基于皮帶機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)節(jié)能問(wèn)題的思考與分析

摘要：隨著港口設(shè)備自動(dòng)化水平的提高,港口對(duì)能源的需求量也將越來(lái)越大,能源費(fèi)用在港口裝卸生產(chǎn)中所占成本費(fèi)用的比例也會(huì)有所提高。本文主要就港口皮帶機(jī)系統(tǒng)整體運(yùn)行效率低下,能源浪費(fèi)較嚴(yán)重的問(wèn)題,分析了港口皮帶機(jī)構(gòu)成以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電動(dòng)機(jī)能耗現(xiàn)狀,找出了皮帶機(jī)效率低下的原因,并探討了港口皮帶機(jī)系統(tǒng)節(jié)能增效技術(shù), 皮帶機(jī)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(jī)； 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(jì)的高速發(fā)展的現(xiàn)狀下，全球都意識(shí)到“節(jié)能降耗”的重要性。如何實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，降低消耗，是全球面臨的問(wèn)題。尤其電工行業(yè)的電機(jī)節(jié)能技術(shù)更是節(jié)能減排的戰(zhàn)略組成部分，是國(guó)家的要求，也是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)的必然選擇。電動(dòng)機(jī)是我國(guó)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(jī)系統(tǒng)的能源利用效率水平對(duì)于我國(guó)的能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)有相當(dāng)?shù)囊饬x。文章通過(guò)自動(dòng)控制皮帶機(jī)傳輸流量、改變電動(dòng)機(jī)連接方式、增減電機(jī)運(yùn)行技術(shù)三種節(jié)能方式，對(duì)港口皮帶機(jī)節(jié)能增效技術(shù)進(jìn)行一些探討。以確保皮帶機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，有效的降低皮帶機(jī)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(jī)系統(tǒng)效率低的因素分析研究

1、港口皮帶機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成。一般來(lái)說(shuō)，典型的港口皮帶機(jī)系統(tǒng)由四個(gè)上、下級(jí)構(gòu)成——管理級(jí)、監(jiān)控級(jí)、控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，因此，皮帶機(jī)系統(tǒng)看似簡(jiǎn)單，卻綜合了制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)大都采用分散控制，集中操作的方式，保證了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理有序，分而自治。從能耗角度看，皮帶機(jī)系統(tǒng)的管理級(jí)、監(jiān)控級(jí)和控制級(jí)涉及的都是一些低壓控制設(shè)備或者是信號(hào)傳輸系統(tǒng)，他們對(duì)能源的消耗不大，而現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的驅(qū)動(dòng)單元一般選用高壓異步電動(dòng)機(jī)，其對(duì)電能的利用率直接反應(yīng)在所控制的電動(dòng)機(jī)上。因此，決定皮帶機(jī)能耗大小的關(guān)鍵因素就是其所使用電動(dòng)機(jī)的效率。

2、電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)消耗，如果積極推進(jìn)電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)，將使整個(gè)工業(yè)界節(jié)能 15% 左右，達(dá)到 1000 億 kWh 的驚人數(shù)量。因此，電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)一直是美國(guó)電機(jī)乃至整個(gè)工業(yè)界的重點(diǎn)，而在 1997 年就已通過(guò)的 Energy Policy Actof 1992（EPACT 法案）更是已法律的形式確立了高效電機(jī)的運(yùn)行。而在我國(guó)國(guó)內(nèi)，與國(guó)外相比差距更大，我國(guó)電機(jī)效率僅僅約為 75%，比國(guó)外低 10%，系統(tǒng)運(yùn)行效率僅僅不到 40%，比國(guó)際先進(jìn)水平低 20%~30%。國(guó)家發(fā)改委頒布的《節(jié)能中長(zhǎng)期規(guī)劃》（2006 至 2020）更是將電機(jī)節(jié)能列為十大重點(diǎn)工程。而其中對(duì)于皮帶機(jī)的節(jié)能改造更是重中之重。

3、皮帶機(jī)效率低的原因。港口皮帶機(jī)系統(tǒng)效率低下的原因主要是由于使用低效電動(dòng)機(jī)造成的，具體而言，就是負(fù)荷特性與電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩特性不匹配所致，也就是說(shuō)，當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶著低負(fù)荷運(yùn)行，效率低下。只有當(dāng)負(fù)荷與電機(jī)額定輸出功率基本匹配時(shí)，電機(jī)才能高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。皮帶機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，一般都按照所能承載的最大運(yùn)輸量來(lái)考慮，而選擇與之匹配的減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)的原則是等級(jí)靠大不靠小。而且由于皮帶機(jī)系統(tǒng)是慣性力矩較大的機(jī)械設(shè)備，其托輥多且皮帶長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)需要較大的輸入功率。在電動(dòng)機(jī)選型時(shí)需要選擇額定功率較大的電動(dòng)機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，至少需要考慮 20% 的功率富余量。而當(dāng)啟動(dòng)完成后，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷功率一般都小于啟動(dòng)功率，使電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，輸出效率較低；此外，皮帶機(jī)運(yùn)輸環(huán)境“惡劣”，既有堆料也有沙料，當(dāng)堆料機(jī)、取料機(jī)處于不同位置時(shí)，皮帶機(jī)上有料段長(zhǎng)度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，導(dǎo)致皮帶機(jī)運(yùn)行負(fù)載變化很大。以上這些因素，都使皮帶機(jī)存在著較為嚴(yán)重的“大馬拉小車”現(xiàn)象�！按篑R拉小車”使電動(dòng)機(jī)輸出的功率因數(shù)低，據(jù)測(cè)試，有些港口皮帶系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)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(wú)功功率，讓供電線路增加了不必要的損耗。

