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基于变频调速井下运输系统的节能分析
 
 

                                 基于变频调速井下运输系统的节能分析
                                       张可程,张毅
(山西防爆电机(集团)有限公司,山西长治046011)
     摘要:分析了变频器取代液力耦合器后井下运输系统的节能效果:根据具体数据,对王庄煤矿和屯留煤矿的运输系统进行了具体的节能计算,得出变频器驱动的运输系统节能的结论,并得到r具体的节能量。
  关键词:节能;液力耦台器;防爆变频器;变频调速
0  引  言
   皮带传输系统是保证现代煤矿高产、高效的主要设备。由于煤矿的特殊生产条件,皮带运输系统的运煤量是不均匀的,在轻载或无负载时,皮带运输机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重,同时电能消耗也比低速运行时大得多。本文主要介绍井下运输系统的现况,计算皮带传输系统在变频器调节下的具体节能情况。
  1  井下运输系统的主要能耗
    井下运输系统的节能部分主要体现在皮带机变频运行时,可根据运输量大小调节皮带运行速度,减少皮带机的损耗,提高皮带机效率;变频运行后还可延长皮带的使用寿命。这主要是由于运煤量是经常变化的,而设计者只能按满负荷的情况来决定电机的容量,当负载较轻时,就出现“大马拉小车”的现象。目前普遍采用的液力耦合器在低速时效率较低,使皮带机运行效率降低。电机起动时,起动电流对电机的冲击较大,影响电机的使用寿命。
  1.1  采用液力耦合器的运输系统的能耗情况
    采用液力耦合器的皮带机传动控制系统如图l所示。其能耗情况如下:
  (1)采用液力耦合器时,由于皮带机的加载时问较短,容易引起皮带张力变化,因此对皮带的高强度要求,容易对皮带造成损伤。
  (2)滑差调速势必造成耦合器内工作液发热,特别在皮带低速运行时发热更明显,在胶带输送机设计时必须考虑液力耦合器的散热问题。
  (3)液力耦合器调速不能直接改善起动性能,起动电流为额定电流的4~7倍,大的起动瞬间电流会引起电机内部机械应力和热应力发生变化,对机械部分造成严重磨损甚至损坏;同时还将引起电网电压下降,影响到电网内其他设备的正常运行。
  (4)液力耦合器的效率随着输出转速的降低而降低,输出转速降低时,液力耦合器的效率下降很快,一般情况下,75%额定转速时效率仅约为O.7,20%额定转速时效率仅约为0.2。


  1.2采用变频器的运输系统的能耗情况
    采用变频器的皮带机控制系统如图2所示。
  其能耗如下:
  (1)低起动电流可延长电机寿命,同时减少电机起动电流对电网的冲击,以减小对其他在网电气设备的影响;具有过压、欠压、过流、过载、超温等保护功能,能够很好地保护电机。
  (2)保证起动过程中作用在机械设备上的起动冲击最小,从『f_i延长减速器、胶带等关键部位的使用寿命。
  (3)变频器在电动机输出转速降低时效率仍然较高,额定转速时效率为O 97,75%额定转速时效率大于0.95,20%额定转速时效率大于O 9。
  (4)煤矿的生产条件特殊,产量极不均匀。
  当皮带机系统的运煤量不均匀时,甚至负载轻或无负载时,皮带机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重,同时电能消耗也较低速运行大得多。但生产又需要皮带机系统不能随时停车,采用单独的控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷分别进行测量,这样控制变频器降速或提前升速,对于载荷不均的皮带机系统,可大大节约电能。


  1.3  井下运输系统节能的理论分析
     皮带机的功率为


    当运输机或刮板机在当前实际情况F运行时,假定此时电机的转速为ω1,但是电机的转矩远没有达到额定转矩。利用变频器把电机的转矩调节到额定转矩,假定此时电机的转速为ω1,尽管电机的转速降低了,但是煤层厚度增加,所以一段时间内的总运输量基本保持不变,即PF保持不变。随着电机转速的降低,PO随之减小,所以总能量P是减少的。此外随着电机的转速降低,链条和皮带的速度也随之降低,机械磨损减小了,使用寿命则随之增长。
  2  应用实例
    王庄煤矿工作面的刮板运输机具体的参数如表1所示。


  刮板运输机空载运行参数为I=46 A;P=142 kW;n=1 490 r/min。
  刮板运输机负载运行参数如F:运输量1 000_r/h:,=90 A:P=422 kW:n=l 490 r/min一从上面皮带机的目前运行参数可看到,刮板运输机远未达到额定负载运行,而且空载运行的功率也比较大(142 kw/台)。
  由式(1)可知改变M和ω都可改变功率P∑。
  现保证输煤量不变(1 000 T/h),即保持PF不变,而用额定转矩作为标准来调节转速,可得到(设不变速的量为下角标l,变速以后的量为下角标2):

  
则链条的驱动角速度也由ω1变为ω2,由于驱动链条的转矩不变,单台电机功率:P02=MOω2=O 55MOω1=0.55P01=O 55×142≈78 kW。
  单台降低功率:142—78=64 kw;一天节电量:64 kw×22 h×4=5 632 kwh;按每天工作22 h汁算,一年节电量:5 632 kwh×365=2 055680 kwh;节能率为64/422一O.152=15 2%。
  可见,使用此变频驱动系统以后,在现有工况条件下,刮板运输机一年能节电205 568 0万kwh,节能15.2%屯留矿北翼大巷2009-12—30调试时数据(窄载)如表2所示。


  由表2可看出,皮带机在空载运行时,转速越低,功率越小,系统能耗越小。屯留煤矿的皮带运输机参数如表3所示。


  皮带运输机空运行参数为I=80 A;P=

    皮带运输机负载运行参数如下:运输量

   从参数可以看出,皮带运输机远没有达到额定负载运行,而且皮带机的窄载功率也比较大(110 kw/台)。
  由式(1)可知改变M和ω即可改变功率P:。
  保证输煤量不变(900T/h),用额定转矩作为标准来调节转速,分析如下(设不变速的量为下角标1,变速以后的量为下角标2):


  则皮带的驱动角速度也由m.变为ω2,由于皮带的驱动转矩不变,
   单台电机功率:P02=MOω2

单台降低功率:110 40=70 kw;一天节电量:70 kw×22 h×3=4 620 kwh;按每天工作22 h计算,一年节电量4 620 kwh×365=1 686 300 kwh;节能比例为70/300≈O.233=23.3%.
   可见,使用此变频驱动系统以后,在现有工况条件F,皮带机一年能节电168 63 kwh,节能23.3%.
3  结  语
     采用变频器的井下运输系统节能明显,运行效率大幅提升。系统起动时为变频软起动,起动电流很小,对皮带的影响小,对电机和电网的冲击小,如果电机以额定转矩运行,刮板机和皮带机的运行速度降低,减少r皮带的磨损,延长了皮带的使用寿命,其巾仅刮板机的节能即可达到15%,皮带运输机可以达到23%,而且实际运行负荷越小,节能效果越明显。

 

 
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