SL3装船机溜筒优化设计及实施.pdf

doi 10. 11799/ ce202107036 收稿日期 2021-03-01 作者简介 曹卫冲1978, 男, 研究生, 高级工程师, 研究方向为大型机械智能化, E-mail laocaohhport 163. com。 引用格式 曹卫冲, 李奉生, 周 凯. SL3 装船机溜筒优化设计及实施 [J]. 煤炭工程, 2021, 537 183-186. SL3 装船机溜筒优化设计及实施 曹卫冲, 李奉生, 周 凯 国能天津港务有限责任公司, 天津 300452 摘 要 为了降低 SL3 装船机悬臂煤炭作业仰角, 合理选取了优化溜筒长度的方法, 通过对抛 料铲煤流过程轨迹进行模拟并修正, 确定了实际煤流轨迹的近似抛物线模拟函数, 通过该函数得到 了同抛料点处不同溜筒长度的抛料距离, 结合实际装船要求合理选取溜筒筒体长度优化截短范围为 1. 52m, 同时给出了装船作业煤尘抑制方案。 方案实施后, 悬臂作业仰角降低了 3 5, 满足了 悬臂低仰角作业要求, 各船型各轮次的流程作业效率平均提升了 95t/ h, 经济效益显著。 关键词 装船机; 溜筒; 抛物线 中图分类号 TD402 文献标识码 A 文章编号 1671-0959202107-0183-04 Optimizing design and implementation of SL3 ship loader chute CAO Wei-chong, LI Feng-sheng, ZHOU Kai CHN Energy Tianjin Port Co. , Ltd. , Tianjin 300452, China Abstract In order to reduce working boom lifting angle of SL3, the reasonable for chute length optimization is selected, through simulating and amending the throwing coal track of chute bucket, actual throwing coal track function is confirmed, in the same position and different chute length, different throwing coal distance is obtained. Considering the working requirements of SL3, the shortening length of SL3 chute is 1. 52m, meanwhile controlling of SL3 working coal dust is introduced. After the solution is carried out, working lifting angle of SL3 boom is reduced up to 3 5, SL3 works well, working process flow-rate of SL3 is added up to 95t/ h, and the economic benefit is improved. Keywords ship loader; chute; parabola 装船机悬臂水平时与码头面距离含码头面高 程、 悬臂收缩最短长度、 煤炭作业船舶高度含潮 位、 特殊船型、 溜筒长度等, 是影响装船机悬臂煤 炭作业仰角的四大因素[1], 悬臂作业仰角大小直接 影响着所在流程煤炭流量及其能耗、 胶带等悬臂运 转部件使用周期。 