火電廠輸煤膠帶機部件選型裕度的分析

劉天軍，王立波

(華電重工股份有限公司，北京 100077)

0 引言

火力發電廠輸煤膠帶機的設計及部件選型已經非常成熟。隨著新建火力發電廠規模的不斷擴大，膠帶機運量等參數不斷提高，總結近10年來我國不同地域多個電廠膠帶機的運行情況，發現在膠帶機的設計過程中，部件選型安全裕度過大也會導致設備損壞。膠帶機作為輸煤系統的核心設備，其組成部件的能力與膠帶機的總體參數相匹配才是安全、經濟、合理的。本文針對膠帶機驅動功率和膠帶規格2個主要環節進行分析。

1 主驅動電動機功率的裕度分析

1.1 減速器高速軸斷裂

近年來，輸煤系統膠帶機減速器高速軸斷軸事故逐漸增多，除使用單位超載運行、減速器選型偏小等原因之外，設計選型過程中驅動電動機功率過大也是導致減速器高速軸斷裂的主要原因之一。

1.2 電動機選型裕度過大的影響

隨著我國火電廠數量的不斷增加，因煤堆比重、超載運行等原因，輸煤膠帶機電動機功率偏小、減速器發熱等方面的案例不斷增多。所以，不少使用單位、建設單位根據運行過程中的電流和減速器溫度檢測數據，要求設計單位增大電動機功率。但電動機功率過大，會對膠帶機其余部件產生一系列影響。

1.2.1 膠帶機啟動沖擊力過大

由于膠帶機的慣性質量是一定的，根據牛頓第二定律可知，電動機的功率裕度過大，會導致電動機在啟動過程中對膠帶輸出的圓周力過大，直接反應就是膠帶機的啟動加速度過大。在滿載啟動的情況下，會對減速器、滾筒、滾筒支架、拉緊單元以及膠帶等產生過大的啟動慣性沖擊力。

1.2.2 限矩型耦合器規格偏大

限矩型耦合器的規格通常根據電動機的功率和轉速等參數來確定，若電動機功率過大，可能會導致耦合器規格加大。規格加大后耦合器質量會增加，更重要的是耦合器充液量不匹配，也會導致減速器高速軸的徑向荷載大比例增加。

1.2.3 制動器規格偏大

火電廠膠帶機制動器多采用高速軸液壓推桿制動器，制動器規格的確定需要參考耦合器標準制動輪直徑。因耦合器規格偏大，可能導致制動輪和制動器規格偏大。制動器制動能力偏大，會直接導致膠帶機在停車(尤其是滿載情況下緊急停車)過程中對尾部滾筒及支架、拉緊單元、頭部滾筒及支架、減速器等部件產生過大的沖擊。

1.2.4 部件能力的匹配性分析

膠帶機各組成部件應根據膠帶機的主參數及計算結果進行合理的匹配。提高個別部件的規格，其余部件則相對薄弱。減速器高速軸處于高速旋轉、受徑向疲勞荷載較大、直徑最小等諸多不利的運行條件下，因此破斷的幾率最高。如果提高減速器的規格，滾筒、滾筒支架及基礎、拉緊單元、膠帶接頭等環節將成為相對薄弱的環節，增加了設備的投資和運營成本。

1.3 電動機功率裕度選擇建議

綜合我國多個已投產電廠(西南、東北以及西北等地區)的輸煤膠帶機實測運行數據，對電動機相關參數的選擇提出了如下建議，供設計單位參考。

1.3.1 模擬摩擦因數f的取值

棧橋(廊道)內的輸煤膠帶機模擬摩擦因數可取0.023，北方堆場內露天膠帶機的模擬摩擦因數可取 0.025。

1.3.2 驅動單元的機械效率

式中:η1為低速聯軸器效率，0.98;η2為減速器效率，0.96;η3為限矩型耦合器效率，0.96;η4為多驅動不平衡系數，單驅動取 1.00，多驅動取 0.96。

因此，電廠輸煤膠帶機驅動單元效率為0.87～0.90。

1.3.3 功率裕度

根據上述參數得到電動機的計算功率后，在留有適當余量的情況下，向上選擇最近的功率檔確定電動機功率即可，不必再向上調檔。

2 膠帶選型的裕度分析

2.1 膠帶使用壽命分析

在正常情況下，多層膠帶的使用壽命不應低于5年。但在膠帶速度較高、膠帶機長度較短、滾筒直徑偏小、膠帶張力偏大、運行維護不到位等諸多因素的影響下，膠帶的壽命會大大縮短，導致膠帶出現分層、接頭斷裂、膠帶層無規律橫向斷裂等現象，在選型不夠準確的情況下會加劇膠帶的損傷。

2.2 膠帶選型的裕度分析

輸煤膠帶機多采用聚酯(尼龍或帆布)膠帶，標準規定膠帶的安全系數為10～12，使用條件惡劣及要求特別安全時應大于12。但安全系數過大可能導致膠帶疲勞壽命降低。

膠帶是由上下蓋膠和多層聚酯(尼龍或帆布)相互疊加在一起來承擔拉力，完成物料的輸送。膠帶機在運轉過程中，當膠帶通過滾筒時，由于膠帶內部各層的彎曲半徑不相同，造成外層膠帶承受額外的拉力，內層膠帶承受額外的壓力。膠帶經過滾筒后恢復平直狀態，內部各層之間的受力恢復均衡。膠帶每纏繞一個滾筒，就承受一次附加的彎折作用力。每臺膠帶機包括頭部滾筒、尾部滾筒、拉緊滾筒、頭尾增面滾筒以及拉緊改向滾筒等多個滾筒，因此，膠帶在頻繁的彎折作用力下，疲勞壽命隨著膠帶強度的增加、層數的增多而降低，尤其是難燃膠帶、含防撕裂網等剛度較大的膠帶更為明顯。

2.3 膠帶選型建議

考慮到膠帶接頭效率，通常輸煤膠帶的芯層數量不宜小于4層，當層數大于或等于6時，建議校核滾筒直徑及比壓或采用鋼繩芯膠帶。

3 結束語

作者總結了火力發電廠輸煤膠帶機運行中遇到的部分問題和解決方法，針對部件選型匹配性問題提出了一些建議，供其他單位設計輸煤膠帶機時參考。

［1］機械工業部北京起重運輸機械研究所.DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊［M］.北京:中國冶金工業出版社，1994.

［2］GB 50431—2008，膠帶機工程設計規范［S］.