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井下采煤系統(tǒng)變頻節(jié)能技術研究論文
摘要：介紹變頻技術的原理及作用，分析我國變頻技術的發(fā)展現(xiàn)狀，并結合實際工作經(jīng)驗，探討變頻節(jié)能技術在采煤機、皮帶運輸機、刮板輸送機、通風設備等采煤設備中的應用，分析和展望變頻節(jié)能技術在井下采煤系統(tǒng)的應用前景。變頻節(jié)能技術在井下采煤系統(tǒng)的應用對節(jié)能降耗、提升效益起著重要的作用。
關鍵詞：變頻節(jié)能;采煤系統(tǒng);分析;前景
目前，能源緊缺已經(jīng)成為全世界面臨的嚴峻課題，我國的煤炭開采行業(yè)現(xiàn)狀又不容樂觀。一方面，煤炭開采技術相對落后，生產(chǎn)效率得不到顯著提高；另一方面，由于機械設備的落后和陳舊，使井下作業(yè)工人的生命安全也得不到有效保證[1]。隨著工業(yè)技術的發(fā)展完善和電子電力技術的日漸成熟，變頻節(jié)能技術得到了越來越廣泛的應用。煤炭企業(yè)作為我國目前的耗能大戶，在用電耗能方面一直占據(jù)較大的比例。因此，對于礦山煤炭企業(yè)井下采煤系統(tǒng)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，有效地運用變頻節(jié)能技術就顯得尤為迫切。
1、變頻節(jié)能技術概述
1.1 變頻技術的原理及作用
實際上，變頻技術的核心就是交流變頻調速器，簡稱變頻器。所謂的變頻，是指將常規(guī)的工頻電源轉化為另一頻率的電能，從而達到節(jié)能降耗的目的。一般來講，這一過程，是通過利用半導體器件的改變來實現(xiàn)的。運用變頻技術的關鍵目的是節(jié)能降耗，據(jù)統(tǒng)計，在某些特定的情況下，利用變頻技術可以實現(xiàn)節(jié)電40%以上，當變頻技術用于風機、泵類機械時可以省電50%，在要求調速的負載中，也能夠實現(xiàn)最高節(jié)能40%的效果[2]。其中通過輕負載降低電壓來實現(xiàn)節(jié)能是變頻器節(jié)能的主要途徑。在具體的實踐工作中，如果僅僅通過降低電壓來拖動轉矩負載，這樣對于轉速的改變并不大，對于節(jié)能的效果也并不理想。但是，如果將這種變頻技術應用到風機環(huán)境里，效果會大大不同。這主要是因為當風機的風量需求降低時，風機轉速大大降低，而風機的耗能跟轉速的1.7次方成正比，所以此時電機的轉矩迅速降低，節(jié)能效果相當明顯。而我們所探討的井下采煤系統(tǒng)主要就是通過運用這種技術和原理來實現(xiàn)節(jié)能的。
1.2 變頻節(jié)能技術的發(fā)展歷程
交流變頻調速器起源于20世紀60年代初期，經(jīng)過近20年的發(fā)展，到20世紀80年代時在世界范圍內(nèi)的工業(yè)相對發(fā)達的國家中得到了廣泛的應用。雖然，我國的變頻節(jié)能技術起步較晚，但是經(jīng)過眾多科研機構和相關企業(yè)的不懈努力，我國的變頻節(jié)能技術得到了快速的發(fā)展，目前已趨于成熟，處于世界領先水平[3]�，F(xiàn)階段的節(jié)能變頻技術日漸成熟，在我國由于變頻帶來的年節(jié)電潛力有望超過三個葛洲壩水電站的發(fā)電量。
2、變頻節(jié)能技術在井下采煤系統(tǒng)中的應用分析
由于井下采煤工作是一個系統(tǒng)性、連貫性的工作，各道工序相輔相成，因此變頻節(jié)能技術的應用貫穿于井下采煤系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。
2.1 變頻節(jié)能技術在采煤機中的應用
在我國現(xiàn)階段的井下采煤系統(tǒng)中，使用的主流采煤機型是電牽引雙滾筒采煤機。原有的采煤機的變頻調速系統(tǒng)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展和完善，假設兩臺電機是1.5kW，那么“一拖二”就要選至少3kW的變頻器，但是“一拖一”設備只選1.5kW的就夠了，因為“一拖二”的負載是2個電機在運行，“一拖一”設備就是始終一臺在用。所以，原有的“一拖二”逐漸被“一拖一”所取代。另外，變頻器輸出側為PWM波，電機電纜與大地之間有長電纜的電容效應，使用帶屏蔽層的電纜時，電容效應更加明顯。在變頻器實際工作時，由于使用了四象限變頻器調速電牽引，就可以實現(xiàn)原牽引速度不變，避免機械設備出現(xiàn)下滑跑車，同時使操作更加靈活、控制更為簡便[4]。
