提升机速度参数对能耗的影响

张宇　张丹　高崇

摘要：矿井提升机只有按照合理的速度图来运行才能充分地利用现有的设备。在实际工作中，部分矿井提升机实测速度图与合理的速度图相比存在许多问题，因此造成设备效率的降低和能耗的增加，若经过整定，调整部分性能参数，则在不更换现有设备情况下可有效地降低能耗，并能提高设备效率及年提升能力。本文通过对提升系统中的能耗计算与分析，探讨在给定提升高度和提升能力的提升系统，其吨煤电耗与提升速度、提升加速度的关系。

关键词：速度图；提升速度；吨煤电耗；加速度

提升设备属周期性动作的设备，电耗和投资是提升设备的重要经济指标。当矿井提升能力和提升高度已知后，采用较小或较大的提升速度都能完成提升任务。在设备选择中为了满足提升能力的要求，如果采用较大的一次提升量Q，较小的提升速度V，则提升钢丝绳、提升机的参数均增大，设备费用增加，但所需电动机功率较小，功率消耗较小。如果采用较大提升速度V，较小的一次提升量Q，则提升钢丝绳、提升机的参数均减小，设备费用减小，但电动机的容量增加，功率消耗较大。矿井提升系统中，提升速度与其他很多提升参数有着密切的关系，其调整与变化会引起其他参数的变化。国内外对矿井提升速度已有不少研究。但其结论不尽相同，在设计中他们选取的提升速度也相差较大。为此，有必要分析提升速度及其他参数对提升机能耗的影响。从而合理选取各种参数指标，为矿井提升机运行提供参考与借鉴。

提升系统的基本关系

在提升高度、加速度和减速度一定的情况下，为了使提升时间最短，最简单的提升速度图是三角形，但是三角形速度图中提升速度过大，功率消耗较大，没有实用价值，而广泛使用的是梯形速度图，梯形的面积之和就是提升机的提升高度H。矿井提升机传统运行曲线可分为3阶段速度图、5阶段速度网、6阶段速度，甚至有13阶段速度图，在优化提升速度时往往将卸载曲轨和爬行等运行过渡阶段略去，简化为3阶段梯形速度图。在3阶段梯形速度图中受安全规程与系统防滑等因素的制约，提升加（減）速度的变化范围极小。

1.提升系统的吨煤电耗计算

上式中K为提升高度折算系数，η为提升系统效率%，说明在阻力系数不变和加减速度相同的条件下，吨煤电耗只与提升高度有关，而与提升速度和提升载荷均无关。对于给定提升高度和提升能力的提升系统，无论采用较大的一次提升量Q，较小的提升速度V；还是采用较大提升速度V，较小的一次提升量Q，其吨煤电耗均不会变化。

2.提升系统的加速度的选择

整定加速度在实际测试中，我们发现在现场采用的加速值多数比较小，电动机是“大马拉小车”，造成电能浪费及提升机效率降低。为了充分发挥现有设备能力、节约电能，就需要尽可能提高主加速度数值，但要考虑输出轴允许的传动力矩与电动机允许的过负荷能力的限制，整定合理的加速度数值，就可以缩短加速阶段的时间。减速阶段考虑安全问题以及减速点的存在我们暂时不予讨论。

由图1可知道，井深为485m，加速时间约18秒，主加速时间约为14秒，最大速度为9.78m/s。则加速段加速度a₁为：a₁=9.78/14=0.699m/s²。

式中，K为系统阻力系数一般取1.1，Q为一次提升量、M为系统提升质量、η为提升系统效率%，查询监测报告结果为54.8%，t₁=9.78/a。式中应考虑Q=M等于提升质量与钢丝绳质量之和。

Qs由提升重量和箕斗自重组成，自重为5477 kg，一次提升量为15000kg。

鉴于一般提升机电机启动电流为额定电流的二倍，而功率因数为正常功率因数的60%，且考虑其余加速度，为分析计算简单W1取1.2倍系数。取a值，得出加速段能耗曲线。

主井提升机普遍用于深井，运行速度较高，一次提升电耗较大，通过多台次的提升机技术测试发现，许多提升机都有降能提效的潜力，很多矿井在强调安全靠运行的前提下，运行参数有较大可调节量。通过技术改造，科学管理等手段，在不进行大的投资改造的前提下可以使能耗有一定降低，具体措施如下：

1、控制提升机的运行状态，调整不合理的运动参数。加、减速（自由滑行除外）阶段消耗的电能较多，在满足安全要求的前提下应充分利用电机的过负荷能力，降低加、减速阶段运行时间。

2、改造罐耳或罐道以降低运行阻力。井筒的涌水带有泥砂和煤屑，使容器的运行阻力变大。对于某些淋水较大的井筒，应该采取堵水措施降低涌水量。

3、加强管理与培训，提高操作人员素质，平稳操作，减少无谓的手动控制，停机时间长时，关掉附属设备以减小耗电量，大约占提升机电耗的5%。

4、提升容器自身质量的验算及应配质量的确定。提升容器自重降低可以降低提升系统的总变位质量，提升效率提高，牺牲部分防滑性能。

5、加强设备的维护、检修与设备技术测试工作，了解设备的运行状况，及时解决设备存在的问题，保证设备安全、平稳、高效工作。