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井下采煤系統(tǒng)變頻節(jié)能技術(shù)研究論文
摘要：介紹變頻技術(shù)的原理及作用，分析我國(guó)變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，探討變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、刮板輸送機(jī)、通風(fēng)設(shè)備等采煤設(shè)備中的應(yīng)用，分析和展望變頻節(jié)能技術(shù)在井下采煤系統(tǒng)的應(yīng)用前景。變頻節(jié)能技術(shù)在井下采煤系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)節(jié)能降耗、提升效益起著重要的作用。
關(guān)鍵詞：變頻節(jié)能;采煤系統(tǒng);分析;前景
目前，能源緊缺已經(jīng)成為全世界面臨的嚴(yán)峻課題，我國(guó)的煤炭開(kāi)采行業(yè)現(xiàn)狀又不容樂(lè)觀(guān)。一方面，煤炭開(kāi)采技術(shù)相對(duì)落后，生產(chǎn)效率得不到顯著提高；另一方面，由于機(jī)械設(shè)備的落后和陳舊，使井下作業(yè)工人的生命安全也得不到有效保證[1]。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展完善和電子電力技術(shù)的日漸成熟，變頻節(jié)能技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。煤炭企業(yè)作為我國(guó)目前的耗能大戶(hù)，在用電耗能方面一直占據(jù)較大的比例。因此，對(duì)于礦山煤炭企業(yè)井下采煤系統(tǒng)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效地運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)就顯得尤為迫切。
1、變頻節(jié)能技術(shù)概述
1.1 變頻技術(shù)的原理及作用
實(shí)際上，變頻技術(shù)的核心就是交流變頻調(diào)速器，簡(jiǎn)稱(chēng)變頻器。所謂的變頻，是指將常規(guī)的工頻電源轉(zhuǎn)化為另一頻率的電能，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。一般來(lái)講，這一過(guò)程，是通過(guò)利用半導(dǎo)體器件的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)用變頻技術(shù)的關(guān)鍵目的是節(jié)能降耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在某些特定的情況下，利用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電40%以上，當(dāng)變頻技術(shù)用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械時(shí)可以省電50%，在要求調(diào)速的負(fù)載中，也能夠?qū)崿F(xiàn)最高節(jié)能40%的效果[2]。其中通過(guò)輕負(fù)載降低電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能是變頻器節(jié)能的主要途徑。在具體的實(shí)踐工作中，如果僅僅通過(guò)降低電壓來(lái)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載，這樣對(duì)于轉(zhuǎn)速的改變并不大，對(duì)于節(jié)能的效果也并不理想。但是，如果將這種變頻技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)機(jī)環(huán)境里，效果會(huì)大大不同。這主要是因?yàn)楫?dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需求降低時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大大降低，而風(fēng)機(jī)的耗能跟轉(zhuǎn)速的1.7次方成正比，所以此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩迅速降低，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。而我們所探討的井下采煤系統(tǒng)主要就是通過(guò)運(yùn)用這種技術(shù)和原理來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的。
1.2 變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展歷程
交流變頻調(diào)速器起源于20世紀(jì)60年代初期，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，到20世紀(jì)80年代時(shí)在世界范圍內(nèi)的工業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然，我國(guó)的變頻節(jié)能技術(shù)起步較晚，但是經(jīng)過(guò)眾多科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的不懈努力，我國(guó)的變頻節(jié)能技術(shù)得到了快速的發(fā)展，目前已趨于成熟，處于世界領(lǐng)先水平[3]�，F(xiàn)階段的節(jié)能變頻技術(shù)日漸成熟，在我國(guó)由于變頻帶來(lái)的年節(jié)電潛力有望超過(guò)三個(gè)葛洲壩水電站的發(fā)電量。
2、變頻節(jié)能技術(shù)在井下采煤系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
由于井下采煤工作是一個(gè)系統(tǒng)性、連貫性的工作，各道工序相輔相成，因此變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用貫穿于井下采煤系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。
2.1 變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用
