李瀚瑞

（王村煤業(yè)公司，山西大同 037003）

0 前言

目前，煤礦開采作業(yè)過程中，綜合機(jī)械化工藝的應(yīng)用非常廣泛，而刮板輸送設(shè)備又是綜合機(jī)械化開采過程中極為關(guān)鍵的運(yùn)輸設(shè)備。在刮板輸送設(shè)備的電動機(jī)選型過程中，因?yàn)榭紤]了電動機(jī)會受到特殊的載荷作用，所以，電動機(jī)正常運(yùn)行情況下會有著相對大裕量，而且很長一段時間內(nèi)均處于輕載或者空載工況下運(yùn)行，有時候即便是滿載運(yùn)行，電動機(jī)的負(fù)載率也只有60%左右，而且功率因數(shù)還不足0.8，導(dǎo)致大量的電能資源被浪費(fèi)掉，而且也使得電動機(jī)的磨損變得較為嚴(yán)重。要想保證刮板輸送設(shè)備能夠達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)確保其運(yùn)行過程中具體運(yùn)行速率應(yīng)當(dāng)能夠依照載荷的不同而適時進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1 刮板輸送機(jī)節(jié)能技術(shù)途徑

確保刮板輸送設(shè)備能夠穩(wěn)定、安全運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，為了能夠達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，在刮板輸送機(jī)設(shè)備中配套安裝上變頻器裝置，根據(jù)不同的負(fù)載情況，通過在線的變頻調(diào)劑，提升電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)節(jié)能的目標(biāo)。

1.1 提高電動機(jī)效率

（1）電動機(jī)效率分析。目前所使用的刮板輸送設(shè)備之中電動機(jī)為鼠籠式三相異步電機(jī)，在電動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)不同的損耗問題，其主要包含有鐵損、機(jī)械損耗、銅耗以及雜散損耗等等[1]。由于各種損耗的出現(xiàn)，使得電動機(jī)無法把輸入電能完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而輸出。

（2）實(shí)際工況分析。由于刮板輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，很長一段時間內(nèi)是處于輕載以及空載的工況之下運(yùn)轉(zhuǎn)，有時即便是處在滿載工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)負(fù)載率也只能達(dá)到60%左右，導(dǎo)致電機(jī)較長時間不在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間運(yùn)行，使得電機(jī)的運(yùn)行效率偏低[2]。因?yàn)楣伟遢斔徒釉O(shè)備實(shí)際載荷情況會受到采煤機(jī)設(shè)備掘進(jìn)速率、掘進(jìn)方向以及位置等多種因素影響，若是電機(jī)處在非經(jīng)濟(jì)區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，會使得電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時出現(xiàn)較多的能源浪費(fèi)問題。

（3）節(jié)能技術(shù)分析。在刮板輸送設(shè)備之中配套安裝上變頻裝置之后，便能夠確保電動機(jī)可以按照不同的負(fù)載情況而實(shí)時進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。若是刮板輸送設(shè)備處在輕載以及空載運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，便能夠適當(dāng)減小電動機(jī)轉(zhuǎn)速值，以減小刮板輸送設(shè)備的運(yùn)行速率，確保輸送機(jī)設(shè)備單位長度內(nèi)載荷數(shù)量有所增加，從而有效提升了電動機(jī)負(fù)載率，確保電動機(jī)能夠維持在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。若是刮板輸送機(jī)設(shè)備處在滿載或者是處在超載情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，便通過變頻調(diào)節(jié)增加電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率，使得刮板輸送機(jī)設(shè)備的輸送速率得以提升，輸送機(jī)設(shè)備單位長度內(nèi)載荷數(shù)量有所減少，從而適當(dāng)降低電動機(jī)負(fù)載率，保證電動機(jī)能夠一直在效率最高位置運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

