基于皮帶機運行系統(tǒng)節(jié)能問題的思考與分析

摘要：隨著港口設(shè)備自動化水平的提高,港口對能源的需求量也將越來越大,能源費用在港口裝卸生產(chǎn)中所占成本費用的比例也會有所提高。本文主要就港口皮帶機系統(tǒng)整體運行效率低下,能源浪費較嚴重的問題,分析了港口皮帶機構(gòu)成以及當前國內(nèi)外電動機能耗現(xiàn)狀,找出了皮帶機效率低下的原因,并探討了港口皮帶機系統(tǒng)節(jié)能增效技術(shù), 皮帶機系統(tǒng)是港口散貨碼頭的重要組成部分，,以期為港口節(jié)能降耗提供一些參考。

關(guān)鍵詞：港口； 皮帶機； 傳輸系統(tǒng)； 節(jié)能

Abstract: with the port equipment automation level enhancement, port of the energy demand will also is more and more big, the energy costs in the port of loading and unloading production accounts for the share of the cost will be improved. This article mainly port conveyor system overall efficiency is low, the energy waste more serious problems, this paper analyzes the belt institutions and the port into domestic and foreign motor energy consumption status, and finds out the reasons of the low efficiency of the belt conveyor, and discusses the port conveyor system energy saving and efficiency improvement technology, conveyor system is port bulk cargo wharf is the important component of, so as to provide some references for saving energy and reducing consumption port.

Keywords: port; Belt conveyor; Transmission system; Energy saving

前言

經(jīng)濟的高速發(fā)展的現(xiàn)狀下，全球都意識到“節(jié)能降耗”的重要性。如何實現(xiàn)能源的高效利用，降低消耗，是全球面臨的問題。尤其電工行業(yè)的電機節(jié)能技術(shù)更是節(jié)能減排的戰(zhàn)略組成部分，是國家的要求，也是企業(yè)提高經(jīng)濟的必然選擇。電動機是我國主要的用電設(shè)備，其消耗了大部分工業(yè)用電，因此，提高電機系統(tǒng)的能源利用效率水平對于我國的能源節(jié)約和環(huán)境保護有相當?shù)囊饬x。文章通過自動控制皮帶機傳輸流量、改變電動機連接方式、增減電機運行技術(shù)三種節(jié)能方式，對港口皮帶機節(jié)能增效技術(shù)進行一些探討。以確保皮帶機運行穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，有效的降低皮帶機能耗，在一定程度上起到節(jié)能降耗的效果。

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一、港口皮帶機系統(tǒng)效率低的因素分析研究

1、港口皮帶機系統(tǒng)的構(gòu)成。一般來說，典型的港口皮帶機系統(tǒng)由四個上、下級構(gòu)成——管理級、監(jiān)控級、控制級和現(xiàn)場級，因此，皮帶機系統(tǒng)看似簡單，卻綜合了制造技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)等多種技術(shù)類型，其中，

皮帶機控制系統(tǒng)大都采用分散控制，集中操作的方式，保證了對整個系統(tǒng)的管理有序，分而自治。從能耗角度看，皮帶機系統(tǒng)的管理級、監(jiān)控級和控制級涉及的都是一些低壓控制設(shè)備或者是信號傳輸系統(tǒng)，他們對能源的消耗不大，而現(xiàn)場級的驅(qū)動單元一般選用高壓異步電動機，其對電能的利用率直接反應(yīng)在所控制的電動機上。因此，決定皮帶機能耗大小的關(guān)鍵因素就是其所使用電動機的效率。

2、電動機能耗現(xiàn)狀。全美用電量的四分之一和工業(yè)用電量的百分之六十都是電動機消耗，如果積極推進電動機節(jié)能技術(shù)，將使整個工業(yè)界節(jié)能 15% 左右，達到 1000 億 kWh 的驚人數(shù)量。因此，電動機節(jié)能技術(shù)一直是美國電機乃至整個工業(yè)界的重點，而在 1997 年就已通過的 Energy Policy Actof 1992（EPACT 法案）更是已法律的形式確立了高效電機的運行。而在我國國內(nèi)，與國外相比差距更大，我國電機效率僅僅約為 75%，比國外低 10%，系統(tǒng)運行效率僅僅不到 40%，比國際先進水平低 20%~30%。國家發(fā)改委頒布的《節(jié)能中長期規(guī)劃》（2006 至 2020）更是將電機節(jié)能列為十大重點工程。而其中對于皮帶機的節(jié)能改造更是重中之重。

