張曉光

摘 要：近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷地向前發(fā)展，為我國的煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來了機(jī)遇，然而面對(duì)能源消耗問題，煤炭企業(yè)不得不向節(jié)能方向發(fā)展，這不僅僅是煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，同樣也是當(dāng)下社會(huì)能源的基本要求。這些年，能源的頻頻告急給各行各業(yè)的發(fā)展都帶來了一定的阻礙，而節(jié)能技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，可以說節(jié)能技術(shù)的到來，一方面緩解了當(dāng)下能源緊張的現(xiàn)狀，另一方面也為提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益打下了基礎(chǔ)，因此節(jié)能技術(shù)在煤炭企業(yè)中的應(yīng)用是一舉兩得的，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)該技術(shù)的研究力度，降低能源的消耗，在這一過程中尤為重要的就是煤礦機(jī)電設(shè)計(jì)中的節(jié)能問題，為了更加深入地對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行分析，文章對(duì)這一問題進(jìn)行詳細(xì)地分析探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)電設(shè)計(jì)；節(jié)能；探討

中圖分類號(hào)：TD443+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0024-02

1 節(jié)能技術(shù)概述

對(duì)于一個(gè)企業(yè)來，能源消耗是重要的企業(yè)成本之一，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響作用是不容忽視的，因此降低能源消耗成為了大部分企業(yè)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問題，但是較低能源消耗與降低生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)之間不是等同關(guān)系，反而是降低消耗，即節(jié)省能源的前提條件是保證生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)保障生產(chǎn)安全，從而提高能源的利用率，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同樣對(duì)于煤礦企業(yè)來說，這一原則仍舊適用。

節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的煤礦企業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)將生產(chǎn)安全、技術(shù)含量、可操作性、節(jié)省能源、環(huán)保等問題進(jìn)行綜合性的考慮，在這一過程中還可以通過一定科學(xué)的計(jì)算來對(duì)電氣設(shè)備或者控制方式進(jìn)行選擇，從而降低能源的消耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，在這一過程中離不開設(shè)備生產(chǎn)廠家的協(xié)助，只有生產(chǎn)廠家積極的配合，才能夠研制出新型的節(jié)能設(shè)備，以供煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)使用。

2 科學(xué)的選擇供電系統(tǒng)和主變方案

2.1 保障電壓等級(jí)的科學(xué)性和合理性

有關(guān)的工作人員在對(duì)電壓等級(jí)進(jìn)行確定時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)輸送的容量以及輸送的距離進(jìn)行細(xì)致的考慮，同時(shí)在這之前還應(yīng)當(dāng)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以保證電壓選擇的準(zhǔn)確性。對(duì)電壓選擇的合理與否對(duì)今后電力消耗的情況影響是比較大的，一般來說，電壓等級(jí)選擇的越小，那么電路和變壓器上對(duì)電量的消耗就越小，而對(duì)于煤礦企業(yè)來說，礦井井下的電力系統(tǒng)一般使用的是660 V或者是1 140 V。

2.2 保證主變壓器選擇的合理性

根據(jù)“煤炭工業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范”。一般來說煤炭礦井中的主變壓器是兩臺(tái)，這樣做的目的是為了避免因一臺(tái)產(chǎn)生故障而對(duì)生產(chǎn)作業(yè)和生產(chǎn)安全帶來隱患。同時(shí)在選擇主變壓器時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)其在正常運(yùn)行時(shí)的電力損耗進(jìn)行試驗(yàn)，一般選擇電力消耗最少的使用，但是也必須對(duì)該設(shè)備購買的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。這主要是因?yàn)樽儔浩鞯氖褂脮r(shí)間比較長，應(yīng)當(dāng)盡可能降低在這一方面的電力損耗，而由此帶來的節(jié)能電量是十分可觀的。而對(duì)于變壓器來說，其主要的電力消耗主要包括兩方面，一方面是鐵損，另一方面是銅損，另外還包括了因無功功率引起的有功消耗的電量。因此在對(duì)主變壓器進(jìn)行選擇的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各種影響因素進(jìn)行綜合考慮，盡量避免由其帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 在生產(chǎn)用電過程中使用高低壓混合方式

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，由于其自然功率的因數(shù)較小，因此僅僅依靠提高繼電設(shè)備的自然功率因數(shù)還不能夠達(dá)到供電部門對(duì)其的要求，而為了解決這一問題，可以使用靜電電容器補(bǔ)償?shù)姆椒?，一般來說，其補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘康挠?jì)算公式為：

