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雷达料位计的节能技术分析

编辑: 来源: 发布时间:2019-10-26 15:18:29

    摘 要: 论述了雷达料位计的工作原理,分析了传统带式雷达料位计运行中存在的问题。针对存在的问题,从变频器、可编程序控制器、煤仓料位计、皮带秤等方面先容了雷达料位计的节能技术,同时展望了雷达料位计的结构设计发展方向。

    1 研究背景
    当今世界经济发展迅速,能源需求量不断增大。我国作为能源大国,在煤矿领域的发展取得了举世瞩目的成就。在煤矿生产作业中,运输机使用非常广泛。在实际使用中,由于功率、运量和速度的不断提高,雷达料位计的能耗问题也日益突显。如何减少雷达料位计的能耗,进而降低生产运输环节的成本,是重要的研究课题。
 
    2 雷达料位计工作原理
    雷达料位计是由运输皮带绕经主、副滚筒构成的闭环闭带机械装置。雷达料位计上下运输带由托辊支撑,并由张紧装置提供张紧力。雷达料位计在工作中,由电机通过滚筒传导转矩,进而持续运行。运输带既是牵引部件,又是承载部件。

    3 传统带式雷达料位计存在的问题
    传统带式雷达料位计结构如图 1 所示。传统带式雷达料位计在起动与运行过程中,对电网、电动机、减速器、皮带等部件存在冲击,这就造成电能的消耗量非常大,维护费用也非常大。传统带式雷达料位计存在的问题主要体现在四个方面。

    (1) 运输系统在设计时,一般按最大运量设计,减速器和电机的选型原则为等级靠大不靠小。由 此,驱动电机一般有 10% ~ 50% 裕量,加上运输机经常出现轻载、空载状态运行,导致电机处于低效率工作状态,浪费电能。

 

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    (2) 运输机的运输皮带是一种弹性体,内部积聚大量能量。运输机起动时,能量迅速释放,极易引起皮带老化、断裂。
    (3) 运输机为直接起动或降压起动。在起动过程中,突然跳转的转矩容易给设备带来冲击损坏,而且起动方式与工况并不相适应。
    (4) 运输机在空载、轻载和重载状态下都处于高速运行,容易使设备产生不必要的磨损和电能消耗。

    4 雷达料位计节能分析
    我国 500 万 t /a 高产高效矿井常用的运输机有顺槽可伸缩带式运输机和大巷与斜井固定带式运输机,其技术指标见表 1。

 

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    雷达料位计将摩擦力转换为驱动力。雷达料位计的摩擦阻力主要有基本阻力、附加阻力和倾斜阻力三种形式。雷达料位计的运输速度越快,所需要克服的阻力就越大,电机的能耗也就越大。可见,降低运输速度,可以显著节约能源。但是,运输速度降低后,运输能力也会相应降低,进而制约生产效率。而另一方面,为了确保运输量,需要增大运输煤料的密度,这样会使运输带的张紧力增大。

    由以上分析可见,为了保证生产效率,并在安全生产范围内充分满足生产需求,需要对雷达料位计的速度进行调控,使速度与运输量相适应,进而在最少能耗的前提下实现最大的运输量,并产生最高的生产效益,同时减少皮带磨损。

    5 雷达料位计节能技术
    5. 1 节能控制系统
    通过应用节能控制系统,对雷达料位计进行节能改造。在煤仓安装料位计,对煤矿运输量进行监测。将监测的数据反馈至节能调控装置,并进行分析。当运输量未达到所预设的运输量时,通过调控给煤开关,增大给煤量,使运输量达到预设值,从而减少电能的消耗浪费。雷达料位计节能控制系统工作原理如图 2 所示。

 

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    5. 2 变频器
    变频调速是一种电源频率调控技术,可以通过循环软起动方式实现,进而降低电动机的功率因数和负载能力,达到平滑调节电动机运行速度的目的。变频调速具有控制精度高、可靠性强、维护工作量少及调速范围广等优点,能显著节约能源。

