卷揚機提升礦量提升的改造方案

0洛陽卷揚機事件回顧金口嶺采礦公司的主井是混合的垂直井，垂直井用單一的繩索增加，1973年安裝并使用。井深23m，日開采容量1000噸。卷揚機型號為XKT2×3.5×1.7B-11.5,鋼絲繩罐道,電機型號YR118/54-10,功率800kW,雙罐提升,提升鋼絲繩選用6×19圓股鋼絲繩,直徑43mm。礦車采用1.7m3固定式1臺或0.55m3固定式2臺兩種車型進行提升,礦石分銅礦和磁鐵礦兩種。2007年11月,我礦委托國家安全生產洛陽礦山機械檢測檢驗中心對主井提升系統進行檢測,發現該卷揚機存在提升最大速度超速、最大加減速度超標、電控系統保護不全和老化嚴重等問題。為了確保提升系統的安全運行,節約能源,有必要對該提升系統進行重新核算,同時兼顧礦山生產,探討最佳改造方案。1電機、帶主電機、不旋轉拉伸由于在原有系統上進行改造,為降低對礦山生產的影響,改造方案確定為不改變提升主機和減速機,在最大允許提升速度范圍內,核算電機容量,更換主電機,且不改變電機裝配形式、座式軸承中心高度和中心距。改提升繩為18×7多層股不旋轉鋼絲繩,考慮卷筒已按Φ43mm鋼絲繩刻槽,故不改變鋼絲繩直徑。針對電控系統存在的隱患和提升負載變化較大的情況,更換原電控系統為TKD-PC系列電氣控制系統(本篇不作論述)。2完善體系，提高動態計算2.1通過基本計算提高系統的成本見表1現在，提升系統的動態能力已經達到最大現代化礦工的水平計算是最終確定更改方案的基礎2.2不旋轉拉伸術所選提升繩直徑為Φ43mm,型號為繩18×7股(1+6)繩纖維芯多層股不旋轉鋼絲繩,鋼絲繩總破斷拉力Qq=131500kg。鋼絲繩懸垂高度HC=265m,安全系數計算如下:ma=QqQ+Qg+ΡsΗc=1315004970+5000+7.25×265=11.06(1)計算結果符合要求。2.3確定最大提升速度，調整電機的定額旋轉和功率2.3.1電機轉速的確定豎井使用罐籠升降人員,提升最大速度不得超過0.5√Η,根據主井井深,則最大提升速度不得超過7.73m/s,由此推算電機最大轉速:nmax≤60VmiπD=485r/min,參照標準產品指標,選用額定轉速為369r/min的電機較為經濟合理,則提升最大速度Vm=5.88m/s。2.3.2電機功率的確定Ρ=ΚFjVmρ1000aη=1.1×65754×5.88×1.351000×1.225×0.85=551?kW式中P—預選電機功率,kWK—井筒阻力系數,取1.1;Fj—鋼絲繩最大靜張力差,Fj=(Q+PsH)g=(4970+7.25×239)×9.81=65754N;ρ—動力系數,取1.35;α—速度系數,取1.225;η—減速機效率,二級傳動取值0.85。估算的電機功率與標準產品560kW接近,故初選電機功率為Pe=560kW,型號:YR560-16/1430。其回轉力矩[GD2]=16170N·m2,過載系數λ=2.5,額定效率ηd=92.5%,額定轉速369r/min。則電動機變位質量:md=[GD2]i2gD2=16170×11.529.81×3.52=17795kg。2.4提高系統的整體設位質量∑m=Q+2(Qg+Qk)+2PsL+2mt+mj+md=66031kg式中∑m—變位質量總和,kg。2.5加快和減速速度的確定遵照規程規定,加、減速度均應小于0.75m/s2,考慮礦井現提升量不大,井深較淺,故加速度a1、減速度a3均選為0.7m/s2。2.6基于三個階段的速度計算機進步2.6.1等速階段運行時間、距離3.5m的速度結構(1)加速階段運行時間、距離t1=Vma1=8.4sh1=Vmt12=24.7m(2)減速階段運行時間、距離t3=t1=8.4sh3=h1=24.7m(3)等速階段運行時間、距離h2=H-h1-h3=189.6mt2=h2Vm=32.24s2.6.2提高循環時間T=t1+t2+t3+θ=8.4+32.24+8.4+20=69.04s2.6.3[2h1]至3h3(1)t1階段開始F1=g(KQ+PsH)+∑m·a1=116851N(2)t1階段終了F′1=g[KQ+Ps(H-2h1)]+∑m·a1=113338N(3)t2階段開始F2=g[KQ+Ps(H-2h1)]=67116N(4)t2階段終了F′2=g{KQ+Ps[H-2(h1+h2)]}=40146N(5)t3階段開始F3=g{KQ+Ps[H-2(h1+h2)]}-∑m·a3=-6076N(6)t3階段終了F′3=g(KQ-PsH)-∑m·a3=-9589N2.6.41b2.55.5.25.5.23.5.4.55.55.5.4.55.5.45.5.5.35.5.5.55.5.25.5.35.5.5.55.5.55.5.55.5.25.5.55.5.55.