煤矿主通风机节能评估

煤矿主通风机节能评估（精选6篇）

煤矿主通风机节能评估 第1篇

1 矿井通风系统概况

矿井通风方式为中央并列抽出式, 主、风井平行布置, 间距30m, 主井布置在中层煤内, 风井布置在上2顶板油页岩内。主、风井井颈采用料石发碹支护, 其余采用木棚支护。

矿井总进风量1260m3/min, 总回风量1350m3/min。采用BD-Ⅱ-6№13型隔爆对旋式轴流风机, 配套电机302kw。矿井负压80mmH2O, 有效风量率89%。回采工作面采用U型通风方式。

2 风井改造的必要性

2.1风井位置贴近F2断层, 井筒底弯处200m范围内揭露断层, 受断层影响此段巷道围岩破碎, 矿山压力显现明显, 造成巷道净断面逐渐缩小, 由原5.06m2降至3.57 m2。

2.2风井井口碹体以下100m范围处在松散页岩之中, 围岩整体性差, 加之受露天矿区爆破震动影响, 木支护断裂现象严重, 巷道变形, 净断面也降至3.4m2, 增大了通风阻力, 局部风速达8.5m/s。

2.3风硐与风井成直角布置, 风阻大, 且长度只有3m, 只起联接主扇作用, 无法安装测定风速和压力的装置[1]。

2.4进、回风井口处于同一水平, 在停电停风的特殊情况下, 无法利用自然风压进行通风。

2.5由于局部断面过小, 通风阻力大, 造成主扇工况点下降, 电机功率上升, 耗能增加。

3 风井改造方案

对风井改造, 必须解决三个问题: (1) 局部断面小造成的通风瓶颈问题; (2) 风硐过短及与风井转弯不平缓问题; (3) 进、回风井口处于同一水平, 没有自然压差问题。经研究探讨, 提出如下风井改造方案:方案一、改造风井, 将断面缩小地段扩大断面, 采用工字钢或发碹支护;将风井井筒延长50m, 增大进、回风井井口的高差;重新施工风硐。优点:工程量小, 工期短, 成本低。缺点:局部扩棚施工难度大;延长的井筒裸露于地表, 容易产生外部漏风。方案二、重新掘送风井。井筒斜长780m, 坡度-17O, 净断面5.5 m2, 工字钢支护, 局部破碎带混凝土发碹。改造风硐。优点:施工容易, 井筒标准化高, 降低风阻。缺点:井筒选址困难, 工程量大, 工期长, 成本高。通过两方案论证, 认为第一方案比较合理, 该方案工期短, 可简化通风系统, 降低网络风阻, 提高主扇工况点。

4 改造效果及节电情况分析

4.1 改造方案实施效果。

由两个工程队进行施工, 一队进行扩断面施工, 一队延长井筒及施工风硐, 同时在风井出口修建防爆门, 增加一道通风安全设施。为进一步在主扇节能方面下功夫, 采用了变频技术, 实现了风机开停的软启动, 提高了主扇效率, 降低了能耗。

4.2 主扇节电情况分析。

通常情况下, 考虑到煤矿的服务年限和最大需风量根据和反风等要求, 所设计的通风机及拖动的电动机的功率, 远大于煤矿正常生产所需的运行功率。风机设计的余量特别大, 因此, 煤矿通风系统中存在极为严重的大马拉小车现象, 能源浪费非常突出。所以, 煤矿主扇具有极大的节电潜力。

4.2.1煤矿主扇风量调节常用方法: (1) 机械调整方式 (传统调节方法) 。改变风机叶片角度进行粗调, 在该角度下再通过风门来调节流量。这种方法叶片在一个角度下, 风机的H-Q特性曲线不变, 改变风门开度, 从而改变井巷的风阻, 以达到调节风量的目的。这种方法由于加大了系统的风阻, 增大了节流损失, 浪费了大量的电能。 (2) 通过调节风机转速来调节流量 (变频调速技术) 。变频调速技术成熟可靠, 使用简单, 不作任何机械改造, 而且很方便的实现无级调速, 达到风量无级调节的效果。这种方法是调节风机转速来使风机的机械特性进行平移, 从而达到风量调节的目的。这种方法不改变井巷的风阻特性, 所以不增加额外的节流损失, 是节能效果最好的方法。所以变频调速技术是目前煤矿主扇风机节能的最实用技术之一。4.2.2煤矿主扇变频节能的理论依据。风机负载的轴功率与转速的三次方成正比, 而转速的高低决定了风机的风压、流量之间的关系。针对国家规范对煤矿用通风机的相关规定, 在使通风机的通风量和负压满足煤矿工艺要求的前提下, 进行必要的节能措施, 改善能源的浪费[2]。

风机特性:H=H0- (H0-1) *Q2

H-风压;

Q-流量;

H0-流量为0时的风压。

管网阻力:R=KQ2

R-管网阻力;

K-管网阻尼系数;

Q-流量。

风机轴功率P:P=KPQH/η

P-轴功率;

Q-流量;

H-压力;

η-风机效率;

KP-计算常数;

流量、压力、功率与转速的关系:

上述式子中Q1、H1、P1分别代表转速n1时的流量、压力、功率;Q2、H2、P2分别代表转速n2时的流量、压力、功率。即流量与转速的一次方成正比;压力与转速的平房成正比;功率与转速的三次方成正比。

由此可见, 当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时, 所消耗的功率将降低很多。例如:当转速降到80%时, 流量减少到80%, 而轴功率却下降到额定功率的51%;节电率可达49%。

结束语

通过对风井改造, 降低了风阻, 解决了风速超限问题, 满足了安全生产需要, 矿井通风能力提高到24万t/a。由于主扇采用了变频调速技术, 风机启停可实现软启软停, 风机基本上没有冲击, 可大大延长风机的使用寿命。该系统可根据矿井实际用风量调整风机的风量, 使风机一直工作在最佳高效状态, 风机转速降低, 轴温、噪音、振动大幅降低, 改善了工作环境, 节约大量电能。

参考文献

[1]刘志平.矿井通风系统改造[J].煤炭技术, 2007.

