试论煤矿供应胶带输送机的节能改造
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[摘要]节能逐渐成为世界潮流，关于供应矿用胶带输送机的节能改造成为了工业界的研究重点。本文针对煤矿供应矿用胶带输送机的机电系统节能进行分析与研究。
[关键词]煤矿；供应胶带输送机；节能改造
中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0294-01
一、胶带输送机电机传动系统结构及系统功率
（一）胶带输送机电机传动系统结构
目前国内较为常见的胶带输送机传动方式为异步电机+液力耦合器+减速器+驱动滚筒，此种结构的胶带机启动时较为简单，基本相当于空载启动，对起动转矩也没有要求，直接启动或是降压启动即可。
近几年来，传动方式为“变频器+异步电机+减速器+驱动滚筒”开始得到推广应用，通过变频器来控制电机的矢量变频，使电机和胶带输送机实现软启动，例如在0.1Hz时，电机起动转矩能够达到额定转矩的三倍左右，目前我国已经有许多成功的案例。
（二）传统胶带输送机电机系统功率
胶带输送机电机一般选用三相鼠笼异步电机或者是三相绕线型异步电机，目前变频技术飞速发展，三相鼠笼异步电机的应用较为广泛一些，三相绕线型异步电机的使用相对较少一些。由于胶带输送机电机要求启动时电流小，且转矩大，过载能力强，因此许多电机厂生产的胶带输送机专用三相异步电机，例如抚顺煤矿机电厂生产了煤矿输送机专用电机DSB 55，额定功率为55KW，额定转速为1470rpm，启动是的转矩倍数为2.5倍，过载倍数约为2.3，启动的电流倍数为6.5倍，效率是91%，功率因数是0.87。尽管专用电机能够满足煤矿企业生产的需求，但是仍然存在着一些不足之处，例如：1.效率不够高，最新的中小型电机能效等级规定，一级能效的55Kw/4极异步电机效率值应该是95%，二级能效应为94.2%，三级为92.5%，那么55kw～DSB 55煤矿专用电机的效率连三级能效电机的效率标准都没有达到。2.轻载效率低，异步电机的效率是随着负载变化而变化的，当负载率达到80%左右时，效率是最高的，达到额定效率，如果负载率低，那么效率也会降低，而胶带输送机的负载是根据生产状况发生变化的，负载会经常的发生变化，但是所配电机要按照最大功率来进行选择配置，因此大多数情况下，电机都处于轻载运行的状态下，运行效率和功率的因数不高，导致大量有功功率以及无功功率发生浪费。3.起动特性并不理想，例如55KW电机，启动的电流倍数是6.5，启动时的电流能够达到682.5A，相较标准的Y系列电机小一些，但是仍然不够理想。4.轴承容易损坏，根据调查，电机轴承故障率为总故障率的50%，主要是由于电机转速过高导致的，而且轴承的寿命和转速是成反比的，也就是说，转速越高，轴承也越容易损坏。
（三）液力耦合器
液力耦合器位于驱动电机及减速器之间，起到一般的联轴器没有的功能，能够将变速调节、制动功能、力矩转换等集于一身，且还具有软启动以及过载保护的功能。液力耦合器的不足为电机启动时，电流的冲击如果过大，那么会发生漏油、易熔塞熔化、轴承损坏以及叶片被打坏等情况，对系统整体运行造成一定的影响。
（四）减速器
减速器能够将电机输出的高转速机械功率转变为胶带输送机要求的低转速机械功率，并在能力传递时，减速器会发生一些能量损耗，占输入功率的8%左右，减速器的效率以及减速比的关系十分密切，速比越大，效率就会越低。另外，减速器还经常会发生漏油、高速轴轴承损坏、油温高、断齿、噪音大、滚键等故障，对企业的生产效率造成严重的影响。
（五）胶带输送机电机系统传动效率
额定运行时，胶带输送机电机系统的效率与电机效率、减速器效率和液力耦合器的效率有着密切的关系，计算电机系统功率的公式为η=η d η j ηy。η为传动总效率，η d为电机效率，ηj为减速器效率，ηy是液力耦合器效率。也就是说，如果电机效率是91%，减速器效率是92%，液力耦合器效率是95%，通过公式得出电机系统效率为79.53%。
