港口皮带机传输系统节能技术研究

摘要：皮带机传输系统是煤炭、铁粉等散料运输港口输送系统的重要组成部分，同时也是港口企业能源消耗的主要部件。近年来，虽然其技术水平和节能效果不断提高，但依然无法从根本上解决皮带机传输系统工作效率低、能源浪费严重等问题。文章结合国内外电机发展现状，在皮带机系统节能减排和技术改进方面进行了讨论。

关键词：港口；皮带机传输系统；节能技术；散料运输；电动机能耗 文献标识码：A

中图分类号：TE08 文章编号：1009-2374（2015）18-0107-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.054

1 概述

随着皮带机取代人力搬运史的发展，皮带机便担负着港口煤炭传送的重要角色，极大程度上影响着企业的工作效益，但我国在皮带机的发展上还处于劣势地位。在21世纪人类社会高速发展的时代，人们在追求经济利益的同时也提出了社会效益，尤其APEC会议后，更是把环境、能源等问题提高到国家战略发展的高度，港口企业如何解决皮带机系统功效低、能源浪费严重等问题已迫在眉睫。因此在保证港口最大吞吐量的前提下，更要做好节能减排，皮带机传输系统节能技术的研究便显得尤为重要。

2 港口皮带机系统的组成和能源消耗

2.1 皮带机系统的构成

目前典型的港口皮带机系统大体由两大部分组成，包括监控系统和现场作业系统，集电气自动化、计算机控制、通讯技术等技术于一体，但其控制系统所消耗的低压电能远不及现场作业系统所消耗的高压电能。这些高压能耗主要来源于皮带机系统的驱动单元，港口皮带机系统的驱动单元一般采用异步电动机，其价格便宜、运行可靠，得到广泛应用，但是其调速差、动率因数低、启动电流大等问题造成了电能的大量损耗，因此想要解决皮带机系统能耗过大的问题，其根本在于解决电动机的能耗浪费问题。

2.2 电动机能耗的现状

相关数据显示，电动机是用电量最大的终端用能设备，目前我国电机每年总耗电量约3万亿千瓦时，电机耗电占全社会用电总量的64%、工业用电的75%。统计显示，我国电机系统（电机与拖动设备）运行效率比国外低10%～20%。据估算，我国电机效率每提高1%，每年可节约用电量260多亿千瓦时；假设我国电机效率提升了5%～8%，则每年节约的电量相当于2～3个三峡电站的发电量。我国推出的《节能中长期规划》，已经将电机节能列入重点工程，这一举措对皮带机传输系统节能技术的深入研究起到了很大的促进作用。

3 皮带机效率低的原因

由以上数据可知，皮带机系统的主要能耗部件为电动机，因此造成港口皮带机系统效率低下的主要原因是电动机效率低下。根据电机学原理，异步电动机在没有变频调节下进行启动，转矩特性与负荷特性会造成“小马拉大车”或者“大马拉小车”的现象。在港口建设初期，根据设计的年吞吐量选定电机的额定功率，一般按照皮带机所能承受的最大运输量来计算，但是考虑到皮带沿线长、阻力大，因此至少需要考虑20%的功率富余量。当生产运营时遇到空载或轻载情况时，便会出现严重的能耗浪费。当生产运营时遇到重载或超载现象时，便会使得负荷大于转矩，电机难以启动，甚至造成电流过大烧毁电机现象，然而当皮带机运转稳定后，又会使得负荷功率低于电机功率，进入轻载状态，再一次造成电能浪费，并且受现场各大机作业影响，出现负载变化不均，都会导致电能浪费的现象。此外，电动机的功率因数降低不仅影响自身效率，同时会吸收电网的无功功率，增加了供电线路不必要的损耗。

4 港口皮带机系统节能技术研究

4.1 震动给料器及流量控制器

在煤炭运输港口，对于皮带机系统，会经常遇到煤炭在皮带沿线上分布不均匀的情况，这会造成运输过程负载大小的不断变化，进而也会造成驱动单元能耗的增加。因此如果能提高煤炭在皮带上分布的连续性和均匀性，则会降低电能的消耗。目前，港口翻车机房通常使用的振动给料器正是确保通过翻车机房的煤炭能够均匀的落到皮带上。但是在取料机上还缺乏此类设备，同时如果能在皮带沿线上使用类似的自动控制技术，通过系统的实时监测，对作业现场的情况不断调整，准确地控制煤炭翻卸量或取料量，使翻车系统到装船系统达到闭环控制，将会明显提升整个系统的稳定性，同时还有效地降低了皮带机传输系统的耗电量。