煤矿主通风机节能评估 第2篇

关键词：矿井,主扇风机,变频调速,节能改造

0 引言

煤矿企业作为耗能大户, 越来越重视高耗能用电设备的节能改造工作。变频技术凭借其显著的节能优势, 在煤矿企业也逐步得到了推广应用。山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿采用先进的变频技术先后对矿井主扇风机、空压机、主副井提升机等用电设备进行了改造, 改造后这些设备的节能效果显著, 取得了良好的经济效益。本文仅对太平煤矿主扇风机的变频改造做简要的可行性分析, 介绍其改造后取得的节能效果。

1 应用背景

1.1 改造前的主扇风机状况

山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿属国有煤矿, 建矿初期矿井安装有2台4-72-11NO20B主扇风机, 1台工作, 1台备用。配套JS137-8型电动机, 额定功率为210 kW, 电压等级为380 V, 额定转速为735 r/min, 实测风机排风能力为Q1=4 210 m3/min。按煤矿生产安全规程要求的配风量Q2=3 410 m3/min。用闸门调节风量, 风门开度为80%。

1.2 存在的问题

(1) 矿井风量是通过调节风门开度来改变风道断面尺寸实现的, 既耗时又费力;

(2) 电动机在启动时, 采用直接启动方式, 启动电流为额定电流的5～7倍, 电动机受到的机械、电气冲击较大, 缩短了电动机使用寿命;

(3) 通过调节风门, 人为地增加通风阻力, 改变主扇风机的运行工况以调节风量, 电动机仍旧以额定速度运行, 多余容量不能利用, 浪费了电能;

(4) 挡板受冲击较严重。

2 改造方案及节能原理分析

2.1 改造方案

2.1.1 改造措施

在原主扇风机配电柜系统上并联1台变频控制柜, 型号为HY-FAN/INV-3.0, 变频调速控制器选用富士FRN200P11S-4CX, 其额定电压为380 V, 频率为0～50 Hz, 额定电流为377 A。

2.1.2 工作原理

风机启动时, 在变频器的控制下, 电动机从低频 (1～2 Hz) 启动, 在10 s内达到设定的频率值;风机启动后, 通过对电位器的调节, 改变变频器的频率, 从而改变主扇风机的工作状态, 精确控制风量, 使通风系统保持在最佳工作状态。

变频控制柜上装有故障报警系统, 发生故障时发出声光报警, 并显示故障原因。变频控制系统与原有启动系统并联安装, 实现两柜手动切换功能, 在变频控制系统发生故障时, 可及时切换到原启动柜工作。

2.2 节能原理分析

2.2.1 变频器节能原理

由流体传输设备风机的工作原理可知:风机的流量 (风量) 与其转速成正比;风机的压力 (扬程) 与其转速的平方成正比, 而风机的轴功率等于流量与压力的乘积, 故风机的轴功率与其转速的3次方成正比, 即与电源频率的3次方成正比, 如表1所示。

根据上述原理可知, 改变风机的转速就可改变风机的输出功率, 所以通过变频调速技术改变转速即可达到调节矿井风量的目的。

2.2.2 风门特性及变频器节能原理

风门的开启角度与管道压力、流量的关系如图1所示。

当电动机以额定转速n0运行时, 风门角度为a0 (全开) , a、a1变化时管道压力与流量只能沿A、B、C点变化, 若想减小管道流量到Q1, 则必须减小风门开度到a1, 这使得风门前压力由原来的H0提高到Hq, 实现调速控制后, 风门后压力由原来的H0减小到Hh。风门前后存在一个压差ΔH=Hq-Hh。

如果让风门全开 (开度为a0) , 采用变频调速, 使风机转速至n1, 且流量等于Q1, 压力等于Hh, 那么工艺上与风门调节一样, 达到风量要求, 但在电动机功耗上则大不一样。风机水泵的轴功率与流量和扬程或压力的乘积成正比。在流量为Q1、用风门节流时, 令电动机的功率为Nf=kHhQ1, 则用变频调速比风门调速节省的电能为

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由图1可知, 流量越低, 风门前后压差越大, 即变频调速在流量小、转速低时, 节能效果更好。

3 改造后的效益分析

3.1 理论节能计算

根据风机的排风量与转速之间的关系:

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计算得电动机调节后电动机转速为596 r/min。

根据电动机转速与频率的公式:

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式中:f为三相交流电源频率, 一般为50 Hz;p为电动机定子磁场对数;s为电动机的转差率, 一般异步电动机在额定负载下时, s= (1-6) %。

计算得变频器频率设定在40 Hz。

根据风机、泵类平方转矩负载关系式:

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式中:P0为额定转速n0时的功率;P为转速为n时的功率。

计算得P=112 kW。

理论节电率为 (210 kW-112 kW) /210 kW100%=47%

3.2 直接经济效益

改造前后的实测数据如表2所示。

由表2实测数据可计算得出:

节电率= (工频值-变频值) /工频值100%=36%

改造前年耗电量 (cos Φ=0.887) :

改造后年耗电量 (cos Φ=1) :

年节电量为

每年节约电费 (按0.6元/度计) :

