论文部分内容阅读
[摘 要]乳化液泵站是煤炭行业建设安全高产高效的采煤矿井、实现综采机械自动化必备的大型关键设备，它给液压支架和各种千斤顶提供乳化液。煤矿井下乳化液泵站运行环境恶劣，工况复杂，有效工作时间短，但泵站却处于长期连续运转状态，造成电力浪费巨大。本文对乳化液泵站改用变频开关控制后，由变频器控制乳化液泵站电动机的转速从而达到改变管网的流量、压力，使供给量与需求量达到平衡，减少资源浪费，实现节能减排的目的。
[关键词]乳化液泵站 变频开关 节能分析
中图分类号：TD421.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0302-01
乳化液泵站主要为支架的工作提供乳化液，是实现综采机械自动化采煤必备的大型关键设备。乳化液泵站属于间歇性工作设备，大部分时间乳化液栗站处于卸载保压状态，这时泵组的供液量远远大于工作面的实际用液量，为了动力系统安全，泵组多数时间段在做无用功，大量的高压乳化液经卸载阀返回供液箱。泵上的卸载阀长期反复的工作，导致频繁磨损破坏，此时泵站的使用效率大大降低，流体的频繁换向加剧液压系统冲击，浪费了大量的电能，加剧了机械部分的磨损，大流量的高压乳化液卸载回液箱导致乳化液温度过高，从而使整个液压系统的内密封部件迅速老化，形成漏液、串液的恶性循环，大大缩短了乳化液泵、液压支架的使用寿命。
1、变频开关调速原理
在泵站变频调速供液系统中，驱动乳化液泵的电机为异步电动机。电动机是在某一转矩的作用下，使其转速维持在某设定值附近。根据转差率的定义：
（2-1）
n=ns（1-s）= （2-2）
式中：s——转差率; ns 、n——同步转速、转子转速（r/min）;
f——-电源频率（Hz）; P——电动机极对数。
所以得出电动机的转速有电源频率f，转差率s和电动机极对数p决定。故当使电动机的极对数和转差率保持不变时，电动机转速和其电源频率成正比，因此当通过改变电动机电源的频率时，电动机的转速随着发生改变，从而实现了电动机变频调速控制。
2、泵站变频开关控制流程
每个乳化液泵都有两种工作状态：变频和工频。当乳化液泵处于工频工作状态时，驱动乳化液泵的电机转速是额定的。根据工作面支架的用液量投入适当的乳化液泵台数，自动调节乳化液泵电机转速以达到保证乳化液泵站端口输出压力恒定的目的。在泵站正常工作时，总有一台乳化泵且只有一台泵处于变频工作状态，其余乳化液泵不是处于工频就是处于停机状态。当工作面支架需要乳化液时，乳化液泵站端口输出口压力迅速下降，优先1首先投入变频运行状态，当变频器的驱动的电机电源频率上升到50HZ时系统压力不能达到31.5MPa时，泵1转为工频运行，优先泵2开始变频工作。如果乳化液泵站端口输出口压力还没有达到设定值，泵2工频运行，优先泵3投入变频工作状态;当工作面用液少时，乳化液泵输出口压力过大时，PLC控制箱控制变频下调直到下限频率还不能满足压力设定值，启动工频切换程序，采用"先开先停"原则把泵1、泵2依次停止运行，直到使泵站端口输出压力维持在系统的设定压力左右。其乳化液泵组具体变频流程见图2-1。
3、泵站变频运行的节能分析
煤矿井下工作面的支架大多时间是处于支撑状态的，乳化液泵站给支架供液的时间是很短的，但为保证支架可以随时用液，泵站是需要一直处于运转状态，这样造成了能源消耗，泵站液压系统中的元件老化，并且机器处于长期运转状态，会使系统的温度升高，发生故障频率会比较多，甚至会影响到煤的开采量。乳化液泵站的控制系统改用变频恒压供液控制后，当支架处于不工作状态时，泵站进行变频调速低速或者零速工作，在保持泵站端口输出压力不变的条件下可以减少乳化液的输出量！当支架处于工作状态时，泵站需要输出更多的乳化液量，但是要保持泵站端口输出压力恒定的同时减缓乳化液输出的速度。由此得出乳化液泵站变频控制系统可以解决以前泵站控制系统的不足，而且提高了经济效益，通过改造后的系统比改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在20%～30%。
