節電皮帶機—中國的發明創造
皮帶機在世界范圍的應用發展已有100多年的歷史,我國加入WTO至今,皮帶機的設計制造技術也得到了較快的發展。但是,國內外皮帶機“大馬拉小車”的難題始終得不到解決,造成電能的嚴重浪費。
隨著能源危機的不斷加劇,國家乃至世界加強節能減排,實現低碳經濟可持續發展目標的任務更加艱巨,實現皮帶機的節電、可靠、安全、高效輸送運行,不僅是企業效益的需求,也是社會宏觀發展的要求,更是皮帶機設計生產企業義不容辭的責任!
皮帶機不節能的原因比較多,但主要原因還是托輥不好“惹的禍”!傳統托輥制造精度波動曲線大,以及迷宮式密封腔中填加的潤滑脂,造成旋轉阻力比較大;尤其是密封效果差,軸承被淋水或粉塵污染的時間是不可預測的,托輥軸承污染后,與膠帶之間正常的滾動摩擦變為異常的滑動摩擦,阻力變得更大,為了保證皮帶機的可靠運行,不得不將皮帶機的配置功率,設計計算為皮帶機實際需要驅動功率的2倍甚至更多,形成“大馬拉小車”的現象,造成了電力的大量浪費。
北京雨潤華科技開發有限公司從1996年-2003年對托輥進行了5次重大技術革命,研制成功制造精度高,旋轉阻力小(比國家標準降低1倍多);密封性能好,軸承不污染損壞;管體防腐耐磨的真托輥。獲得國家發明專利:《帶式輸送機械托輥》(發明專利號:02115632.8);《一種托輥》(發明專利號:200910064235.6),該項專利已申報美國、加拿大、俄羅斯、澳大利亞、巴西國際專利。
通過持續16年對托輥乃至皮帶機的研發實踐,雨潤華公司又研制出節電皮帶機的方法:《一種機械設備的功率提供裝置和減小機械設備的配置功率的方法》(發明專利申請號:201110200274.1)。在保證皮帶機安全可靠、節電高效運行的前提下,實現降低50%配置功率的節電效果,率先攻克了皮帶機節電的世界難關。
配套雨潤華公司托輥即可以將皮帶機的配置功率降低50%左右。但是,傳統皮帶機設計和使用思維定式已經習以為常,降低一倍功率都存在很大的顧慮,惟恐影響皮帶機的正常輸送運行。因此我們又研制出拆分配置功率的方法,既保證皮帶機安全可靠的運行,又實現降低50%配置功率的節電效果。
一、拆分皮帶機配置功率的方法:
傳統皮帶機的配置功率是實際需要驅動功率的2倍以上,在皮帶機阻力沒有增大時,大部分功率被浪費掉;但若減小到實際功率,當不可預測的阻力增大時,又會造成電動機超負荷工作而損壞,對生產造成嚴重影響。拆分配置功率的方法徹底解決了這一相互矛盾。如圖所示,圖中:
1、驅動功率提供裝置 2、儲備功率提供裝置
3、機械設備 4、連接器
5、結合裝置 6、控制箱
7、驅動功率電流表 8、電流監控裝置
9、報警裝置 10、儲備功率電流表
11、電器儀表箱
在上圖中,將計算出來的配置功率拆分為驅動功率提供裝置(以下簡稱電機)1和儲備功率提供裝置(以下簡稱電機)2兩部分,電機1設計為皮帶機實際需要功率的1.2-1.5倍,可以單獨用作皮帶機正常運轉時的驅動;電機2與電機1之間用結合裝置5連接;中間設有電流監控裝置8,其作用是,在電機1的電流達到設定的極限值時,可以自動啟動電機2,反之,自動斷開電機2;報警裝置9與電機2連接,驅動功率電流表7和儲備功率電流表10分別用作監控電機1和電機2;3是皮帶機;4是連接器(聯軸器、減速機)。工作原理是:1、當需要啟動皮帶機時,開啟閉合開關接通電源,電機1和電機2同時工作,共同將皮帶機啟動(通過聯軸器、減速機4,驅動皮帶機3運轉)。當皮帶機達到正常轉速后,電機1的電流恢復到設定極限值內,電流監控裝置8自動斷開電機2的電源,由電機1單獨驅動皮帶機運行,實現節電的效果;當皮帶機出現不可預測的阻力增大時,電機1的電流即會上升,當達到設定的極限值時,電流監控裝置8重新自動接通電機2的電源,啟動電機2與電機1共同驅動皮帶機,保證可靠運行。但同時發出報警信號,警示操作人員,皮帶機阻力增大,出現了潛在故障,及時檢查維修,避免重大事故發生。
