浅谈变频技术在煤矿空气压缩机中的应用.pdf

1 36 童撼茬 舛技 2 0 1 7 年 第 1 0 期 浅谈变频技术在煤矿 空气压缩机中的应用 赵建军 山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司 ， 山西 左云 0 3 7 1 0 1 摘要 空气压缩机 是 “ 煤矿四 大件”之 一，本文针对煤矿 压风 系统运行效率整体偏 低、耗 电量偏 高的 问题 ，详 细介 绍 了空压机变频调速节能技术。该技术在实现节能减排的同时，极大地提高了设备运行的安全可靠性。 关键词 空 气压缩机 变频技术 应 用 中图分类号T N7 7 3 TD 6 3 7 文献标识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 - 2 8 0 1 ．2 0 1 7 ． 1 0 ． 0 5 6 Ap pl i c a t i on o f f r e que n c y c o nv e r s i on t e c hno l o g y i n c oa l m i ne a i r c o m pr e s s o r Z h a o J i a n - j u n f S h a n x i c o a l I mp ． E x p ． g r o u p ， z u o y u n g u c h e n g c o a l i n d u s t r y C o ． ， L t d ． ， S h a n x i Z u o y u n 0 3 7 1 0 1 Ab s t r a c t Ai r c o mp r e s s o r i s o n e o f t h e f o u r b i g⋯’ c o a l mi n e ， t h i s a r t i c l e i n v i e w o f t h e m i n e p r e s s u r e wi n d o v e r a l l s y s t e m e ffi c i e n c y i s l o w， t h e p r o b l e m o f h i g h p o we r c o n s u mp t i o n ， a i r c o mp r e s s o r fre q u e n c y c o n t r o l o f m o t o r s p e e d a n d e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g y wa s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ． Th e t e c h n o l o g y h a s g r e a t l y i mp r o v e d t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f e q u i p me n t o p e r a t i o n wh i l e a c h i e v i n g e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n ． Ke y wo r d s a i r c o mp r e s s o r fre q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n “ 煤矿四大件”之一的矿用空压机普遍面临运 转效率低、耗电量高、运行成本高等问题 ，尤其每 天不问断运行的大型矿用空压机，长时间处于空载 或轻载状态，造成 了大量的电能耗费。随着煤矿企 业对能源消费管理的 日益加强，空压机的节能改造 将是落实节能工作的重要方面。 1 煤矿用空压机的发展 空气 压缩机 的种类 繁多 ，根据它 的工作原理 可 分为容积型压缩机和速度型压缩机。容积型压缩机是 通过改变压力，进而改变单位体积内气体分子的密 度，使介质气体的体积发生改变的一种压缩机。随 着机电产品的不断更新，活塞式空压机已经被淘汰， 螺杆式空压机 由于单位体积的排气量大，安装体积 小 ， 零件少， 排气稳定， 运行平稳， 操作简单等优点， 已经逐步发展为煤矿压风设备的常用设备 [ 1 ] 。 2 空压机变频节能技术 变频器是实现变频控制技术的重要装置，通过 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 5 2 4 作者 简 介赵 建 军 1 9 7 4 一 ，男，山西 长治人 ，本科 学历 ，矿 山机 电工程 师，致 力于煤矿机 电设备 自动化 的研 究。 