矿用副立井提升机提升容器加装自发电照明装置的设计与应用

2021-04-10赵占宏范胜利赵康凯牛亚豪

煤 2021年4期

赵占宏，范胜利，赵康凯，牛亚豪，申飞

(山西潞安化工集团五阳煤矿南丰工区，山西长治 046200)

目前，国内现有矿用副立井提升机提升容器(罐笼)都没有照明装置，提升容器在井筒内运行期间，随身携带一些超长工具和材料的乘罐人员，在这种黑暗的环境下很难妥善保管这些物品，极易碰触伤及他人，对安全管理极为不利。为此，山西潞安化工集团五阳煤矿从居民住宅楼电梯的造型、结构上获得了灵感，发明了矿用副立井提升容器自发电照明装置。实际投用后，不仅提高了矿工乘罐安全系数，还提升了矿井质量标准化建设水平。

1 项目背景

矿用副立井提升机提升容器(罐笼)加装照明装置，难点是妥善解决照明装置的电源问题。不能使用直流蓄电池供电的原因有：①蓄电池不防爆；②频繁地拆卸蓄电池充电会额外增加工作负荷。加之蓄电池有使用寿命，购置更换蓄电池频率过高将增加成本。不能使用交流电固定电源供电的原因为：提升容器在井筒内要上下做垂直往复运动，如果使用串接电缆方式供电，所需电缆太长，而且受运动方向所限，不易对电缆进行安全管理。更不能像有轨电车那样直接将裸露的钢丝绳，或是将组合钢罐道做导体给照明装置供电，这种通电方式不安全、不防爆，可能导致乘罐人员身体触电或产生明火引发矿井瓦斯燃烧和爆炸等。

综上所述，要解决矿用副立井提升容器加装照明装置的电源难题，必须同时符合三个条件：①提供无线电源；②提供永续电源；③使用防爆型设备装置供电。经过多次反复试验和改进，研发了隔爆型永磁发电机加配“防爆型不间断电源”组合供电装置，利用提升容器的罐耳滚动轮转动做动力，带动永磁发电机发电提供永续电源。

自发电照明装置配套设备及配件见图1。

图1 自发电照明装置实物安装示意

2 自发电照明装置工作原理及关键创新点

2.1 工作原理

矿用副立井提升机提升容器(罐笼)自发电装置的工作原理为：通过安设在井筒壁上的组合钢罐道与提升容器罐耳“滚动轮(聚氨酯橡胶材质)”接触摩擦，利用“滚动轮”转动后产生的动力带动永磁发电机传动轴上的转子转动工作，发电机转子转动切割磁力线产生电能并输出，输出的电能通过“全波整流桥”将交流电能整流变为直流电能，直流电能再经过“稳压器”使其变成恒流电压后供给给“防爆不间断电源”蓄电装置充电，最后“防爆不间断电源”将蓄电能供给给用电器(12 V、10 W的LED防爆型照明灯具)工作。

图2 副立井提升容器自发电照明装置设计与研发示意

2.2 关键创新点

“自发电照明装置”在研发过程中，需要重点解决四大难题，同时也是整套装置的四个关键技术创新点：

1) 解决永磁发电机动力难题。隔爆型永磁发电机必须靠外力作用才能工作发电。经现场观摩，尝试利用现有动力资源——提升容器罐耳“滚动轮”转动产生的动力来带动发电机工作，经试验改进后效果良好，彻底解决了发电机无动力源难题。为了更好地保护隔爆型永磁发电机，还专门在其上加设了1个用钢板制作的防护罩，既能防止发电机被不慎掉入井筒内的杂物砸坏，又能有效防止和减少井筒淋水对发电机的侵蚀。

2) 解决“滚动轮”与永磁发电机转速匹配难题。经理论计算，提升容器罐耳“滚动轮”的等速段转速为360 r/min，而永磁发电机工作额定转速为3 000 r/min。为了能够达到发电机正常工作所需转速，通过多次计算和反复试验，自制加工制作了1个直径为42 mm的“调速传动轮”，将其安设在永磁发电机传动轴顶端与罐耳“滚动轮”直接接触。当提升容器运行时，罐耳“滚动轮”旋转并带动“调速传动轮”转动，旋转动力经“调速传动轮”变速后带动永磁发电机转子运转，使发电机工作额定转速达到3 000 r/min，有效保证了隔爆型永磁发电机正常工作。

3) 解决配套设备防爆问题。因为受工作环境限制，整套“装置”各部件必须全部具备防爆性能，而“装置”所需要的蓄电池、整流桥和稳压器等部件本身并不具有安全防爆性能。所以，相关防爆设备厂家定制了一套同时具有整流、稳压和蓄电等多功能的“防爆不间断电源”组合装置，从而确保了整套“装置”中的各部件全部具备了安全防爆性能。

4) 解决用电节能问题。因为矿井提升容器并非不间断、连续性地工作，它有停止运行的时候，而且永磁发电机只有在提升容器在等速段距离范围内运行时，才能达到其额定转速正常发电，也就是说，“自发电装置”的输出电能是间歇性工作，而提升容器内安设的照明装置耗能却是连续性的。照明装置如果不进行有序管控，那么蓄电装置的耗能输出将会大于蓄能输入，这既不能完全满足提升容器内的照明使用，还会缩短蓄电装置的使用寿命，提高成本。为了环保、节能，在提升容器顶部加装1个红外感应控制器，与照明装置串接，用以控制照明用电。当红外感应器感应到乘罐人员进入罐笼后，感应器会自动接通照明电源，照明灯具开始工作；当罐笼内无人时，感应器会自动切断照明电源。