3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)軟啟動技術(shù)現(xiàn)狀分析

楊健康 郭建廷

(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)公司,山西省晉城市,048006;2.太原惠特科技有限公司,山西省太原市,030006)

3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)軟啟動技術(shù)現(xiàn)狀分析

楊健康1郭建廷2

(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)公司,山西省晉城市,048006;2.太原惠特科技有限公司,山西省太原市,030006)

針對礦用刮板輸送機(jī)對軟啟動的基本要求,分析了當(dāng)前國內(nèi)外3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)使用液力、液粘軟啟動器和電氣傳動軟啟動器的基本工作原理、軟啟動功能和使用維護(hù)情況。認(rèn)為電氣傳動軟啟動器是3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)啟動技術(shù)的發(fā)展方向。

3.3 kV供電 刮板輸送機(jī) 軟啟動 發(fā)展趨勢

1 概述

為了解決綜采工作面刮板輸送機(jī)在啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊問題,目前,國內(nèi)外3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)所采用的軟啟動技術(shù)主要有:德國DBT公司生產(chǎn)的可控傳動系統(tǒng)(簡稱CST),屬于液粘傳動技術(shù);法國VO ITH公司閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器(簡稱TTT),屬于液力傳動;變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī),簡稱變頻電動機(jī);國內(nèi)太原惠特科技公司研制的QJR-350/3.3 S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟啟動器。這些軟啟動器在國內(nèi)外不同條件下3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)上都得到了應(yīng)用,也取得了顯著的應(yīng)用效果。本文根據(jù)刮板輸送機(jī)軟啟動的基本要求,對各類軟啟動器的工作原理、功能應(yīng)用和使用維護(hù)情況進(jìn)行了較全面的分析,以尋求3.3 kV供電的礦用刮板輸送機(jī)軟啟動技術(shù)的發(fā)展方向。

2 礦用刮板輸送機(jī)對軟啟動的要求分析

2.1 消除啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊

刮板輸送機(jī)的傳動系統(tǒng)為錨鏈傳動系統(tǒng),系統(tǒng)的彈性較小,停車時(shí),傳動系統(tǒng)的各處(如齒輪之間、鏈條鏈輪之間、鏈環(huán)之間和花鍵之間)都存在著大小不等的間隙,在啟動時(shí)如果在傳動系統(tǒng)尚未張緊之前就施加大轉(zhuǎn)矩啟動,就會產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械沖擊,引發(fā)斷鏈、打齒、滾鍵和加劇磨損等一系列機(jī)械故障,影響正常生產(chǎn)。

3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率一般在1050～4500 kW之間,單電機(jī)功率在525～1500 kW。在直接啟動電動機(jī)時(shí),不論負(fù)載大小都會產(chǎn)生6～8倍額定電流的大電流沖擊過程,對電網(wǎng)產(chǎn)生強(qiáng)大的電網(wǎng)沖擊,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,特別是在頻繁啟動時(shí)極易燒毀電氣元件,影響正常生產(chǎn)。

消除刮板輸送機(jī)啟動過程中的機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊是礦用軟啟動器必須解決的問題,也是最基本的要求。

2.2 解決滿載難啟動問題

綜采工作面刮板輸送機(jī)由于受運(yùn)輸系統(tǒng)、地質(zhì)條件和其它設(shè)備等諸多因素的影響,存在停機(jī)的隨機(jī)性,因片幫、漏頂?shù)纫蛩仉S時(shí)都有滿載啟動的情況,適應(yīng)頻繁啟動、解決難啟動問題是對軟啟動器的又一個(gè)重要要求。

3.3 kV電壓等級的礦用電動機(jī)一般為雙鼠籠特制電機(jī),其啟動力矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的1.8～2.2倍。充分利用礦用電動機(jī)的啟動能力,在刮板輸送機(jī)滿載情況下克服靜摩擦阻力向動摩擦的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)順利啟動是解決刮板輸送機(jī)滿載難啟動的重要技術(shù)手段。

2.3 系統(tǒng)簡單,運(yùn)行穩(wěn)定,易維護(hù)