二、港口皮帶機(jī)節(jié)能增效技術(shù)分析研究

1、自動(dòng)控制皮帶機(jī)傳輸流量。皮帶機(jī)上有料段長(zhǎng)度和寬度均不相同，物料分布極不均勻，致使皮帶機(jī)運(yùn)行負(fù)載變化很大。換句話說(shuō)，如果能夠采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)使皮帶機(jī)上傳輸?shù)奈锪线B續(xù)性更強(qiáng)、分別更均勻，系統(tǒng)單頓耗電量必將下降�；�于這個(gè)原理，人們提出了皮帶機(jī)流量自動(dòng)控制技術(shù)，其控制的基本方式就是通過(guò)檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)測(cè)量皮帶機(jī)物料瞬時(shí)傳送量，通過(guò)其反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)上料設(shè)備及其作業(yè)速率的控制和調(diào)整。這種自動(dòng)控制裝置不僅能準(zhǔn)確的調(diào)整物料給予量，更能提高系統(tǒng)運(yùn)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(jī)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)踐，如天津港散貨物流中心的焦炭長(zhǎng)廊皮帶機(jī)就是這一系統(tǒng)。

2、改變電動(dòng)機(jī)連接方式。實(shí)際運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)繞組連接方式有有角形（△）和星型（Y）兩種。由電工理論知識(shí)可知，勵(lì)磁所需的無(wú)功功率正比于定子繞組相電壓的平方，因此，電動(dòng)機(jī)采用 Y 連接所需的無(wú)功功率僅為三角形連接的三分之一，如下式

并且，如果電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)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(jī)頻繁變換連接方式對(duì)電機(jī)本身也可能會(huì)帶來(lái)不利的影響。

3、增減電機(jī)運(yùn)行技術(shù)。增減電機(jī)運(yùn)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(jī)所承載負(fù)荷量自動(dòng)改變驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種技術(shù)對(duì)于額定功率較大的港口輸煤系統(tǒng)特別適用，因?yàn)檩斆浩�帶機(jī)一般采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。皮帶機(jī)傳輸系統(tǒng)在作業(yè)時(shí)，會(huì)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(tái)電機(jī)運(yùn)行效率低下。為了節(jié)約能源，可以采用“增減電機(jī)技術(shù)”改變運(yùn)行電機(jī)的數(shù)量，使負(fù)載與電動(dòng)機(jī)輸出功率盡量匹配。目前，減電機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于港口節(jié)能中來(lái)，顯然，“增減電機(jī)技術(shù)”的關(guān)鍵就是判斷何時(shí)投入或切除電機(jī)，目前，檢測(cè)的方法主要有兩種：電機(jī)電流檢測(cè)和位置檢測(cè)。電機(jī)電流檢測(cè)原理是基于鼠籠異步電機(jī)工作電流與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成線性關(guān)系，因此，可以通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流來(lái)判斷皮帶機(jī)實(shí)際的負(fù)荷量，一旦電流低于一臺(tái)電機(jī)的額定值就采用單電機(jī)運(yùn)行，一旦電流高于一臺(tái)電機(jī)的額定值就投入另一臺(tái)電機(jī)。而位置檢測(cè)法是基于取料機(jī)需要沿皮帶機(jī)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。假設(shè)堆場(chǎng)皮帶機(jī)由南向北貫穿整個(gè)堆場(chǎng)，如果取料機(jī)流量固定不變的情況下，取料機(jī)越往北，皮帶所承載的量就越大，移到最北段，皮帶機(jī)將滿負(fù)荷運(yùn)行。因此，可以采用行程開(kāi)關(guān)或編碼器計(jì)算出某些合適的位置，在這些位置，可以增減電機(jī)數(shù)，這就是位置檢測(cè)法�？梢钥闯觯�位置檢測(cè)法比電流檢測(cè)法簡(jiǎn)單，改造的費(fèi)用也比較低廉，但是由于移艙、流程故障等原因可能導(dǎo)致皮帶較長(zhǎng)時(shí)間空載而電機(jī)仍然全部投入運(yùn)行，會(huì)造成一定浪費(fèi)，因此，應(yīng)根據(jù)各自港口的實(shí)際情況，選用合適的檢測(cè)方法。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和外貿(mào)的快速發(fā)展，港口運(yùn)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(jī)械能的重要物資傳送設(shè)備，擔(dān)負(fù)著輸送物資的重要任務(wù)，對(duì)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(huì)的今天，皮帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)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(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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