带式输送机额定出力计算研究

刘国瑞，邵文杰

(上海电气电站工程公司，上海 201612)

带式输送机是现代最重要的散状物料输送设备，被广泛应用于电力、冶金、矿山和港口等领域。在燃煤电厂中，带式输送机系应用最为广泛的动力煤输送设备。带式输送机系统的设计、制造、安装等都影响着燃煤电厂运煤系统的稳定运行，其中，带式输送机系统的设计又起着决定性的作用。带式输送机的设计主要包括：额定出力计算；头尾部标高、最大倾角的确定；带宽、带速与出力的关系匹配；功率计算；受力计算；几何计算等。其中额定出力的计算至关重要，决定着带式输送机设备参数的选择。本文着重对通用固定带式输送机额定出力的计算进行一些探讨。

1 不同标准中带式输送机额定出力的计算方法

有关带式输送机额定出力、功率、受力计算的标准有：电力行业标准《火力发电厂运煤设计技术规定》(DLGJ1－93，已作废)、《火力发电厂运煤设计技术规程第1部分：运煤系统》(DL/T 5187.1－2016)；国家标准《连续搬运设备 带承载托辊的带式输送机 运行功率和张力的计算》(GB/T17119－1997)、《带式输送机工程设计规范》(GB50431－2008) ；国际标准《连续搬运设备—带承载托辊的带式输送机—运行功率和张力的计算》(ISO5048－1989)；其他的国内外标准和资料有德国标准《连续输送机.松散物料用皮带输送机.计算和参数选定的根据》(DIN22101－2002)、美国输送设备制造商协会(CEMA)编写的《散状物料带式输送机(第二版)》、我国的《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册(第二版)》等。

1.1 电力行业标准

根据《火力发电厂运煤设计技术规定》(DLGJ1－93)，带式输送机的额定运输量可按下式计算：

式中：Q为带式输送机的额定运输量(t/h)；K为断面系数；B为带宽(m)；V为带速(m/s)；γ为煤的散状密度(t/m3)。

根据《火力发电厂运煤设计技术规程第1部分：运煤系统》(DL/T 5187.1－2016)，带式输送机的最大输送能力的简易计算可按式(2)计算：

式中：Q为带式输送机的最大输送能力(t/h)；K为断面系数；B为带宽(m)；v为带速(m/s)；ρ为物料的松散密度(t/m3)。

1.2 国家标准及国际标准

国家标准《连续搬运设备 带承载托辊的带式输送机 运行功率和张力的计算》(GB/T17119－1997)与国际标准《连续搬运设备－带承载托辊的带式输送机－运行功率和张力的计算》(ISO5048 －1989)对于带式输送机最大出力、功率、受力等的计算相同，GB /T17119－ 1997等同采用 ISO5048 － 1989。因此，后文仅将国际标准与其他标准作比较。

国际标准对带式输送机的最大输送能力计算公式如下：

当在输送带的倾斜段加料时，确定输送机的倾斜系数k要计入截面S1减小的因素。k计算如下：

式中：Q为带式输送机最大输送能力(t/h)；S为输送带上物料最大横截面面积(m2)；v为带速(m/s)；k为输送机的倾斜系数；ρ为物料的松散密度(t/m3)；S1为输送带上部物料最大横截面面积(m2)；S2为输送带下部物料最大横截面面积(m2)；13中间辊长度(三辊槽形)(m)；b为输送带的可用宽度(m)；B为带宽(m)；λ为槽形托辊侧辊轴线与水平线间的夹角(º)；θ为被输送物料的运行堆积角(º)；k1为截面S1的减小系数；δ为输送机在运行方向上的倾斜角(º)。

当δ等于θ时，上部截面面积S1不存在，只有下部截面面积S2在起作用。

但 是，GB/T17119－1997与ISO5048－1989均未对带式输送机额定出力的计算给出详细说明。

1.3 德国标准

德国标准《连续输送机.松散物料用皮带输送机.计算和参数选定的根据》(DIN22101－2002)对带式输送机的最大出力(标准中称为“理论输送量”)及额定出力均作了说明。德标中带式输送机的理论输送量计算如下：

式中：Qth为带式输送机的理论输送量(t/h)；Ath为理论装料断面的面积(m2)；V为带速(m/s)；ρ为物料的松散密度(t/m3)。

A1,th为理论装料断面中水平部分以上三角形部分的面积(m2)；A2,th为当β=0º时的理论装料断面的面积(水平断面面积)(m2)；

式中：lM为三托辊布置时中间托辊壳体长度(m)；b为可利用的带宽(m)；λ为上分支或下分支输送带的槽角(º)；β为计算部分断面积A1,th用的等效堆积角 (º)；可利用的带宽b取决于带式输送机带宽B：