403 606.80.6=242 164.08元

节电效果非常明显, 当年就可收回改造费用。

3.3 间接效益

(1) 低频启动可以消除工频50 Hz直接启动对电动机及风机负载的冲击, 使风机的启动性能更加稳定, 并且减小直接启动对矿区电网的干扰和冲击;电动机不用一直工作在额定转速, 运行平稳, 大大降低了系统机械的磨损, 延长了设备的使用寿命, 减少了维护费用。

(2) 矿井风量的调整方便简捷, 使用变频器只需通过变频器的升降频率来调整频率, 即可达到调整矿井风量的目的, 几分钟即可完成, 有效提高矿井通风的安全性;

(3) 保护功能完善, 减少设备维修、故障等。

4 结语

山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿主扇风机采用变频调速控制器进行改造后, 与原调节风量的方式相比, 风机效率稳定在一个较理想的范围内, 电动机的能耗大大降低;改善了电动机的启动性能, 有效地延长了电动机的寿命。主扇风机改造2年来, 运行稳定可靠, 减少了使用及维护费用, 取得了良好的经济效益, 达到了改造的目标和要求。理论计算及现场实测数据表明, 改造后的主扇风机节能效果显著。

参考文献

[1]李瑞来, 何洪臣, 韩文昭.矿山提升机变频调速系统[J].变频器世界, 2000 (9) .

[2]杜秀红.矿用提升机变频调速系统[J].变频器世界, 2005 (10) .

[3]韩安容.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社, 2004.

煤矿主通风机变频技术的探讨 第3篇

在煤矿生产中, 主通风机变频技术的优势逐渐显现出来, 因此, 在今后的一定时期内, 变频控制将是主通风机的一个主要研究和发展方向。在煤矿生产中, 变频技术的优点主要是实现矿井内风量的自动控制和无级供给。随着变频技术的不断改进, 在使用时, 应考虑以下几个因素。

1.1 安全可靠性

1) 对主通风机的电气参数进行测定和统计, 通过计算机确定最好的加速曲线, 这样, 不仅能够预测最佳的软启动效果, 而且, 能够在变频器产生故障时, 通过旁路工频的启动方式及时找到故障原因并快速的解决, 保证生产能顺利进行。

2) 在正常运行之前, 要对井下的所需风量和风压的大小进行测定, 确定最佳通风机叶片的角度, 并根据模拟的特性曲线, 找到最佳的工作点和最优的主通风机转速, 再根据以上预测, 找到最佳的变频器运行频率。

3) 通风机在运行时, 要进行定期的维护, 通过切换倒机保证通风机的正常运行。同时, 在进行倒机时, 为了不影响煤矿开采工作, 应将另1台的工作参数设定的与前1台相同, 保证矿井内的风量和风压相同。

4) 为保证在灾害发生时, 主通风机能够产生足够的反风量, 根据相关的规定, 煤矿井下要进行每年的例行反风演习, 保证主通风机性能的可靠性。传统的反风方式是通过调整风门风道和断路器切换相序的方式, 来实现电动机的反转, 在对变频器的频率进行设定时, 可以打破传统的规定, 在灾害发生时, 先将人机界面的运行频率调整到负频率值, 让主通风机的转速减小, 到零后直接进行反转, 这种模式避免了人为因素的影响, 减小了员工的工作量, 降低了操作的失误率, 同时, 保证了反风的安全性, 提高了灾难的预防性。

1.2 减少能源的消耗

1) 在选择变频器时, 不要因价格过高, 而去选择廉价的变频传动系统。变频器的电压是三相电压, 能够产生SPWM波的输出电压波, 而在异步电动机的定子中, 由于高次谐波的存在, 导致电动机的损耗增加, 造成电动机的功率因数和效率变差。因此, 变频器的选择对于企业的安全生产至关重要, 不能因价格的原因选择高次谐波分量较大的变频器, 在目前市场上, 像三菱、东芝等进口变频器的性能比较好, 是较好的选择。除此之外, 系统的漏风也是安全生产的一个主要原因。

2) 随着当前节能减排的提出, 企业在选择电动机时, 应积极相应国家的号召, 尽量选择高效低功耗的电动机, 这样不仅能够有效的降低电动机铁芯和绕组铜的损耗, 同时降低生产成本, 增加了企业的经济效益。

3) 取消中间的变压环节, 在选择电动机时, 应优先考虑和供电电压相同等级的电压, 同时采用直供式变频器, 这样不仅减少了因中间变压环节造成的电能损失, 同时, 减小了电网污染。除此之外, 变频器应能够抑制高次的谐波, 对电磁具有较强的兼容性, 同时在不影响其他电子设备的基础上, 能够保证较高的功率因数。

4) 变频装置应具有较强的适应能力。在生产中, 电压的不稳是影响生产的一个重要因素, 因此, 在选择变频装置时, 应保证在电压波动较大时, 仍能正常工作, 保证通风系统的正常工作, 维持生产的顺利进行。

5) 应将变频调速控制装置同瓦斯监测系统联网。这样, 当矿井内的开采面突然产生大量的瓦斯时, 能够通过瓦斯监测系统对变频器进行自动调整, 以应对突然出现的瓦斯危害, 保证安全生产能继续进行。

2 变频节能原理

智能低压变频调速控制系统利用低压变频调速来实现风量 (风压) 调节, 代替挡风板等控制方式不但可以节约大量的电能, 而且可以显著改善系统的运行性能。

风机的工况调节有两种方法:一是改变风机本身的性能曲线, 二是改变管网的热性曲线, 也可以将这两种方法结合起来使用。

而传统的方法是调节风门的方式调节风量, 与调节转速来控制风量的方法相比存在着明显的能源浪费, 其原理如图1。

图1中, 曲线1为风机在恒速n1下的风压-风量 (H-Q) 特性曲线;曲线5为恒速n2下的风压-风量 (H-Q) 的特性曲线;曲线3为管网的风阻特性 (风门全开) 。

