胶带输送机的驱动方案.doc

胶带输送机的驱动方案 目前我国大型胶带输送机常用的驱动主要有以下四种方式 1、具有可控软起动功能的CST驱动 电动机 CST 传动滚筒 离合器 2、低、中、高压变频驱动。 隔离变压器 变频器 变频电机 减速器 传动滚筒 4 1 3 2 3、减速器＋调速型液力偶合器驱动。 4、二进制投切电阻启动。 鉴于二进制投切转子电阻启动起动速度曲线控制功能较差,本次对该驱动方式不做考虑。 我们知道，大型胶带输送机驱动过程中的主要控制任务是如何实现较大弹性负载、多点驱动、重载情况下的平稳启动过程。是否满足这一过程控制的要求，是选择控制方式的关键。对胶带输送机运行过程中进行频繁调速的意义不大。但在低速验带时需要低速运行；另外对于分期建设的项目，设备按后期一次投入，前期可降低带速运行，后期再提高带速，此方法可降低项目总投资，用变频调速可满足此要求，宁煤集团清水营煤矿有成功经验。而其它调速方式则不能长期低速运行。 在之前相当长的一段时期能满足大弹性负载、多点驱动、重载情况下的平稳启动过程已经成为难题。 为了实现这一过程，工程师们首先想到的变频控制，但长期以来，电气工程师们受到大容量、高电压的晶闸管技术还不成熟的现实困扰，大功率变频技术发展缓慢。 为了解决这一问题，机械工程师开始从液压原理上找出路，因此出现了可控式液力耦合器和可控CST软起动器。从某种意义上说机械工程师们做到了，而且获得较大的成功，并获得了最广范的市场。它实现了输送机比较理想的起动特性。如图速度-时间曲线，实际上，如何获得起动曲线α2是输送机优化的关键。 也就是 1、改善曲线形状以减小瞬间加速度，α改为α1 2、延长起动时间,以进一步减小瞬间加速度，α1 改为α2 以德国福伊特公司为代表的可控液力耦合器和以美国道奇公司为代表可控CST软起动器，都是根据液压原理，利用耦合滑差达到调速目的。也都是在电机首先直接起动达到工频转速后，再通过控制液压系统进行胶带起动方式。 这种机械“软”起动，实际上只实现了胶带的软起动，电机的软起动问题则留给了电气工程师，如果要使电机软起动，还需采取Y-△降压起动或其他形式的软起动。特别是电机直接起动，起动电流不因为是否带载或带载大小而有所增减，起动电流都将达到额定电流的5-8倍，因此，这两种驱动方式，要求配电系统容量要成倍增加，可以说这种起动方式，无意中将成本转移到了供电系统上来，而单纯的起动设备的价格只是个表面现象，从实质上讲没能反应项目的整体投资。 就技术而言，两种机械软起动又有所区别可控液力耦合器是通过液压推动从而产生滑差，可以获得较大的转差率，工作效率也很高，发热相对CST较小，体积也相对较小，这种产品更适用于井下刮板输送机。而CST是通过一定压力下的油膜滑动磨擦产生滑差达到调速目的，也可以获得较大的转差率，但大转差运行时间不能过长，否则容易过热，更适用于井下胶带机。 可以肯定的是虽然CST和可控液力耦合器，不能做为长期低速运行或频繁调速，但它们的研发人抓住“启动”这一关键，有针对性的解决了机械设备的起动问题，同时还解决了软连接的问题。 他的生命力主要表现在 1、CST是专为重载输送机设计的,适合于重载输送机的起动装置。 2、各种技术有不同的应用场合, CST一开始就为启动设计的，变频器适用于随时需要大范围变速的系统，而CST并不想进入这一领域。 3、CST强调的是实用性的技术。它同调速型液力偶合器一样，在大功率中压变频技术出现前产生并发展，并在大功率中压变频技术发展的同时还有顽强的生命力。 目前这两种方式在井下采煤中仍然具有较大的优越性 1、在井下液压系统受温度影响相对较小。 2、控制系统电压等级较小，容易做到本安型。 3、受井下潮湿和多有害气体腐蚀威胁较小。 因此这两种在特殊历史背景下的产物，今后特别是在井工采煤中的应用在短期内还有较大市场， 但从长远来看，随着中压乃至高压变频技术的不断发展成熟，被变频技术取代也是历史的必然。 重要体现在以下几个方面 1、这两种方式，虽然在特殊条件下，解决了胶带机的重载起动问题，为我国煤炭生产做出过较大贡献，但就电机来说还是个空载直接起动过程，对于大型电机还必须增设软起动设备或增大电源容量。起动过程达不到节能效果，且大大地增加了供电系统的投资。 2、两种液压调速方式，都不能长期低速运行或进行频繁调速。由于是机械调速，所以在运行尤其是在调速过程中都有不同程度的过热现象，过载能力较差。 3、除了驱动系统外，机械软启动还需要配备一套液压系统和加热系统，渗、泄、漏现象在所难免，提高了系统故障率，维护量较大。 