改变电机的频率 ，从而改变电机的输出功率 ，实现 电机的变速运行 口 ] 。能使电机从零频零压时逐步启 动 ，最大程度地消除电压下降，实现节能效果。变 频技术可以改变设备的运转速度 ，根据负载大小相 应地调节设备运行的转速，减少机电设备处于空载 或低载工况 ，避免大马拉小车 『 3 ] 。 图 1 为空压机变频节能示意图，通过改变电动 机频率，使得电机转速发生改变，从而实现空压机 变频运行 。 图 1 空压机 变频节能示意 图 空气压缩理论表明，空气压缩机的轴功率、排 气量以及轴转速满足下面的关系 p 1 9 55 3 式 中 一 压缩机轴功率，k W； 一 压缩机输入的平均轴扭矩，N． m； ， z 一压缩机 的轴转速 ，r ／ mi n 。 V d I Kx ， z 2 2 式 中 2 0 1 7年第 1 O期 童 媳蕉 斜救 l 3 7 ， 一与气缸容积、 温度、 压力和泄露有关的系数； n ， 一变频调节后的压缩机转速，r ／ mi n ； 广一级缸容积，m ； 广 在 n 2 转速下的排气量 ，m ／ mi n 。 根据式 1 ，空压机 的转矩负载是恒定的， 空压机的转速随着轴功率的增加而增加，随着轴功 率的减少而减少。根据式 2，当空压机的吸气 容积保持不变时 ，改变它的排气量的唯一途径是调 节空压机的转速。当空压机总排气量大于用气量时 ， 降低频率调节转速 ，改变供风压力 ，从而使空压机 处于经济运行的状态，实现节能。 东古城矿选用 3台上海罗德康普螺杆压缩机有 限公司生产的螺杆空压机 ，两用一备 ，主要技术参 数如表 1 所示。 变频控制采用一拖三的技术方案， 即 使用一台变频器对 3台空压机进行变频控制，其功 能由可编程控制器 P L C及主电路控制柜实现。为保 证恒压供风的需要，该系统不仅可以人工确定变频、 工频的运行模式，还可以自动地切换运行模式。 表 1 空压机技术参数 双螺杆 空气压缩 名称 排气压力 O ．8 0 Mp a 机 数量 3 功率 2 5 0 k W 额定 电压 l O l V 冷却方式 风冷 最高运行 电压 1 2 k V 供气含油量 ≤ 3 p p m 系统频率 5 0 Hz 噪声 ≤ 8 5 d B A 上海罗德康普 排气量 不小于 4 2 m ／ mi n 厂家 螺杆压缩机有 限公司 图 2为空压机变频控制的主电路图，3台空压 机编组运行。主电路的控制元件是接触器 K M，系 统的紧急停车等由它控制。空压机的工频及变频的 切换 以及各台空压机之间的切换 由接触器 1 - - 6 K M 控制 ， 而 P L C控制每个接触器。 当系统开始运行时 ，首先 1 号空压机启动 ，吸 合 1 K M，变频启动 1 号空压机。电动机转速及系统 的压力随着频率的升高而升高。当 1 号空压机的运 行频率接近工频 5 0 H z 时 ， 若系统压力仍不能满足工 作压力的需求 ， 则吸合 2 K M， 断开 1 L M， 1 号空压机 进入工频运行模式。同时吸合 3 K M，变频启动 2号 空压机 ， 并在变频器 P I D的调节下 ， 保证恒压送风。 当用户变少时，变频器输出频率会随之减小 ，当频 率值小于下限切换频率时 ， 断开 3 K M， 2号空压机停 止运行。同时吸合 1 K M， 断开 2 K M， 1 号空压机进入 变频模式 ， 同时保证系统工作 图 2 空压 机 变频 控 制 主 电路 图 3 2 5 0 k W／ 1 0 k V空压机使用变频器节能计算 东古城矿用一拖 三的技术方案，在节能减排 的同时，也收到了较好的经济效益和社会效益。 假定一台 2 5 0 k W／ 1 0 k V的空压机的全年运行时间为 3 6 0 d ，空压机平均每天满载及空载运行时间分别按 照 2 0 h 、4 h 计算 ，电费单价为 0 ． 5 8 元 ／ k Wh 。 根据下式计算空压机运行时的耗电量 W4 3 Ux l x c o s o x t 则满载运行时其耗电量为 1 ． 7 3 2 X 1 0 k W X 1 8 A X 0 ． 8 X 20 h X 3 6 0 dl 7 9． 57 X 1 0 Wh ，其中 1 8 A为满载电流。 空载运行时 的用 电量为 1 ． 7 3 2X1 0 k W x1 2 A x0 ． 8x4 hx 3 6 0 d 2 3 ．9 4X1 0 4 k W h ． 其中 1 2 A为空载电流。 