NB∕T 10531.1-2021 悬臂式掘进机节能技术方法 第1部分：纵轴式掘进机(能源).pdf

书 书 书犐 犆犛 犇 中华人民共和国能源行业标准犖犅犜 悬臂式掘进机节能技术方法第部分：纵轴式掘进机犕犲 狋 犺 狅 犱 狊犳 狅 狉犲 狀 犲 狉 犵 狔狊 犪 狏 犻 狀 犵狅 犳狉 狅 犪 犱 犺 犲 犪 犱 犲 狉 狊 犘 犪 狉 狋：犾 狅 狀 犵 犻 狋 狌 犱 犻 狀 犪 犾狉 狅 犪 犱 犺 犲 犪 犱 犲 狉 发布 实施国 家 能 源 局发 布书 书 书目次前言范围规范性引用文件术语与定义一般要求节能技术方法检验附录（资料性附录）节能运行方案大纲 附录（资料性附录）试验数据记录表 犖犅犜 前言 悬臂式掘进机节能技术方法分为两个部分： 第部分：纵轴式掘进机； 第部分：横轴式掘进机。本部分为 的第部分。本部分按照 给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中国煤炭工业协会提出。本部分由中国煤炭工业协会科技发展部归口。本部分起草单位：兖矿集团有限公司、兖州煤业股份有限公司、山东科技大学、中国煤矿机械装备有限责任公司、中国煤炭工业协会生产力促进中心、兖矿东华重工有限公司、辽宁工程技术大学、青岛标益科技有限公司。本部分主要起草人：李伟、孟祥军、刘健、张强、王富奇、亓玉浩、白麦营、孙彦良、魏训涛、李祥千、赵学强、赵永科、胡登高、于笑晨、米豪鼎。犖犅犜 悬臂式掘进机节能技术方法第部分：纵轴式掘进机范围 的本部分规定了悬臂式掘进机中，纵轴式掘进机（以下简称掘进机）节能技术的一般要求、节能技术方法和检验。本部分适用于指导掘进机生产与使用先进节能技术应用。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 （所有部分）爆炸性环境的分级 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第部分：通用要求 液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求 安全防范系统供电技术要求 半导体传感器第 部分：半导体传感器 压力传感器 直读式粉尘浓度测量仪通用技术条件 悬臂式掘进机第部分：通用技术条件 悬臂式掘进机液压缸检验规范术语与定义 中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 切割机构犮 狌 狋 狋 犻 狀 犵狌 狀 犻 狋由切割头、齿轮箱、电动机、回转台等组成，具有破碎煤岩等物料功能的机构。 ，定义 装载机构犾 狅 犪 犱 犻 狀 犵犿犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊犿将掘进机切割下的物料收集、装载到输送机上的机构。 ，定义 装运机构犾 狅 犪 犱 犻 狀 犵牔犮 狅 狀 狏 犲 狔 犻 狀 犵犿犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊犿装载和中间输送机的总称。 ，定义 变量泵狏 犪 狉 犻 犪 犫 犾 犲狆 狌犿狆排量可调节的泵。犖犅犜 变量马达狏 犪 狉 犻 犪 犫 犾 犲犿狅 狋 狅 狉排量可调节的液压马达。 节能技术犲 狀 犲 狉 犵 狔狊 犪 狏 犻 狀 犵狋 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔通过对掘进机运行参数调整、制造前后的材料改进和结构的优化，实现掘进机节能运行的技术。 反馈法犳 犲 犲 犱 犫 犪 犮 犽犿犲 狋 犺 狅 犱依据掘进机运行参数反馈信号变化实时调节掘进机切割头实时负载的方法。 联调法狑犪 犾 犽 犻 狀 犵犮 狅 狅 狉 犱 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀犿犲 狋 犺 狅 犱采用一定控制手段，获得掘进机多电机协调运行的调速方法。 电机负载效率犾 狅 犪 犱犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔狅 犳犿狅 狋 狅 狉实际负载与额定负载的比值。 液压效率犺 狔 犱 狉 犪 狌 犾 犻 犮犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔液压系统输出功率与输入功率之比。 功耗效率狆 狅狑 犲 狉犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔实际消耗功率与装机功率的比值。一般要求 总述 所指导的掘进机应符合 的要求。 所指导的掘进机液压元件应符合 。 所指导的掘进机宜具备切割调速功能。 所指导的掘进机宜装变量泵、变量马达。 节能运行条件 掘进机安装完毕。 