增加狀態(tài),用IF表示單位負(fù)荷電流,并且將其定義為安培/噸·米,意思是輸煤皮帶機(jī)電機(jī)運(yùn)行過程中,每噸煤炭輸送l米距離消耗的電流量。在每小時(shí)輸送5000噸的狀態(tài)下,可以實(shí)測(cè)出B輸煤皮帶機(jī)單位負(fù)荷條件下的電流:
IF=(24-14.63)/(5000×1000)=1.874×10-6(安培/噸·米)
為驗(yàn)證上述計(jì)算公式中的單位負(fù)荷電流是否科學(xué)合理,可依此計(jì)算出每小時(shí)6OO0噸時(shí)的輸煤取料機(jī)所在的皮帶位置:X=(23.5-14.63)/(IF×6 000)=788.9米;堆場(chǎng)1~5垛位的實(shí)際長(zhǎng)度,5/6× l 000=833.3米。通過這一數(shù)據(jù)說明每小時(shí)6000噸取料過程中,取料機(jī)在5號(hào)垛位是,自6號(hào)垛位的最南端緊靠取料機(jī)軌道位置開始取料操作。取料機(jī)臂長(zhǎng)大約45米左右,該單位負(fù)荷電流數(shù)值可視為估算參考依據(jù),并且計(jì)算出最大取料電流數(shù)值為每小時(shí)6000噸;從堆場(chǎng)最北側(cè)位置取料過程中,最大電流為IP×6000×l 000+14.63=25.874安,這說明B輸煤皮帶取料過程中,每一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流變化取值范圍在14.63~25.874安之間。通過對(duì)B輸煤皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析可知,輸煤電機(jī)輸出的功率大約在0.1~0.5之間,而輸煤電機(jī)的效率也只有不到0.88,即便是最高點(diǎn)位置,也沒有達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài),說明其中有能量耗損。
實(shí)際生產(chǎn)過程中,多數(shù)情況下低于上述荷載,即輸煤電機(jī)多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)下處于效率較差狀態(tài),此時(shí)電能的實(shí)際損耗量非常的大。從B輸煤取料皮帶實(shí)際操作情況可以看出,每一次操作前先要空載啟動(dòng),然后輸煤取料機(jī)才會(huì)按照相關(guān)指令以每小時(shí)6000噸的流量進(jìn)行取料作業(yè)。此時(shí),輸煤皮帶機(jī)處于運(yùn)行時(shí)段,在取料結(jié)束之后,皮帶機(jī)就會(huì)處于停機(jī)狀態(tài)。
基于以上對(duì)案例中的輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)電機(jī))的應(yīng)用能耗實(shí)驗(yàn)分析,筆者認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能降耗,可采取如下措施。
當(dāng)諧波啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中,注意是依賴諧波電磁場(chǎng),運(yùn)行過程中依靠基波運(yùn)轉(zhuǎn)。其中,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約是額定轉(zhuǎn)矩的l.7倍左右,該電機(jī)啟動(dòng)與繞線電機(jī)啟動(dòng)特性非常相似,啟動(dòng)電流與軟啟動(dòng)方式相近,運(yùn)行、維護(hù)和日常保養(yǎng)與普通的異步籠型電機(jī)沒有太大的差異,只是啟動(dòng)、運(yùn)行過程中需轉(zhuǎn)換開關(guān)。從應(yīng)用效果上來看,采用諧波啟動(dòng)電機(jī),可以有效地提高電機(jī)的力率。需要說明的是在輸煤皮帶電機(jī)數(shù)量不斷減少、電機(jī)額定容量不斷降低以后,應(yīng)當(dāng)校核皮帶機(jī)啟動(dòng)性能,根據(jù)電機(jī)性能對(duì)啟動(dòng)力矩、時(shí)間進(jìn)行校核。從應(yīng)用效果上來看,諧波啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用效果非常的好。
鑒于卸上流程和卸堆流程涉及到翻車機(jī)等設(shè)備,在實(shí)際運(yùn)行中存在較大的不確定性,保留原來的上煤控制方式,增加順煤流啟皮帶控制功能。即在上位機(jī)監(jiān)控畫面上增加切換操作按鈕,運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況自行選擇順/逆煤流方向啟皮帶。在下位機(jī)的邏輯修改中,也相應(yīng)的做了順/逆煤流方向啟皮帶控制邏輯,可自由切換并相互閉鎖。順煤流啟皮帶需要注意的事項(xiàng):順煤流啟皮帶,要求在上煤前,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員檢確定皮帶上無堆積的殘煤;如果堆積較多的燃煤,順煤流啟皮帶容易造成落煤筒堵煤,這時(shí)候應(yīng)采用逆煤流啟皮帶運(yùn)行方式:輸煤系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)穩(wěn)定可靠。如果缺陷頻繁,在順煤流啟動(dòng)過程中,某臺(tái)設(shè)備無法啟動(dòng),則已經(jīng)啟動(dòng)的設(shè)備保護(hù)跳機(jī);選用順煤流啟皮帶方式,不要在啟動(dòng)過程中,切換順/逆煤流啟皮帶功能按鈕。
對(duì)于輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言,若想提高輸煤效率,最大限度地節(jié)約能源耗損,最主要的就是要提高輸煤皮帶機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷率,從而使電機(jī)運(yùn)行處于最佳狀態(tài),以此來實(shí)現(xiàn)減少能耗、節(jié)約電能之目的。
[1]張飛飛.礦用皮帶機(jī)變頻電控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012(23).
[2]王洋,劉愛民,高春雷. 輸煤程控皮帶機(jī)節(jié)能改造探索[J].中國(guó)科技縱橫,2013(14).