额定出力用如下公式计算：

φ为有效装料系数；

式中：φBetr为相对于输送机生产条件的装满系数；φSt为倾斜输送时对于理论总断面积Ath的装满系数的缩减系数；φBetr取决于输送物料的特性、块度、最大边长、堆积角βdyn(标志实际动态堆积特性)、带式输送机的运行条件、加料均匀性、输送带的直线性、输送能力的储备。当加料均匀和输送带直线运行时，水平直线输送机的理论装料断面可以被充分利用，即φ=φBetr=1。φSt由A1,th决定：

当输送机对中良好并均匀加载块度小的物料时，可将δmax≤βdyn代入式中：

式中 ：δmax为输送机的最大倾角 (º)；βdyn为被输送物料的实际动堆积角(º)。

在应用公式(19)、(20)时，应注意倾斜输送时的倾角最大只能等同于βdyn，且此时仅断面积A2,th用于输送物料。

DIN22101－2002中对φSt给出了详细的计算公式，但对φBetr仅给出了其影响因素和取值范围(0.7～1.1)，并未给出φBetr的计算公式和取值方法。

1.4 美国标准

美国输送设备制造商协会(CEMA)编写的《散状物料带式输送机(第二版)》中对带式输送机额定出力的计算时忽略倾斜角的影响。CEMA中带式输送机额定出力计算如下：

式中：Qm为额定出力(t/h)；At为总横断面积(in2)；As为动堆积面积(in2)；Ab为梯形面积(in2)；V为带速(in/s)；ρ为物料的松散密度 (t/in3)；b为带宽 (in)；α为动堆积角 (º)；β为托辊组槽角(º)；

学生成绩考核评价是教学过程的一个重要环节。课程考核要以过程性考核为主，重在考查学生在工作任务中表现出来的能力。教师要面向学生对课程主要项目开展实际操作、口头描述等形式，增加对学生完成项目的过程和结果的评价。过程性考核在总成绩中所占比例为70%。过程性考核包括学生完成项目的结果和质量、出勤情况以及在完成项目中体现出来的职业道德、思想品德水平、团队协作精神。

1.5 我国的《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册(第二版)》

DTⅡ(A)与GB/T17119－1997计算公式相同，但仅说明系“输送能力”，ISO5048－1989及GB/T17119－1997均明确此公式系带式输送机的最大输送能力。建议在DTⅡ(A)的今后修编中遵从GB/T17119－1997的写法，注明是“最大输送能力”。

《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册(第二版)》中明确关于带式输送机输送能力的计算，系执行国家标准《连续搬运设备 带承载托辊的带式输送机 运行功率和张力的计算》(GB/T17119－1997)。同时，在DTⅡ(A)中也非常客观的指出，“…值得注意的是，由于缺乏准确的物料特性—特别是不同带速下的运行堆积角等相关资料，使得精确计算输送能力几乎不可能…因而该标准提供的计算方法，其精度是有限的…”，这些说明是在GB/T17119－1997中未予提及的。

为了最大程度体现工具书的特点，《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册(第二版)》中为避免对输送带上最大截面积S的复杂公式计算，根据国际标准《松散物料连续搬运设备槽形带式输送机(携带式输送机除外) 托辊》(ISO1537－1975)中的中间辊长度(三辊槽形)计算并列表了在不同托辊槽角λ和运行堆积角θ下的输送带上的最大截面积S，以便查阅。《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册(第二版)》中表2－3，系在运行堆积角θ为20°、托辊槽角λ为35°、带式输送机倾斜角为0°情况下计算得到的带速v、带宽B与最大输送能力Q(m3/h)的关系。

2 各标准的比较

无论是行业标准、国际标准、德国标准或美国CEMA标准等，都是按输送带上物料横截面面积来计算带式输送机输送能力。以下对几种标准的计算方法作比较。

2.1 行业标准、DTⅡ(A)型带式输送机设计手册与国际标准的比较

从公式(7)、(8)可见，可利用的带宽b是带宽B的函数，在固定的λ、θ值条件下， 输送带上物料最大横截面面积S也是带宽B的函数，S=F(B2)。为了避免国际标准中对横截面面积的复杂计算，或像《DTⅡ(A)型带式输送机设计手册》中那样针对不同的λ、θ、B开列繁杂的最大截面积数值的表格，在行业标准DL/T5187.1 － 2016 中，在固定的λ(35º)、θ(20º)下，对这个F(B2)折算并圆整成了断面系数K，以方便计算。也正基于此，DL/T 5187.1－2016对原技规DLGJ1－93中的该公式作了保留。但要注意的是，这里的断面系数K与国际标准中的输送机倾斜系数k是完全不同的，行业标准中的最大输送能力计算公式(2)是未考虑带式输送机斜升布置的影响的，这在老版本的《火力发电厂运煤设计技术规定》(DLGJ1－93)的“条文说明”中有明确的叙述。

