岩破胶带系统胶带降速运行浅谈

2018-05-23孙健

中国设备工程 2018年9期

孙健

（鞍钢集团矿业有限公司东鞍山分公司，辽宁鞍山 114000）

鞍钢集团矿业有限公司东鞍山分公司岩破胶带系统原设计能力为1400万t/年，根据近年来东鞍山分公司采场矿石货源输出情况，按照矿、岩采剥比计算，岩石平均产量为900万t/年，照比年设计能力1400万t降低35．71%，从节能降耗，降低设备故障率，延长设备及备件的使用寿命，降低职工劳动强度，提高系统运行安全性等方面考虑，认为可以尝试将岩破胶带系统胶带运行速度调低，从设计的4m/s降至3．5m/s。

1 岩破胶带系统简介

岩破胶带系统由PXF60-89液压旋回破碎机1台，给矿胶带机1台（7．8m），4#胶带机1台（1235m），3#胶带机1台（1045m），PLK1800-50型排岩机1台组成。其中4#胶带机3台615kW电机头部驱动，3#胶带机4台615kW电机中部和头部驱动，岩破1#线路为中控电磁站供电，岩破3#线路为破碎机和排岩机电磁站供电，中控电磁站为3#胶带机中部两台电动机及4#胶带机3台电动机供电，排岩机电磁站为3#胶带头部两台电动机供电。

2 项目内容

岩破胶带系统胶带的带速由4m/s降至3．5m/s。

岩破胶带系统设计能力为1400万t/年，近年来的平均产量为900万t/年，比设计能力降低35．7%，而带速从4m/s降至3．5m/s降幅为12．5%，仍有23．2%的余量，在不改变目前生产组织现状可完成生产计划。

岩破胶带系统采用7台615kW、690V的西门子IPQ8系列交流变频电动机，其中4台驱动3#胶带，3台驱动4#胶带，当带速由4m/s降至3．5m/s时，对应的转速是1118r/min，对应的频率是37．5Hz，该参数在允许范围内，系统是安全稳定的。

3 可行性分析

3.1 降速可节约电能消耗

电动机的输出功率与速度的关系式为：

式中：

P―电动机的输出功率；

T―负载转矩；

N―电动机的转速。

本系统为恒转矩负载，即T为常数，那么电动机输出功率P与电动机转速N成正比关系。理论上带速由4m/s降至3．5m/s可减少电动机输出功率12．5%，即电网少向电动机供12．5%的电能，由此可见，节能效果非常显著。

3.2 降速可延长设备寿命

众所周知，同等作业条件下，设备转速低故障率将随之降低，如岩破胶带系统生产线中的减速机、滚筒、托辊、胶带等使用寿命将得到延长。

3.3 降速可降低设备故障率

降速可降低胶带机的振动幅度，一般情况下，设备振动越小，故障率就越低。3#胶带机因路基沉降不均，导致胶带机沿线设备设施振动非常严重，故障频发，拉绳、堵漏开关经常误动，胶带架等钢结构件时常开焊、变形，开焊部位挤破、挤断各类电缆的情况时有发生，当降速运行后振幅随降速而减小，结构件的疲劳得以减缓，故障率也将随之降低，同时减轻了工人的检修劳动强度。

3.4 降速可保证岩破胶带系统更加安全

显而易见，岩破胶带系统胶带机的速度与安全是成反比的，速度越低安全性越高，这里的安全是广义的，不只是对人身的安全，同时对设备设施同样是安全的。

4 效益计算

（1）按降速可节约电能消耗效益计算，创效60．55万元。

以5个月的耗电量的平均值为例，计算降速可节约的电能。岩破胶带系统月平均耗电量为岩破1#线路与岩破3#线路之和，即481872+357132=839004kWh（09变电所变盘电量）。

其中岩破1#线路为中控电磁站供电，岩破3#线路为破碎机和排岩机电磁站供电，中控电磁站为3#胶带机中部两台电动机及4#胶带机3台电动机供电，排岩机电磁站为3#胶带头部两台电动机供电。岩破1#线路即中控电磁站的固定消耗（即胶带机停运时的消耗，包括变损及辅助设施消耗），09变电所实时监控系统显示为4A左右，即月耗电量为4A×6V×24h×30d=17280kW·h。

胶带机每台电动机月耗电量为（48．2-1．7）÷5=93000kW·h。

降速可节约电能65．1×12．5%×12=976500kW·h。

折成电费为60．55万元。

（2）降速可延长设备寿命效益计算，创效11万元。

①例如滚动轴承使用寿命计算公式如下：

式中：

L10h―基本额定寿命，h；

c―基本额定动载荷；

P―当量动载荷；

ε―寿命指数（球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3）；

n―轴承工作转数。

同等运量条件下式中的基本不变，可以设为常数，则滚动轴承使用寿命L10h与轴承转数n成反比，即轴承转速越低，其使用寿命越长。带速由4m/s降到3．5m/s代入计算公式，轴承的使用寿命延长12．5%。

岩破胶带系统胶带机共有各型号滚筒19个，各型号托辊约6435个，每年因滚动轴承损坏导致滚筒更换数量约为5个，托辊约为300个；滚筒轴承均价为6000元/个，托辊均价为300元/个（托辊轴承损坏后不能修复，即报废）。

滚筒轴承及托辊备件费用：6000元/个×5个滚筒×2个轴承/滚筒+300元/个×300个=15万元。

另外，更换滚筒及托辊检修费用每年约为5万元。

总费用为20万元。按照降速后延长使用寿命12．5%计算，可节省滚筒轴承及托辊备件和检修费用总计为 20 万元 ×12．5%=2．5 万元。

②降速可降低胶带划伤机率，岩破胶带系统胶带总长为2300米，每年因胶带划伤、撕裂需更换大约为200米，每米胶带价格为1100元，合计为22万元，按照降低机率约为12．5%计算，可节省成本为22万元×12．5%=2．75 万元。

③降速可使电动机输出功率下降，即供电线路、变压器、变频器的输出电流均随之下降，则温升下降，电缆变压器、变频器、电动机等重要的组成部分为绝缘材料，而绝缘材料老化的程度与温度成正比，可用“八度规则”经验规律来估算其使用寿命，即温度每上升8℃，则其寿命降低一半。由此可见，降低温升是延长电气设备的关键，因导体温升是按时间指数函数增长的，非线性。这里且按线性来估算。

变压器共5台，大约为120万元；变频器共3组，大约为439万元；电动机共7台，大约为308万元；如寿命按15年计算，使用年限延长12．5%，大约年可节约 5．75 万元。

上述⑴⑵项合计为71．55万元。