浅谈煤矿设备节能优化中变频调速技术的有效应用

学术论文 2018-07-13 09:42:40
  在煤矿生产中的设备基本是由电动机进行拖动的,自进入20世纪以来,科技得到快速发展,变频调速技术更是发展很快。目前变频调速技术涉及到多个行业之中,应用非常广泛,如风机、水泵、提升机、电车以及其他的一些电机调速。变频调频速技术的使用具有重大的节能效益,对提高产品质量也有重大意义。本文主要讲述煤矿设备节能优化中变频调速技术的应用。 
  1 变频调速技术节能的理论依据 
  交流调速是从20世纪被应用到生活生产中的,目前应用领域已涉及到多个行业领域,如电力电子、信息控制以及电动机等,电气传动的交流变频化已成为客观发展的必然趋势,它的其中一个分支――变频调速技术是目前最有前途,同时也是最为常用的技术之一。把变频调速技术应用到电动机中,就能使得电动机在工业生产中发挥更大的作用。对于变频电动机而言,在启动时电压与频率从零逐渐增加,在低频下启动可以使得频率变化非常的平滑,所产生的电流小,减少了电流对电动机的损坏。 
  电动机转动时转速与频率成正比即n=60f(1-s)/p,式中n表示电动机转速,单位r/min,f表示工作频率。根据流体力学相关理论,在风阻不变的情况下,转速与风量成正比,表示为n/n0=Q/Q0=3,因此在雷诺系数不超过2~3倍情况下,风机的转速通过变频调速来改变可以通过三种形式,一是保证在矿井网络特性不变的情况下,减少需风量,二是在需风量不变的情况下减小总风阻,三是同时减小煤矿总风阻和需风量。 
  2 变频调速技术在煤矿设备节能优化中的应用 
  在煤矿开采过程中,随着开采不断加深,必然会延长巷道,虽然工作可以保证风量基本保持不变,但是井下需要的压力确实是不断增加的,因此工作需要的风机功率是逐渐增加,通常情况下风机在设计时是依照最大用风量,因此正常情况下风机的额定流量是高于用风量的,工作时多余的风量用在采用防风或者安装风门限流等工作上,把变频调速器应用到通风系统中,可以任意地调节供电频率来根据需要改变风机电机的转速,从而实现生产用风量,减小风量浪费的现象。另一方面,在风机转速降低的情况下,必然会降低电动机的功率,比如说风量在将降为80%的情况下,转速将可降低到80%,轴功率下降为额定值的51.2%,大大节约了电能。
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  本文煤矿工作面变频调速装置安装布置如图1所示,在T1、T2、T3处的瓦斯浓度超过正常值的情况下,自动控制装置可以检测出来,进而启动自动控制进入自控通风状态,通风机根据T1、T2检查的瓦斯浓度和风流用隔爆兼本安型变频调速装置自动控制风速,实现局部通风机的加速,若是检测浓度过大,则是自控通风机加速,避免出现瓦斯超量的现象。也需要控制局部通风机的调整,通常情况下,局部通风机的上限频率f设定在10~50Hz之间,下限频率在10~50Hz之间变化,一旦甲烷传感器T1出现线路故障,局部通风机就会根据设定的下线频率工作,若是回风巷混合处的瓦斯浓度超过设定值,通过风的变频调速装置就可以实现自动控制瓦斯浓度状态。通风机在安装的变频调速进入到自控瓦斯浓度状态后,局部通风机的转速通过瓦斯浓度实现自动控制,在T2和T3处的浓度过小时,可以实现通风机加大风量,在浓度超过允许的范围后,通过改变接输出风量,将回风流的瓦斯浓度控制在安全范围内,保证煤矿工作的效率。 
  在甲烷传感器上显示T1、T2和T3处的数值超过规定之时,自动控制实现断开输出闭锁接点,实现掘进巷的馈电开关断电,若自动控制装置出现故障,设备自动断开输出闭锁节点,实现闭锁功能,在必要的时候,局部通风机的运行速度还可以进行人为控制,在使用手动进行控制时风量的调节也是通过变频调速装置上的按钮进行实现,在人为控制的过程中瓦斯浓度以及甲烷传感器都处在不工作状态下。变频调速技术在煤矿通风机的使用中,实现了自动控制风速风量的效果,在通风上实现了节能,该改进的技术能够实现根据瓦斯量的情况来控制风速,最大程度地避免了风机全速运行,减少了电能的消耗。在意外停电等情况下,不需要采取人工排放瓦斯,可以根据设定值自动提醒,安全性大大提高,在串联通风时,通风机的变频调速装置可以实现局部地方的出风量,进而确保下级地方的通风安全性,从通风机的启动方式来讲,变频调速装置使通风机的启动变为软启动,降低启动时产生的电流,安全性得到提高,减少了连接设备的磨损,使设备维护费用大大降低,风机在工作不再是满负荷工作,可节约60%的电能,另外工作压力降低,也减少了管道等的压力,延长使用寿命。 
  变频调速在空压机的应用中,通常情况下,空压机的功率非常大,在启动时通常采取三角启动的方式,加载和卸载通常都是在瞬间完成,因此,在启动的过程中,空压机会形成短时间的高电流,对连接的设备来说破坏作用非常大,另外这个大电流还会引起空气的波动,易引发静电,加速设备的磨损,有时还会增加电机的启动次数,浪费大量电能。在空压机上改装变频调速技术,能够保证电动机实现慢启动,最大程度地减少了启动冲击和设备的磨损,延长电机和其他设备的使用寿命,另外由于电机运行的频率可以进行改变,因此也减小了电机频繁启动所造成的电能浪费现象,达到节能的目的。电机的软启动时造成的电流也减少了电机对电网的冲击,降低设备磨损现象,电机的维护费用大大减少,另外电机启动的噪音以及机械噪音也大大减少,运行更加平稳,具备保护功能,实现电机的安全运行。 
  3 结语 
  综上所述,本文先简单介绍变频调速技术节能的理论依据,重点讲述变频调速技术在煤矿设备节能优化中的应用,实现了自动控制风速风量,避免了能源的浪费,实现了自控排放瓦斯的效果,安全性非常高。在串联通风时,保证通风安全,实现自控倒台的效果,可以按照需要调节风量,减小了工人工作量,节能效果达到了63%,随着科技的发展在以后的生产中,还会有新科技应用到煤矿设备中,这些还需要更多的人去研究。 

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