国能天津港务公司三台 Thyssen Krupp 设计的装船机于 2006 年投产装煤, 最大煤炭 流量 6700t/ h, 设计船型 20000100000t, 其溜筒机 构由摆动装置使溜筒始终与码头面保持垂直状 态、 回转装置、 抛料装置、 溜筒体、 回转平台等部 分组成, 回转平台上的一台液压站为摆动液压缸、 回转马达、 抛料铲液压缸提供动力源, 溜筒为单节、 非伸缩型防尘溜筒[2], 与装船机 SL1、 SL2 比较, SL3 悬臂煤炭作业仰角偏大36, 所在流程煤炭流 量降低 30 70, 流程能耗明显增大, 悬臂胶带 打滑故障频繁。 1 原因及措施分析 与同轨道上的装船机 SL1、 SL2 比较, SL3 装船 机悬臂水平时与码头面距离小 3. 1m, 溜筒体长度皆 为 7. 6m。 分析影响悬臂煤炭作业仰角的四个因素可 知, 前三个因素在装船机、 码头设计时已确定, 后 期改造经济差、 难度大甚至不可行, 唯有装船机溜 筒长度可优化、 实施可行性好。 2 溜筒长度优化研究 本案只研究 SL3 装船机溜筒长度, 其他如回转 装置、 抛料装置等均不做改变, 溜筒长度是指从溜 381 第53卷第7期 煤 炭 工 程 COAL ENGINEERING Vol. 53, No. 7 万方数据 溜筒 水管及喷头 抑尘掣 水管及喷头 抛料铲 一 筒回转至抛料铲后铰点的筒体固定长度。 据现场观 察统计, 在绝大多数情况下极少数特殊船型及其压 舱水排空时序、 特殊潮位除外, 若溜筒长度过长, 则悬臂作业仰角过大; 若溜筒长度过短, 则影响煤 流抛料且煤尘超标, 不利于环保。 为了合理优化溜 筒长度, 需要综合研究煤流抛料轨迹和煤尘控制两 个方面[3]。 2. 1 抛料轨迹模拟 理论上, 抛料铲处抛洒煤流的轨迹是近似从原 点开始的在第四象限内的抛物线, 以常见的京块煤 小煤块、 煤颗粒、 煤粉的混合物抛洒最远点作为 研究对象初步建立理论抛料轨迹模拟函数, 然后选 取并测量煤流实际抛料轨迹上的若干个点, 修正理 论模拟函数, 获得煤流实际抛料轨迹函数。 已知从悬臂胶带卸料处到抛料铲最低点高度为 16. 9m, 煤流实际落差为 15. 5m, 根据自由落体物理 公式能量转换可得 - g 2v02 - 1 4h 1 式中, v0为煤流从抛料铲抛出时的初速度; h 为煤流抛洒最远点实际落料高度; g 为重力加速度。 以抛料起点为原点建立平面坐标系, 可得煤流 理论抛料轨迹模拟函数为 y - g 2v02x 2 - 1 4hx 2 2 式中, 取值 x≥0。 实际上, 煤流在下落过程中与外部摩擦和冲击 造成的能量损失、 煤粒度、 湿度、 流量大小及煤流 内部能耗等因素对抛料轨迹影响明显, 因此根据上 述建立的理论抛料轨迹模拟函数, 结合京块煤实际 抛料轨迹进行修正调整, 可建立煤流实际抛料轨迹 的修正函数 y - g 2v02x 2 A - 1 4hx 2 A 3 式中, A 为修正参数。 经现场选取多个实际煤 流抛料轨迹点进行测量和反复修正, 得到 A -2x 2 h , 将该修正参数代入修正函数后可得抛洒最远煤流实 际抛料轨迹模拟函数 y-9x 2 4h , 因此, SL3 装船机在 各溜筒长度下抛洒最远煤流实际抛料模拟轨迹如图 1 所示。 从图 1 中可以直观地看出, 在抛料点处于同样 图 1 SL3 装船机在各溜筒长度下 最远煤流实际抛料模拟轨迹 位置坐标系原点时, 随着溜筒长度变短, 在同样 高度下煤流最远落料点的水平距离不断减小, 一般 地 SL3 装船机装煤作业时, 抛料点距离船舱煤顶面 约 1m, 第二轮装船及平舱要求煤流最远抛洒距离约 2. 5m, 因此从图 1 中可选取溜筒长度优化截短范围 约为 1. 