假设风机在设计时工作在A点, 效率最高, 此时输出风量Q为100%, 轴功率为PS1, 与Q1和H1的乘积成正比, 即Ps1与A-H1-O-A所包围的面积成正比。

如果要讲流量减少为Q2主要调节方式有两种: (1) 传统的方法。风机的转速保持不变, 将风门关小, 这时管网的风阻特性曲线4所示, 工作点移至B点, 风量为Q2风压为H2, 电动机的轴功率Ps2与O-Q2-B-H2-O所围成的面积成正比。 (2) 调节转速的方法。风门的开度不变, 降低风机的转速, 这时, 风压-风量 (H-Q) 特性曲线如图5所示, 工作点移至C点, 风量仍为Q2, 但风压为H3, 电动机的轴功率PS2与O-Qb-C-hc-O所围成的面积成正比。

由图可见, 在满足同样风量Q2的情况下, 风压讲大幅度降低到H3轴功率Ps2也明显降低。所节约的功率与面积B-H2-O-Q2-B和C-H3-O-Q2-C差成正比, 由此可见, 用调速的方法来减少风量, 经济效益十分显著。

由流体学可知, 风量Q与转速n的一次放成正比, 风压H与转速n的平方成正比, 轴功率Ps与转速n的平方成正比, 即:

风机轴功率Ps=QH

风机效率η,

电动机功耗Pm=Ps/η1-QH/η

在实际工况点分析。风机在实际运行时, 处在系统中某一时刻的工况称为工作点, 他是能量供求关系的平衡点, 记载系统提供的能量刚好满足系统中所需要的能量, 也即为, 风机的性能曲线与管道的热性曲线的焦点。管网通风阻力特性方程h=RQ2, 而且随着生产的进行通风阻力系数R逐渐增大。

在没有变频调速设备的情况下, 只能够依靠调节风机风叶角度, 来调节风量、风压之间的关系, 如图2所示, 由曲线1调节到曲线2, 这种调节方式是有限的, 因为枫叶角度只能在-6°~+6°之间调节, 不能连续无极调速, 而且由于生产条件的限制也不可能去随时调节风量, 只能依靠阀门节流方式改变供风量, 最重要的是这种调节虽然相比设计最佳效率工作点消耗的功率减少、风量减少, 但是他的效率也随之降低, 有时甚至不得不偿失。

变频调速设备以其优良的调速性能, 不仅能够随时调节风量、风压、输出到点击的电压、电流, 而且始终可以保证风机工作在一定的通风阻力系数下风机工作的最佳效率点。变频工作时, 首先可以选择在一定的通风阻力系数下风机以额定转速工作的最佳效率及最佳风量为工频工作参考点, 然后再进行自由无级调速。因而, 可以保证风机最大程度的工作在效率高且经济的工况范围内, 而且, 安装变频调速设备之后, 只需一次将风机风叶角调到最佳效率及最佳出风量范围之内即可。

在原有条件调节风机工况时, 此时风机单级运行, 以额定转速N=9 800 r/min运转。参考风机性能曲线图, 风机设计的最佳运行工况为Q=47 m3/Sh=1 800 Pa, 风机风叶角度为0°, 风机轴功率为100 k W风机效率为85%, 如图2所示曲线1与曲线4的交点A。

然而目前实际上只需要风量Q=35.7 m3/s即可满足要求, 也就是说有相当一部分风量被浪费掉, 此时只能通过调节风叶角来调节送风量, 即此工况点, 风量大约为Q2=50 m3/s, H2=750 Pa, 轴功率大约为Ps=55 k W, 然而效率却下降为大约50%以下。

比较两种情况可知, 安装变频调速设备以后, 比以前运行更经济, 电动机消耗的功率节省值约为: (40/70%-50/75%) /93.5%=60 k W节电率:70%。

因此, 在一般的情况下, 所需风量从26.8%m3/s到63 m3/s之间变化时, 可以通过变频调速一直保持风机效率在75%, 节电率在71%~30%之间

3 系统优点

采用变频调节后, 可以把风门挡板全部打开, 风叶角度调到最佳角度, 风量调节只需要通过变频器调频就能达到, 原来消耗在挡板上的大量能量可以转化为直接的经济效益, 除此之外还能产生间接的经济效益。

1) 实现电机转速的无极变化。

2) 有无功补偿功能, 是功率因数提高到96%以上, 可省去功率因数补偿装置。

3) 变频器自身保护功能齐全, 有欠压保护, 直流过电压保护, 过流保护, 短路保护, 失速保护等, 大大提高了电机运行的可靠性。

4) 可实现空载软启动, 启动电流 (小于额定电流的10%) 时间大为减少, 避免了因大启动电流造成的绝缘老化及由于大电动力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响, 可减少对电机的维护工作量。

5) 故障点在显示屏上一目了然, 减少了维修时间。大大节省了人力成本。

4 结语

综上所述, 在煤矿开采中, 主通风机中变频技术的应用, 不仅能够提高风机的传动效率, 同时, 能够改善工作状态, 保证通风机一直处于最佳的工作状态, 减少了能源的浪费。

参考文献

[1]郭锋, 何栋, 韩卫钦, 等.变频技术在轴流式主通风机上的应用分析[J].煤矿现代化, 2010 (6) :98-99.

[2]丁贵江.变频技术在煤矿中的应用[J].魅力中国, 2011 (4) :33-33.