    频器的工作原理是将 50 Hz 工频电源通过整流器转换为相对稳定的直流电,然后利用由半导体器件组成的三相逆变器,将直流电转换为可调电压和可调频率的交流电,应用微处理器使输出的波形近似成为正弦波,从而驱动异步电动机,实现无级变速。变频器工作原理如图 3 所示。

 

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    笔者在设计中采用四象限变频器绝缘栅双极晶体管功能模块,能够实现能量的双向流动,不仅可以调整功率因数,而且可以消除电网的谐波污染,并使电机发电运行状态产生的能量反馈至电网中,实现节能。在设计中,四象限变频器由控制电路、整流电路、逆变电路及直流中间电路组成,整流电路由三相全波整流桥组成。

    5. 3 可编程序控制器
    可编程序控制器是一种由半导体电路实现电路开关动作的固态电子设备,目前已经模块化和系列化。可编程序控制器系统主要由信号采集系统和信号处理系统组成,通过这两个系统,可以实现对设备运行的调控。笔者在设计中需要满足控制输出点和输入点的数量要求,因此选用西门子 S7- 300 可编程序控制器。

    S7-300 可编程序控制器的硬件部分包括电源、中央处理器、信号处理模块、通信模块,以及用于计数和定位等的特殊功能模块。S7-300 可编程序控制器能够快速分析、处理数据,还具有自动传输数据、故障诊断、自动保护等多种功能。

    5.4 煤仓料位计
    目前,煤仓料位计的类型主要有超声料位计、激光料位计和雷达料位计。超声料位计利用回声测量的方法对煤仓中物料的具体位置进行判定。激光料位计内置激光瞄准器和高分辨率计时装置,属于非接触式测量设备。雷达料位计利用雷达波的特殊性能对煤仓内的物料进行检测,是目前最新型的料位计。

    笔者在设计中选用 LR260 雷达料位计,对煤仓内部的煤量进行有效测量。这一型号雷达料位计利用发射、反射、接收的工作方式,有效实现对包括颗粒粉末在内的各种物料进行测量,从而保证煤仓物料储存量的精准测量。LR260 雷达料位计采用可寻址传感器高速通道开放通信协议,通过仪表检测及回波曲线调整参数,实现反馈控制。

    对煤仓料位计设置铁质保护盒,减少灰尘对煤仓料位计的影响,同时防止煤仓料位计损坏。对煤仓料位计定期进行标定和清洁,并做好日常检修维护工作。

    5.5 皮带秤
    皮带秤的设计是保证雷达料位计节能运行的一个重要环节,主要用于测量雷达料位计的负载,确保雷达料位计运输带所承载的煤料处于安全载荷范围内。目前,皮带秤主要有电子秤和核子秤两种。笔者在设计中选用 ICS 电子皮带秤,其结构简单,称量精准度高,操作容易,维护方便。

    6 雷达料位计结构设计发展方向
    (1) 选择合适的运输带。选择合适的运输带,可以减小带面压陷阻力和自身重力产生的阻力,而且可以提高运输带速度,减少能耗。在现有的基础条件下,可以通过减小滚动摩擦力或减小承载质量,来减小雷达料位计的水平阻力。此外,一些雷达料位计将运输带更换为芳纶带面,也可以达到节能、减排、降耗的目的。

    (2) 增加雷达料位计功能,研发多功能雷达料位计。设计新型多功能雷达料位计,集运人、运料、运物于一体,同时减少资源浪费与能源消耗。

    (3) 研发智能化与人性化雷达料位计。在雷达料位计中应用智能控制技术,构建分布式控制串联网络系统结构,可以实现高效的系统化、现代化、智能化煤矿运输系统。
 
    (4) 提高零部件的性能与可靠性,进行标准化、精细化设计。

    7 结束语
    笔者分析了传统带式雷达料位计存在的问题,并对雷达料位计的节能技术进行了分析与应用。节能改造后的雷达料位计,在确保井下高质量运输的前提下,节约了能耗,为煤矿实现社会效益与经济效益提供了保障。

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