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摘要:目前,矿用通风机的节能减排降耗问题已经成为了研究的热点之一。如何完成变频技术的改进及应用,如何设计通风机的变频节能系统,对于矿井事业的发展具有着重要的现实意义。
关键词:主通风机;变频调速;节能
前言:目前,在我国煤矿运行中,通风机数量众多,但具有较低的运行效率。根据一些数据统计可知,数万台通风机在全国煤矿运行中使用,其功率在几千瓦与几百千瓦范围内,且最大功率的有数千千瓦。然而,在通风机的实际使用中,一般而言,其运行效率为50%左右,少数效率为70%左右。同时,在全矿总能耗中,主通风机耗电占比重很大。在我国经济增长的环境下,各行业生产的用电需求增加,用电矛盾逐渐突出。因此,对于煤矿行业而言,需要采取有效措施,利用有效技术节能降耗,节约煤矿经济效益,促进经济、环境的可持续发展。
一、在采用变频技术时应考虑的因素
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
1.1.1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。
1.1.2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。
1.1.3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。
1.1.4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
1.2.1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。
1.2.2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。
1.2.3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。
1.2.4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。
1.2.5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。
二、通风机调节方法
通风机的风量调节,是通过改变通风机本身的特性曲线或改变外部管网特性来进行的。可以分为风机恒速时的风量调节和风机变速时的风量调节。
2.1通风机恒速时的风量调节
对于轴流式通风机。通过增大叶片安装角度可以增大风压,也可以通过改变工作轮的级数或叶轮片数来调节通风量。但这些调节一般需要在风机停机时才能进行,只适合较长阶段的风量调节,无法实现通风量的平滑调节和与实际通风量要求的随动。
对于离心式风机。目前都是通过调节通风机口及风道或送风道中闸门的开启程度,人为地减小风道断面,增加通风阻力,改变通风管网的特性曲线,最终改变风机运行工况点,实现风量调节。这是一种很不经济的调节方法。
2.2通风机变速时的风量调节
通过改变通风机的转速,实现通风机特性曲线的改变,从而改变通风量,是离心式通风机节能运行的有效方法。
由流体力学可知,风量Q与转速n的一次方成正比,风压H与转速n的平方成正比,轴功率Ps与转速n的三次方成正比。即:Q∝n,H∝n2,Ps∝n3。当所需风量减少,风机转速降低时,其功率按转速的二次方下降。如所需风量为额定风量的80%,则转速也下降为额定转速的80%,而轴功率下降为额定功率的51.2%;当所需风量为额定风量的50%时,轴功率可以下降为额定功率的12.5%。当然,转速降低时,效率也会有所降低,同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此,变速调节的节电效果也是非常可观的。
三、变频技术在通风机应用中的优势
3.1能够提高机器的调速效率。变频技术的主要特点在于可以灵活改变设备的频率,当频率发生变化之后,通风机仍能够在该频率的同步转速附近运行。能够保持基本的额定转差率,但是不增加转差损失。变频调速时的损失,也只是在变频装备中产生变流损失和高次谐波影响,才使得通风机的损耗有所增加,相应的效率也就下降。因此,变频技术是一种高效的调速方式。
3.2操作方便。通风机的启动时间可以由原来的八分钟减少到现在的一分钟之内,并且能够根据矿井的风量需求做出适当的调整。
3.3必要时,变频装置能够推出运行,由电网直接供电。这有利于通风机的安全、经济运行。在接近50hZ的范围工作时,变频装置的调速经济性能不高,变频装备退出。电网直接供电之后,改用节流等常规的调控方式。
3.4变频技术的调速范围很广,一般可以达到50hZ,在整个运行范围内具备较高的调速装置效率,变频的调速方式使用调速的范围宽,并且常常处在低速状态下的运行负荷。
结束语:
矿用通风机采用了变频调速,不仅可以实现软起停,大大节约了电能,而且可根据巷道的风量需求方便地进行调速,取得的效果比较理想。在变频技术相当成熟的今天,变频设备可以作为单独的设备出现在市场上,通风机的变频调速改造中,原设备“供电系统”电动机等都不需要变动,只需把变频器买回来直接连接电源,进行软件设置即可使用,所需时间短,可靠性强,使用维修方便,改造后的通风机若把变频器的控制系统与瓦斯监控系统联网,可以在瓦斯涌出量变大的时候自动增加通风量,冲淡瓦斯,有效防止了事故的发生。根据国家出台的节能减排政策,变频器在这一方面的应用值得广泛推广。
参考文献:
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[2]曲素荣、贾燕茹.矿井主通风机变频调速系统技术改造.工矿自动化,2014(8)
[4]梁尤庆.矿井通风机变频技术应用与节能初探.中国-东盟博览,2013(2)