帶式輸送機(jī)的能源效率探討

核心提示：帶式輸送機(jī)的能源效率探討

帶式輸送機(jī)的能源效率探討

    帶式輸送機(jī)是以膠帶作為牽引和承載機(jī)構(gòu)并通過膠帶的連續(xù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)物料輸送和裝卸的種運(yùn)輸設(shè)備。與其他運(yùn)輸工具相比，它具有輸送能力大、效率高、輸送距離長(zhǎng)、工作阻力小、能耗低、工作平穩(wěn)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中化控制，因而被廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、交通、能源、食品、化工、建材等工業(yè)部門，尤其是煤炭行業(yè)，帶式輸送機(jī)已成為煤炭開采的關(guān)鍵設(shè)備ra.因此研究帶式輸送機(jī)的節(jié)能增效對(duì)于煤炭高效生產(chǎn)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。

　　在帶式輸送機(jī)節(jié)能研究方面，張志根據(jù)功能原理對(duì)帶式輸送機(jī)的做功過程進(jìn)行理論分析，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，提出了一種測(cè)量帶式輸送機(jī)機(jī)械效率的方法°2.該方法以帶式輸送機(jī)輸出的有用功率與輸入功率的比值為機(jī)械效率，在反映帶式輸送機(jī)的能源效率方面不夠確切。閻發(fā)堯等人探討了帶式輸送機(jī)功率計(jì)算中的效率計(jì)算問題3，通過對(duì)帶式輸送機(jī)效率計(jì)算的分析，從實(shí)際使用與國外設(shè)計(jì)計(jì)算的比較中，說明計(jì)算功率可能偏離實(shí)際的原因，指出現(xiàn)在設(shè)計(jì)中傳動(dòng)效率取值偏低的問題。吳明龍和傅繼躍在研究托輥結(jié)構(gòu)與性能時(shí)指出4：國產(chǎn)輸送機(jī)每噸公里所耗用的功率約大于國外的1倍，這主要是由于運(yùn)行阻力系數(shù)不同造成的，托輥質(zhì)量的好壞與此系數(shù)有直接的關(guān)系。這種以‘’每噸公里所耗用的功率“來評(píng)價(jià)輸送機(jī)性能的方法是較科學(xué)的。

　　輸送機(jī)的能源效率是節(jié)能的一個(gè)重要問題，本文重點(diǎn)討論帶式輸送機(jī)能源效率和機(jī)械效率的關(guān)系，能源效率計(jì)算方法，并根據(jù)已有的資料初步分析我國帶式輸送機(jī)的能源效率水平及其與國外的差距。

　　1機(jī)械效率和能源效率機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱，機(jī)械通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)和工作機(jī)組成。機(jī)械效率是機(jī)械所做的有用功和所消耗的總功的比值，這是中學(xué)物理學(xué)介紹的，也是為社會(huì)各界廣泛接受的概念。機(jī)械效率的本質(zhì)反映的是能源利用率的高低，對(duì)于所有能量轉(zhuǎn)化機(jī)械和以能量為輸出對(duì)象的機(jī)械，機(jī)械效率表述的就是能源效率。對(duì)許多原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)使用機(jī)械效率的概念和公式進(jìn)行能源利用效率分析是完全合理的5.按照機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論，機(jī)械設(shè)備的總功率消耗Pt可以表示為其中ni和分別是原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，p是工作機(jī)所消耗的功率。在定距離（帶長(zhǎng)）上輸送的物料量來表示能源效率是比較科學(xué)的。

　　見，對(duì)于帶長(zhǎng)為L(zhǎng)的帶式輸送機(jī)，如果單位時(shí)間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量為Q（t/h），而單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能源（功率）為P，則該帶式輸送機(jī)的能源效率可表示為考慮到工程實(shí)用性，功率的單位為kW，單位時(shí)間內(nèi)物料輸送量的單位為t/h，輸送機(jī)帶長(zhǎng)的單位為km，則帶式輸送機(jī)能源效率的單位是t*km/長(zhǎng)度為L(zhǎng)的水平帶式輸送機(jī)2.2上運(yùn)帶式輸送機(jī)的能源效率工程中經(jīng)常使用的是有一定傾角a的上運(yùn)帶式輸送機(jī)，見，其實(shí)際水平運(yùn)輸距離為H，運(yùn)輸高度為h.與水平帶式輸送機(jī)不同的是在物料運(yùn)輸過程中輸送機(jī)必須克服物料上運(yùn)的勢(shì)能。如果單位時(shí)間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量為Q，那么輸送機(jī)在物料輸送過程中單位時(shí)間內(nèi)必須克服的勢(shì)能為Qgh.克服這部分勢(shì)能是輸送機(jī)設(shè)計(jì)要求上所必須的，同時(shí)不論采用何種機(jī)械設(shè)計(jì)方案，要克服這種勢(shì)能就至少要輸入不少于這部分能量的功率。也就是說帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)和使用中克服這部分勢(shì)能所消耗的功率必須是要額外提供的。因此建議在分析能源效率的時(shí)候應(yīng)該把為克服這一勢(shì)能所輸入的那部分功率從輸入功率中剔除，這樣才使得能源效率更有可比性。