4、CST的负载能力受设备体积影响较大，这就意味着它的发展受空间制约。 5、CST不具备直交驱动的功能，不能采用吊挂式驱动，只能是平行驱动且固定基础，如用于移动胶带上，驱动部的基础将相当庞大，且不易固定，这对移动胶带来说是个致命问题。 6、两种方式在露天环境下使用受温度影响较大。 7、CST备件及液压油脂价格昂贵。 7、如采用闭环控制，配套的电气控制系统也很不简单。 随着中压变频调速驱动技术近年来在特大型胶带输送机上的应用日趋成熟，高压变频也有较大市场，变频调速技术有了长足的发展，在各种工矿企业的生产过程中优势逐渐显现，其优点主要是 1、变频调速使电机真正意义上实现“软起动”，起动电流小，配电系统要求容量大大减少，供配电的投资也相应减少。 2、很容易地实现胶带机负载特性相稳合的恒转矩调速。 3、调速范围宽、控制精度高。 4、易于实现胶带的多台、多点驱动过程自动速度跟踪，能够提供可控的、理想的起制动性能，满足整个胶带运输机系统动态稳定性及可靠性的要求。 5、能在低速情况下长时间运行，真正提供验带速度，具有较强的过载能力。 6、如果有必要，还可根据原煤的生产情况随时调整速度，减少电能损耗。 7、选用成熟的能满足胶带控制要求的变频器，故障率较低，维护量小。 8、可完全消除由于电动机启动造成的机械冲击，延长机械设备的使用寿命。 9、可完全消除由于电动机启动造成的电网电压波动，增加其它电气设备运行的可靠性（尤其是计算机设备）。 10、与机械类软启动（或调速）装置相比，电气软启动（或调速）装置更易于实现自动化控制，且控制精度高。 11、可有效减小供电系统的变压器容量。 12、对于下运的输送机，还可采用发电制动，不但不消耗反而可向电网回馈电能。 但变频调速技术也有其不足，这也是竞争对手经常拿来做为对比的依据，其局限主要表现在 1、为了使系统运行更稳定，需配专门的变频电动机（如用36脉整流可用普通电机）。 2、电气设备占地面积大，这一点在露天做业下并不是问题。 3、若变频器的台数较多，选用的变频器整流脉动数少，可能使电网产生高次谐波，若超过国家标准则需加装滤波设备。 4、变频调速系统电气控制系统较复杂，对维护和操作人员的素质要求较高，这是科技发展的必然。 5、变频调速驱动的自动调速，实质上使胶带输送机的减速器承受交变荷载。可通过速度反馈进行调节。 综上所述，尽管对手们的争执仍在继续，但从用户的角度出发，三种启动方式单单用于启动过程中是较成熟的技术，选择哪一种技术都不存在是非问题，令人欣慰的是我们现在终于有的可选，不能不提出的是在不同工况条件下三种启动方式各有优劣。 多年的经验告诉我们井下胶带机软起动用CST较合理，因为它的电气防爆性能较好，控制系统容易做成本质安全型产品。 井下工作面刮板机用可控液力耦合器更合理一些，因为除了防爆性能好外，还有体积小的特点，能充分满足空间狭窄的要求。同CST比液力耦合器能实现正交驱动，CST则不能。 对于露天开采，变频器除了（用其对手的话说）价格比较贵外（这种说法并不可信），从环境适应能力、故障率、电机软起动性能仍然具有明显优势，既便是贵点，但它省下的供电成本能弥补其投资额度。因此从系统造价来说，机械式软启动并不占有优势。 从发展的角度看，随着晶体管技术的进一步集成，大功率、高压的晶体管的发展，再加上变频器具有的可靠性高、控制精度高等特点，中、高压变频调速技术在胶带输送机运输系统的应用前景会越来越好。如果我们选择了相对较好的变频器生产厂家可靠性会更高。 因此在露天开采工艺中，采用同等工况条件具有成熟经验的中压变频器产品，是我们最好的选择。至于变频器电压等级的选择，建议选择6000V中压变频，电流不是很大。 以下是三种方案性能对比表。 三种驱动方式的性能比较表 阀控液力耦合器 变频器 CST 工作原理 利用滑差调速 改变供电频率调速 利用滑差调速 采购价格 相对低点但不是系统总的投资 并不太高系统总的投资反而要低 相对低但不是系统总的投资（大功率的比变频还贵） 驱动方式 可正交驱动 可正交驱动 不能正交驱动 调速性能 不能长期低速运行 可实现低速验带功能，可在前期低运行成本的原则上减小产量。 不能长期低速运行 附属设备加价 配电系统容量增加导致配电投资增长，还需增加一套液压系统。 变频电机，屏蔽电缆等配电。可大大减少了机械投资。 电机直接起动会使配电设备投资增加，还要增加一套液压系统 可选性 只有德国福伊特一家质量较过关 有ABB、SIMENS、SCHNEDER、GE多家同类产品质量较好。 