煤矿主通风机监控系统的实现 第4篇

煤矿主通风机是矿井四大固定设备之一, 担负着矿井安全生产的重任。主通风机由于功率大, 且昼夜连续运转, 因此对生产部门来说, 及时准确地掌握主通风机的运转特性, 在保障安全生产和提高经济效益两个方面都有十分重要的意义。煤矿主通风系统一般选用2台对旋式通风机, 一用一备。为对主通风机各种运行状态参数进行全面准确的监测, 提高通风机监控系统的可靠性和自动化水平, 必须建立完善的通风机监控系统[1]。本文以某矿井主通风机监控为例, 介绍了一种基于PLC、电力监视器和组态软件的主通风机监控系统的实现。

1 系统概述及组成

汇森煤业凉水井主通风机系统的控制对象有4台10 kV、250 kW通风机电动机, 2台7.5 kW水平风门绞车, 2台7.5 kW垂直风门绞车。

该矿主通风机系统要实现的功能:通过PLC柜和计算机监控系统完成对高低压开关柜、通风机设备的启停操作、状态监视、电动机参数的监视和记录、设备工况参数的监视和记录以及远程联网、信息共享等。

根据主通风机系统需要实现的功能, 笔者设计了一套主通风机监控系统, 该系统由2个部分组成:矿井通风主控系统, 由高性能PLC 组成, 主要实现通风机的启停和状态检测;矿用通风机在线监测系统, 主要由引压装置、通风机在线监测仪组成, 主要实现负压和风量的测量。整个系统由12面高压柜、1面低压柜、1面PLC控制柜、1套通风机在线仪、1台上位机组成, 如图1所示。图1中, G-1～G-12为高压柜, 主要用于为通风机系统供电;D-1为低压柜, 主要用于为水平绞车和垂直绞车供电;PM3000为电力监测单元, 包括1个提供计量功能和通信功能的主模块、1个显示模块、1个通信端口, 替代了传统的大量分立变送器和仪表, 为高压柜中的电力测控单元, 主要用于主回路的电力参数测量[2];FLEX IO为1794系列输入/输出模块, 安装在高低压柜中, 主要实现开关量信号的采集和控制功能。FLEX IO和PM3000均具有DeviceNet总线接口。

2 系统实施方案

上位机监控系统由1台研华工控机、液晶显示器组成, 工控机上装有RSLOGIX5000 PLC编程软件, 用于系统梯形图的开发和维护, 安装1套RSVIEW32上位机软件来实现工艺图形的绘制和各种参数的显示以及历史数据的存储和查询功能。

主通风机监控系统设计1面PLC柜, 柜内安装的模块类型如图1所示, 通过以太网与煤矿工业以太环网相连, 实现远程信息共享。PLC柜同时通过以太网与工控机连接, 实现设备的控制与信号监测功能。PLC柜通过DeviceNet网络与高压配电柜内电力监测单元PM3000和FLEX IO通信, 采集高低压配电柜内各设备信息以及控制设备启停等。通过RS485接口与主通风机监控系统通信, 以采集其负压、风量信号等。

配电柜内采用FLEX IO分站后, 大大减少了高压柜与PLC柜间的连接电缆, 安装和维护变得非常简单。

PLC选用AB公司生产的ControlLogix产品, 其1756-DNB网络扫描模块通过DeviceNet网络与高低压柜的FLEX IO分站、PM3000电力测控单元互连, 完成信息的采集和动作指令的执行, 设备工况参数如轴温、负压等直接接到PLC的热电阻及模拟量输入模块。

1756-DNB网络扫描模块是DeviceNet设备与控制器之间的接口, 1756-DNB模块与设备的通信是通过选通、轮询、状态改变和周期信息实现的。高压开关柜共设置12个FLEX IO分站采集其柜内开关量信号, 7个PM3000电力测控单元通过DeviceNet网络与PLC柜的设备网扫描模块相连, FLEX IO和PM3000的地址需手动设定, 地址不能重复, FLEX IO的地址在模块上直接设定, 而PM3000的DeviceNet地址需用编程器来设定。RSNetworx for DeviceNet是配置DeviceNet扫描器的工具, 设备网必须用AB的NETWORX网络规划软件后才能将IO地址进行映射, 最终实现电力数据的采集功能。网络规划软件扫描后可以将所有挂在该网络上的设备全部列出来, 包括设备名称和地址, 其结果如图2所示。

3 系统功能

(1) 实时控制

系统可分析采集的参数, 自动完成单台主通风机的启停和2台主通风机的自动切换功能或由操作人员集中控制。

(2) 状态监测

实时监测高低压开关的通断状态、控制方式、电动机正反转运行指示、通风机的运行状态以及各种保护信号指示等。

(3) 实时运行参数检测

实时采集设备工况参数, 例如三相工作电压、三相工作电流、有功功率、无功功率、功率因数、系统风量、负压等, 可以采用图形或报表的形式显示。

(4) 历史数据查询

实时监测数据均可存储与归档在数据库中, 可实现历史回显、历史趋势分析及直方图、饼图等综合分析。根据需要也可把归档数据存储到信息中心的历史数据库[3]。

(5) 设备故障及模拟量超限报警

当设备故障或模拟量超限时, 系统同步显示故障设备名称或模拟量对应的设备名称以及报警类别, 并可实现实时打印故障信息, 同时将故障信息存入归档数据中, 供以后统计分析。根据需要也可把报警数据存储到信息中心的报警数据库。

4 结语

煤矿主通风机监控系统可对主通风机的静压、全压、风量、温度、电动机的电流和功率等数据进行测量, 可实现对主通风机的实时控制, 提高了系统的自动化水平、可靠性和安全性。系统配置了以太网接口, 使得其与全矿井自动化系统的对接非常方便。该系统已正式投运, 完全达到用户需求, 性能稳定, 用户反映很好。

参考文献

[1]庾长青.KJZ-2型矿井主通风机性能在线监测系统在漳村矿的应用[J].煤, 2006 (3) :71-72.

