皮带机沿线光纤测温装置测温技术分析及安装研究

2022-01-27张奇

机械管理开发 2021年12期

张奇

（潞安煤基清洁能源公司，山西长治 046000）

引言

煤矿井下的工作环境较为复杂，在皮带机工作时，难免会出现下面几种情况，如输送带跑偏和碰水而造成打滑、满载启动、托辊卡死等。特别是灰尘与煤粉末进入到托辊轴承里面，由于与受料点接近的位置有洒煤情况出现，进而导致了下托辊卡死。在托辊轴承发生卡死之后，托辊的外表会和胶带发生摩擦，这就导致了托辊的温度逐渐上升，胶带的长度决定了选取托辊的数量，胶带越长使用的托辊就越多，所以，故障点也会越多。与此同时，因为胶带的边沿距离皮带机的支架不远，胶带如果有跑偏现象发生，皮带机支架和胶带边沿很容发生摩擦，进而提高温度，乃至发生火灾。因为长距离皮带机对检测温度的点就比较多，给巡检人员的工作增加了难度，如果还采用固有的检测方法，那么就要提前掩埋很多传感器，使维护的困难程度与成本增加。

在本文中，主要是关于长距离皮带机的缺点，如不易巡检、托辊的使用数量不少等，针对其缺点，沿线光纤测温装置被设计出来。沿线光纤测温装置的使用能够使长距离皮带机巡检托辊的难度下降。

1 光纤传感技术介绍与性能优点

1.1 光纤传感技术介绍

通信技术最后发展成为了光纤传感技术，光纤传感技术是一门高新技术，其集多种技术与学科为一体跟着通信技术与光纤共同发展的技术。压力、温度等外界环境极易影响光纤的正常传输，进而造成影响传输的光纤内部的光波量有变化发生，如频率、相位、光信号的强度等，影响外界环境的物理量可以从相应光波量的改变中取得。

1.2 光纤传感技术的性能优点

光纤传感技术和固有的电量型传感器相比较，如磁电式、热电偶、振弦式、热电阻，光纤传感技术的长处是无需维护、随时在线测量、易安装、较长的测量距离、较长的使用期限、较高的测温精度、较长的传输距离、抗电磁干扰、本征安全、耐高压等[1-2]。

2 皮带机沿线测温系统的构成和工作原理

2.1 沿线测温系统的构成

从图1 中可以看出，上位机、感温光纤、测温主机构成了沿线测温系统。

图1 沿线测温系统组成

从图1 可以看出，井下铺设着感温光纤，其位置靠近胶带托辊、与电缆沟，OTDR（光时域反射）与光RAMAN 散射被测温主机所使用，可以精确计算光纤沿线所有点的实时温度，把所有点的详细位置与相应温度经过上位机进行体现。

2.2 光纤测温的工作原理

下页图2 即为光纤测温的工作原理图。传递在感温光纤内的那束激光是从脉冲激光器中射出来的；RAMAN 散射光被发射到光纤中，光纤滤波器会把RAMAN 散射光依据温度强、弱分解为波长不同的Anti-Stokes 反射光与Stokes 反射光，经过把Anti-Stokes 反射光与Stokes 反射光进行比较与计算，温度的沿光纤的分布曲线就能绘制出来；OTDR（光时域反射）的使用，能够定位光纤中的全部的温度点，依据的是把光纤内的光的回波时间与传播速度的计算。

图2 光纤测温的工作原理图

光纤能够被上位机软件进行详细的分区，这样就可以实现定位准确，多级报警的设置，主要有到达设定值就报警、温度上升速度太快就预报警等[3]。

皮带机的长度是9 000 m，当在37 s 测量时，其测量结果如图3 即为托辊在每个位置的温度值。由此同时，士1.5 ℃就是对温度测量的准确值（此值是经过10 000 次测量数据的平均值）。

图3 9 000 m 长的带式输送机各位置托辊温度值

3 安装测温光缆的要求和方式

3.1 安装光缆的要求

1）安装光缆的弯曲半径的最小值：当静态负荷时，光缆的直径与弯曲半径最小值之间的关系是1∶10；当负荷在进行布线时，比方说，把管道内的光纤抽出，光缆的直径与弯曲半径的最小值之间的关系的1∶20。

2）应力的安装：作用在单芯光缆中的应力的安装最大不能大于5 kg。

3.2 安装测温光缆的方式

3.2.1 安装平行托辊轴线的方式

图4 即为安装平行托辊轴线的方式。局内光缆当途径拐弯点（后、前）、走线架时要把光缆绑扎在一起，与上升段垂直的分段进行绑扎的距离要小于1 m的距离。

图4 平行托辊轴线安装方式

感温光纤被安装的位置是胶带输送装置低于托辊的位置，依据实际情况，安装测温光缆和托辊的距离是5 mm，在托辊附近的温度会随着托辊的温蒂上升而上升，光谱能够对光缆进行分析与测量，进而获得各个时间段的温度数据。

3.2.2 安装多托辊组串行测温的方式

图5 即为安装多托辊组串行测温的方式。局内光缆当途径拐弯点（后、前）、走线架时要把光缆绑扎在一起，与上升段垂直的的分段进行绑扎的距离要小于1 m 的距离。此方法要思考加装吊线的安装或当对其进行测试的时候在托辊的一面把绑扎安装好。

图5 多托辊组串行测温安装方式

感温光纤被安装的位置是胶带输送装置低于托辊的位置，并垂直交叉于托辊方向。依据实际情况，安装测温光缆和托辊的距离是100 mm，在托辊附近的温度会随着托辊的温度上升而上升，光谱能够对光缆进行分析与测量，进而获得各个时间段的温度数据。因为托辊和光纤相互交叉，所以辊的直径就是有用测温长度，若测温长度不长，通过测试几乎就能确定本方法无法对温度精确测量。

3.2.3 安装托辊导热测温的方式

图6 即为安装托辊导热测温的方式。把一个导热管安装在托辊的侧面，为了测量温度就要在导热管上缠上光缆，可是思考位于中间位置的托辊是皮带机正常运转中是最大负荷，因此此托辊极易有问题出现。但由于导热管安装不易，所以，此方式几乎没有可行性。