談煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)改造

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摘要：煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行期間，很容易發(fā)生電機(jī)功率過大、重載啟動(dòng)困難和啟動(dòng)性能差等問題。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行效果，企業(yè)應(yīng)實(shí)行可行性技術(shù)改造方案，并將其應(yīng)用至實(shí)際開采過程中，以便為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：煤礦；膠帶運(yùn)輸機(jī)；變頻調(diào)速技術(shù)

膠帶運(yùn)輸機(jī)在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用，除了立井提升期間不需要膠帶運(yùn)輸機(jī)，其他開采環(huán)節(jié)均需要，尤其在主斜井處。膠帶運(yùn)輸機(jī)由停機(jī)到運(yùn)行，其間需要較大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)行距離和坡度均會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。為了保證膠帶運(yùn)輸機(jī)良性啟動(dòng)，提高煤礦開采效率，企業(yè)應(yīng)綜合應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

1膠帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)及變頻調(diào)速

1.1膠帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)

膠帶運(yùn)輸機(jī)一般經(jīng)液力耦合器同軸連接三相異步電動(dòng)機(jī)，之后再通過減速箱傳到滾筒，通過摩擦力帶動(dòng)膠帶運(yùn)行。軟啟動(dòng)器完成膠帶運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行，之后將動(dòng)力經(jīng)過液力耦合器傳遞至膠帶運(yùn)輸機(jī)。膠帶運(yùn)輸機(jī)在啟動(dòng)后保持恒定速度運(yùn)行，且在調(diào)節(jié)膠帶運(yùn)行速度時(shí)采用機(jī)械調(diào)節(jié)方法，主要通過液力耦合器完成。驅(qū)動(dòng)滾筒可以完成膠帶運(yùn)輸機(jī)膠帶的運(yùn)動(dòng)，利用摩擦力驅(qū)動(dòng)支撐托輥上的膠帶帶動(dòng)物料運(yùn)動(dòng)。膠帶屬于彈性材料，在運(yùn)輸機(jī)停止與運(yùn)行期間會(huì)存儲(chǔ)較多勢(shì)能，因此，應(yīng)選擇軟啟動(dòng)方式。當(dāng)前大多煤礦企業(yè)在軟啟動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)時(shí)往往采用液力耦合器設(shè)備，啟動(dòng)時(shí)液力耦合器效率會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)為零，保證空載啟動(dòng)電機(jī)。軟啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)可控硅運(yùn)行，但啟動(dòng)電流依然較大，電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，內(nèi)部很容易因過熱出現(xiàn)機(jī)械沖擊問題。膠帶運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)加載力較大，啟動(dòng)時(shí)間較短，運(yùn)行期間膠帶很容易出現(xiàn)斷裂與老化的問題，因此，應(yīng)針對(duì)實(shí)際情況選擇強(qiáng)度較大的膠帶。除此之外，液力耦合器長時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部油溫升高，加速金屬部件的磨損，不僅增加了維修成本，還會(huì)因多機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致膠帶運(yùn)輸機(jī)功率不穩(wěn)等。

1.2變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速技術(shù)主要轉(zhuǎn)變大功率電路，完成電路控制，通過電能帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行，完成系統(tǒng)的節(jié)能控制與運(yùn)動(dòng)控制。為了保證上述功能的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)合理組成自動(dòng)控制電路，包括計(jì)算機(jī)、電子電路和傳感器等設(shè)備，以實(shí)時(shí)采集輸送電路中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證變頻調(diào)速效果。計(jì)算機(jī)、傳感器以及執(zhí)行器均為變頻調(diào)速設(shè)備的重要組成部分。a)計(jì)算機(jī)控制器，是調(diào)速變頻器中的微處理器，它可以調(diào)整控制矢量、控制轉(zhuǎn)差頻率以及控制直接轉(zhuǎn)矩等，尤其可以控制電機(jī)的工作參數(shù)，優(yōu)化控制過程。控制閉環(huán)中包括變頻器與電機(jī)設(shè)備，保證系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷參數(shù)信息，能節(jié)省電能。b)傳感器，安裝于電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)區(qū)域，可以感知運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù)信息，包括流量、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等，向計(jì)算機(jī)控制器反饋制訂的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為運(yùn)行參照。c)執(zhí)行器。(a)繼電器、閥門、通斷開關(guān)等機(jī)電設(shè)備。通過計(jì)算機(jī)控制器控制設(shè)備的通斷與關(guān)閉，保證電機(jī)裝置的投切與流體運(yùn)行。(b)變頻器。計(jì)算機(jī)控制器將控制信號(hào)傳遞至變頻器后，根據(jù)需要轉(zhuǎn)變的電能形態(tài)，改變電壓和頻率，在控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上調(diào)整運(yùn)行速度。

