提升機速度參數對能耗的影響

張宇　張丹　高崇

摘要：礦井提升機只有按照合理的速度圖來運行才能充分地利用現有的設備。在實際工作中，部分礦井提升機實測速度圖與合理的速度圖相比存在許多問題，因此造成設備效率的降低和能耗的增加，若經過整定，調整部分性能參數，則在不更換現有設備情況下可有效地降低能耗，并能提高設備效率及年提升能力。本文通過對提升系統中的能耗計算與分析，探討在給定提升高度和提升能力的提升系統，其噸煤電耗與提升速度、提升加速度的關系。

關鍵詞：速度圖；提升速度；噸煤電耗；加速度

提升設備屬周期性動作的設備，電耗和投資是提升設備的重要經濟指標。當礦井提升能力和提升高度已知后，采用較小或較大的提升速度都能完成提升任務。在設備選擇中為了滿足提升能力的要求，如果采用較大的一次提升量Q，較小的提升速度V，則提升鋼絲繩、提升機的參數均增大，設備費用增加，但所需電動機功率較小，功率消耗較小。如果采用較大提升速度V，較小的一次提升量Q，則提升鋼絲繩、提升機的參數均減小，設備費用減小，但電動機的容量增加，功率消耗較大。礦井提升系統中，提升速度與其他很多提升參數有著密切的關系，其調整與變化會引起其他參數的變化。國內外對礦井提升速度已有不少研究。但其結論不盡相同，在設計中他們選取的提升速度也相差較大。為此，有必要分析提升速度及其他參數對提升機能耗的影響。從而合理選取各種參數指標，為礦井提升機運行提供參考與借鑒。

提升系統的基本關系

在提升高度、加速度和減速度一定的情況下，為了使提升時間最短，最簡單的提升速度圖是三角形，但是三角形速度圖中提升速度過大，功率消耗較大，沒有實用價值，而廣泛使用的是梯形速度圖，梯形的面積之和就是提升機的提升高度H。礦井提升機傳統運行曲線可分為3階段速度圖、5階段速度網、6階段速度，甚至有13階段速度圖，在優化提升速度時往往將卸載曲軌和爬行等運行過渡階段略去，簡化為3階段梯形速度圖。在3階段梯形速度圖中受安全規程與系統防滑等因素的制約，提升加（減）速度的變化范圍極小。

1.提升系統的噸煤電耗計算

上式中K為提升高度折算系數，η為提升系統效率%，說明在阻力系數不變和加減速度相同的條件下，噸煤電耗只與提升高度有關，而與提升速度和提升載荷均無關。對于給定提升高度和提升能力的提升系統，無論采用較大的一次提升量Q，較小的提升速度V；還是采用較大提升速度V，較小的一次提升量Q，其噸煤電耗均不會變化。

2.提升系統的加速度的選擇

整定加速度在實際測試中，我們發現在現場采用的加速值多數比較小，電動機是“大馬拉小車”，造成電能浪費及提升機效率降低。為了充分發揮現有設備能力、節約電能，就需要盡可能提高主加速度數值，但要考慮輸出軸允許的傳動力矩與電動機允許的過負荷能力的限制，整定合理的加速度數值，就可以縮短加速階段的時間。減速階段考慮安全問題以及減速點的存在我們暫時不予討論。

由圖1可知道，井深為485m，加速時間約18秒，主加速時間約為14秒，最大速度為9.78m/s。則加速段加速度a₁為：a₁=9.78/14=0.699m/s²。

式中，K為系統阻力系數一般取1.1，Q為一次提升量、M為系統提升質量、η為提升系統效率%，查詢監測報告結果為54.8%，t₁=9.78/a。式中應考慮Q=M等于提升質量與鋼絲繩質量之和。

Qs由提升重量和箕斗自重組成，自重為5477 kg，一次提升量為15000kg。

鑒于一般提升機電機啟動電流為額定電流的二倍，而功率因數為正常功率因數的60%，且考慮其余加速度，為分析計算簡單W1取1.2倍系數。取a值，得出加速段能耗曲線。

主井提升機普遍用于深井，運行速度較高，一次提升電耗較大，通過多臺次的提升機技術測試發現，許多提升機都有降能提效的潛力，很多礦井在強調安全靠運行的前提下，運行參數有較大可調節量。通過技術改造，科學管理等手段，在不進行大的投資改造的前提下可以使能耗有一定降低，具體措施如下：

1、控制提升機的運行狀態，調整不合理的運動參數。加、減速（自由滑行除外）階段消耗的電能較多，在滿足安全要求的前提下應充分利用電機的過負荷能力，降低加、減速階段運行時間。

2、改造罐耳或罐道以降低運行阻力。井筒的涌水帶有泥砂和煤屑，使容器的運行阻力變大。對于某些淋水較大的井筒，應該采取堵水措施降低涌水量。

3、加強管理與培訓，提高操作人員素質，平穩操作，減少無謂的手動控制，停機時間長時，關掉附屬設備以減小耗電量，大約占提升機電耗的5%。

4、提升容器自身質量的驗算及應配質量的確定。提升容器自重降低可以降低提升系統的總變位質量，提升效率提高，犧牲部分防滑性能。

5、加強設備的維護、檢修與設備技術測試工作，了解設備的運行狀況，及時解決設備存在的問題，保證設備安全、平穩、高效工作。