煤矿皮带机变频器节能的探讨

2020-02-17张彪

机械管理开发 2020年3期

张彪

（山西西山晋兴能源有限公司斜沟煤矿，山西吕梁 033000）

引言

近年来，随着煤矿行业的不断发展，皮带机的应用越来越广泛。皮带机作为煤矿斜井运输的主要设备，它的运行效率一定程度上决定了煤矿的产量。皮带机在提高煤矿产量的同时，一系列问题也随之出现：传统的皮带机启动方式容易造成皮带磨损、断带、耗电量大等问题。之后，技术人员引入了皮带机变频器，它的出现不仅降低了皮带机的故障率和设备的维护率，更使得皮带机耗电量大幅减少，这对于煤矿企业提高经济效益是很有意义的。但是，皮带机变频器并不是完美无缺的，它自身还存在一些问题，这些问题掣肘着它的发展。

1 皮带机变频器在煤矿生产中的作用

1.1 调整皮带运行速度

由于煤矿工作的特殊性，在以往的皮带启动中，皮带经常是突然启动，这时候启动皮带，皮带电机往往承受着巨大的负荷，对电机伤害很大，大大提高了皮带电机的故障率，故障率又影响着设备的开停，进而影响到煤矿生产的正常运行。皮带机变频器的出现解决了这个问题，它能够实现软起动和软停车。启动时，它可以将皮带电机平稳缓慢地启动，慢慢释放皮带内部的能量，使皮带张力大大减小用以保护皮带；停车时，逐步缓慢地停车，减小了皮带突然停车对设备的冲击，将对设备的伤害减小到最低[1-3]。

1.2 降低皮带强度要求

在皮带机变频器未广泛应用之前，皮带启动时往往突然得到一个巨大的张力，非常容易使得皮带出现不同程度的损伤，甚至发生断带事故，使得皮带的寿命大打折扣，增加了煤矿企业的材料成本。皮带机变频器的广泛应用从技术上解决了这个问题，它能够根据实际负荷及时调整运行功率，使得启动皮带时有一个由慢变快的加速过程，可以有效地防止皮带出现断带的机率。并且它对皮带强度的要求也相对降低了，在减轻煤矿企业成本的同时，还为煤矿企业选择皮带类型上提供了更多的选择，实现了经济效益的最大化。

1.3 调整皮带运行功率

传统方式下，煤矿皮带机靠单筒滚筒或者是双通滚筒来驱动，在这种方式下，滚筒分配功率不均，且不能随着皮带实际负荷的变化而实时调整功率，然而，在引入皮带机变频器后，可以通过对各皮带电机电能的输出进行分配和调控，使各皮带电机的电流输出缓慢变化，各皮带电机的输出功率趋于平衡，进而皮带机和皮带电机运行速度保持同步，保证了皮带机的平稳运行。

1.4 延长皮带使用寿命

相关研究结果表明，皮带机的启动时间长短会对皮带造成直接影响。传统的皮带启动方式中，皮带需要在短时间内达到规定速度，单位时间内皮带超负荷运行，并且皮带受到的张力极大，这就容易诱发断带事故，严重影响了皮带的正常使用寿命。在使用了皮带机变频器之后，可以有效地控制皮带机的启动时间，让皮带从开始启动到达到规定运行速度有一个平缓的加速度过程，这可以有效地保护皮带，断带事故较之前大大减少，这不仅延长了皮带的使用寿命，长此以往，还降低了煤矿企业的耗材成本，让企业管控成本的能力更上一层楼。

1.5 降低皮带电力损耗

传统的皮带运输方式中，皮带机通常以一定的速度运行，无法对设备在空载和重载状态下进行实时的电能调控，皮带的运行速度往往又与电能的消耗成正比，这种方式下无形中造成了电能的巨大浪费。皮带机变频器解决了这个问题，它可以根据实际负荷来实时调整皮带运行速度，当皮带暂时空载时，降低皮带运行速度，来达到节能的目的，实现了电能损耗和生产之间的最优化。而且皮带机变频器减少了液力耦合器环节，皮带电机和减速器是直接相连的，大大提高了传递效率，同时，变频器也有着稳压的功能，大大减少了电能的损耗。

2 皮带机变频器的节能效益分析

经现场测试，煤矿井下在投入使用变频器拖动皮带以后，电量消耗大为减少。以额定功率为500 kW·h 的皮带电机为例，在没有使用变频器之前，每天的电量消耗大概为9 470 kW·h，应用变频器之后，该皮带电机电量的日损耗量为6 147 kW·h，大约比前者节省了35%的电量。如果按照0.7 元/kW·h 来计算的话，使用变频器之后，每天可节省约2 326 多元的支出，每年就可节省高达85 万元的支出，大大减少了煤矿企业的生产成本。如果再将皮带机日常的维修、更换、保养计算在内的话，会节省得更多。总之，煤矿企业使用皮带机变频器之后，对于经济效益的提升是非常显著的。

3 皮带机变频器的节能效益提升对策

3.1 提高技术指标

相对于普通变频器，皮带机变频器对技术指标方面的要求也较高，主要体现在以下四方面：第一，对电压稳定性的要求较高。皮带机变频器工作时往往对电压的稳定性有较高的要求，当电压不稳定时，会限制变频器功能的正常发挥；第二，皮带机变频器启动时，要求是普通变频器起动转矩的两倍以上，用来确保皮带运行时的平稳性；第三，最好采用“S”型的转动速度轨道，这样可以提高皮带机加减速时的稳定性；第四，为了最大化实现节能，对数字自动化控制系统提出更高的要求，要求能完成四象限运转。

3.2 强化散热功能

普通变频器通常采用水冷或者是风冷系统来进行散热，而矿用皮带机变频器作为煤矿井下用的电气设备，首先要求具有防爆性和隔爆性，变频器内各元件在狭小的防爆腔内工作，不仅容易积蓄热量，产生的热量往往又不容易散发出去。采用传统的风冷降温并不能取得较好的效果，而水冷降温系统应用到皮带机变频器上又过于复杂，所以，需要对皮带机变频器进行一些适当的改良，提升其散热效率，延长皮带机变频器的使用寿命，满足煤矿生产需要。

3.3 增强电磁兼容

由于煤矿井下工作环境的特殊性，皮带机变频器电磁兼容方面问题比较突出，它工作时，容易受到电磁干扰，输入和输出电流、电压中往往还带有高次谐波，造成变频器误动作，并且对于变频器自身和周围设备的安全运行来说也会产生一些不良影响。对此，可以通过各种方式来提高皮带机变频器的抗干扰性，如改善皮带机变频器的工作环境来减少来自环境中的干扰，采用技术手段提高皮带机变频器的电磁兼容性，保证变频器的正常运行[4-6]。