节能效果预算：电机参数：额定电压1140V，额定功率125kW。运用变频技术前泵站单台泵工频工作的总耗电量为：
C1=T×P1 Cl=5840h×125 kW= 730000 kW·h
其中：T——全年运行时间，h （365天X16小时=5840小时）;
P1——乳化液泵的运行额定功率，kW;
C1——运用变频技术前总耗电量，kW·h。
实际使用电能：730000 kW·h×0.75[0.75/kW·h]（平均电费）=547500元
运用变频技术后泵站工作预计功率计算：在没有采用变频时，电机长期工作在50Hz，功率为125kW在采用变频自动控制后，长期工作在30～45Hz，电机功率P0为100kW。
C2=T× C3=T×
C2=5840h× （100kW×0.8） =467200kW·h
C3=5840 h× （125 kW×0.2） =146000 kW·h
其中：T——全年运行时间，h： （365天x16小时=58 40时）;
P0——乳化液泵变频运行的功率，kW;
PI——乳化液泵工频运行的功率，kW;
——乳化泵的全年运行状态（工频和变频）时间比例。
C4=C2+C3=467200+146000=613200kW？h
其中：C4为运用变频技术后总耗电量，kW·h。
实际使用电能： 613200 kW？h×[0.75/kW？h]（平均电费）=459900元
平均每台泵节约电费547500-459900=87600元
一般每个泵站大约有4台泵
每个泵站节约电费87600×4=350400元
从上面计算结果，我们可以看出，变频乳化液泵站的节能效果是非常显著的。
4、总结
本文介绍了乳化液泵站的发展现状，以及采用变频调速开关控制的控制流程，通过对乳化液泵站的变频运行进行了分析，计算得出使用变频开关改造后的系统比改造前的系统节省大量电力资源。
参考文献
[1]张盼盼，廉自生.乳化液泵站自动监控系统的研究与开发[D].太原：太原理工大学，2006.
[2]杨涛，李文英.乳化液泵站液压系统建模仿真与控制系统研发[D].太原：太原理工大学，2008.
[3]石惠天.乳化液泵微机在线状态监测的实验研究[J].煤矿机械，1997， （3） ：38-40.
[4]韦文术，任伟.乳化液泵站自动卸荷系统的设计与实现[J].煤炭工程，2007，（8） ：20-21.
[关键词]乳化液泵站 变频开关 节能分析
中图分类号：TD421.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0302-01
乳化液泵站主要为支架的工作提供乳化液，是实现综采机械自动化采煤必备的大型关键设备。乳化液泵站属于间歇性工作设备，大部分时间乳化液栗站处于卸载保压状态，这时泵组的供液量远远大于工作面的实际用液量，为了动力系统安全，泵组多数时间段在做无用功，大量的高压乳化液经卸载阀返回供液箱。泵上的卸载阀长期反复的工作，导致频繁磨损破坏，此时泵站的使用效率大大降低，流体的频繁换向加剧液压系统冲击，浪费了大量的电能，加剧了机械部分的磨损，大流量的高压乳化液卸载回液箱导致乳化液温度过高，从而使整个液压系统的内密封部件迅速老化，形成漏液、串液的恶性循环，大大缩短了乳化液泵、液压支架的使用寿命。
1、变频开关调速原理
在泵站变频调速供液系统中，驱动乳化液泵的电机为异步电动机。电动机是在某一转矩的作用下，使其转速维持在某设定值附近。根据转差率的定义：
（2-1）
n=ns（1-s）= （2-2）
式中：s——转差率; ns 、n——同步转速、转子转速（r/min）;
f——-电源频率（Hz）; P——电动机极对数。
所以得出电动机的转速有电源频率f，转差率s和电动机极对数p决定。故当使电动机的极对数和转差率保持不变时，电动机转速和其电源频率成正比，因此当通过改变电动机电源的频率时，电动机的转速随着发生改变，从而实现了电动机变频调速控制。
2、泵站变频开关控制流程