[2]Rockwell International Corporation.Bulletin 1404Powermonitor 3000主模块和显示模块使用指南[EB/OL].[2010-06-25].http://www.docin.com/p-57783674.ht ml.

煤矿主通风机轴承振动分析与处理 第5篇

矿井主通风机的主要部件有叶轮、整流器、进风口、扩散器、传动装置。煤矿作业中要求主通风机能够安全、可靠、高效地运行, 而在矿井主通风机实际运行、维护过程中, 风机轴承安装、维护的好坏, 直接影响着主通风机的正常运行。河南能源焦煤集团某矿南风井两台主通风机, 自投入运营以来, 初期运行正常。随着运转周期延长, 其中一台主通风机在运行过程中出现过轴承振幅过大现象。为防止出现主通风机突然停车导致风机停运事故, 我们对主通风机拆解、更换轴承、做风叶动静平衡试验等大修工作, 大修重新安装后现运行正常。下面, 就主通风机大修过程中发现的问题及采取的措施进行探讨与分析。

1 问题的提出与分析

河南能源焦煤集团某矿南风井主通风机有两台, 均为MAF2950--1700/1B型轴流式风机。通风方式为负压通风, 一台工作, 一台备用, 交替使用。两台主通风机于2010年10月投入运行, 每月倒换一次交替运行, 截至2011年12月份, 其前轴承振动平均为0.9mm/s至1.1mm/s之间, 后轴承振动为0.8mm/s至1.0mm/s之间。风机轴承振动处于正常范围内。

1.1 问题的提出

2012年1月10日15:00按规定进行倒换风机, 由2#风机倒换为1#风机运行。倒换后1#风机前轴承振动为1.0mm/s, 后轴承为0.9mm/s, 期间振动数值平均每2天增加约0.1mm/s。直至1月24日四点班, 前轴承振动增加至2.5mm/s, 后轴承振动为1.6mm/s。运行至1月27日15时, 前轴承振动已升至3.9mm/s, 后轴承仍为1.6mm/s。停止1#风机的运行, 进行检查。经检查, 发现电机与风机连接对轮螺栓有两条轻微松动, 随即进行了紧固。1月29日15时启动1#风机运行, 前轴承振动为1.9mm/s, 后轴承为1.6mm/s。

从2月28日开始至3月16日13时左右, 运行1#风机过程中, 发现, 风机的前后轴承振动幅度均大幅增加, 最高时后轴承振动值升至4.8mm/s, 最大出现5.0mm/s。且在1#风机振动值异常的同时, 1#风机在运行中还伴有沉闷而细小的“嗡嗡”声, 但各部轴承温度均未发生大的变化, 保持在34o左右。

1.2 问题的分析讨论

由于风机振动较大, 矿井及时停止了1#风机运行, 对1#风机进行全面、认真的检查检修工作。

2 滚动轴承故障的主要形式与原因

滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏, 如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下, 经过一段时间运转, 轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。

2.1 疲劳剥落

滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动, 由于交变载荷的作用, 首先在表面下一定深度处 (最大剪应力处) 形成裂纹, 继而扩展到接触表面使表层发生剥落坑, 最后发展到大片剥落, 这种现象就是疲劳剥落。疲劳剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。通常情况下, 疲劳剥落往往是滚动轴承失效的主要原因, 一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命, 轴承的寿命试验就是疲劳试验。试验规程规定, 在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳剥落坑就认为轴承寿命终结。滚动轴承的疲劳寿命分散性很大, 同一批轴承中, 其最高寿命与最低寿命可以相差几十倍乃至上百倍, 这从另一角度说明了滚动轴承故障监测的重要性。

2.2 磨损

由于尘埃、异物的侵入, 滚道和滚动体相对运动时会引起表面磨损, 润滑不良也会加剧磨损。磨损的结果使轴承游隙增大, 表面粗糙度增加, 降低了轴承运转精度, 因而也降低了机器的运动精度, 振动及噪声也随之增大。对于精密机械轴承, 往往是磨损量限制了轴承的寿命。

此外, 还有一种微振磨损。在轴承不旋转的情况下, 由于振动的作用, 滚动体和滚道接触面间有微小的、反复的相对滑动因而产生磨损, 在滚道表面上形成振纹状的磨痕。

2.3 塑性变形

当轴承受到过大的冲击载荷或静载荷时, 或因热变形引起额外的载荷, 或有硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面上形成凹痕或划痕。这将使轴承在运转过程中产生剧烈的振动和噪声。而且一旦有了压痕, 压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落。

2.4 锈蚀

锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一, 高精度轴承可能会由于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。水分或酸、碱性物质直接侵人会引起轴承锈蚀。当轴承停止工作后, 轴承温度下降达到露点, 空气中水分凝结成水滴附在轴承表面上也会引起锈蚀。此外, 当轴承内部有电流通过时, 电流有可能通过滚道和滚动体上的接触点处, 很薄的油膜引起电火花而产生电蚀, 在表面上形成搓板状的凹凸不平。

2.5 断裂

过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。磨削、热处理和装配不当都会引起残余应力, 工作时热应力过大也会引起轴承零件断裂。另外, 装配方法、装配工艺不当, 也可能造成轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。

2.6 胶合

在润滑不良、高速重载情况下工作时, 由于摩擦发热, 轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度, 导致表面烧伤及胶合。所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘附到另一个零件部件表面上的现象。