刮板輸送機(jī)的傳動系統(tǒng)都處于工作面機(jī)頭、機(jī)尾的三角區(qū);其礦壓顯現(xiàn)明顯,是碎煤、碎矸的集中涌集區(qū);支架下方的空間非常有限,各種輔件都極易損壞;此外作業(yè)空間有限,設(shè)備的工作環(huán)境惡劣。所以要求傳動部電動機(jī)傳動軸方向盡可能短;機(jī)頭、機(jī)尾傳動系統(tǒng)應(yīng)簡單,以減少不必要的故障點(diǎn);運(yùn)行要穩(wěn)定可靠,最少具有可靠采出一個(gè)工作面的無故障壽命;即使產(chǎn)生故障也極易維護(hù)。綜采放頂煤后部輸送機(jī)對軟啟動器的這些要求會更為突出。這是綜采面三角區(qū)對設(shè)備適應(yīng)性的重要要求。

3 各類軟啟動器的使用現(xiàn)狀分析

3.1 CST的工作原理及使用和維護(hù)情況

3.1.1 工作原理

CST由減速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和液粘傳動系統(tǒng)等組成。內(nèi)裝一套行星差速傳動系統(tǒng),由摩擦片控制內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動,摩擦片間通過剪切油膜傳遞扭矩。當(dāng)動摩擦片和靜摩擦片分離時(shí),內(nèi)齒圈處于自由狀態(tài),減速器無輸出轉(zhuǎn)速;當(dāng)動、靜摩擦片壓緊時(shí),內(nèi)齒圈處于固定狀態(tài),減速器按定比傳動輸出轉(zhuǎn)速;控制動摩擦片和靜摩擦片之間的壓力,使摩擦片間滑動,則可實(shí)現(xiàn)調(diào)速,從而實(shí)現(xiàn)軟啟動。

3.1.2 啟動與輸出轉(zhuǎn)矩建立過程

當(dāng)啟動刮板機(jī)輸送時(shí),先啟動電動機(jī)。首先放開動、靜摩擦片,使行星差速傳動的內(nèi)齒圈自由,減速器無輸出轉(zhuǎn)速,電動機(jī)空載直接啟動。多機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的分時(shí)啟動,對電網(wǎng)供電能力要求低,但電動機(jī)的瞬間啟動電流達(dá)到6～8倍的額定電流,對電網(wǎng)仍有沖擊。

每個(gè)電動機(jī)啟動后,再啟動刮板輸送機(jī)?？刂旗o、動摩擦片的油缸逐步給摩擦片加壓,減速器的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩逐步增加,按時(shí)間控制消除刮板輸送機(jī)傳動間隙,直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的啟動;此時(shí)利用的是電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,而非啟動轉(zhuǎn)矩,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時(shí),摩擦片之間打滑、摩擦發(fā)熱,啟動就會失敗。否則正常啟動成功。由于冷卻系統(tǒng)的限制,不能長期低速運(yùn)行。

因電動機(jī)的功率可平衡,動摩擦片和靜摩擦片的壓力不等,所以鏈輪軸上的功率不平衡,其不平衡度為±18%。

3.1.3 使用和維護(hù)情況

系統(tǒng)可靠性高,故障很少,是進(jìn)口設(shè)備的特點(diǎn),但運(yùn)行費(fèi)用較高(每半年需更換一次進(jìn)口液力傳動油壓油,約5萬元,每一年應(yīng)更換一次進(jìn)口摩擦片,約10萬元),系統(tǒng)復(fù)雜,管理維護(hù)相當(dāng)困難,特別不適合于綜采放頂煤后部輸送機(jī)的使用。

3.2 TTT的工作原理及使用和維護(hù)情況

3.2.1 工作原理

閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器由液力偶合器、水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、水軟化與水過濾系統(tǒng)等組成。電動機(jī)帶動偶合器內(nèi)的泵輪轉(zhuǎn)動,從而帶動內(nèi)腔的水旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的水推動透平輪轉(zhuǎn)動,從而輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。當(dāng)偶合器內(nèi)無液體時(shí),透平輪不旋轉(zhuǎn),輸出轉(zhuǎn)速為零。當(dāng)偶合器中的液體達(dá)到額定充液量時(shí),輸出額定的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。不同的充液量則會產(chǎn)生不同的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩,由此實(shí)現(xiàn)軟啟動。

3.2.2 啟動與輸出轉(zhuǎn)矩的建立過程

當(dāng)啟動刮板輸送機(jī)時(shí),先啟動電動機(jī)。偶合器內(nèi)無液體,偶合器無輸出轉(zhuǎn)速,電動機(jī)空載直接啟動,多電機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的分時(shí)啟動,對電網(wǎng)供電能力要求低,但電動機(jī)的順序直接啟動時(shí),電流仍然很大,仍存在電網(wǎng)沖擊。