每个乳化液泵都有两种工作状态：变频和工频。当乳化液泵处于工频工作状态时，驱动乳化液泵的电机转速是额定的。根据工作面支架的用液量投入适当的乳化液泵台数，自动调节乳化液泵电机转速以达到保证乳化液泵站端口输出压力恒定的目的。在泵站正常工作时，总有一台乳化泵且只有一台泵处于变频工作状态，其余乳化液泵不是处于工频就是处于停机状态。当工作面支架需要乳化液时，乳化液泵站端口输出口压力迅速下降，优先1首先投入变频运行状态，当变频器的驱动的电机电源频率上升到50HZ时系统压力不能达到31.5MPa时，泵1转为工频运行，优先泵2开始变频工作。如果乳化液泵站端口输出口压力还没有达到设定值，泵2工频运行，优先泵3投入变频工作状态;当工作面用液少时，乳化液泵输出口压力过大时，PLC控制箱控制变频下调直到下限频率还不能满足压力设定值，启动工频切换程序，采用"先开先停"原则把泵1、泵2依次停止运行，直到使泵站端口输出压力维持在系统的设定压力左右。其乳化液泵组具体变频流程见图2-1。
3、泵站变频运行的节能分析
煤矿井下工作面的支架大多时间是处于支撑状态的，乳化液泵站给支架供液的时间是很短的，但为保证支架可以随时用液，泵站是需要一直处于运转状态，这样造成了能源消耗，泵站液压系统中的元件老化，并且机器处于长期运转状态，会使系统的温度升高，发生故障频率会比较多，甚至会影响到煤的开采量。乳化液泵站的控制系统改用变频恒压供液控制后，当支架处于不工作状态时，泵站进行变频调速低速或者零速工作，在保持泵站端口输出压力不变的条件下可以减少乳化液的输出量！当支架处于工作状态时，泵站需要输出更多的乳化液量，但是要保持泵站端口输出压力恒定的同时减缓乳化液输出的速度。由此得出乳化液泵站变频控制系统可以解决以前泵站控制系统的不足，而且提高了经济效益，通过改造后的系统比改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在20%～30%。
节能效果预算：电机参数：额定电压1140V，额定功率125kW。运用变频技术前泵站单台泵工频工作的总耗电量为：
C1=T×P1 Cl=5840h×125 kW= 730000 kW·h
其中：T——全年运行时间，h （365天X16小时=5840小时）;
P1——乳化液泵的运行额定功率，kW;
C1——运用变频技术前总耗电量，kW·h。
实际使用电能：730000 kW·h×0.75[0.75/kW·h]（平均电费）=547500元
运用变频技术后泵站工作预计功率计算：在没有采用变频时，电机长期工作在50Hz，功率为125kW在采用变频自动控制后，长期工作在30～45Hz，电机功率P0为100kW。
C2=T× C3=T×
C2=5840h× （100kW×0.8） =467200kW·h
C3=5840 h× （125 kW×0.2） =146000 kW·h
其中：T——全年运行时间，h： （365天x16小时=58 40时）;
P0——乳化液泵变频运行的功率，kW;
PI——乳化液泵工频运行的功率，kW;
——乳化泵的全年运行状态（工频和变频）时间比例。
C4=C2+C3=467200+146000=613200kW？h
其中：C4为运用变频技术后总耗电量，kW·h。
实际使用电能： 613200 kW？h×[0.75/kW？h]（平均电费）=459900元
平均每台泵节约电费547500-459900=87600元
一般每个泵站大约有4台泵
每个泵站节约电费87600×4=350400元
从上面计算结果，我们可以看出，变频乳化液泵站的节能效果是非常显著的。
4、总结
本文介绍了乳化液泵站的发展现状，以及采用变频调速开关控制的控制流程，通过对乳化液泵站的变频运行进行了分析，计算得出使用变频开关改造后的系统比改造前的系统节省大量电力资源。
参考文献
[1]张盼盼，廉自生.乳化液泵站自动监控系统的研究与开发[D].太原：太原理工大学，2006.
[2]杨涛，李文英.乳化液泵站液压系统建模仿真与控制系统研发[D].太原：太原理工大学，2008.
[3]石惠天.乳化液泵微机在线状态监测的实验研究[J].煤矿机械，1997， （3） ：38-40.
[4]韦文术，任伟.乳化液泵站自动卸荷系统的设计与实现[J].煤炭工程，2007，（8） ：20-21.