Q=P（tg？漬1-tg？漬2）

其中，Q為需裝設(shè)計(jì)電容器總?cè)萘浚琸Var；P為計(jì)算負(fù)荷有功功率，kW；tg？漬1、tg？漬2為補(bǔ)償前、后功率因數(shù)的正切值。

通過上面的計(jì)算公式可以知道無功補(bǔ)償使用高低壓混合的方式最為合理。而在對(duì)電容器進(jìn)行安裝的過程中應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于低壓靜電電容器應(yīng)當(dāng)在用電負(fù)荷處進(jìn)行安裝，只有這樣才能夠最大限度的降低配電設(shè)備的電容量，進(jìn)而使得送電線路截面減小，繼而降低電能源的損耗。通過無功率補(bǔ)償之后，由送電線路和變壓器減少的損耗的為：

ΔP=（1-cos2？漬1/cos2？漬2）×100%

由這一公式可以知道，當(dāng)cos？漬1升至0.95時(shí)，損耗降低為37.6%，由此可見設(shè)備自然功率因數(shù)的變化對(duì)損耗的降低具有十分顯著的效果。

2.4 電度表的安裝位置應(yīng)當(dāng)在主要用電負(fù)荷處

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，一般在其提升、通風(fēng)、壓風(fēng)等位置處，應(yīng)當(dāng)安裝電度表。而對(duì)于同步電機(jī)還應(yīng)當(dāng)安裝無功率電度表和功率因數(shù)表，這樣做的目的是為了對(duì)不同負(fù)載出的不同時(shí)間的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，為今后制定用電管理制度提供必要的參考依據(jù)。

3 變頻技術(shù)對(duì)節(jié)能問題的影響

為了更進(jìn)一步的降低能源損耗，節(jié)省電力消耗，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)這一技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這一技術(shù)在調(diào)節(jié)閥門、擋板節(jié)流等方面對(duì)降低電力損耗具有十分積極的意義，其具體的操作方法：可控硅功率變化器的使用保證了交流電動(dòng)機(jī)的電源，進(jìn)而可以對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，繼而使得交流變頻調(diào)速最終得以實(shí)現(xiàn)。

一般來說，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法主要有以下幾種，即轉(zhuǎn)差率的調(diào)節(jié)、磁極對(duì)數(shù)的調(diào)節(jié)以及供電頻率的調(diào)節(jié)等等，其中對(duì)于轉(zhuǎn)差率的調(diào)節(jié)和磁極對(duì)數(shù)的調(diào)節(jié)在實(shí)際的使用過程中存在一定的缺陷，例如當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)節(jié)是，低速情況下的轉(zhuǎn)差率較大，使得轉(zhuǎn)差的損耗也比較大，且效率比較低，實(shí)用性較差。而對(duì)供電頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，無論是高速還是低速，其轉(zhuǎn)差率都可以進(jìn)行一定的保持，這樣積極大的提高了效率，且調(diào)節(jié)功率的范圍也比較大，精確度較高，同時(shí)還可進(jìn)行無極調(diào)速，通過以上的分析可以得出，對(duì)供電頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)是對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最佳方法。接下來本文將對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)于現(xiàn)階段來說，煤炭企業(yè)的礦井通風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制方法一般是使用擋板，即風(fēng)門，也就是通常所說的節(jié)流加阻調(diào)節(jié)法，這種方法的使用對(duì)電能的消耗是比較大的，而如果使用變頻調(diào)速的方法就可以極大地降低電量損耗。

接下來用計(jì)算的方法對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于離心式的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與其轉(zhuǎn)速之間的比例關(guān)系是正比，而其軸功率與其轉(zhuǎn)速立方之間的比例關(guān)系也是正比，即：

Q2=Q1（n2/n1）

我們?cè)O(shè)定Q1的值為100%，那么n1也為100%，而當(dāng)Q2為70%時(shí)，n2也就為70%。因?yàn)镹2=N1（n2/n1）3，所以N2=34.3%N1。

另外，當(dāng)Q2的值為50%時(shí)，N2=13%N1。通過以上的計(jì)算結(jié)果可以說明轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的電能損耗，進(jìn)而提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 交流提升機(jī)中可控硅串級(jí)調(diào)速裝置的作用