每個(gè)電機(jī)啟動后,再啟動刮板輸送機(jī)。按時(shí)間控制逐步向液力偶合器內(nèi)充液,直至輸出額定轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的啟動。此時(shí)利用的是電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,而非啟動轉(zhuǎn)矩,當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時(shí),偶合器內(nèi)泵輪與透平輪之間的滑差不斷增加而發(fā)熱,造成啟動失敗;否則正常啟動成功。由于受冷卻系統(tǒng)的限制,不能長期低速運(yùn)行。

電動機(jī)的功率不平衡度為35%,該值為調(diào)整充液量的判斷值。

3.2.3 使用和維護(hù)情況

液力偶合器的主要故障來源于因發(fā)熱的水在系統(tǒng)中產(chǎn)生水垢,影響各液壓件的正常工作,需要定期進(jìn)行處理。一般礦方不能維護(hù),需由專業(yè)廠維修,修理費(fèi)用每臺25萬元左右,大修周期一年半。

由于系統(tǒng)過于復(fù)雜,運(yùn)行中受水質(zhì)影響故障較多,可靠性偏低,井下維護(hù)困難較大,特別不適合綜采放頂煤后部刮板輸送機(jī)和地質(zhì)條件較差的前部刮板輸送機(jī)使用。

3.3 可控硅雙速軟啟動器的工作原理及使用維護(hù)情況

3.3.1 工作原理

QJR-350/3.3S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟啟動器,由3.3 kV的可控硅調(diào)速系統(tǒng)與雙速開關(guān)組成。根據(jù)負(fù)載電流、電壓雙反饋,通過單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通角,根據(jù)工況需求,控制輸入電動機(jī)的電流與電壓,實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的控制,從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的軟啟動。

3.3.2 啟動與輸出轉(zhuǎn)矩建立過程

當(dāng)啟動刮板輸送機(jī)時(shí),按照設(shè)定電流限定原則,使電動機(jī)緩慢達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩,此時(shí)對錨鏈傳動系統(tǒng)的間隙全部消除并張緊,隨后按照需要,增大電流,升高電壓。當(dāng)負(fù)載較大時(shí),電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的90%,克服刮板輸送機(jī)的靜摩擦阻力至動摩擦阻力,從而實(shí)現(xiàn)軟啟動;當(dāng)負(fù)載較小時(shí),電動機(jī)帶動刮板輸送機(jī)正常加速啟動;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)90%的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí),啟動失敗,判為刮板輸送機(jī)堵轉(zhuǎn)而保護(hù)?？梢猿浞掷玫V用電動機(jī)的啟動能力。

電動機(jī)為帶載啟動,電動機(jī)與刮板輸送機(jī)同時(shí)啟動,多機(jī)拖動的刮板輸送機(jī)的電動機(jī)需同時(shí)啟動,對電網(wǎng)供電能力要求較高,但電動機(jī)的電流始終能得到控制,對電網(wǎng)沖擊小。

在多電機(jī)同時(shí)啟動中,電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在單片機(jī)的直接控制中,保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平衡。當(dāng)啟動結(jié)束后,旁路真空接觸器工作,無功率平衡功能,由異步電動機(jī)自動平衡。

3.3.3 使用和維護(hù)情況

系統(tǒng)全部由電氣元件組成,電動機(jī)與減速器之間采用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接即可,軟啟動器放置于設(shè)備列車上,無任何外圍輔助系統(tǒng),具有軟啟動器與雙速開關(guān)的一切功能,具有多種軟啟動方式和多種控制方式,關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口元器件,模塊化設(shè)計(jì)布置。近年來在井下的批量使用表明,軟啟動器占用空間小,性能穩(wěn)定可靠,使用維護(hù)方便,可滿足3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)的啟動、控制要求。

3.4 變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī)

把變頻器與電動機(jī)組合為一體的電動機(jī),作為3.3 kV刮板輸送機(jī)的啟動和拖動設(shè)備,通過改變電動機(jī)的輸入頻率來改變電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩,在我國已引進(jìn)使用。

變頻器本身具有啟動過程的調(diào)速功能和運(yùn)行過程中的調(diào)速功能,適應(yīng)變速運(yùn)行設(shè)備的調(diào)速控制,但在刮板輸送機(jī)上只用其軟啟動功能。

