论港口皮带机的节能

张 奎

（大连港矿石码头公司，辽宁 大连116001）

1 引言

近年来，中国沿海港口建设飞速发展。随着港口泊位大型化、专业化的发展和港口装卸设备自动化水平的提高，港口对能源的需求量也将越来越大，能源费用在港口装卸生产中所占成本费用的比例也会有所提高。在全国大力推行"节能减排"任务的环境下，为了降低企业的生产成本，提高企业的核心竞争力，港口企业应积极采取措施以实现减少能源消耗，提高企业经济效益的目的。

2 港口皮带机系统效率低的主要原因

港口皮带机系统效率低的主要原因是负荷特性与电动机的转矩特性不匹配，当电机所带负荷较小时，电机的运行效率较低;当电机所带负荷较大时，电机才可能以较高效率运行。皮带机在初步设计时一般按最大运输量考虑，而减速机和电动机的选型原则是等级靠大不靠小，并且由于皮带机系统的托辊较多，皮带较长，是惯性力矩较大的机械设备，启动所需的功率较大，为了满足启动的要求，在选择驱动电机时，一般会选配额定功率较大的电动机，一般均有20%-45%的富余量。而当系统平稳运行时其功率相对于启动功率较小，致使大多数情况下电动机处于轻载状态;另外，当堆、取料机处在不同位置时，导致堆料和取料皮带机上有料段长度变化很大，使得物料分布不均匀，物料量连续性差，进而导致皮带机的运行负载变化很大。这些因素导致系统运行存在着严重的"大马拉小车"现象，造成电机功率因数低、效率低。

3 港口皮带机节能增效的技术与方法

3.1 皮带机流量自动控制技术

作业时皮带机上的料流连续性越强、物料分布越均匀、平均流量越稳定，系统的单吨耗电量就越少;反之则越大。皮带机流量自动控制技术就是基于这一原理，其控制流量的方式是通过采取皮带机料流检测装置测出的瞬时流量值，随时对上料设备的数量以及作业速率进行调整。这种自动调节装置可以及时、准确地调整物料流量，增强料流的稳定性，提高输送机作业效率，降低系统的能耗。

这种限流装置由前段导料槽、中段导料槽和后段导料槽三段导料槽组成。每段导料槽仓内分别连通一对沿着皮带机并引向地面的料流管，尾部垂直于皮带机承载皮带的上表面方向分别安装有前段调节闸、中段调节闸和后段调节闸。各段调节闸的末端和上端分别安装有一块刮料胶皮和一对旋拧螺杆，两只螺杆对称地连接在调节闸同一侧面上，可通过旋拧螺栓调节刮料胶皮距承载皮带的高度。

其工作原理是:根据作业矿石粒度的大小，通过旋拧螺杆将该限流装置的三段调节闸的高度分别调整为hl、h2、h3。在作业过程中，当物料经上料区进入限流装置时，前段调节闸首先将高于h1的料流挡在前段导料槽内，这时前段导料槽将刮料胶皮挡住的物料暂时存于导料槽仓内，等到低料流时这些被挡住的物料就会落回皮带上并随新一批的料流一起带走。而当料流量一直很大以至于使得前段导料槽仓内积满刮留的物料时，这些物料就通过两侧的料流管溢出，并堆积在皮带机两侧作为地脚料处理。中段调节闸和后段调节闸的工作过程也是同样的道理。在进入转接塔之前，经过整个限流装置后，皮带机上的物料己被充分调匀，且流量持续稳定。

3.2 异步电动机Y-△接法变换节能

由电工学知识可知电动机有三角形 (△)接法和星形(Y)接法两种解法。三角形接法的特点:将各相绕组依次首尾相连，并将每个相连的点引出，作为三相电的三个相线。此时电机相电压等于线电压，即U△φ，=U△I;电流等于根号3倍的相电流。