1.3變頻調(diào)速控制系統(tǒng)分類

a)開環(huán)的變頻調(diào)速僅通過變頻器設(shè)備完成，不需要傳感器與計(jì)算機(jī)控制器的參與，可以完成電機(jī)變頻調(diào)速工作。b)直接數(shù)字控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。在采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，通過模擬量輸入通道完成，根據(jù)采集設(shè)備的運(yùn)行情況，由通道輸出變頻控制信號(hào)與閥門開度，根據(jù)開關(guān)量輸出通道系統(tǒng)完成對(duì)啟動(dòng)信號(hào)的有效控制，并根據(jù)開關(guān)量輸出通道系統(tǒng)完成對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)的有效控制。之后在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)，變換數(shù)字量。c)分布式變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)全面協(xié)調(diào)，并實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理，形成層次化的分級(jí)結(jié)構(gòu)。

2煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)狀

A煤礦采用強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，輸送量可達(dá)1000t/h，提升高度為12m，運(yùn)輸距離達(dá)到700m。膠帶運(yùn)輸機(jī)采用PVG1000S阻燃膠帶，型號(hào)為DSJ20/100，卸載滾筒型號(hào)為DTⅡ03A6124（Φ800mm×1600mm），配套電機(jī)為YBS-160BL(2/160kW)，采用閘瓦制動(dòng)模式。輸送機(jī)采用直接順序啟動(dòng)模式，制動(dòng)器型號(hào)為BED-50/6。輸送機(jī)配置2臺(tái)160kW的電機(jī)，重載啟動(dòng)難度較大，運(yùn)輸機(jī)驗(yàn)帶流程煩瑣，且電機(jī)功率較大，需要一次性啟動(dòng)，在全速運(yùn)行時(shí)存在較大的沖擊力，無法保證電機(jī)的正常運(yùn)行?；诖?，為了保證變頻優(yōu)化效果，應(yīng)在原設(shè)備的基礎(chǔ)上增加BPBT-315/660礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

3改造方案

a)安裝礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置。以往膠帶運(yùn)輸機(jī)由啟動(dòng)器開關(guān)完成啟停工作，采用移動(dòng)變電站負(fù)荷側(cè)連接啟動(dòng)開關(guān)，但啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大沖擊力，給機(jī)械設(shè)備帶來較大損害。因此，煤礦企業(yè)增加2套控制功率為160kW的礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置與2臺(tái)電壓為660V的電源，保證2臺(tái)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)電機(jī)的集中控制，還另外配置集中控制臺(tái)，避免出現(xiàn)過載、過流、過電壓和短路等問題。膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速安裝如圖1所示。b)為了實(shí)現(xiàn)集中控制，還應(yīng)安裝PLC，確保電機(jī)的同步運(yùn)行，并根據(jù)煤量調(diào)節(jié)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行速度。其中，電機(jī)啟停時(shí)間范圍為0～180s，輸出頻率調(diào)節(jié)范圍為0～60Hz。為了有效保護(hù)最后一次的故障參數(shù)與近10次故障記憶信息，還應(yīng)在系統(tǒng)中增加診斷、記憶、顯示和查詢等模塊。除此之外，還應(yīng)為系統(tǒng)增加多種保護(hù)傳感器，設(shè)置微機(jī)控制裝置、控制箱和操作臺(tái)等設(shè)備。c)將變頻調(diào)速裝置與膠帶運(yùn)輸機(jī)組成可控啟動(dòng)控制系統(tǒng)，在操作臺(tái)上顯示運(yùn)行參數(shù)、電壓、電流、速度和運(yùn)行故障等信息。d)根據(jù)膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況，合理選擇手動(dòng)、自動(dòng)和檢修模式，通過控制方式確定運(yùn)行模式，采用技術(shù)成熟的進(jìn)口器件，以保證運(yùn)行可靠性。

4技術(shù)目標(biāo)與實(shí)施要點(diǎn)

實(shí)地考察開采現(xiàn)場(chǎng)，確定礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置為BPBT-315/660型，并綜合使用DKB1-340/660型礦用隔爆型濾波電抗器設(shè)備，以改變電流形式，保證頻率的可調(diào)性，避免受電磁干擾。得電后變頻調(diào)速裝置準(zhǔn)備就緒，啟動(dòng)后完成加速時(shí)間的設(shè)定，將變頻調(diào)速裝置輸出頻率由零增加至標(biāo)準(zhǔn)頻率，保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)停運(yùn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)減速時(shí)間的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，將變頻調(diào)速裝置輸出頻率由設(shè)定頻率減小至零，當(dāng)輸出停機(jī)信號(hào)，變頻裝置電機(jī)停止運(yùn)行，保證電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)。膠帶運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速原理如圖2所示。當(dāng)前A煤礦南膠帶巷三部膠帶運(yùn)輸機(jī)均投入使用，軟啟動(dòng)與軟停止性能優(yōu)良，尤其重載啟停效果良好。改造后，設(shè)備并未發(fā)生故障，電機(jī)啟動(dòng)未被燒毀，檢修方便，有效提升了檢修效率與質(zhì)量水平，具有良好的使用效果。