由于受體積的限制無法安裝變頻器進(jìn)線側(cè)消除諧波的設(shè)備,極易造成電網(wǎng)污染;若無有效的解決辦法,不宜大量推廣使用;剛剛投入市場使用,價(jià)格昂貴。

4 結(jié)論

(1)可控傳動系統(tǒng)(CST),屬于液粘傳動的軟啟動器;電動機(jī)可以空載啟動,可以有效地消除機(jī)械沖擊,降低電網(wǎng)沖擊;在難啟動時(shí)只能利用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,否則為過載運(yùn)行;不可長時(shí)低速運(yùn)行,電動機(jī)功率可平衡,鏈輪軸功率不平衡;配有獨(dú)立的液壓、冷卻、電控等輔助系統(tǒng),進(jìn)口價(jià)格昂貴,系統(tǒng)復(fù)雜,使用維護(hù)困難?？蛇m應(yīng)于3.3 kV刮板輸送機(jī)啟動使用。

(2)閥控雙腔調(diào)速型液力偶合器(TTT),屬于液力傳動的調(diào)速設(shè)備;電機(jī)可空載啟動,可以有效地消除機(jī)械沖擊,降低電網(wǎng)沖擊;在難啟動時(shí),只能利用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,否則為過載運(yùn)行;不可長時(shí)低速運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)功率平衡;配有獨(dú)立的液力泵站、冷卻、電控、水軟化和水凈化等輔助系統(tǒng),進(jìn)口價(jià)格昂貴,系統(tǒng)太復(fù)雜,使用維護(hù)困難,大修周期短?？捎糜谇安抗伟遢斔蜋C(jī)的使用,不適用于綜采放頂煤后部刮板輸送機(jī)。

(3)可控硅雙速軟啟動器,屬于電氣傳動軟啟動器;電機(jī)帶載啟動,可以有效地消除機(jī)械沖擊和電網(wǎng)沖擊;在難啟動時(shí),可達(dá)到90%的電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,啟動能力強(qiáng);只有啟動 過程的調(diào)速運(yùn)行,不能在某一低速下運(yùn)行;在啟動過程中可實(shí)現(xiàn)功率平衡,運(yùn)行中無功率平衡功能;占用空間小,系統(tǒng)簡單,使用維護(hù)方便,可靠性和適應(yīng)性很高,不受地質(zhì)條件與配套條件的限制?？蛇m應(yīng)于各種3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)的調(diào)速啟動與控制。

(4)世界煤礦機(jī)械的調(diào)速都經(jīng)歷了由機(jī)械、液壓調(diào)速,發(fā)展到液力、液粘調(diào)速,最后發(fā)展為電氣傳動調(diào)速。3.3 kV刮板輸送機(jī)啟動技術(shù)也必然發(fā)展為電氣傳動技術(shù),這是煤礦追求性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、使用維護(hù)方便的目標(biāo)而確立的技術(shù)發(fā)展方向。

[1] 李太連.對煤礦安全高效綜采成套裝備研發(fā)的思考[J].中國煤炭,2007(6)

[2] 陳懷道.QJT250/1140(660)型調(diào)速啟動器的研制及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(7)

[3] 徐甫榮.交流異步電動機(jī)軟啟動技術(shù)[J].電氣時(shí)代,2003(8)

[4] 郭建軍,馬曉燕.360 m綜采工作面開采技術(shù)與研究[J].中國煤炭,2009(4)

[5] 郭建軍,郭建廷.帶式輸送機(jī)多機(jī)拖動功率平衡問題的探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008(1)

Statusanalysisof soft-start technology of 3.3 kV power-supplied scraper conveyor

Yang Jiankang1,Guo Jianting
(1.Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 048006,China;2.Taiyuan Huite Science and Technology Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Aiming at the requirements for the soft-starting on the mine scraper conveyor,the main working principles of hydraulic,viscous and electrical soft starters on the p resent 3.3 kV power-supplied scraper conveyors at home and abroad were analyzed,as well as soft-starting functions and their maintenance situation.The results showed that the electrical transmission soft starter is the development trend to solve the starting technology of 3.3 k V power-supp lied scraper conveyors.

3.3 k V power supply,scraper convey or,soft starting,development trend

TD528.3

B

楊健康(1960-),男,山西運(yùn)城人,高級工程師,從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作。

(責(zé)任編輯 張艷華)