火电厂输煤胶带机部件选型裕度的分析

2012-10-19刘天军王立波

综合智慧能源 2012年12期

刘天军，王立波

(华电重工股份有限公司，北京 100077)

0 引言

火力发电厂输煤胶带机的设计及部件选型已经非常成熟。随着新建火力发电厂规模的不断扩大，胶带机运量等参数不断提高，总结近10年来我国不同地域多个电厂胶带机的运行情况，发现在胶带机的设计过程中，部件选型安全裕度过大也会导致设备损坏。胶带机作为输煤系统的核心设备，其组成部件的能力与胶带机的总体参数相匹配才是安全、经济、合理的。本文针对胶带机驱动功率和胶带规格2个主要环节进行分析。

1 主驱动电动机功率的裕度分析

1.1 减速器高速轴断裂

近年来，输煤系统胶带机减速器高速轴断轴事故逐渐增多，除使用单位超载运行、减速器选型偏小等原因之外，设计选型过程中驱动电动机功率过大也是导致减速器高速轴断裂的主要原因之一。

1.2 电动机选型裕度过大的影响

随着我国火电厂数量的不断增加，因煤堆比重、超载运行等原因，输煤胶带机电动机功率偏小、减速器发热等方面的案例不断增多。所以，不少使用单位、建设单位根据运行过程中的电流和减速器温度检测数据，要求设计单位增大电动机功率。但电动机功率过大，会对胶带机其余部件产生一系列影响。

1.2.1 胶带机启动冲击力过大

由于胶带机的惯性质量是一定的，根据牛顿第二定律可知，电动机的功率裕度过大，会导致电动机在启动过程中对胶带输出的圆周力过大，直接反应就是胶带机的启动加速度过大。在满载启动的情况下，会对减速器、滚筒、滚筒支架、拉紧单元以及胶带等产生过大的启动惯性冲击力。

1.2.2 限矩型耦合器规格偏大

限矩型耦合器的规格通常根据电动机的功率和转速等参数来确定，若电动机功率过大，可能会导致耦合器规格加大。规格加大后耦合器质量会增加，更重要的是耦合器充液量不匹配，也会导致减速器高速轴的径向荷载大比例增加。

1.2.3 制动器规格偏大

火电厂胶带机制动器多采用高速轴液压推杆制动器，制动器规格的确定需要参考耦合器标准制动轮直径。因耦合器规格偏大，可能导致制动轮和制动器规格偏大。制动器制动能力偏大，会直接导致胶带机在停车(尤其是满载情况下紧急停车)过程中对尾部滚筒及支架、拉紧单元、头部滚筒及支架、减速器等部件产生过大的冲击。

1.2.4 部件能力的匹配性分析

胶带机各组成部件应根据胶带机的主参数及计算结果进行合理的匹配。提高个别部件的规格，其余部件则相对薄弱。减速器高速轴处于高速旋转、受径向疲劳荷载较大、直径最小等诸多不利的运行条件下，因此破断的几率最高。如果提高减速器的规格，滚筒、滚筒支架及基础、拉紧单元、胶带接头等环节将成为相对薄弱的环节，增加了设备的投资和运营成本。

1.3 电动机功率裕度选择建议

综合我国多个已投产电厂(西南、东北以及西北等地区)的输煤胶带机实测运行数据，对电动机相关参数的选择提出了如下建议，供设计单位参考。

1.3.1 模拟摩擦因数f的取值

栈桥(廊道)内的输煤胶带机模拟摩擦因数可取0.023，北方堆场内露天胶带机的模拟摩擦因数可取 0.025。

1.3.2 驱动单元的机械效率

式中:η1为低速联轴器效率，0.98;η2为减速器效率，0.96;η3为限矩型耦合器效率，0.96;η4为多驱动不平衡系数，单驱动取 1.00，多驱动取 0.96。

因此，电厂输煤胶带机驱动单元效率为0.87～0.90。

1.3.3 功率裕度

根据上述参数得到电动机的计算功率后，在留有适当余量的情况下，向上选择最近的功率档确定电动机功率即可，不必再向上调档。

2 胶带选型的裕度分析

2.1 胶带使用寿命分析

在正常情况下，多层胶带的使用寿命不应低于5年。但在胶带速度较高、胶带机长度较短、滚筒直径偏小、胶带张力偏大、运行维护不到位等诸多因素的影响下，胶带的寿命会大大缩短，导致胶带出现分层、接头断裂、胶带层无规律横向断裂等现象，在选型不够准确的情况下会加剧胶带的损伤。

2.2 胶带选型的裕度分析

输煤胶带机多采用聚酯(尼龙或帆布)胶带，标准规定胶带的安全系数为10～12，使用条件恶劣及要求特别安全时应大于12。但安全系数过大可能导致胶带疲劳寿命降低。

胶带是由上下盖胶和多层聚酯(尼龙或帆布)相互叠加在一起来承担拉力，完成物料的输送。胶带机在运转过程中，当胶带通过滚筒时，由于胶带内部各层的弯曲半径不相同，造成外层胶带承受额外的拉力，内层胶带承受额外的压力。胶带经过滚筒后恢复平直状态，内部各层之间的受力恢复均衡。胶带每缠绕一个滚筒，就承受一次附加的弯折作用力。每台胶带机包括头部滚筒、尾部滚筒、拉紧滚筒、头尾增面滚筒以及拉紧改向滚筒等多个滚筒，因此，胶带在频繁的弯折作用力下，疲劳寿命随着胶带强度的增加、层数的增多而降低，尤其是难燃胶带、含防撕裂网等刚度较大的胶带更为明显。