5實(shí)際應(yīng)用效果

a)具備優(yōu)越的軟啟動(dòng)與軟停止性能。變頻調(diào)速裝置的停車與啟動(dòng)時(shí)間、加減速度時(shí)間等均實(shí)現(xiàn)任意調(diào)節(jié)。為了保證啟動(dòng)平穩(wěn)，增加S形加減速時(shí)間，降低膠帶運(yùn)輸機(jī)啟停時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)裝煤量減少時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷量調(diào)整電機(jī)運(yùn)行速度和功率，保證運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性。b)重載啟動(dòng)平穩(wěn)進(jìn)行。膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)立即停車問題，因此，應(yīng)保證重載啟動(dòng)的合理性，為變頻裝置設(shè)定無速度傳感器矢量控制模式。低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻裝置可以輸出1.5～2.0倍的額定轉(zhuǎn)矩。膠帶運(yùn)輸機(jī)未運(yùn)行時(shí)，采用直接啟動(dòng)模式，電流較小，功率無法帶動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，累計(jì)影響時(shí)間超過80h。改造后，膠帶運(yùn)輸機(jī)未出現(xiàn)膠帶故障問題，運(yùn)行良好。c)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，具備良好的節(jié)電效果。改造前、改造后，煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)用電情況如表1、表2所示。通過比較膠帶運(yùn)輸機(jī)改造前后電量消耗情況發(fā)現(xiàn)，改造后可以節(jié)省1.145×105kW•h/a的電量，節(jié)電幅度可以達(dá)到11%，節(jié)約14.06t標(biāo)準(zhǔn)煤。膠帶運(yùn)輸機(jī)改造后，經(jīng)過使用可知，每月可以節(jié)約0.95×104kW•h電量。根據(jù)0.65元/(kW•h)現(xiàn)行電費(fèi)計(jì)算，全年可節(jié)約7.44×104元電費(fèi)。d)保證工頻轉(zhuǎn)換效果。運(yùn)行期間，如果膠帶運(yùn)輸機(jī)發(fā)生故障，可以使用工頻旁路模式，保證變頻設(shè)備的檢修與維護(hù)效果，確保膠帶運(yùn)輸機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，啟動(dòng)后也可以將變頻設(shè)備轉(zhuǎn)換至工頻狀態(tài)，在保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上延長電解電容的使用壽命[2]。e)系統(tǒng)維護(hù)量較小，整合度較高，配件節(jié)約效果顯著，降低了故障發(fā)生率。合作廠家技術(shù)嫻熟，設(shè)備零部件由國際知名廠商提供，質(zhì)量水平較高，投入后可以明顯降低故障發(fā)生率，在降低維護(hù)成本的基礎(chǔ)上，減少了維護(hù)時(shí)間。比較配件投入前后的情況，以往膠帶運(yùn)輸機(jī)電控使用成本可達(dá)2.0×105元，增加變頻調(diào)速裝置后，需要經(jīng)常更換繼電器等零部件，且易耗配件損失量較小，每月大約可節(jié)省1.0×105元，增加了企業(yè)的經(jīng)營收益。

6結(jié)語

在煤礦開采過程中，膠帶運(yùn)輸機(jī)故障較多，企業(yè)可以根據(jù)變頻改造工作自動(dòng)調(diào)整輸出力矩和輸出頻率，改變負(fù)載變化情況，改變恒速運(yùn)行工頻，最大程度節(jié)約能源，降低維修成本。實(shí)踐表明，相較其他控制系統(tǒng)，改造后的變頻系統(tǒng)具備更強(qiáng)的技術(shù)先進(jìn)性和優(yōu)越性，可以為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，在創(chuàng)建環(huán)保節(jié)約型社會(huì)方面也做出了突出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］崔忠義.膠帶運(yùn)輸機(jī)的構(gòu)造與節(jié)能分析研究［J］.煤炭與化工，2018(8)：88-90.

［2］仇文陽.基于PLC控制的運(yùn)輸機(jī)節(jié)能技術(shù)［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2018(1)：116-117.

作者：李銳鋒 單位：山西西山晉興能源有限責(zé)任公司