星形接法的特点:将各相绕组的一端都接在一点上，而它们的另一端作为引出线，分别为三个相线。此时，线电压是相电压的根号3倍，而线电流等于相电流。

电机所需要的无功功率为励磁无功功率与漏磁无功功率之和。由于漏磁无功功率正比于负荷电流，当负荷不变时三角形接法和星形接法电机的负荷电流大小相同，因此漏磁无功功率也相同。而励磁无功功率正比于与定子绕组上的相电压的平方，因此星形接法的电机所需的励磁无功功率仅为三角形接法电机的1/3，并且当电动机所带负载越小时，这种差别就越大。在同样电压和负荷下，与星形接法相比，两者有功功率相等，无功功率前者大于后者，又由于总功率是有功功率和无功功率之和，所以电动机三角形接法的所耗总功率也较大，因此在转速田一定时，其输出扭矩也较大。

由于大型码头皮带机驱动系统电动机的选择主要依据由根据皮带机的带宽、带速、最大输送能力等多种因素计算所得出的功率，因此比较保守。而在工作过程中，有可能会发生故障停机的情况，这时再启动的话，启动力矩一般会很大，有时甚至达到静阻力矩的1.5-1.8倍。而转速恒定之后，其转矩很小，电机的负载率就会很低。如果长期低负载运行，就会增加无功功率损耗，浪费能源。这时就可以考虑采用Y-△接法变换，即在三角形接法下启动电动机，在星形接法下运行的方法。

另外，在装卸工作中，会出现设备进行连续运转，而装载率不均衡的工作现象，以及当空载时间大于某个规定值时需要频繁起动的问题，这两种情况都可能造成能源的浪费。这时可以考虑对皮带机添加节电装置。

3.3 皮带机降电压技术

根据电机学知识可知，电动机处于最佳负载率状态下运行时，其效率最高，功率因数最大。所以当电机满负荷运行时，功率因数必比较大，电压滞后电流的相位角必就较小。又因为电动机功率因数必随着负载率的增加而提高，所以电动机负载变小时，必角将增大，功率因数将降低。当系统运行在"大马拉小车"、轻载和空载情况下时，都会使电动机功率因数偏低，耗用的无功功率变大，损失的电能增加。要想降低消耗功率，可通过提高功率因数、降低电动机的端电压、减小负载电流的途径实现。

皮带机降电压的节能改造就是在这一原理的基础上，利用双向可控硅调压电路来控制电动机。目前这一节能技术主要应用在煤矿用皮带机中，在港口用皮带机中应用比较少。

3.4 减电机运行节能技术

港口铁矿石传输系统的每条皮带机额定能力都比较大，很多都是由2台或2台以上的电机驱动。皮带机在运行过程中，无论堆、取料机在堆场的任何位置作业，电机一般都全部投入使用。但是堆、取料机的作业位置不同，会使得皮带机的有料段的长度也不同。当有料段的长度较大时，负载就较大，电机的运行效率也比较高;相反，电机的的使用效率就较低。另外，在作业过程中通常会出现空载或轻载的情况，并且电机有可能会长时间运行在低负荷状况。这两种情况都会造成能源的巨大浪费。为了节能降耗，需要对皮带机作业时驱动电机的作业方式进行改造。当皮带机所带负荷较少时，可以通过改变运行电机的数量，使负载大小与驱动功率相匹配，从而达到节能和提高功率因数的目的。

结束语。经济的高速发展带来了国民经济的持续增长，但是能源的巨大消耗也造成资源的日益短缺，，如何满足迅速增长的能源需求，实现能源的清洁高效利用，是我国面临的一次严峻的挑战。而节能是解决这一问题的根本途径，这就意味着我们需要大力推进节能技术，提高能源的利用效率。因此我国推出了"节能优先，降低能耗"的能源发展战略思路，并且进一步提出要建设能源节约型企业。这种节约要求彻底转变现行的经济增长方式，进行深刻的技术革新，真正推动企业的全面进步。

[1]电机系统节能纵横谈[J].电气技术，2008，(10):1-5.

[2]秦宏波.电机系统能效现状和节能潜力分析方法综述[J].上海节能，2009，(2):4-10.