4.2 改变电动机连接方式

异步电动机的绕组有三角形和星型两种连接方式。根据电机学原理，VΔφ=VL，VYφ=VL/。式中：VL为线电压，VΔφ与VYφ分别为△接线定子绕组上的相电压与Y接线定子绕组上的相电压。电动机所需要的无功功率Q=QJC+QLC，其中漏磁功率QLC与用电设备的负荷电流成正比，故当负荷不变时两种接法下电动机的负荷电流大小相同，则QΔLC=QYLC；而励磁无功功率QJC与定子绕组上的相电压的平方成正比，则有QYJC/QΔJC=（VΔφ/）2/VΔφ2=1/3，即“Y”接法的电动机所需的励磁无功功率仅是“△”接法的1/3，并且随着电动机负载率的减小，差别越来越大。近年来，天津港和连云港在港口设备技术改造中率先通过增加XSZ系列节电器对电动机进行△-Y反复变换，实现了节能的效果。但是，经过这一技术改造后，实际生产中皮带机系统节能能力有限，并且频繁变换电机接线方式对电机本身的性能和寿命造成了不利影响。

4.3 增减电机运行技术

近年来，在皮带机系统节能技术改造中，增减电机运行技术也日益成熟，成为一种新技术被推广使用。这项技术适用在多台电机作为驱动装置的系统中，其核心原理就是根据皮带机所承载负荷的变化准确实时地自动投入或切除驱动电动机的个数。现在的煤炭港口皮带机的驱动系统都由几台电机组成，所以这种技术特别适用于额定功率较大的煤炭运输港口的皮带机系统。煤炭港口的皮带机传输系统作业时，皮带机小负荷甚至空载运行的情况经常发生，轻载和空载时，多台电机共同驱动，各电机都处于低效率运行状态。采用“增减电机技术”根据负荷的变化实时改变运行电机的数量，使电动机输出功率与负载匹配最优化，可以有效避免这一情况的发生。“增减电机技术”的研究重点在于投入或切除电机的检测方法。电机电流检测和位置检测是港口技术工作人员较为青睐也比较成熟的检测方法。根据电机学原理，异步电机工作电流正比于负载转矩。据此，通过检测电机电流可以间接地检测出皮带机实际的负荷大小，将检测电流数据与电机额定电流数据进行对比，制定电流数据表，并划分区间，不同区间采用最优的电机数量。位置检测是指在堆场中根据堆、取料机的行走位置编码器确定堆取料机位于堆场的位置来确定皮带机系统工作长度，当堆、取料机位置靠近BH或BJ皮带沿线时，尾车所连接的皮带沿线到转接塔的距离较近，煤炭在皮带机上所形成的负荷相对较小，驱动系统可不必满功率运行，因此可以适当减少堆、取料机上驱动单元的运行数量，反之，当堆、取料机远离BH或BJ皮带沿线时，则可以适当增加驱动单元的运行的数量。尤其当取料作业开始启动或即将结束时，皮带机系统大多数处在空载或轻载运行，适当增减电机运行个数，便可以达到节能减排的目的。此方法通过手动操作或自动控制技术均可实现。

5 结语

当今社会，伴随着科技与经济的飞速发展，环境与能源问题也随之而来，保护环境、节约能源势在必行。“节能降耗”已成为全球的战略目标，尤其港口这种大型耗能企业更是国家节能减排的重要战略组成部分，是国家的要求，也是建设环境友好型港口，促进港口绿色发展的必然选择。文章在确保皮带机稳定运行的基础上，通过对设备与操作技术进行改良，进而改善港口皮带机系统的能源浪费现象，在一定程度上起到了节能减排的效果，同时也促进了企业自我创新，最终达到了提高企业效益的目的。

参考文献

[1] 杜强生，刘志安，韩家宁.皮带机减少电机运行的节能措施[J].港口科技，2009，（3）.

[2] 张同戌，张德文，谢文宁.港口带式输送机节能改造的技术措施[J].水运科学研究，2008，（1）.

[3] 邓之鹤.带式输送机的软起动技术研究[D].电子科技大学，2008.

作者简介：王越（1988-），男，河北秦皇岛人，供职于秦皇岛港务集团第七港务公司。

（责任编辑：蒋建华）