1.2 提高機(jī)械效率

（1）刮板輸送機(jī)設(shè)備的機(jī)械效率分析。在輸送機(jī)設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，鏈條部位、刮板部位以及中部槽部位等均會產(chǎn)生一定摩擦，在彎曲段也存在一定的運(yùn)行阻力，正是由于各種損耗的存在，使得輸送機(jī)設(shè)備在空載時所消耗的功率大約為裝載功率30%左右。而這一功耗屬于無用功耗，若是能夠有效地降低無用功耗值，便能夠進(jìn)一步提升刮板輸送機(jī)設(shè)備的機(jī)械效率。

（2）節(jié)能技術(shù)分析。鏈條部位、刮板部位以及中部槽部位等摩擦阻力值和設(shè)備自身的機(jī)械性質(zhì)存在直接聯(lián)系，若是外部的環(huán)境條件保持不變，則無功功耗同樣也是恒定的。當(dāng)刮板輸送機(jī)設(shè)備處在滿載情況下，此時，其所擁有的機(jī)械效率達(dá)到最大，而在刮板輸送機(jī)處在空載情況下時，其所擁有的機(jī)械效率最小，刮板輸送機(jī)設(shè)備的機(jī)械效率和有效載荷量存在密切聯(lián)系，有效載荷增加，則輸送機(jī)設(shè)備的機(jī)械效率也會增加，通過利用變頻器裝置，實(shí)現(xiàn)對刮板輸送機(jī)的實(shí)時調(diào)速控制，確保能夠達(dá)到運(yùn)輸要求情況下，保證不出現(xiàn)超載以及欠載問題，當(dāng)處在輕載以及空載情況下，采取減小鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)速率的方式，降低克服摩擦所做的無用功耗，便能夠取得良好的節(jié)能效果[4]。

（3）降耗技術(shù)分析。若是輸送機(jī)設(shè)備在空載或者輕載狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)，采取減少鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)速率的方法，可以確保煤炭運(yùn)輸作業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，另外，由于減少了輸送機(jī)設(shè)備的磨損，能夠顯著地增加各個部件使用壽命，從而取得良好的降耗效果。

2 實(shí)際應(yīng)用情況分析

（1）工作面概況。西山煤電公司東曲煤礦的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是400萬t∕a，目前主要開采工作面為14309工作面，工作面的東北位置是井田邊界線，西北位置是已經(jīng)完成開采的14307工作面，西南位置設(shè)置有大巷保護(hù)煤柱，東南位置是下一步開采的14311工作面。14309工作面的傾角值為1°至4°之間，工作面的傾向長度值為210 m，平均開采高度值為2.8 m。工作面基本頂結(jié)構(gòu)為砂巖結(jié)構(gòu)，基本頂?shù)暮穸戎禐?.8 m。直接頂結(jié)構(gòu)屬于砂質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)，直接頂?shù)暮穸戎禐?.4 m。直接底結(jié)構(gòu)屬于砂質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu)，直接底的厚度值為3.6 m。

（2）工作面開采作業(yè)采用型號為AGZ-800型號刮板輸送機(jī)設(shè)備，該輸送機(jī)設(shè)備的運(yùn)輸量設(shè)計(jì)值為1 500 t∕h，總的裝機(jī)功率為2×400 kW，鏈條運(yùn)行速率為1.2 m∕s。

（3）刮板輸送機(jī)設(shè)備配套變頻器控制概況。14309工作面在掘進(jìn)過程中，對于刮板輸送機(jī)的控制是采用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻裝置實(shí)時地對電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率加以調(diào)節(jié)，分別拖動機(jī)頭位置與機(jī)尾位置的電動機(jī)運(yùn)行。煤礦刮板輸送機(jī)設(shè)備變頻器控制原理示意圖如圖1所示[5]。