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，礦井中的提升機(jī)使用的是交流繞線型的電動(dòng)機(jī)，一般對(duì)其轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法是串金屬電阻或者是對(duì)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這兩種方法的使用對(duì)電量的損耗是比較大的。這主要是因?yàn)樵谔嵘龣C(jī)運(yùn)行的過程中金屬電阻消耗了所有的轉(zhuǎn)差功率，導(dǎo)致提升機(jī)的工作效率極大地降低，電能的損耗增大，這種情況的出現(xiàn)不利于煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，因此應(yīng)當(dāng)煤炭企業(yè)應(yīng)當(dāng)加大對(duì)這一問題的研究，制定出合理的解決措施。經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，可控硅串級(jí)調(diào)速裝置的安裝代替的金屬電阻在提升機(jī)運(yùn)行中作用，并在工作過程中轉(zhuǎn)子回路中的轉(zhuǎn)差功率沒有被損耗，反而反饋到電網(wǎng)中，這樣以來極大的提高了工作的效率，不經(jīng)不會(huì)降低提升的工作效率反而提高了其工作的效率，并降低的電能的損耗，使得用電成本降低，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益得到了提高。

5 煤礦機(jī)電設(shè)備的選擇和運(yùn)行方式分析

5.1 有載調(diào)壓變壓器和高效節(jié)能變壓器的選擇

對(duì)于煤礦企業(yè)來說，有載調(diào)壓變壓器在運(yùn)行中的主要作用是為了保證供電的電壓，其中涉及到的煤礦機(jī)電設(shè)備有高壓大型的電動(dòng)機(jī)，尤其是鼠籠型電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)必須保證有足夠的電壓供應(yīng)，因此必須安裝有載調(diào)壓變壓器，而輸出電壓的大小一般會(huì)又負(fù)荷的大小決定，且輸出電壓也會(huì)在運(yùn)行過程中依據(jù)負(fù)荷的大小進(jìn)行一定的調(diào)整，進(jìn)而保障運(yùn)行的正常。

5.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

對(duì)于我國電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)來說，其中在對(duì)Y型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，所使用的標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)，且該系列的電動(dòng)機(jī)采用的是三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定的電壓為380 V，其功率范圍達(dá)到了0.55～90 kW，轉(zhuǎn)速分為四個(gè)等級(jí)，即3 000、1 500、10 000和750 r/min。同時(shí)Y型電動(dòng)機(jī)的外殼的防護(hù)為IP44型，使用了B級(jí)的絕緣結(jié)構(gòu)。另外該系列的電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行中具有較高的工作效率，其主要是因?yàn)閅系列的電動(dòng)機(jī)即使在負(fù)荷達(dá)到75%到100%，它的效率曲線表現(xiàn)也是比較平坦的，這就在一定程度上保證了電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的效率，降低了電能的損耗，提高了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 高效新型的水泵選擇

對(duì)于煤炭企業(yè)來說，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是十分重要的，而在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)以下幾個(gè)問題引起高度的重視。

第一，系統(tǒng)排水管路的選擇。對(duì)于煤炭企業(yè)來說，在對(duì)排水管路設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)管路資金投入和今后的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合的分析考慮，一般來說將流速設(shè)定在1.2～1.5 m/s比較合理，且其經(jīng)濟(jì)性也比較合理。

第二，當(dāng)排水系統(tǒng)處于正常的涌水量排水過程中，應(yīng)當(dāng)讓備用管道和工作管道同時(shí)進(jìn)行排水工作，以降低排水管道水流的速度，進(jìn)而境降低該管道的阻力損失，但是應(yīng)當(dāng)制定出該情況下的工況曲線，以進(jìn)一步確定水泵的工作狀態(tài)是否處于高效區(qū)。

5.4 照明設(shè)備的選擇

對(duì)于煤炭企業(yè)的照明設(shè)備的選擇是必不可少的，其在生產(chǎn)過程中是不可缺少的設(shè)備之一，而對(duì)于煤炭生產(chǎn)來說，一般在使用氣體放電燈，這主要是因?yàn)闅怏w放電燈的發(fā)光效率與普通的白熾燈相比較，前者要高出許多，因此在生產(chǎn)中使用氣體發(fā)光燈一方面可以降低電能的損耗，另一方面也可以降低運(yùn)行的成本。

6 結(jié) 語

綜上所述，對(duì)于我國來說是一個(gè)煤炭大國，煤炭企業(yè)的數(shù)量也是比較多的，其對(duì)電能的消耗量也是巨大的，因此加大對(duì)煤炭機(jī)電中節(jié)能問題的研究是十分必要的，而對(duì)于我國來說，這一方面的研究還不成熟，一些方面還存在一定的問題，對(duì)電能的損耗還比較大，與國外相比較還存在一定的差距，但是其發(fā)展的空間還是比較大的，因此應(yīng)當(dāng)加大對(duì)這一方面的研究，切實(shí)提高我國煤炭生產(chǎn)的節(jié)能技術(shù)，推動(dòng)我國煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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