2.7 保持架损坏

装配或使用不当可能会引起保持架发生变形, 增加它与滚动体之间的摩擦, 甚至使某些滚动体卡死不能滚动, 也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加剧, 导致轴承损坏。

3 具体检查检修工作

3.1 轴承本体、端盖及联轴器螺栓的固定情况

轴承本体、端盖及联轴器螺栓的固定, 关系着风机在运行中的振动幅度, 经检查各部位螺栓固定牢固无松动, 未发现异常。再次紧固后, 启动1#风机, 1#风机启动5min后, 后轴承振动上升5.5mm/s。

3.2 清理风叶浮灰, 并检查风机后轴承箱

风机风叶浮灰清理, 并检查风机后轴承箱后, 未发现异常。启动1#风机进行短路风试验, 不到5min, 后轴承振动上升5.2mm/s。带负荷运行时, 不到1min, 后轴承振动上升8.5mm/s。

3.3 轴承磨损及风叶动静平衡

由于风机在运行中, 轴承温度没有发生异常, 导致在处理时没有及时查找轴承原因。将轴承拆卸后, 发现轴承有规则的划痕, 且划痕处光滑无毛刺突起。因此怀疑轴承磨损, 从而产生振动异常。同时对风叶进行动、静平衡测试, 结果在允许范围内。

3.4 问题处理

和厂家技术人员结合后, 就1#风机振动情况达成以下共识: (1) 主通风机各紧固件没有问题; (2) 更换风机轴承, 并对轴颈重新做镀铬处理。

4 结论

就此次1#风机轴承振动大的问题, 分析其原因有以下几点:一是风机轴承制造材质或精度存在一定问题, 造成风机在运行一段时间后出现磨损。二是重视程度不够, 矿技术人员和厂家没有认真地深入分析原因。1#风机在安装调试期间, 其各项技术参数均高于2#风机, 尤其是电流值大于2#风机10A左右。特别是1#风机轴承振动值在2.5mm/s以上时, 运行时伴有沉闷的“嗡嗡”声, 声音不正常。三是被假象“蒙蔽”。由于风机轴承采用的是强制润滑, 由单独的润滑油箱供油, 润滑条件良好, 且油温的冷却条件也较好, 因此在温度上很难反映出轴承的轻微变化。起初判断90%的原因是探头的原因, 没有考虑轴承的原因。

经重新安装调试后, 启动1#风机运行, 前轴承振动0.6mm/s, 后轴承振动0.8mm/s, 风机运行正常。

5 今后主通风机使用、维护中应注意的事项

通过对两台主通风机的检修以及多年的工作实践, 在主通风机使用维护过程中, 应重点做好以下五个方面的工作。

(1) 主通风机运转过程中, 岗位司机、维护人员应定时对设备进行巡回检查。从检测仪表、风机声响等方面去及时判断风机运行的正常与否, 做到及时发现问题, 及时处理问题。

(2) 在风机定期检查中, 要认真检查转动部位有无松动, 联结螺栓要紧固, 防止运行中因松动引发事故。

(3) 对风机轴承检修, 必须清洗干净, 内部残留煤油晾干, 加入润滑脂适量, 不超过其容腔的三分之二。同时清洗加油中绝对不允许掉入杂物等, 要认真检查止推轴承后部锁牢情况。

(4) 定期清理干净风硐内杂物, 防止杂物吸入风机内部, 损坏风叶等部件。

(5) 通风机轴承的故障将导致通风机运行不平稳, 引起通风机运行振动加剧和噪声的增大且使风机处于不平衡状态, 进而引起通风机叶片等其他零部件发生故障。因此需对通风机轴承进行在线或定期跟踪监测监控, 确保通风机安全可靠运行。

摘要：对焦煤公司某煤矿主通风机轴承振动大的问题进行分析研究, 找出有效的解决方法和今后的预防措施, 从而保证矿井主通风机的正常运转。

关键词：轴承,磨损,动静平衡

参考文献

煤矿主通风机节能评估 第6篇

矿井在更新改造主通风机系统后, 按照AQ1011-2005《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》标准和2011版《煤炭安全规程》第一百二十一条规定, 必须进行一次通风机性能测定。

一般矿井在更新改造主通风机系统时都是两台同时更新改造。而在通风机性能测定时发现, 同一厂家同一型号叶片调整到同一角度的两台通风机测试结果偏差很大, 这将不利于通风工作的安全, 本文是针对这一问题进行的研究。以解决煤矿主通风机系统改造后尽快投入正常安全运行, 达到改造的目的, 保障测定工作的顺利进行, 为煤矿安全生产提供可靠的技术数据, 科学的绘出煤矿主通风机的性能曲线, 正确指导煤矿安全通风工作。

2 测试发现问题

在对更新改造新安装后通风机系统进行性能测定时发现, 同一厂家同一型号调整到同一角度的两台通风机, 在相同的测定方法、相同的环境条件下测试结果偏差很大, 在设定为同一角度测试时, 测试参数风压、风量、功率等相差很大, 绘制的性能曲线偏离也很大, 这一问题对今后的煤矿安全通风工作将带来很大影响, 同时对测定的准确性也产生了质疑。

3 统计分析研究

3.1 通过多台次新安装的通风机性能测试数据的分析研究, 并对生产厂家进行调研, 与矿方有关专家讨论, 对这一问题进行探讨研究如下。从理论上看两台同一厂家同一型号调整到同一角度的通风机, 在相同的测定方法、相同的环境条件下测定数据应该基本相同, 偏差应该在叶片角度调整机构允许最大偏差范围之内。以GAF系列通风机为例来研究分析。