　　此外，在上運(yùn)帶式輸送機(jī)中，實(shí)際輸送距離應(yīng)該是膠帶的長(zhǎng)度L而不是水平輸送距離H，這樣上運(yùn)帶式輸送機(jī)的能源效率Ee（忽略提供勢(shì)能的電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)效率）可近似地表示為其中：P是帶式輸送機(jī)的輸入功率（kW），g是重力加速度（m/s2），h是上運(yùn)高度（km）。

　　2.3下運(yùn)帶式輸送機(jī)的能源效率見，下運(yùn)帶式輸送機(jī)在物料輸送過程中，物料會(huì)因?yàn)橄路胚^程中的勢(shì)能下降而對(duì)帶式輸送機(jī)做功。因此設(shè)計(jì)時(shí)可以充分利用這部分能量來減小帶式輸送機(jī)的輸入功率，在分析評(píng)價(jià)輸送機(jī)的能源效率時(shí)，只要不是處于發(fā)電狀態(tài)，建議把這部分能量要考慮在輸送機(jī)輸入的能量之內(nèi)，于是輸送機(jī)的能源效率Ee可以表示為其中：P是帶式輸送機(jī)的輸入功率（kW），g是重力加速度（m/s2），h是下放高度（km）。

　　3帶式輸送機(jī)的能源效率水平分析能源效率計(jì)算中的參數(shù)P、Q、L和h原則上應(yīng)該經(jīng)過實(shí)際測(cè)試才能獲得，但由于測(cè)試工作的艱巨性和復(fù)雜性，這項(xiàng)工作目前還無法進(jìn)行。作為種粗略的估計(jì)，可以根據(jù)已有的或調(diào)研來的設(shè)計(jì)使用參數(shù)對(duì)我國部分帶式輸送機(jī)的能源效率進(jìn)行初步估算。

　　表1是近年來我國部分帶式輸送機(jī)的能源效率統(tǒng)計(jì)，可以看出，大部分輸送機(jī)的能源效率為1~4t*km/（kW*h），能源效率最高的為5.表1近年來我國部分帶式輸送機(jī)的能源效率統(tǒng)計(jì)使用地點(diǎn)或型號(hào)輸送量機(jī)長(zhǎng)電機(jī)功率提升高度能源效率出處年份某公司永煤集團(tuán)城郊煤礦新汶礦業(yè)協(xié)莊煤礦魯能集團(tuán)彭莊煤礦雞西礦業(yè)集團(tuán)潞安王莊煤礦吳四圪堵礦井潞安礦業(yè)神華哈爾烏素露天礦汾西礦業(yè)曙光礦調(diào)研汾西礦業(yè)曙光礦調(diào)研能源效率平均值表2是20世紀(jì)80年代我國部分帶式輸送機(jī)的能源效率統(tǒng)計(jì)，可以看出，大部分輸送機(jī)的能源效率為1 kmkWh），能源效率最高的為3. kmkWh）。這個(gè)數(shù)據(jù)說明20年來我國帶式輸送機(jī)的能源效率水平是有所提高的，但幅度很小。

　　使用地點(diǎn)或型號(hào)輸送量機(jī)長(zhǎng)電機(jī)功率提升高度能源效率出處年份鳳凰山煤礦白芨溝煤礦能源效率平均值表3是20世紀(jì)80年代國外部分帶式輸送機(jī)的平均值為3. 83t*kmkW*h）。這個(gè)數(shù)據(jù)說明20能源效率統(tǒng)計(jì)，可以看出，大部分輸送機(jī)的能源效世紀(jì)80年代國外帶式輸送機(jī)的能源效率水平比我率為2~5t*kmkW*h），能源效率最高的為6. 36國目前的能源效率水平都高將近1倍。

　　表3 20世紀(jì)80年代國外部分帶式輸送機(jī)的能源效率統(tǒng)計(jì)使用地點(diǎn)或型號(hào)輸送量機(jī)長(zhǎng)電機(jī)功率提升高度能源效率出處年份英國道梯公司德國艾可霍夫BH-1000德國弗勒興露天煤礦澳大利亞阿平煤礦曰本雄別煤礦加拿大能源效率平均值4結(jié)論帶式輸送機(jī)的能源效率和機(jī)械效率是不同的。在分析原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)的能源效率時(shí)可以使用機(jī)械效率的概念和公式，但在輸送機(jī)的總體能源效率分析和評(píng)價(jià)上不能用它輸出的所謂‘’有用功“與輸入總功的比值來表示。

　　提出了帶式輸送機(jī)的能源效率計(jì)算方法。

　　該方法以單位能源輸入量運(yùn)輸?shù)奈锪蠑?shù)量和距離來表示能源效率，對(duì)于上運(yùn)帶式輸送機(jī)應(yīng)該把提升物料的勢(shì)能從能源輸入中減去，對(duì)于下運(yùn)帶式輸送機(jī)可以加上物料下放勢(shì)能以盡量提高能源利用效率。

　　根據(jù)現(xiàn)有的部分資料，初步按所用電機(jī)的額定功率估算了部分帶式輸送機(jī)的能源效率。估算數(shù)據(jù)表明我國帶式輸送機(jī)的能源效率一般為1 ~3fkmKkW.h），數(shù)據(jù)分散性較大，相差10倍左右，平均值為1. h），只相當(dāng)于20世紀(jì)80年代國外先進(jìn)水平的50%左右。