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港口帯式输送机节能研究与应用

摘要

简要介绍了港口带式输送机的几种节能技术。根据天津港煤场带式输送机的实际运行情况，采用少电机运行技术开展带式输送机系统的节电实验与改进研究，并对其进行相关实验数据的分析与研究。最后证明了该系统具有成本低、性能稳定的优点，节能效果明显。

关键词：带式输送机；节能；少电机运行技术

1.简介

带式输送机作为一种连续运输设备，由于其高效、环保的特点，在当今的现代化港口得到了广泛的应用，尤其是在煤炭和矿粉的运输中。电动机的容量是由正常使用时的最大负荷决定的，如果电动机长时间空载或轻载运行，会导致效率低、电力损耗。

带式输送机常用的节能技术有四种，如异步电动机Y-开关技术、电压降低技术、磁通限流技术和少电机技术。

针对天津港煤场带式输送机的运行状况，采用少电机的方法进行了研究。实现了节能减排目的的操作技术。这个实验结果表明，该技术具有实施方便、成本低、循环周期短，运行稳定等优点，节能效果显著，具有广泛的应用价值。

2.带式输送机的节能技术

2.1异步电动机Y-开关技术

电机绕组有Y和连接。在连接下，定子绕组相电压等于线电压，即，在Y连接下，两者关系为。电机无功功率需要包括励磁无功功率和漏磁无功功率。在这两种连接方式下，电机的漏磁无功功率相等。励磁无功功率与定子绕组相电压的平方成正比，即励磁无功Y连接下的功率是连接下的功率的三分之一。此外，在相同电压和负载下它们的有功功率是等效的。因此，与连接相比，总功耗在Y连接下更小[1]。带式输送机通常以轻载或无载运行，使用用型接线启动电动机和用Y型接线启动电动机的方法可以减少电动机的功耗以达到节能降耗的效果。

2.2降压技术

三相异步电动机满负荷运行时，其功率因数较高，由电流引起的滞后于电压的相角较小。当电机负载变轻时，相角将会增加并且功率因数会降低。降压技术是利用三相电源即通过双向晶体管调节压力为电机供电，以及使用晶体管的点火角自动跟踪相角，当相角增加，点火角增加，电机的终端电压和功耗降低，最终实现功率因数的自补偿[2]。

2.3流量限制技术

如果带式输送机以某种物料特性运行，电机的功耗会降低，如连续性强，井网分布好，平均流量更稳定。自动带式输送机限流装置如图1所示。

图1。带式输送机自动限流装置

其工作原理是用螺丝钉根据材料粒径调整三段调节器高度。当材料进入限流装置时，调节器将阻止物料从高处流入集料台。材料临时存储在集料台上，直到出现较低的流量，然后他们会流下皮带。连续的过大流量将导致第一个集料台积满物料，一旦出现这种问题，物料就会溢出，穿过料流管两侧，堆在带式输送机两侧作为锚材处理[3]。该装置能及时、准确地调节物料流量，提高耐用性。提高工作效率，降低系统能耗。

2.4少电机操作技术

在散货码头皮带运输中，如果堆取料机或取料机的工作位置不同，则在皮带机上存放物料的长度也不同。材料长度越长，负载越大，电机的工作效率也越高。反之，长度越短，工作效率越低，最终导致能源浪费[4]。在这种情况下，采用较少的电机运行技术，即当负载较少时，减少一台或多台电机，可以达到节能、提高功率因数的目的。

与其他节能技术相比，少电机运行技术也能实现节能效果。具有设备投资少、换线少、改造成本低、更适合带式输送机节能改造的特点。

3、系统改进

天津港煤场带式输送机自投入使用以来，一直处于良好的运行状态。但随着时间的推移，带式输送机在工作过程中出现了效率低下的现象，造成较大的功率损耗和浪费。因此，根据天津港煤场的实际情况，提出了少电机运行技术。

3.1带式输送机系统硬件改进

节能改造结构示意图如图2所示，系统硬件主要包括：上位工控机、PLC控制器、电机、超越离合器、打印机、监控及数据采集系统、数据输入/输出卡、RS232/RS485转换器、RZ-102智能仪表、互感器等

图2节能改造结构示意图

3.1.1上位工业控制计算机

与原系统相比，带式输送机节能改进后有以下变化：

（1）原系统带式输送机BQ1的三台驱动电机在电机控制中心有硬件联锁信息。保证带式输送机正常运行的要求是BQ1的电机均能正常启动。但现在它只需要任何电机可以单独运行，所以它必须删除联锁信息。

（2）在带式输送机上增设节能运行允许按钮，方便系统调试。

（3）增加带式输送机节能运行提示信息。便于控制室技术人员了解带式输送机的实时运行情况。

（4）增加带式输送机节能运行状态记录。

3.1.2监控和数据采集系统

监控与数据采集系统的主要职责是及时采集BQ1三台电动机的电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等信息，并存入数据库。根据实时采集的数据，计算出带式输送机的负荷功率，并预测其变化趋势。从而智能计算运行电机的台数，保证了带式输送机的正常运行。

3.2带式输送机系统的软件改造

3.2.1程序设计规则

为了更好地与PLC系统结合，输送机节能监控系统的编程规则如下：

（1）数据库记录字段包括电压、A相电流、B相电流、C相电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、电机数量和时间。

（2）每隔半秒钟数据库记录一次。

（3）根据实时电压值、A相电流值、B相电流值、C相电流值和功率因数，计算出输送机负载的实时有功功率。

（4）在接下来的一分钟内，有功功率变化较大，通过拟合两条曲线得到，一条是计算出的实时有功功率，另一条是10分钟内计算出的全部有功功率。

（5）当实际电流值大于电机额定值并持续5秒时，必须立即输出电机急停信号。

（6）当负荷预测有功功率小于90%时，切断电机的信号将被输出。

（7）当有功功率预测值大于95%时，会发出电机上升信号。

3.2.2.数字量I/O的定义

通过对算法的分析，输送机节能监控系统通过继电器直接将切割或投资电机的结果输出给PLC。三个继电器的信号组合定义如表1所示。

表1.继电器的信号组合定义

3.3实验测试

根据两次实验记录，整理所得数据见表2。

表2.无载试验数据表

由表2可知，在空载条件下，三台电动机正常运行时，总有功功率为286.8kw，分别为1、2、3三台电动机的效率分别为39%、4%和35%。当两台电机正常运行时，只有3号电机切断，总有功功率为209.1KW，1号和2号电机的效率分别为43%和20%。

通过对实验结果的比较分析，可以看出，在无负荷条件下，一台电动机停机总节电量为77.7kw。节电率为27%。NO1和NO2电机的工作效率分别提高了4%和16%。由于切断了一台电机，总视在功率降低了120千瓦。

进一步分析，每台电机有功功率的实验值基本相同，因此电流比值反映了当所有电机投入运行时，不同电机输入端的视在功率（有功功率和无功功率也相同）按一定的规律分配。

电动机的功率分配不成比例，这可能与机械系统的当前状态有关。由现状推断，功率分配最多的是1号电机，其次是3号电机。这两台电机的功率分配几乎相同（40和33），2号电机的功率分配最小，因此建议切断2号电机，以减少1号和3号电机的冲击。

4结论

本文对几种常用的节能措施的技术原理进行了分析和探讨，这些措施都能达到降低能耗、提高电动机利用率的效果。但根据天津港煤场的实际情况，采用少电机技术，节能效果明显。该系统的实现将为企业今后的节能工作提供技术数据和成功经验。它还可以进一步产生更大的经济和社会效益。

参考文献

[1]薛洪

资料编号：[3169]

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