只有美国道奇公司产品较过关 运行成本 在动力传动系统中没有磨损件，但渗、泄、漏现象是存在的。 好的变频器日常维护量很小。 在动力传动系统中没有磨损件,配件价格也不低，还必须考虑液压油的成本。 配套电机 普通鼠笼电机 专用变频电机 普通鼠笼电机 环境适应性 高寒地区，受环境温度影响较大。特别是露天安装加热器，加热器上油质炭化为维护带来太多不便。 对环境温度有影响，但大多数情况下都放在配电室内。 高寒地区，受环境温度影响较大、特别是露天安装加热器，加热器上油质炭化为维护带来太多不便。 可靠性 高，即使失效也有可预见性，并能进行预防性检修。 很高，可以通过文本文件上报故障情况。 很高，即使失效也有可预见性，并能进行预防性检修。 人员要求 普通机修工可以检修。但维护量较大。 模块化设计，维护方便，要求维护人员素质高。 普通机修工可以检修，俣维修量相对较大 对电网和周围设备的影响 电机是直接起动对电网冲击大，要求供电系统容量大或另外增加电机的软启动设备。就电机而言不是真正的软起动 电机实现真正的软起动，对电网没有冲击，对供电系统容量要求相对较小。产生一定的高次谐波干扰。 电机是直接起动对电网冲击大，要求供电系统容量大或另外增加电机的软启动设备。就电机而言不是真正意义上的软起动。 传递功率 通过增加滑差的方式传递更大的扭矩。 过载能力很强。 很高，可通过增加滑差的方式增大的扭矩，但大滑差工作时间不能太长。 供电系统要求 对电网要求高，或增加电气辅助系统。 对较差电网的耐受性强。 对电网要求高，或增加电气辅助系统。 系统间隔绝 可以完全隔绝 加装液力连轴节可以实现。 可以完全隔绝。 使用寿命 大修周期6-8年，从实际经验看，使用寿命超过30年， 有换代周期，但换代周期不象其对手说的那样短，换代成本越来越低。 大修周期6-8年， 零部件供应 即使几十年前的产品仍然可以得到零件供应，但价格要贵 可备用一些组件，如功率模块，时间越长价格越贵。 即使几十年前的产品仍然可以得到零件供应，但价格要贵。 建议方案 1．1剥离系统方案建议 由于CST不具备直交驱动的功能，不能采用吊挂式驱动，只能是固定基础，这样移动式胶带机驱动部的基础将相当庞大，且不易固定，这对移动胶带来说是个致命问题。因此移动胶带机不适合使用CST驱动。 由于剥离系统胶带具有驱动站可以移动、露天放置、冬季作业温度较低的特点，机械软起动没有什么优势。机械软起动只解决了胶带机的软起动问题，对于较大功率的剥离系统胶带机电机来说还是个空载直接起动过程，电机直接起动对电网冲击较大，就大型电机本身的起动问题还没有解决，还必须增设软起动设备或增大电源容量。这将大大地增加了供电系统的投资。还不敢保证不出现电机起动困难问题。生产成本的增加量也相当可观。因此剥离系统（除500KW以下的可用恒充式液耦外）其余的不赞同采用机械软起动。 因为6KV高电压、小电流输入的中压变频器比低电压、大电流输入的低压变频发热要小，加之可靠的强制风冷措施不会出现一期出现的过热问题。从已经投运的三家产品来看，6KV变频器运行状态都很稳定，能够满足剥离系统驱动要求。 根据剥离系统胶带驱动站可以移动、露天放置、冬季作业环境恶劣的特点和较大功率电机同样需要软起动的要求，剥离系统要采用6KV变频器比机械软起动技术性能更优越，根据以上特点建议剥离系统胶带驱动采用6KV高压变频驱动方案。 1．2招标办法 为保证招标产品质量，我们确定招标范围为移相（变频）变压器、变频器（柜机）、主从控制块、电容（电力电容）及电感滤波器。为保证技术可靠性,评标标准须定为技术分定为60-70分、价格分定为30-40分。 2．输煤系统驱动方案 2．1调整方案 输煤系统驱动功率又较小,不值得采用高压变频,而且小功率液力耦合器有其价格优势，所以在我矿驱动系统相对固定,设备运行环境相对封闭，受天气影响较小,驱动功率也较小的输煤系统胶带机上建议采用小功率液力耦合器软起动方案。在这个功率段的液力耦合器体积相对较小的价格比变频器价格便宜，且在霍煤集团的选煤系统有着广泛的应用。 建议输煤系统取消低压变频方案，在固定驱动输煤胶带机上小于800KW胶带机驱动采用高压电机-调速型液力耦合器-减速机驱动方案。小于和等于500KW胶带机驱动采用高压电机-恒充式液力耦合器-减速机驱动方案，此方案在秦皇岛码头七公司有49台恒充式液力耦合器在单驱动功率为450KW以下胶带机上使用，效果较好。 锡林浩特矿业公司二期筹备处 控制组 二○○九年十一月十六日