3、皮帶機效率低的原因。港口皮帶機系統(tǒng)效率低下的原因主要是由于使用低效電動機造成的，具體而言，就是負荷特性與電動機輸出的轉(zhuǎn)矩特性不匹配所致，也就是說，當負荷較小時，電動機帶著低負荷運行，效率低下。只有當負荷與電機額定輸出功率基本匹配時，電機才能高效率運轉(zhuǎn)。皮帶機在設(shè)計時，一般都按照所能承載的最大運輸量來考慮，而選擇與之匹配的減速機和電動機的原則是等級靠大不靠小。而且由于皮帶機系統(tǒng)是慣性力矩較大的機械設(shè)備，其托輥多且皮帶長，啟動時需要較大的輸入功率。在電動機選型時需要選擇額定功率較大的電動機，一般來說，至少需要考慮 20% 的功率富余量。而當啟動完成后，正常運行時負荷功率一般都小于啟動功率，使電動機大部分時間處于輕載狀態(tài)，輸出效率較低；此外，皮帶機運輸環(huán)境“惡劣”，既有堆料也有沙料，當堆料機、取料機處于不同位置時，皮帶機上有料段長度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，導致皮帶機運行負載變化很大。以上這些因素，都使皮帶機存在著較為嚴重的“大馬拉小車”現(xiàn)象�！按篑R拉小車”使電動機輸出的功率因數(shù)低，據(jù)測試，有些港口皮帶系統(tǒng)中電動機的輸出功率僅為 0.2~0.3，不僅自身效率低下，也使供電電路消耗大量的無功功率，讓供電線路增加了不必要的損耗。

二、港口皮帶機節(jié)能增效技術(shù)分析研究

1、自動控制皮帶機傳輸流量。皮帶機上有料段長度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，致使皮帶機運行負載變化很大。換句話說，如果能夠采用先進的自動控制技術(shù)使皮帶機上傳輸?shù)奈锪线B續(xù)性更強、分別更均勻，系統(tǒng)單頓耗電量必將下降。基于這個原理，人們提出了皮帶機流量自動控制技術(shù)，其控制的基本方式就是通過檢測裝置實時測量皮帶機物料瞬時傳送量，通過其反饋實現(xiàn)對上料設(shè)備及其作業(yè)速率的控制和調(diào)整。這種自動控制裝置不僅能準確的調(diào)整物料給予量，更能提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)能耗。目前，基于這一原理發(fā)明的皮帶機系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實踐，如天津港散貨物流中心的焦炭長廊皮帶機就是這一系統(tǒng)。

2、改變電動機連接方式。實際運行中的電動機繞組連接方式有有角形（△）和星型（Y）兩種。由電工理論知識可知，勵磁所需的無功功率正比于定子繞組相電壓的平方，因此，電動機采用 Y 連接所需的無功功率僅為三角形連接的三分之一，如下式

并且，如果電動機所帶負荷越小，這種差異就更加明顯。但是，這一措施節(jié)能能力有限，并且電機頻繁變換連接方式對電機本身也可能會帶來不利的影響。

3、增減電機運行技術(shù)。增減電機運行技術(shù)是最近幾年逐漸推行試用的一種新型節(jié)能技術(shù)，即根據(jù)皮帶機所承載負荷量自動改變驅(qū)動的電動機數(shù)量，從而實現(xiàn)節(jié)能。這種技術(shù)對于額定功率較大的港口輸煤系統(tǒng)特別適用，因為輸煤皮帶機一般采用兩臺或兩臺以上的電動機驅(qū)動。皮帶機傳輸系統(tǒng)在作業(yè)時，會經(jīng)常出現(xiàn)輕載甚至空載的情況，輕載和空載現(xiàn)象的出現(xiàn)使多臺電機運行效率低下。為了節(jié)約能源，可以采用“增減電機技術(shù)”改變運行電機的數(shù)量，使負載與電動機輸出功率盡量匹配。目前，減電機技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于港口節(jié)能中來，顯然，“增減電機技術(shù)”的關(guān)鍵就是判斷何時投入或切除電機，目前，檢測的方法主要有兩種：電機電流檢測和位置檢測。電機電流檢測原理是基于鼠籠異步電機工作電流與負載轉(zhuǎn)矩成線性關(guān)系，因此，可以通過檢測電機電流來判斷皮帶機實際的負荷量，一旦電流低于一臺電機的額定值就采用單電機運行，一旦電流高于一臺電機的額定值就投入另一臺電機。而位置檢測法是基于取料機需要沿皮帶機來回往復運動。假設(shè)堆場皮帶機由南向北貫穿整個堆場，如果取料機流量固定不變的情況下，取料機越往北，皮帶所承載的量就越大，移到最北段，皮帶機將滿負荷運行。因此，可以采用行程開關(guān)或編碼器計算出某些合適的位置，在這些位置，可以增減電機數(shù)，這就是位置檢測法。可以看出，位置檢測法比電流檢測法簡單，改造的費用也比較低廉，但是由于移艙、流程故障等原因可能導致皮帶較長時間空載而電機仍然全部投入運行，會造成一定浪費，因此，應(yīng)根據(jù)各自港口的實際情況，選用合適的檢測方法。

三、結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟和外貿(mào)的快速發(fā)展，港口運輸量不斷攀升，港口皮帶傳送系統(tǒng)是一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的重要物資傳送設(shè)備，擔負著輸送物資的重要任務(wù)，對提升港口工作效率影響極大。然而在節(jié)能減排和建設(shè)節(jié)約型社會的今天，皮帶機系統(tǒng)運行效率低下、能源浪費嚴重等問題并未得到根本性轉(zhuǎn)變，為了建設(shè)環(huán)境友好型港口，在大幅提升港口能源輸出的情況下探討港口設(shè)備節(jié)能具有十分重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1] 閻治安等：《電機學》，西安交通大學出版社，2006年。

[2] 王玉彬：《電機調(diào)速及節(jié)能技術(shù)》，中國電力出版社，2008 年。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。