GAF型矿井轴流主通风机是上海鼓风机厂和德国TLT (Tuibo Lufttechnik) 公司合作研制的, 风量范围为30～1800m3/s。风压范围为300～8000Pa, 最高全压效率为88%。全压效率在80%以上的风量范围比值为2.24, 风压范围比值为1.63。风机性能的调节方式有液压动叶可调和机械式动叶可调两种, 扩散塔安装型式有卧式和立式两种, 立式安装于地面时, 风机卧式采用长轴传动, 且长传动轴从立式扩散塔端伸出。

GAF通风机型号不同叶片角度标尺数值范围不同, 但曲线形状是相似的。也就是风量Q、风压Ps值不同, 性能曲线轨迹是相似的。

3.2 下面是几个更新改造后, 新安装通风机系统性能测定实例:

3.2.1 铁煤集团公司晓南中央风井

通风机型号:GAF23.7-14-1

检测日期:2007年12月19日

1#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图2) ;

2#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图3)

3.2.2 铁煤集团公司晓明矿西风井

通风机型号:GAF21-14-132

检测日期:2008年10月23日

1#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图4)

2#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图5)

3.2.3 铁煤集团公司大明矿西风井

通风机型号:GAF19.96-12.5-1

检测日期:2009年6月3日

1#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图6)

2#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图7)

3.2.4 铁煤集团公司大隆矿北风井

通风机型号:GAF26.6-18-1

检测日期:2011年11月2日

1#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图8)

2#通风机性能检测性能曲线 (模拟工况) (见图9)

3.2.5 分析:

a.铁煤集团公司晓南中央风井。两台通风机在等风压时, 相同的调整角度上负角度风量偏差较大, 正角度时风量偏差较下一些, 各个角度风量偏差不等, 个别风量较大。但总体上1#通风机风量小于2#通风机风量;在等风量时, 相同的调整角度上负角度风压偏差较大, 正角度时风压偏差较下一些, 各个角度风压偏差不等, 个别风压较大。总体上1#通风机风压小于2#通风机风压, 相当于2#通风机相对1#通风机曲线相同调整角度向右上平移, 显示叶片调整角度偏差在1～4度。个别偏差较大的原因是调整角度时参照的叶片不同而造成, 现场对每个叶片进行检验发现全部叶片之间角度相对偏差1～5度, 属个别通风机质量问题。b.铁煤集团公司晓明矿西风井。两台通风机在等风压时, 相同的调整角度上各个角度风量偏差较均匀, 但风量偏差较大。1#通风机风量小于2#通风机风量。在等风量时, 相同的调整角度上风压偏差较大, 1#通风机风压小于2#通风机风压, 相当于2#通风机相对1#通风机曲线相同调整角度向右上平移, 显示叶片调整角度偏差在1～3度。c.铁煤集团公司大明矿西风井。两台通风机在等风压时, 相同的调整角度上各个角度风量偏差较均匀, 但风量偏差较大。2#通风机风量小于1#通风机风量。在等风量时, 相同的调整角度上风压偏差较大, 2#通风机风压小于1#通风机风压, 相当于2#通风机相对1#通风机曲线相同调整角度向左下平移, 显示叶片调整角度偏差在1～4度。d.铁煤集团公司晓南中央风井。两台通风机在等风压时, 相同的调整角度上各个角度风量偏差较大。1#通风机风量小于2#通风机风量。在等风量时, 相同的调整角度上风压偏差较大, 1#通风机风压小于2#通风机风压, 相当于2#通风机相对1#通风机曲线相同调整角度向右上平移, 显示叶片调整角度偏差在1～5度。

4 研究分析结论

4.1 通风机本身出厂不是台台检测, 通风机产品研发后是由甲级资质的检验机构主要进行产品的型式检验、安全标志检验, 合格后方可批量生产, 以后按规定年限检验。这种检验并不是台台检验, 产品质量是靠厂家的质量体系来保证的。

4.2 叶片角度调整机构为齿轮传动, 齿轮传动本身有一定偏差, 装配中有可能出现齿轮错牙质量问题, 这以机构现场是整体安装的, 问题出现在生产装配中。

4.3 装配过程中叶片角度调整机构内部角度标尺和外部角度标尺不一致, 说明没有进行严格的检验和效准。

4.4 角度调整中操作不当, 由于叶片角度调整机构为齿轮传动的特点, 每个叶片之间角度是有一定的误差的, 调整时如果用不同的两个叶片来对准标尺会加大调整误差。

5 解决方法

5.1 加强进货验收工作, 在产品订货中应明确要求出厂前加强检测检验, 出厂前检测检验时应派专业技术人员前往验收, 重点查验检测检验数据记录和报告。

5.2 安装过程中应首先检查各个叶片之间的角度偏差是否在允许范围内及时解决问题, 注意叶片角度调整机构内部角度标尺和外部角度标尺是否一致。发现不一致等问题应查明原因, 确保内部角度标尺和外部角度标尺保持一致方可安装。

5.3 加强操作者技术能力, 提高操作准确性, 两台同时改造时要将两台通风机叶片角度比照调整, 发现不一致及时请厂家代表协助效准标尺。

摘要：煤矿在用主通风机系统的安全可靠运行, 对矿井的安全生产至关重要, 因此主通风机系统在达到一定的使用年限和技术落后等情况下, 将进行主通风机系统更新改造。通过对多个矿井的多台新安装煤矿在用通风机性能测定数据的研究, 发现通风机本身存在叶片角度调整机构上内部角度标尺和外部角度标尺不一致, 研究发现和解决这一问题, 对矿井安全生产"一通三防"工作具有很大的指导和促进作用。