52m[14]。 2. 2 抛料煤尘控制 溜筒长度优化截短后抛料点会抬高, 抛料过程 中煤尘会有所增加, 尤其对于在高潮位、 压舱水排 空后的部分特型船舶, 在第一轮作业时其较高的船 内杆会迫使 SL3 装船机抛料点抬得更高, 此时抛料 过程煤尘会明显增多; 煤流落到船舱后, 舱内会返 起煤尘, 鉴于此, SL3 装船机溜筒优化设计时应同 时考虑抛料铲抛料过程中、 落舱后返起的煤尘控制 措施。 上述煤尘范围大、 浓度高、 起升速度快, 海风 大时煤尘还会顺风水平飘散, 针对该煤尘特点, 在 溜筒体下方、 抛料铲下端各设置两道高压空心锥螺 旋喷雾喷头, 喷洒角度 120, 溜筒体下方两道喷头 主要用于抑制船舱内返起的煤尘, 抛料铲下端两道 喷头主要用于抑制抛料时的煤尘[17]; 在抛料铲中上 部增设抑尘罩, 主要用于抑制煤流经过抛料铲时的 煤尘, 如图 2 所示。 图 2 抛料煤尘控制措施 481 装备技术 煤 炭 工 程 2021 年第 7 期 万方数据 3 溜筒优化方案实施 为了尽快落实 SL3 装船机溜筒优化改造方案, 同时考虑到 SL3 装船机溜筒自 2006 年投产以来已使 用十余年, 溜筒体内壁无任何耐磨衬板, 筒体壁厚 已接近安全使用极限[16], 因此落实此次溜筒优化改 造方案可与溜筒整体更换同时进行, 只需在加工新 溜筒时将溜筒体截短 1. 7m符合上述溜筒长度优化 1. 52m 范围要求, SL3 装船机溜筒其它部分如筒 体直径、 两端连接等均不作改变, 抛料、 船舱返起 煤尘的控制装置在新溜筒安装前后实施均可。 3. 1 施工流程与准备工作 旧溜筒拆卸工艺流程 装船机定位→作业准 备→电动葫芦钢丝绳牵引就位→悬臂与溜筒刚性加 固→电动葫芦拉紧→拆除各部连接部位→切割刚性 加固梁→溜筒下降→悬臂俯仰最大角度→溜筒二次 下降→对位检修支架放置, 然后新溜筒准备完毕, 新溜筒安装工艺流程 装船机定位→作业准备→电 动葫芦钢丝绳牵引就位→一次起升悬臂→悬臂恢复 平行→二次提升流通到位→安装各部连接部位→拆 除电动葫芦钢丝绳→连接各部管线及电线→空载试 车。 从前期现场准备工作到新溜筒安装调试完毕, 施工工期预计需要七天时间。 停机施工前, 施工准 备工作必需做充分, 疏清维修场地, 检查、 除锈和 保养溜筒维修支架地脚锚固螺栓[8], 并安装固定好 维修支架; 由于十余年没有运行使用, 吊装溜筒专 用的两台悬臂电动葫芦需要更换新钢丝绳并做全面 润滑保养[10,11], 相关滑轮需要除锈、 保养, 保证它 们性能可靠[12]; 办 理 动 火、 吊 装、 高 空 作 业 手 续[5], 汽车吊、 工装等到现场; 特殊工种人员持证 上岗[5], 吊装方案经过批准[15], 对相关施工人员 含装船机操作人员 进行了技术交底和安全技术 交底[5]。 3. 2 溜筒安装施工 SL3 装船机定位后悬臂放平并收回, 在溜筒摆 动铰点座的螺栓切割之前, 溜筒必须用钢梁或四台 5t 手拉葫芦将悬臂和溜筒进行刚性固定[9], 启动两 台电动葫芦拉住溜筒并使其两根钢丝绳拉力均等[4], 拆除溜筒摆动油缸下部铰点座和吊挂装置铰点座的 螺栓, 摘除手动葫芦, 切割所有的加固钢梁, 启动 电动葫芦缓缓下降溜筒, 离开障碍物约 1m如图 3 所示, 缓慢下放悬臂, 俯仰角度变化, 陆续下降溜 筒, 微调装船机行走机构, 对位后放置在溜筒检修 支架上。 注意在电缆、 电线拆除前, 必须留有标识 以利于更换电缆[6], 同时所有与中控设置的联锁装 置予以解除。 图 3 拆卸旧溜筒 mm 在旧溜筒拆落后更换新制的溜筒体及其下部回 转轴承及其以上漏斗仍使用原有的, 恢复、 保养溜 筒回转机构、 抛料铲调整液压缸及配管、 部分水喷 淋系统管线、 电气控制系统的更换部分检测元件等。 