二、矿用胶带输送机电机系统节能技术
电机系统的节能主要从两个方面来进行，首先为电机效率要提高，不仅仅是在额定点，还要当负载大范围减小时，效率也要保持在高水平上，其次是传动系统的效率要高。
（一）高效率电机能够提高胶带机电机系统效率
在世界范围内，都在积极的研制生产高效率电机以及超高效率电机。高效率电机是指损耗比目前生产的电机降低20%左右，超高效电机是指损耗比目前生产的电机降低30%左右。美国政府进行了相关规定：从2010年12月19日起，功率范围在1～500HP间的常规电动机一定要有超高功率NEMA Premium TM的标识，不符合超高效率的电动机，不能在美国境内生产流通。我国以及欧盟将中小型三相异步电机效率分为了三个效率标准等级，一级能效、二级能效、三级能效。并且进行了强制的规定，低于三级能效的一般电机，不能生产销售，电机出场的时候，要粘贴统一格式的能效等级标志。
高效电机的生产销售使用，对于系统成本的影响也并不明显，根据调查电机在一个生命周期中，运行费用占92%，购买成本为7%，维护费用仅为1%，如果电机的效率提高，那么节省的电费会远远高于采购成本。高效率异步电机的额定点效率虽然较高，但是负载比较轻，效率也较低，而稀土永磁同步电机便不存在这个问题，稀土永磁同步电机在20%～12%负载时，都能够得到较高的效率，但是价格较高，且需要变频器来进行启动控制，但是随着技术的不断进步，相信在未来几年内，稀土永磁同步电机能够得到更加广泛的应用。
（二）传动结构改进
传统的胶带输送机的传动结构为电动机+液力耦合器+减速器+滚筒，或者是变频器+电动机+减速器+滚筒，能量传递过程中，不仅中间环节过多，且效率低下，运行的费用和维护成本费用较高，无法进行系统的节能。
目前，直驱式电机是简化电力传动系统最为有效的途径之一，也是提高转动效率和简化转动结构最主要、最有效的方法，主要措施就是用高效低速大转矩永磁同步电机来代替传统的三相异步电机，并抛弃减速器、液力耦合器等，使用用电机直接来带动生产机械，使结构简化，效率提高，且能够降低噪音，省去维护和定期更换油等工作，减少对环境的污染和碳排放。
从原理上来讲，直驱式电机能够选择开关磁阻电机、异步电机和永磁同步电机等，但是目前我们所讲的直驱式电机主要为基于稀土永磁同步电动机的低速大转矩电机。稀土永磁同步电动机具有其他电机无法比拟的优点，效率较高，功率密度较高，运行较为稳定，过载能力较强，且启动的性能也较好。
自上世纪80年代以来，我国外科研院所以及生产厂家开发了多种用途的直驱式电机。瑞士的ABB公司开发了电压在400～690V范围内、转速为127～750rpm.功率因数达到0.95、功率范围在3.1-380KW的直驱式电机；西门子公司也研制了1FW3系列的直驱式电机，转速为150-750rpm，功率范围为3.1～380kw，输出转矩为100～7000NM的直驱式电机。
我国的山西华鑫电气有限公司通过借鉴国内外的先进技术，在我国首先研制出了660V、60rpm、45kw的矿用隔爆直驱式胶带输送机专用电机，抛弃了减速器以及液力耦合器，简化了转动结构，提高了效率，已经成功的用在了煤矿井下运输皮带中，且经过一段时间运行的检验证明，直驱式电机能够实现电机软启动和胶带输送机软启动。通过点击的慢速启动带动胶带机进行缓慢的启动，能够使胶带内部贮存的能力得到缓慢的释放，对胶带几乎不造成任何损伤，且设备启动特性较为平稳，降低了设备的维护和检修，节能效果十分明显。
结束语
综上所述，煤矿供应胶带输送机节能改造要从胶带输送机的结构和性能人手，改造完成之后，也要对节能的方面进行科学的、全面的分析和研究。目前，国内外关于供应矿用胶带输送机的节能改造还正在研究，相信在未来几年内，能够取得较大的进步，节能的效果也会更加显著。