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高压变频器在重介选煤工艺中大型介质泵的应用
贵州水城矿业（集团）有限责任公司机电管理部 王祥为
一、前言
重介选煤因其投资少，建设周期短，洗选深度高，产品质量稳定，经济效益明显等优点，越来越多地被煤炭加工企业所采用。生产过程中，关键设备介质泵能否实现调速运转，使旋流器始终处于合理的工作状态而至关重要。
贵州水城矿业集团公司2002年度，在汪家寨选煤厂，二塘选煤厂的技改中使用的四台介质泵（介质泵参数详见表一）因工期等原因未配置调速装置。为保证产品质量，只能靠调节进口闸门和分流来满足入口压力的要求。这种方法使得介质泵运行状态变差，泵经常工作在临界状态或非工作区。设备长期满负荷运行，运行振动大，起动时间长，喘振严重，停泵时存在严重的"水锤"作用。工艺设计中，泵出口未设闸门，介质比重大、浓度高、扬程高，泵的工况极差，造成供电设备功耗大、温升偏高。致使设备磨损加大，维修量增加。运行中多次发生泵体机封损坏，轴承损坏，甚至发生过高铬合金叶轮因温度过高炸裂，电机起动过程中绕组端部击穿等现象，对正常生产造成很大影响。要解决这一问题，仅靠切割叶轮外径和改变叶轮规格，用损失富裕扬程的办法，不能有效地提高运行的经济性（一般设计时选择百分之五到百分之十的余量）。因此，只有实现介质泵调速，才能满足工艺的最佳要求。
表1
设备参数表
| 介 质 泵 |
电 机 |
| 厂家 |
石家庄水泵厂 |
厂家 |
湖北电机厂 |
| 型号 |
ST—AH—14/12 |
型号 |
Y—500—10 |
| 功率 |
560KW |
功率 |
560KW |
| 流量 |
1600M3/h |
电压 |
6KV |
| 扬程 |
55M |
电流 |
69A |
二、设备选型
高压大功率交流鼠笼式异步电机无级调速的方案一般有两种：
1、变频调速，该方案又分为直接高-高方式和高－低方式。
2、液力耦合器调速。
现将该设备的三种方案进行技术经济性比较，以便设备选型。
表2
调速方案比较
| 比较项目 |
高－高变频调速 |
高－低变频调速 |
液力耦合器调速 |
| 初投资比较 |
较高 |
中 |
较低 |
| 安装试运行工期 |
10天 |
30天 |
30天 |
| 检修工作量 |
结构复杂、技术水平高 |
结构复杂、技术水平高 |
大 |
| 运行费用 |
低 |
较低 |
高 |
| 经济技术合理性 |
高 |
较高 |
差 |
高-低方式变频调速与直接高-高方式相比：工期长，需更换电机、电缆、增设开关柜、变压器等。电气技术不尽合理，初投资较高，因此，适用于较小功率电机。现在老鹰山选煤厂介质泵（250KW，380V）即选择低压变频方案，初投资11万元，选型为成都森兰BT12S系列315KW，电机电压380V，经几年来的运行情况来看是比较可靠的。
液力耦合器作为介质泵的调速装置，具有以下特点：初投资较少，能吸收冲击和隔离扭振，挠性联接，允许主、从动轴之间有较大的安装误差。但耦合器也具有检修工作量大，调速范围有限，效率较低，启动转距小，传动中有功率损失且日常运行费用高、工期长，电机无法实现软启动等缺点。
高压变频调速安装工期短，运行费用低，可实现闭环自动控制，技术含量高且故障率低，可实现一拖二运行并有工频旁路，因此，运行可靠性高，这也是煤矿生产的重要条件，另外，该设备起动力矩大，满足工艺要求，适应工况差的环境条件。但这一方案初投资高。
综合各种因素，因此我们决定使用高压变频器对电机进行调速改造。
我们对厂家提供的主要参数进行比较，列表3如下：
表3
高压变频器技术参数比较
| 比较项目 |
国外某厂家 |
北京利德华福 |
| 起动力矩 |
150% |
150% |
| 功率因数 |
＞95 |
＞95 |
| 效率 |
≥95 |
≥98 |
| 谐波污染 |
较小 |
小 |
| 电路形式 |
三电平 |
多电平 |
| 主要元件 |
IGBT |
IGBT |
| 适用电机 |
变频电机 |
普通电机 |
| 交货期 |
6个月 |
100天 |
| 主机寿命 |
10年 |
15年 |
| 报价 |
高 |
低 |
三、设备运行情况
经过方案反复比较，决定选用北京利德华福生产的“高－高”电压源型变频器，型号为HARSVERT-A06/070。
现将介质泵实际运行数据，ST—AH—14/12泵的特性曲线和比例定律计算结果列表4。
表4
| |
扬程（M） |
频率（赫/秒） |
调速器消耗功率（KW） |
节省功率（KW） |
| 前 |
后 |
前 |
后 |
| 变频器 |
60 |
|
50 |
47 |
12 |
55 |
| |
|
50 |
44 |
23 |
150 |
| 液力偶合器 |
前 |
后 |
转速（转/分） |
|
|
| 60 |
52 |
585 |
500 |
30 |
40 |
入选煤质较差时，变频器选定47赫计算其经济效益如下：
设备运行时间20h/日，电价按0.40元/kwh计算，年运行300日，年节约电费为：55×0.4×20×300＝13.2万元
减少设备磨损,延长设备使用寿命约4万元/年。
因变频器可靠性高，减少了维修时间和影响生产时间，保护产品质量，其间接效益更为明显。 入选煤质好时，采用44赫运行时,投资回收期仅二年。
四、结束语
2003年贵州水城矿业集团公司通过招标，选用了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器两套，变频器安装后一直投入正常运行，经济技术效果明显，极大地改善了介质泵工况，满足了工艺的要求，实践证明选择该方案是成功的。
高压大功率异步电机变频器在煤矿介质泵的使用，从现有资料查阅表明，该类型设备系贵州省首家选用，全国同行业首家选用，具有国内先进水平。
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