在第二次起升吊装前一定要重新检测两台电动葫芦 的运行情况, 同时检查钢丝绳、 滑轮组的使用情况 以及钢丝绳端部的楔块安装到位情况。 溜筒整体在 维修支架上完成所有需要装配、 调整、 保养、 恢复 功能等的工作后, 重新利用电动葫芦进行溜筒的安 装, 在第二次提升吊装溜筒整体的过程中, 提升到 一定位置后, 启动悬臂下放动作, 平稳下降停放在 基本水平位置, 然后稍微提升电动葫芦, 当接近到 位的位置后, 利用四台 5t 手拉葫芦精调整溜筒高 度, 当溜筒吊装到位后, 首先必须先将上部溜槽与 溜筒漏斗之间的吊挂铰点座可靠连接, 并紧固连接 螺栓如图 4 所示。 恢复悬臂和溜筒之间的各连接 节点以及机、 电、 液、 水各种管线的连接, 严禁泄 漏和污染油管内部, 最后可以空载、 重载试车[7-13]。 图 4 吊装新溜筒 581 2021 年第 7 期 煤 炭 工 程 装备技术 万方数据 4 结 语 SL3 装船机溜筒优化及实施过程零成本投入, 实施后与原溜筒状态时相比, SL3 装船机在臂架作 业仰角小于等于 8时很少做动作即可完成大型船舶 的第一轮煤炭作业任务; SL3 装船机在对小型船舶、 窄体船的内杆进行第二轮及平舱作业时改善效果尤 其明显, 煤尘能得到有效控制; SL3 臂架作业仰角 在达到允许最低作业角度-12之前, 抛料铲可达到 甚至低于码头面高度, 满足低角度煤炭作业要求; 公司 MIS 生产系统显示, SL3 装船机悬臂作业仰角 降低 35, 所在流程流量平均提高 95t/ h, 经计算 每年收获额外煤炭吨经济效益 1500 多万元, 每年节 省能耗约 152040kWh, 同时获得了每年 150h 的停 机维修时间, 延长了悬臂胶带等部件的使用周期。 参考文献 [ 1 ] 郑安国. 装船机溜筒改造设计方案 [J]. 港口装卸, 2016, 2294 23-25. [ 2 ] 黄振国, 黄曙光, 刘 政. 装船机溜筒设计 [J]. 起重运输 机械, 20152 23-25. [ 3 ] 赵 旭. 装船机溜筒系统改进 [J].港口装卸, 2015, 221 2 56-57. [ 4 ] JB 9008. 12014, 钢丝绳电动葫芦 第 1 部分型式与基本参 数、 技术条件 [S]. [ 5 ] GB 60672010, 起重机械安全规程 [S]. [ 6 ] JTJ2802002, 港口设备安装工程技术规范 [S]. [ 7 ] JTJ 2211998, 港口设备安装工程质量验收评定标准 [S]. [ 8 ] JBT 85222014, 稀油润滑装置 型式、 基本参数与尺寸 [S]. [ 9 ] JB 90101999, 手拉葫芦安全规则 [S]. [10] GB 59722016, 起重机 钢丝绳 保养、 维护、 检验和报废 [S]. [11] MTT 7162019, 煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件 [S]. [12] JB 9005. 1-101999, 起重机用铸造滑轮标准 [S]. [13] GB 502522010, 工业安装工程施工质量验收统一标准 [S]. [14] GBT 38112008, 起重机设计规范 [S]. [15] GB 505022009, 建筑施工组织设计规范 [S]. [16] GB 500172003, 钢结构设计规范 [S]. [17] 李晋旭, 李克民, 杨 明, 等. 防风抑尘墙在黑岱沟露天矿 中的应用研究 [J]. 金属矿石, 20101 57-59. 责任编辑 赵巧芝 681 装备技术 煤 炭 工 程 2021 年第 7 期 万方数据