2.2 行业标准、国际标准、德国标准、美国标准的计算结果比较

根据以上各标准公式，我们对各公式计算出的带式输送机额定出力做散点图比较见图1。为便于比较，λ统一取为35º，运行堆积角θ统一取为20º，带速V统一取为2.5 m/s，带宽取B=1600 mm、1200 mm、800 mm三个档次，输送机倾角δ按2º～20º区间以每2º一个间隔取值。行业标准中，根据带式输送机倾斜角，取用GB/T17119－1997的倾斜系数k作为DL/T 5187.1－2016中有效装料系数的近似值，图中额定出力用Q_DL表示；国家标准及国际标准中采用公式(3)的计算结果作为额定运输量，l3系查阅《松散物料连续搬运设备 槽形带式输送机(携带式输送机除外) 托辊》(ISO1537－1975)所得，图中额定出力用Q_ISO表示；德国标准φSt根据公式(19)计算，因为无法根据不同的物料特性等来计算φBetr，所以将φBetr取值为0.7～1.1的中间值0.9，三托辊布置时中间托辊壳体长度lM系查阅《连续输送机.松散物料皮带输送机的支承辊.主要尺寸》(DIN 22107－1984)所得，图中额定出力用Q_DIN表示；CEMA标准中，取用B=60 in、48 in、30 in作为国标B=1600 mm、1200 mm、800 mm的对应带宽系列，取用V=492ft/ min作为国标V=2.5 m/s的对应带速，图中额定出力用Q_CEMA表示。

图1 各标准的计算结果比较

2.3 各标准的计算结果与实际运行出力的比较

笔者针对几个电厂的带式输送机设计额定出力与实际运行出力进行了调研。为了保证数据的准确可靠，着重调研了安装有皮带秤的入厂煤计量带式输送机及入炉煤计量带式输送机。并采用以上标准对上述几个电厂的带式输送机额定出力分别计算，并与实际运行出力进行比较，见表1、表2。计算中采用的λ、θ等参数依据与图1中一致。

表1 入厂煤计量带式输送机的实际计量出力与计算出力的比较

表2 入炉煤计量带式输送机的实际计量出力与计算出力的比较

3 结论

从图1中可得出如下结论：

(2)在带宽较小(B＜1200 mm)且倾角δ＜16°时，各标准的额定输送能力基本相当。

(3)带宽较大(B≥1200 mm)时，各标准在各种倾角下的额定输送能力有所差异；且带宽越大，计算结果差异越大。

(4)四种标准中，行业标准与国际标准在各种带宽、倾角下计算结果均非常接近，可见行业标准中的简易计算公式取得了较满意的结果。

(5)美国标准因为计算时忽略倾斜角的影响，所以倾角对计算结果无影响，在固定带宽下的计算结果是一条水平直线；德国标准的计算结果受倾角的影响最大，计算结果拟合曲线的斜率最大；行业标准与国际标准的计算结果受倾角的影响居中。

(6)尽管德标考虑了φBetr、φSt，在四种标准中计入的物料横截面面积减小因素最多，但是，德标的计算结果并不总是最小的，当带宽B=1600 mm、倾角δ＜16°时，德标计算结果甚至大于其余三种标准。从表1、2中可得出如下结论：

(7)排除带式输送机计量的出力受上游给料设备出力的影响，仍然可见各标准的计算结果均与计量设备实测的值有一定差距。由于缺乏准确的物料特性等资料，以及每条带式输送机的制造水平、安装条件不同，使得精确计算输送能力几乎不可能。

(8)各标准的计算结果普遍比计量设备实测的值要大，建议实际工程设计中，对带式输送机额定出力的计算还是应当考虑倾斜系数，条件许可的情况下还可再根据输送物料的特性、带式输送机的运行条件等因素考虑相对于输送机生产条件的装满系数。

(9)各标准的计算结果与带宽、输送机倾角的相关关系与图1得出的结论一致。

参考文献:

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