掘进机供电正常。 掘进机供水供油正常。 控制系统状态完好。 调试仪器仪表测试用仪器仪表应符合 、 、 的使用要求。节能技术方法 总则本部分给出了掘进机切割机构、装载机构、装运机构、液压系统、喷雾降尘系统、供电系统的节能运犖犅犜 行方法。 切割机构节能技术 反馈调速法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）掘进机应注有截高范围、机面高度、悬臂长度、调速方式、外形尺寸、质量等相关参数。）绘制实际工况切割头负载切割头转速曲线。）保证切割电机与调速系统连接完好。 节能运行原理本方法适用于掘进机切割机构。控制原理如图所示。图切割机构反馈调速控制原理图 实施方法将截割电机转速耦合变换后的切割负载值与系统切割负载预设值比较并作为反馈信号，对切割头转速进行调整。当切割头负载超过预设负载时，降低滚筒转速，直至达到或低于切割头预设负载。 切割联调法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）结合掘进机实际工况，绘制掘进机切割头负载切割头旋转速度、切割头负载切割头举升速度曲线；）保证泵、马达与调速系统连接完好。 节能运行原理本方法适用于掘进机切割机构。控制原理如图所示。图切割机构联调控制原理图犖犅犜 切割负载预设值实时切割负载值切割负载预设值旋转、举升速度实时切割负载值 实施方法将泵电机油压压力耦合变换后的切割负载值与系统切割负载预设值比较并作为反馈信号，对旋转台的旋转、举升速度进行调整。当切割头负载超过预设负载时，降低旋转台水平转速或举升速度，直至达到或低于切割头预设负载。 变截深法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）切割头以设计要求钻进；）掘进机具备截割负载监测装置。 节能运行原理本方法适用于掘进机切割机构。控制原理如图所示。图变截深控制原理图 实施方法当遇到高硬岩层或断层时，调整掘进机截深以适应截割需求。 装载机构节能技术 反馈调速法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）绘制实际工况星轮负载星轮转速曲线；）保证星轮电机与调速系统连接完好。 节能运行原理本方法适用于掘进机装载机构。控制原理如图所示。图装载机构反馈调速控制原理图犖犅犜 预设切jlfiJ负载切割深度实时切割负载深度-负载祸合器星轮负载预设值星轮转速实时星轮负载值 实施方法将星轮电机转速耦合变换后的星轮负载值与系统星轮负载预设值比较并作为反馈信号，对星轮转速进行调整。当星轮负载超过预设负载时，降低星轮转速，直至达到或低于星轮预设负载。 装运机构节能技术 反馈调速法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）结合所在地区的地质参数实际情况，绘制星轮负载星轮转速曲线、中间运输送机负载中间运输送机链速曲线；）保证液压系统与调节装置连接完好。 节能运行原理本方法适用于掘进机装运机构。控制原理如图所示。图装运机构反馈调速控制原理图 实施方法将星轮电机转速耦合变换后的输送机负载值与输送机负载预设值比较并作为反馈信号，对星轮转速进行调整。当输送机负载超过预设负载时，降低星轮转速，直至达到或低于输送机预设负载。 液压系统节能技术 恒扭矩调节法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）结合掘进机实际工况，绘制油压压力负载曲线；）保证电机与调压系统连接完好；）液压系统应符合 。 节能运行原理本方法适用于掘进机液压系统。控制原理如图所示，原理公式如式（）所示。犖犅犜 输送机负载预设值星轮转速实时输送机负载值说明： 变量泵； 回路安全阀； 变量马达； 单向阀； 辅助泵溢流阀； 辅助泵。图液压系统调节控制原理图犜狆狇（）式中：犜 液压马达转矩，单位是牛米（） ；狆 液压马达压差，单位是兆帕（ ） ；狇 液压马达排量，单位是毫升每转（） 。当保持液压马达排量不变时，此时液压系统为变量泵定量马达调速系统，由于狆与狇均为常数，所以液压马达的输出转矩犜为定值，即该调速系统具备恒扭矩调速特性。 实施方法掘进机遭遇意外事故，切割头卡在岩层中时，对旋转台的旋转、举升速度进行恒扭矩调整。 恒功率调节法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）结合掘进机实际工况，绘制油压压力负载曲线；）保证电机与调压系统连接完好；）液压系统应符合 。 节能运行原理本方法适用于掘进机液压系统。控制原理如图所示，原理公式如式（）所示。犖狆狀狇（）式中：犖 液压马达功率，单位是千瓦（） ；狀 液压泵转速，单位是转每秒（） ；犖犅犜 狇 液压泵排量，单位是毫升每转（） 。当保持泵排量不变时，此时液压系统为定量泵变量马达调速系统，由于狇、狀、狇均为常数，所以液压马达的输出功率犖为定值，即该调速系统具备恒功率调速特性。 