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5e5.2.5.2.5.2.55.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.3.5.3.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.Fx=√∑F2tΤx式中Τx=t1+t32+t2+θ3=47.3s∑F2t=A+B+CA=(F21+F′12)÷2×t1=1.112985655×1011B=(F22+F2×F′2+F′22)÷3×t2=9.468563137×1010C=(F23+F′32)÷2×t3=541240127∑F2t=A+B+C=2.065254369×1011Fx=√∑F2tΤx=66078?Ν2.6.5基于等效功率計算的電子表格電功能計算Νx=FxVm1000η=457kW由于等效功率小于預選功率,且裕量較大,故應宜重選電動機。2.7電動變位質量u重選電動機型號為YR500-16/1430,功率500kW,其回轉力矩[GD2]′=15490N·m2,過載系數λ′=2.4,效率η′d=91.2%,額定轉速369r/min。則電動機變位質量:m′d=[GD2]′i2gD2=17047kg,額定轉速369r/min。Vm=5.88m/s。2.7.1fe—計算提升系統總變位質量和各階段的拖動力∑m′=Q+2(Qg+Qk)+2PsL+2mt+mj+m′d=65283kg由于電動機變位質量和總變位質量變化值變動很小,所以加減速度仍選用0.7m/s2。驗算電機過載能力,加速度a′1應滿足:a′1≤0.75λ′F′e-(ΚQ+ΡsΗ)g∑m′=0.88m/s2式中F′e—電動機額定力,F′e=102Ρ′e×ηVmg=71114N滿足條件,即a′1=a′3=a1。按2.6.3所列步驟計算各階段的拖動力:F1=g(KQ+PsH)+∑m′·a1=116327NF′1=g[KQ+Ps(H-2h1)]+∑m′·a1=112814NF2=g[KQ+Ps(H-2h1)]=67116NF′2=g{KQ+Ps[H-2(h1+h2)]}=40146NF3=g{KQ+Ps[H-2(h1+h2)]}-∑m′·a3=-5552NF′3=g(KQ-PsH)-∑m′·a3=-9065N2.7.2等效計算等效力Fx按2.6.4式類似計算得出:Fx=√∑F2tΤx=√2.054478988×101147.3=65905N2.7.3特殊過負荷校驗Νx=FxVm1000η=456kW由于456kW小于重選的電動機額定功率,且F′max/F′e=1.636小于0.85λ′=2.04,故預選的電動機符合溫升條件。所選的加速度a1,是按照小于允許過負荷條件決定的,因此本臺電動機滿足加速階段工況。分下列二種情況進行特殊過負荷校驗:(1)當空罐位于井底罐座上、將重罐從井口稍稍提起時,應滿足:Fs/Fe≤0.9λFsFe=9967971114=1.400.9λ′=0.9×2.4=2.16,滿足此特殊過負荷。(2)當調繩時?F′s<Fs,滿足此特殊過負荷要求。綜上計算,說明電動機選用YR500-16/1430滿足要求。2.7.4單次提升能耗指標W=1.02×∑Ft×Vm3600×102×η×ηd×g=5.86kWh上式中,∑Ft=12[(F1+F′1)×t1+(F2+F′2)×t2+(F3+F′3)×t3]=2726626N·s。以上計算基于卷揚機提升磁鐵礦,使用1.7m3固定式礦車。而我礦實際生產中,銅礦石占總提升礦量80%以上。由于銅礦石松散比重較小,且使用2臺0.55m3固定式礦車提升,導致有效裝載量降低(銅礦石有效裝載量為2200kg),因此,即使將提升電動機由800kW改為500kW,電機仍存在低載運行情況,能源消耗量大。通過對現有提升磁鐵礦的實際能耗檢測,單次提升耗電平均數值為6.98kWh(理論計算值為5.86kWh),故改造后提升系統節能效果明顯;如果采用變頻控制系統,效果則更加顯著。3齒輪齒輪傳動點蝕現象日益改善我礦主井使用的XKT2×3.5×1.7B-11.5卷揚機為我國20世紀70年代生產的產品,配置的減速機型號為ZHLR-170,齒輪為圓弧齒,軟齒面。20世紀90年代初,減速機各級傳動齒輪出現不同程度的點蝕現象,低速齒點蝕最為嚴重。為此,將油石加工成齒面形狀,每年定期修研各齒面;加大潤滑油粘度,將潤滑油由原N150齒輪油改成冬季使用N220、夏季使用N320齒輪油;及時檢修各