下面以北京雨潤華公司2010年12月中標甘肅祁連山集團永登水泥公司的一條皮帶機為例,該條皮帶機長度 162.278米,寬度0.8米,帶速1.6米,運量250噸/小時,角度:0,輸送水泥。天津水泥設計院按照傳統托輥性能和經驗以及國家標準設計配置功率30千瓦,配套北京雨潤華公司托輥后,經計算更換為18.5千瓦即可滿足皮帶機正常運行,后經永登水泥公司同意,更換為22千瓦。
該條皮帶機從2011年3月22日投入正常使用。6月27日進行了電流檢測,空載電流16.9-17.6A;滿載電流18.1-19.2A,實際驅動功率小于10千瓦,說明配置功率15千瓦即可以滿足該條皮帶機的正常運行,比傳統經驗和標準設計降低配置功率50%。如果按照拆分配置功率的方法,即可以采取兩種組合方法:1、將電機1設定為11千瓦、電機2設定為7.5千瓦;2、將電機1設定為15千瓦、電機2設定為5.5千瓦。按照上述的工作原理,既能夠收到皮帶機在不可預測的阻力沒有增大運行時的顯著節電效果,又能夠保證在不可預測阻力增大后的可靠運行,尤其是同時發出的報警信號,警示操作人員出現潛在的早期故障,及時進行檢查排除,避免重大事故的發生。
原有的皮帶機全部更換雨潤華公司托輥后節電效果對比案例:
2011年初,在冀東水泥集團三七水泥廠一條長度190米,帶寬1.2米,3401-1號原料皮帶機上,進行全部更換托輥改造,與同樣的但沒有更換托輥改造的3401-2皮帶機進行數據對比試驗。結果是實際運行功率下降約10KW,噸石灰石耗電下降約0.01KWh/t,(經計算大約1.5年,節省的電費將托輥費用沖零)。如果采用拆分配置功率的方法,節電效果將更加顯著。
2009年在內蒙古烏蘭水泥改造的長度1200米、寬度0.8米的皮帶機,驅動功率220KW,托輥更換前電流為390-430(A),更換后為360-380(A),平均降低電流40-50(A);
在山西潞寶集團焦化廠的一條長度200米、寬度1.4米、角度14?、運量300噸/小時、帶速1.32米/秒的皮帶機上,驅動功率75KW,托輥更換前A、B、C三項電流分別為53、56、48(A),更換后為A、B、C三項電流分別為44、49、40(A),平均降低電流8(A);
在河南孟電水泥的皮帶機上,驅動功率45KW,托輥更換前電流為40(A),更換后為28(A),平均降低電流12(A)。孟電水泥設備部長張新利還風趣的說,北京雨潤華公司的托輥沒有噪音,好像"啞巴托輥"。
綜上所述,皮帶機節電的關鍵,是基于托輥旋轉阻力小并且始終不變化、降低皮帶機運行阻力系數的基礎之上的。否則,配置功率拆分就沒有實質的節電意義。因此,有必要將雨潤華公司真托輥的核心技術做一介紹。
真正長壽命的真托輥,必須同時具有三個核心特點:1、新的密封結構,迷宮式腔中添加少許潤滑脂,對旋轉阻力影響極小,即可保證淋水和粉塵不污染托輥軸承,軸承長期在良好潤滑的狀態下運轉,正常使用壽命達到15萬小時; 2、托輥兩端軸承位置不同軸度≤0.05mm(托輥制造精度高也是保證軸承壽命的關鍵條件之一),密封腔中沒有潤滑脂的粘度阻力,旋轉阻力平均≤1N(比國家標準低1倍以上),外圓徑向圓跳動≤0.3毫米;3、托輥管體的防腐耐磨。北京雨潤華公司很好的解決了托輥管體防腐和耐磨的難題:方法一、將報廢的汽車輪胎橡膠,不改變性能包裹在托輥鋼管上作為防腐耐磨材料;方法二、采用純超高分子量聚乙烯托輥管體,不但防腐耐磨性能非常突出,還具有多種突出的綜合特點:重量輕、搬運輕便、安裝省力、轉動慣量小、阻力小、不怕金屬帶扣沖擊、耐低溫(-50℃)、低噪音、不易粘料、保護膠帶、防偷盜、碰撞無火花等,還可以實現阻燃抗靜電,節電效果更加顯著(預計3年左右,將會取代85%以上鋼管托輥)。還值得提出的是,超高分子量聚乙烯托輥由于加工難度特別大,因此沒有人收購,防盜的突出特點有顯著的間接節電效果。