圖1 煤礦刮板輸送機(jī)設(shè)備變頻器控制原理示意圖

在所設(shè)計(jì)的配套變頻器控制系統(tǒng)之中，變頻器采用工頻以及變頻雙回路設(shè)計(jì)，而且不同的回路之間是獨(dú)立運(yùn)行的。設(shè)計(jì)變頻回路主要是應(yīng)用在刮板輸送機(jī)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中，能夠?qū)崟r地對刮板輸送機(jī)運(yùn)行速率加以調(diào)節(jié)，達(dá)到平衡電動機(jī)功率的目的。而設(shè)計(jì)工頻回路主要是應(yīng)用在刮板輸送機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、點(diǎn)車以及應(yīng)急過程之中[6]。在工頻回路以及變頻回路里，均設(shè)置有非常完善的保護(hù)裝置，而且不同的回路之間能夠非?？焖倥c便捷地切換，和電抗器裝置一起應(yīng)用，對刮板輸送機(jī)設(shè)備的機(jī)頭電機(jī)以及機(jī)尾電機(jī)進(jìn)行實(shí)時在線調(diào)節(jié)。

在所配備的變頻器裝置之上，再串接型號為DBB-600的隔爆電度表箱，該裝置的主要作用是對變頻器的實(shí)時電流情況、功率因素大小以及累計(jì)電量值加以在線測量，從而分析刮板輸送設(shè)備在采用變頻器裝置調(diào)控之后所取得的具體節(jié)能效果。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)于2017年4月正式在東曲煤礦刮板輸送機(jī)設(shè)備中投入運(yùn)行，在經(jīng)過了長期的運(yùn)行實(shí)踐之后得出，變頻器控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，而且取得了良好的節(jié)能、降耗效果[7]。

圖2 負(fù)載與輸出頻率曲線

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 在線變頻調(diào)速與負(fù)載關(guān)系數(shù)據(jù)分析

依照電度表箱所收集的電流數(shù)據(jù)、輸出頻率數(shù)據(jù)以及采煤機(jī)的具體位置(處于機(jī)頭位置的支架設(shè)為1號支架，處于機(jī)尾位置的支架設(shè)為136號支架，采煤機(jī)設(shè)備從機(jī)頭位置向著機(jī)尾位置不斷行走過程中，支架編號連續(xù)增大，而輸送機(jī)之上的負(fù)載也隨之增加)，繪制變頻調(diào)速控制條件下輸送機(jī)運(yùn)行負(fù)載和電流、頻率的變化趨勢，具體如圖2所示。從圖2能夠得出，變頻器輸出的功率以及電流會在負(fù)載不斷增加的情況下，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，利用變頻器調(diào)控方法能夠依照輸送機(jī)上的負(fù)載情況自動地完成頻率調(diào)節(jié)，確保電動機(jī)效率進(jìn)一步提升，也顯著降低了輸送機(jī)設(shè)備處于空載以及輕載條件下機(jī)械磨損問題[8]。

3.2 噸煤耗電量數(shù)據(jù)分析

將變頻控制系統(tǒng)分別調(diào)整至工頻狀態(tài)下以及變頻狀態(tài)下運(yùn)行，每一種控制狀態(tài)下運(yùn)行10d時間，并記錄在此期間的日采煤數(shù)量、噸煤耗電數(shù)量。得出在各個設(shè)備運(yùn)行正常的基礎(chǔ)上，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)方法，輸送機(jī)設(shè)備的平均噸煤耗電數(shù)量為0.55 kWh∕t；而應(yīng)用工頻調(diào)節(jié)方法，輸送機(jī)設(shè)備的平均噸煤耗電數(shù)量為0.67 kWh∕t，節(jié)電率達(dá)到了17.9%。

4 結(jié)語

在變頻器裝置應(yīng)用于東曲煤礦之后，刮板輸送機(jī)設(shè)備能夠按照不同的負(fù)載情況而實(shí)時地調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，確保電機(jī)效率得以進(jìn)一步提升，達(dá)到了節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)，經(jīng)過實(shí)測得出其噸煤節(jié)電量可達(dá)17.9%左右。而且能夠輸出兩倍額定轉(zhuǎn)矩，這樣便可以確保刮板輸送機(jī)設(shè)備能夠在滿載情況下順利啟動。還能夠進(jìn)一步平衡不同電機(jī)之間的功率，顯著減少各個部件的機(jī)械損耗，擁有極大的推廣應(yīng)用價值。