变频调节后节电率按照下式计算 r 7 节电 率 端 音 则该空压机变频调节后的节电率为 垄 兰 1 0 0 ％ 1 1 ．7 6 ％ l 7 9 ． 5 72 3 ． 9 4 综上所述，使用变频技术节电率为 1 1 ． 7 6 ％，该 矿常开的 2台空压机的年节电量约为 。电费为 0 ． 5 8 元 ／kWh ，则每年可减少能源费用 2 7 ． 7 6万元。 4 运行效果 东古城矿螺杆式空压机使用变频技术，压风系 统运行效率明显提高 1 每年节电量达到 4 7 ． 8 6万 k Wh ， 减少能源 费用 2 7 ． 7 6 万元。 下转第 1 4 0页 1 40 五媳茬 科技 2 0 1 7 年 第 l O 期 有利条件。实时显示高清晰画面， 换 。 非常容易进行切 4结语 3 ． 2 相 对较 强 的抗 干扰性 无线数字信号传输具有相对较强的抗干扰性， 能够防止由于线路故障造成的视频信号中断，并且 具有相对较高的清晰度 ，不会失真。传输无延时， 新增节点加入无须再次进行布线，仅仅连接主干电 缆就能够实现 ，发生故障的时候也极易查找，十分 便于维护 。 3 _ 3 本 安技 术 该斜巷运输视频安全监控系统之中，只有配置 于绞车房的电脑不是本安型产品，其他配置在大巷 里面的设备都是本安型产品。 3 ． 4与地 面 系统 连接 设计的斜巷运输视频安全监控系统主要利用以 太网实现和地面安全安监系统的互连 ，地面监控室 值班工作者能够随时监控到煤矿下的生产状况 ，一 方面可以非常清晰地观察到煤矿下人员的生产动 态 ，发现其中的安全隐患 ，并在短时间之内做出妥 善处理，防止事故的发生；另一方面，还能够为事 后分析留下充足、可靠的影像资料。斜巷运输视频 安全监控系统还能够与全矿视频监控系统进行有机 结合，其属于整体系统中的关键内容之一，发挥着 非常重要的作用。 基于传统斜巷监测系统不能随时了解现场状况 的不足之处 ，设计了斜巷运输视频监控系统，其主 要包括绞车房监控系统、网络传输平台、视频终端 三个模块 ，功能包括无线数字视频传输、信号抗干 扰性强 、本安技术 、与地面系统连接等方面。通过 对该系统的试运行发现，其使绞车司机可以随时掌 握巷道中人员与机械工作状况，以选择科学合理的 措施进行应对，从而提高了生产的安全性。 【 参考书目】 『 1 ] 王红强 ． K J 7 0 9型安全监测监控 系统在斜巷运输中 的设计 与应 用 『 J ] ． 煤矿机 电 ， 2 0 1 5 O 1 1 0 ． 1 3 ． [ 2] 田国政 ， 赵晓兵 ， 李建炜 ． 煤矿井下斜巷轨道运输 安全监控装备现状分析 ． 现代工业经济和信息 化 ，2 0 1 5 ， 5 0 3 2 9 ， 3 1 ． [ 3] 王晓明． 矿井斜巷轨道运输视频监控联动系统在 煤矿的应用研究 [ J ] ． 科技经济市场 ， 2 0 1 5 0 3 1 7 ． [ 4] 王松平 ， 李春峰 ． 基 于自动化平台无线视频监控 系统在斜巷运输 中的应用 [ J ] ． 内蒙古煤炭经济， 2 0 1 6 2 3 1 0 ． 1 1 ． [ 5 ] 赵本峰 ， 李峰光 ， 李虎 ， 斜巷无极绳绞车无线视 频 系统在朱集西矿 的应 用 [ J ] ． 科技视界，2 0 1 5 3 6 2 7 5 ． 上接 第 1 3 5页 固定在激振器的外壳上，与激振器一起振动 ，使用 一 段时间后会 出现开裂失效的现象 ，需经常检查 ， 发现损坏及时处理或更换。 2由于一些部件采用英制进 口原件 ，特别 是一些紧固件 ，使用公制工具无法紧固，给检修工 作带来一定困难。 3在两年多的运转中出现过一次因橡胶联 接盘失效导致的筛机侧振问题 ， 更换联接盘后恢复。 所 以必须严格执行生产厂家提供的维检修计划，及 时更换损坏和到期部件 ， 才能保证筛机性能的发挥。 以上问题在新景矿选煤厂的使用过程中，都得 到了很好地解决。 4结束语 经过两年多的实践证明，该筛机性能稳定 ，运 行可靠，技术指标达到了预期的设计要求 ，但对存 在的问题也需要做出进一步的改进和完善 ，以满足 生产实际的需要。 上 接 弟 1 3 7页 2 实 现 了 恒 压 送 风 空 压 机 在 设 定 的 压 力 ⋯ 案 蒜 惹 中 的 应 用 范围内正常持续工作。 E 2 ] 徐咏 ，李 圆． 用变频器控制空压机的节能改 3 空压机采用变频技术平滑启动 ，空压机 造 f J 】 ． 矿山机械 ，2 0 0 8 ， 3 6 1 8 3 9 - 4 2 ． 寿命延长。 [ 3 ] 陈国防 ．变频调速技 术在 螺杆 式空压机上 的节 能 【 参考文献 】 应 用 『 J 1 _ 江西煤 炭科 ，2 0 1 5 4 8 5 8 6 ．