還有,緩沖托輥取代緩沖床,也是減小皮帶機運行阻力系數的關鍵一環。
由于傳統緩沖托輥的密封性能差,軸承極容易污染造成皮帶機運行阻力系數增大。無奈之下,從國外引進了價格昂貴的緩沖床,豈不知緩沖床不僅價格昂貴,緩沖條沒有彈性,緩沖效果差,料塊沖擊損傷和磨損膠帶;維修更換麻煩,增加勞動強度,影響輸送效率,尤其它與膠帶之間是滑動摩擦,造成皮帶機的運行阻力系數增大。
北京雨潤華公司的汽車輪胎橡膠緩沖真托輥,價格僅是緩沖床的1/3,使用壽命卻比緩沖床延長3倍!緩沖性能遠高于緩沖床,不傷膠帶;維修更換省力、簡單、速度快,尤其是運行阻力比緩沖床減小很多。
節電皮帶機的核心:1、真托輥降低皮帶機的運行阻力系數,使運行電流降低;2、真托輥的旋轉阻力始終不變化,使皮帶機的運行阻力系數恒定,利用拆分配置功率的方法即可降低50%的驅動功率,收到顯著的節電效果。
另外,安裝調試也是降低皮帶機運行阻力系數,達到節電的基礎:安裝調試的實踐經驗技術到位,即可去掉皮帶機中的前傾支架,讓調心支架也處在不調心狀態(膠帶不跑偏,調心支架不調心),大幅降低皮帶機運行阻力。
再者,相關輔助的技術也不可忽視:專利產品《托輥膠帶清掃器》(專利號:200920223505.9)可減小皮帶機的多項阻力:1、既能夠將膠帶上粘附的物料徹底振打清掃干凈,阻力又很小,將頭部刮板清掃器與膠帶之間調整到輕微接觸即可,有效減小膠帶阻力;2、膠帶清掃干凈后,反轉膠帶的機構即可取消,不但省掉膠帶反轉機構的投資成本,還去掉了膠帶反轉機構造成的阻力;3、消除托輥和膠帶粘料跑偏時造成的阻力。
皮帶機看起來很簡單,由于其中很多復雜系數都不能和汽車一樣實現在線的標準化復制生產,因此做好每一條皮帶機良好節電效果的確不是一件很容易的事情!
北京雨潤華科技開發有限公司依托真托輥,在國內外率先提出了皮帶機節電的理念。配套北京雨潤華科技開發有限公司真托輥的皮帶機,實施拆分功率方法后,正常運行情況下,電機2是不會啟動的,節電效果顯著穩定。一旦電機2啟動報警,操作人員很容易判斷出是異常故障,及時檢查處理,避免最大事故的發生,最大限度減少經濟損失。特別是,減小膠帶強度、延長膠帶、驅動滾筒、減速機、電動機和電器、托輥支架等部件壽命;免除經常維修;避免故障停機;降低噪音、勞動強度和矽肺危害;提高系統的設備運轉率和產能利用率(如系統中的破碎機等),實現皮帶機系統節能降耗、低碳高效和可持續發展良性循環鏈,潛在的綜合經濟效益要遠大于看得見的節電經濟效益。
節電皮帶機的節電效果,2年內節省的電費即可將托輥費用沖零。由雨潤華公司設計、生產、安裝調試的節電皮帶機,整機質保期5年,托輥質保期10年;節電改造的皮帶機,托輥質保期5年,為皮帶機用戶節電以外創造更多更大的附加價值。
節電皮帶機是在我們中國誕生的,是北京雨潤華公司研發成功的。我們愿與廣大從事皮帶機設計、生產和使用的工程技術人員合作,再接再厲,共同探討,持續改進,讓皮帶機從簡單的中國制造跨越科技的中國創造,提高中國皮帶機的國際競爭能力,為我國節能減排、低碳經濟可持續發展,為中華民族實現科技創新型強國的偉大復興做貢獻!
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