2.2 變頻節(jié)能技術在皮帶運輸機中的應用
皮帶運輸機在井下采煤系統(tǒng)中的使用，既可以有力保障井下作業(yè)人員的安全，又可以大大提高井下工作效率，解放勞動力。在以往的井下作業(yè)過程中，一般是采用液力耦合器來實現(xiàn)皮帶機的軟啟動，這種方法不僅能耗高，而且時間一長容易引起皮帶老化甚至斷裂。從原理上來講，在皮帶運輸機中使用變頻節(jié)能技術主要是通過降低電機啟動時的電流波動來減少電機內(nèi)部的機械發(fā)熱和慣性沖擊，同時使得皮帶機的傳輸功能得到充分發(fā)揮，最大限度提升安全性能和生產(chǎn)效率。
2.3 變頻節(jié)能技術在刮板輸送機中的應用
現(xiàn)階段，在現(xiàn)有的井下采煤工作面內(nèi)，刮板輸送機的井下作用已經(jīng)不僅僅局限于運送原煤和各種作業(yè)物料，同時也是采煤機的作業(yè)軌道，所以刮板輸送機是現(xiàn)代化采煤工業(yè)領域必不可少的重要設備。只有刮板輸送機持續(xù)、正常運轉才能保證采煤工作面的整體運行。固定式和移動式是刮板輸送機的兩種常見類型，在用于煤炭工業(yè)時，其輸送能力可以達到30～120t/h，鏈條速度最高可以達到1.0m/s，這就造成了刮板輸送機的空載功率消耗較大，約為總功率的30%。因此，變頻節(jié)能技術在刮板輸送機中的應用，可以使空載能耗顯著降低，有效降低生產(chǎn)成本，保障采煤作業(yè)持續(xù)運行。
2.4 變頻節(jié)能技術在通風設備中的應用
由于礦井開采作業(yè)工期長，所以通風設備長期處于高負荷運轉，消耗大量電能，屬于井下作業(yè)中的高耗能設備。因此，變頻節(jié)能技術的應用必不可少�，F(xiàn)階段，經(jīng)過變頻技術改造過的通風設備已經(jīng)逐漸取代了過去傳統(tǒng)的以恒定運行為主的通風設備。這樣，不但可以根據(jù)實際工作需求調節(jié)通風量，而且可以預防電流沖擊帶來的設備損害，實現(xiàn)電功率的合理分配，有效降低通風設備的作業(yè)強度，減少維護頻次和延長設備使用壽命。
3、變頻節(jié)能技術在井下采煤系統(tǒng)的應用前景分析
我國的礦山資源豐富，煤炭開采企業(yè)仍有較大的發(fā)展空間，因此對于變頻節(jié)能設備的需求量也很大。同時，節(jié)能降耗和改善井下作業(yè)人人員的工作環(huán)境是煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，伴隨著電子智能技術的進一步發(fā)展，變頻節(jié)能設備的應用和控制必將在煤炭企業(yè)的發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用。
4、結語
變頻節(jié)能技術在井下采煤系統(tǒng)中的應用，一方面，可以通過改善井下工人的作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，強化設備的精細化控制，保證安全生產(chǎn)等來滿足煤礦企業(yè)的相關生產(chǎn)需求。另一方面，變頻技術的使用能夠有效地降低機械損耗、改善運行狀態(tài)、延長設備使用壽命以及降低能量損耗達到節(jié)能環(huán)保的目的。因此，相關的專家學者和行業(yè)工作者還需要通過不懈努力進一步實現(xiàn)變頻節(jié)能相關技術的不斷創(chuàng)新。
參考文獻
[1]王明敏.變頻節(jié)能技術在煤礦通風機中的應用分析[J].中國科技縱橫，2014（1）：190.
[2]韓煥勝.變頻節(jié)能技術在煤礦通風工作中的應用[C]//煤炭經(jīng)濟管理新論（第7輯）.第八屆中國煤炭經(jīng)濟管理論壇暨第二屆中國煤炭學會經(jīng)濟管理專業(yè)委員會工作會議（2007）.北京：中國煤炭學會，2007：174-175.
[3]王朝福.淺談變頻調速技術在煤礦運輸系統(tǒng)中的節(jié)能應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（4）：294.
[4]趙志宏，李志強.淺談煤礦機電設備變頻控制技術[J].企業(yè)技術開發(fā)，2010，29（10）：126.
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