在我國(guó)現(xiàn)階段的井下采煤系統(tǒng)中，使用的主流采煤機(jī)型是電牽引雙滾筒采煤機(jī)。原有的采煤機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和完善，假設(shè)兩臺(tái)電機(jī)是1.5kW，那么“一拖二”就要選至少3kW的變頻器，但是“一拖一”設(shè)備只選1.5kW的就夠了，因?yàn)椤耙煌隙钡呢?fù)載是2個(gè)電機(jī)在運(yùn)行，“一拖一”設(shè)備就是始終一臺(tái)在用。所以，原有的“一拖二”逐漸被“一拖一”所取代。另外，變頻器輸出側(cè)為PWM波，電機(jī)電纜與大地之間有長(zhǎng)電纜的電容效應(yīng)，使用帶屏蔽層的電纜時(shí)，電容效應(yīng)更加明顯。在變頻器實(shí)際工作時(shí)，由于使用了四象限變頻器調(diào)速電牽引，就可以實(shí)現(xiàn)原牽引速度不變，避免機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)下滑跑車(chē)，同時(shí)使操作更加靈活、控制更為簡(jiǎn)便[4]。
2.2 變頻節(jié)能技術(shù)在皮帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用
皮帶運(yùn)輸機(jī)在井下采煤系統(tǒng)中的使用，既可以有力保障井下作業(yè)人員的安全，又可以大大提高井下工作效率，解放勞動(dòng)力。在以往的井下作業(yè)過(guò)程中，一般是采用液力耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的軟啟動(dòng)，這種方法不僅能耗高，而且時(shí)間一長(zhǎng)容易引起皮帶老化甚至斷裂。從原理上來(lái)講，在皮帶運(yùn)輸機(jī)中使用變頻節(jié)能技術(shù)主要是通過(guò)降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流波動(dòng)來(lái)減少電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械發(fā)熱和慣性沖擊，同時(shí)使得皮帶機(jī)的傳輸功能得到充分發(fā)揮，最大限度提升安全性能和生產(chǎn)效率。
2.3 變頻節(jié)能技術(shù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用
現(xiàn)階段，在現(xiàn)有的井下采煤工作面內(nèi)，刮板輸送機(jī)的井下作用已經(jīng)不僅僅局限于運(yùn)送原煤和各種作業(yè)物料，同時(shí)也是采煤機(jī)的作業(yè)軌道，所以刮板輸送機(jī)是現(xiàn)代化采煤工業(yè)領(lǐng)域必不可少的重要設(shè)備。只有刮板輸送機(jī)持續(xù)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證采煤工作面的整體運(yùn)行。固定式和移動(dòng)式是刮板輸送機(jī)的兩種常見(jiàn)類(lèi)型，在用于煤炭工業(yè)時(shí)，其輸送能力可以達(dá)到30～120t/h，鏈條速度最高可以達(dá)到1.0m/s，這就造成了刮板輸送機(jī)的空載功率消耗較大，約為總功率的30%。因此，變頻節(jié)能技術(shù)在刮板輸送機(jī)中的應(yīng)用，可以使空載能耗顯著降低，有效降低生產(chǎn)成本，保障采煤作業(yè)持續(xù)運(yùn)行。
2.4 變頻節(jié)能技術(shù)在通風(fēng)設(shè)備中的應(yīng)用
由于礦井開(kāi)采作業(yè)工期長(zhǎng)，所以通風(fēng)設(shè)備長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗大量電能，屬于井下作業(yè)中的高耗能設(shè)備。因此，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用必不可少�，F(xiàn)階段，經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造過(guò)的通風(fēng)設(shè)備已經(jīng)逐漸取代了過(guò)去傳統(tǒng)的以恒定運(yùn)行為主的通風(fēng)設(shè)備。這樣，不但可以根據(jù)實(shí)際工作需求調(diào)節(jié)通風(fēng)量，而且可以預(yù)防電流沖擊帶來(lái)的設(shè)備損害，實(shí)現(xiàn)電功率的合理分配，有效降低通風(fēng)設(shè)備的作業(yè)強(qiáng)度，減少維護(hù)頻次和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
3、變頻節(jié)能技術(shù)在井下采煤系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析
我國(guó)的礦山資源豐富，煤炭開(kāi)采企業(yè)仍有較大的發(fā)展空間，因此對(duì)于變頻節(jié)能設(shè)備的需求量也很大。同時(shí)，節(jié)能降耗和改善井下作業(yè)人人員的工作環(huán)境是煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，伴隨著電子智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，變頻節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用和控制必將在煤炭企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
4、結(jié)語(yǔ)
變頻節(jié)能技術(shù)在井下采煤系統(tǒng)中的應(yīng)用，一方面，可以通過(guò)改善井下工人的作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，強(qiáng)化設(shè)備的精細(xì)化控制，保證安全生產(chǎn)等來(lái)滿(mǎn)足煤礦企業(yè)的相關(guān)生產(chǎn)需求。另一方面，變頻技術(shù)的使用能夠有效地降低機(jī)械損耗、改善運(yùn)行狀態(tài)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命以及降低能量損耗達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。因此，相關(guān)的專(zhuān)家學(xué)者和行業(yè)工作者還需要通過(guò)不懈努力進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)
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