实施方法当掘进机正常工作时，将泵电机油压压力耦合变换后的切割负载值与系统切割负载预设值比较并作为反馈信号，对旋转台的旋转、举升速度进行恒转速调整。 喷雾降尘系统节能技术 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）掘进机应注有截高范围、机面高度、悬臂长度、内外喷雾压力等相关参数；）结合工作面粉尘浓度变化量情况，绘制水压、流量粉尘浓度曲线；）保证内喷雾系统管路与调压装置连接完好；）对喷雾压力上下限进行设定，上下限制值应根据设计压力与煤炭安全规程确定。 节能运行原理本方法适用于掘进机喷雾降尘系统。控制原理如图所示。图反馈降尘控制原理图 实施方法将泵电机水压耦合变换后的粉尘浓度值与系统粉尘浓度预设值比较并作为反馈信号，对水压进行调整。当粉尘浓度高于预设值时，增大喷雾水流量和水压，直至粉尘浓度达到或小于预设值。 供电系统节能技术 高压供电法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）掘进机供电设备防爆等级应符合 ；）掘进机供电参数应满足掘进机供电系统标称电压、额定频率和承载电流的要求；）供电系统应符合 。犖犅犜 流量?于一1Jil( I IM 水压 节能运行原理单电机机械功率如式（）所示。犘犝犐（）单电机电热功率如式（）所示。犘犐犚犘犝犚（）式中：犘 电机机械功率，单位是千瓦（） ；犝 电机电压，单位是千伏（） ；犐 电机电流，单位是安培（） ；犘 电机机械功率，单位是千瓦（） ；犚 电机电阻，单位是欧姆（） 。 实施方法供电电压宜满足设备额定电压，应提高供电电压等级。 设备管理法 准备在实施节能运行方法前，应进行以下准备：）掘进机等井下设备控制器连接完好；）具备应急停机装置。 节能运行原理本方法适用于掘进机整机。控制原理如图所示。图设备管理控制原理图 实施方法当掘进机实时切割负载长时间为零、设备检修等需要关停掘进机进行作业时，关停与之相关的所有掘进设备，当各运输设备完成运输任务后，依次关停运输设备。检验 资料检查 掘进机节能验收资料应符合 。 节能运行前，应对节能方案进行检查，节能方案大纲参见附录。 节能运行完成后，应对试验记录（报告表）和试验结果进行查验。犖犅犜 现场检查 节能运行调试前，应检查掘进机电路、油路、水路、控制系统是否完好，且符合 要求。 节能运行调试过程中，应实时记录掘进机实际功率、实时水压、流量、粉尘浓度、油压变化情况。 节能运行调试完成后，将实际运行数据与原始数据进行对比分析，实验记录表格示例参见附录。 评价 掘进机节能性能采用掘进机切割电机负载效率、液压效率、掘进机功耗效率、切割比能耗和节能量评价。 切割比能耗：开采单位体积岩石消耗能量。 节能量：在满足相同生产能力的前提下，采用节能运行技术和未采用节能运行技术消耗的能量差。犖犅犜 附录犃（资料性附录）节能运行方案大纲犃 产品描述应分别包括掘进机类型、基本参数、控制系统等信息。犃 编制依据犃 调试准备工作犃 人员机构组成犃 资料准备应包括掘进机产品图册、电气系统控制图、液压系统控制图。犃 检测设备犃 现场准备犃 硬件应包括掘进机复核检查、现场人员的安全防护工具、通信工具、防护措施等。犃 软件应包括试验数据记录表、仪器仪表的合格证明和精度要求、试验时间和进度计划等。犃 节能运行主要项目和程序应包括掘进机切割机构、装载机构、装运机构、液压系统、喷雾降尘系统、供电系统节能运行方法的项目列表、试验数据及控制程序等。犃 节能方法试运行犃 设备检查与调试犃 设备安装质量检查。犃 设备线路连接检查。犃 掘进机试运行调试。犃 节能方法报告应针对 所列项目，按检查、方法、步骤和结果进行详细描述。 犖犅犜 附录犅（资料性附录）试验数据记录表表 给出了掘进机节能运行方法的试验数据记录表格模板。表犅 掘进机运行数据记录表掘进机型号运行状态未采用节能运行方法切割机构切割负载切割转速 举升油缸油压 切割头水平竖直速度 旋转油缸油压 切割头水平移动速度 装载机构切割负载星轮转速 装运机构星轮负载星轮转速 中间输送机负载中间输送机链速 液压系统切割负载油压 喷雾降尘系统水压 流量粉尘浓度供电系统电机电流电机电压电机电阻电机机械功率电机电热功率评价切割电机负载效率液压效率掘进机功耗效率切割比能耗 运行状态采用节能运行方法切割机构切割负载切割转速 举升油缸油压 切割头水平竖直速度 旋转油缸油压 切割头水平移动速度 犖犅犜 表犅 掘进机运行数据记录表（续）装载机构切割负载星轮转速 装运机构星轮负载星轮转速 中间输送机负载中间输送机链速 液压系统切割负载油压 喷雾降尘系统水压 流量粉尘浓度供电系统电机电流电机电压电机电阻电机机械功率电机电热功率评价切割电机负载效率液压效率掘进机功耗效率切割比能耗 结论节能量 注：连续监测数据可绘制相应测试曲线。 犖犅犜