大管径长距离管带机关键技术分析.pdf

技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 32 期大管径长距离管带机关键技术分析闫珅起（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）管带机全称管状带式输送机，主要运用于矿业等工程中的散状物料输送作业。在当前社会，环保理念已经深入人心，矿业生产自不例外。如何确保物料输送过程及转运点处的粉尘飞扬、沿途遗洒量不超过造成环境污染的上限，已经在全球范围内引起广泛重视。在这种情况下，管带机应运而生。这种设备能够将散状的物料包裹在强制形成的管状胶带内运输，相较于普通带式输送机，运输原理并无本质不同。当前的困境是，如何增加管状胶带的尺寸（横截面粒径）、延长物料运输距离且保持运输效率、稳定性不变。为达到这一目标，需围绕大管径长距离管带机关键技术展开分析。1大管径长距离管带机研发技术背景1.1管带机的构成与特点管带机与普通带式输送机的构成、运转原理基本一致，由头部、尾部、改向 3 类具有不同功能的滚筒、驱动装置、拉紧装置、托辊组设施、机架、桁架、走台支架和胶带等构成。管带机的主要特点是，淤将胶带设置在前后各 3组托辊组内，形成类似“管筒”的形状。于头部、尾部、拉紧处与普通带式输送机的结构形式几乎完全一致。盂管带机由普通槽型到形成圆管状的区间内，需要设置一段“过渡”区域。榆需要运输物料时，物料会被包裹在封闭的圆管形胶带内。虞在运输物料的过程中，由于上下胶带已经形成了管状，故输送机的传输方向可以灵活调整。作者简介：闫珅起（1990-），男，工程师。研究方向为管带机。摘要：为提高管带机在运输物料等多个方面的性能，需围绕管带机运输过程中存在的问题及可提升工艺展开分析。一种大管径长距离管带机相较于普通带式输送机，在基本装置设置方面并无差异；核心构想是通过输送带胶带、托辊组等，构建管带机“平摊-管筒-平摊”的运输方式能够使物料被完全包裹在管带内部，进而在运输过程中不会暴露在环境中，能够极大地提高运输稳定性。此外，大管径长距离管带机能够在很大程度上无视环境的复杂程度，且能够根据不同需要做出不同调整，灵活性优于普通带式输送机。总体来看，大管径长距离管带机的设置思路、运行效果、成本控制性均优于普通带式输送机，可推广应用。关键词：管带机；大管径；长距离；防过载；防叠带；防跑偏；防腐蚀中图分类号院TD528.1文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤32-0181-04Abstract:In order to improve the performance of pipe belt conveyor in many aspects such as transporting materials,it isnecessary to analyze the problems existing in the transportation process of pipe belt conveyor and the technology that can beimproved.Compared with the ordinary belt conveyor,a large diameter and long distance pipe belt conveyor has no difference inthe setting of the basic device;the core idea is to construct the flat sharing-tube-sharing transportation mode of the pipe beltmachine through the conveyor belt,roller group,etc.,so that the material can be completely wrapped in the pipe belt,so that itwill not be exposed to the environment in the transportation process,which can greatly improve the transportation stability.Inaddition,the large diameter and long distance pipe belt machine can largely ignore the complexity of the environment,and canmake different adjustments according to different needs,flexibility due to ordinary bag conveyors.Generally speaking,the settingidea,operation effect and cost control of the large diameter and long distance pipe belt conveyor are better than those of theordinary belt conveyor,which can be popularized and applied.Keywords:pipe belt machine;large pipe diameter;long distance;anti-overload;anti-stacking belt;anti-deviation;anti-corrosionDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.045181-2023 年 32 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application1.2管带机与普通带式输送机的特性对比根据上文对管带机构成方式的描述可知，管带机相较于普通的带式输送机，在性能特点方面已经有了很大提升，具体的对比如下。1）在物料输送方式方面。普通带式输送机在输送物料时呈现出“敞开式”的特点，即物料放置于运输皮带之上，没有任何保护措施，完全暴露在自然环境之中。由于物料运输过程中，运输皮带长时间处于“动态”，故“振动”是不可避免的，经常导致物料受到各种作用而从皮带中掉落，进而在多方面造成不良后果。而大管径长距离管带机在运输物料时具有“封闭式”的特点管带会从平面转换为圆管形状，进而将物料完全包裹于其中。如此一来，即使运输过程中出现较为剧烈的振动，物料也很难洒落，能够有效避免损失。2）空间要求方面的差异性。普通带式输送机的运输带必须“平放”，且有时在运输带上放置的物料较多，为避免碰撞，导致物料洒落，故对运输沿线的空间要求较大。而大管径长距离管带机由于能够将物料包裹于其中，在运输沿线无需担心物料掉落、洒落的情况，故对空间的整体要求较小，在绝大多数沿线范围内，只需确保“管道”能够正常通行即可。3）在最大爬坡和下坡角度方面的差异性。普通带式输送机输送土石、矿渣、原煤时，要求最大角度分别对应15毅、20毅、18毅；大管径长距离管带机分别对应的最大角度为 25毅、30毅、27毅。对比之下可以发现，大管径长距离管带机的适应性更强。4）下坡输送限制方面。普通带式输送机受“物料在运输带上摊放”的影响，故在下坡输送方面，对单位运输带物料堆放规模、运输速度等均提出了较大限制。而大管径长距离管带机由于将物料封闭在管带内，故适应性得到了极大提升。5）对复杂地形的适应性方面。普通带式输送机在运输全过程内只能走“直线”，如果受地形地势影响，必须转弯时，需要设立中转站，导致成本增加。而大管径长距离管带机可以作水平和垂直弯曲，最小弯曲半径可以达到45m，且下坡运输全程无需设置中转站，既可以提升运输效率，又能够有效降低成本。6）对施工厂区适应性方面。普通带式输送机对现有施工厂区具有较高的要求，在必要情况下，运输沿线如果存在一些干扰建筑物，则需进行拆除处理。大管径长距离管带机具有较强的适应性，在一般情况下无需拆除现有建筑物，调整灵活性极强。7）输送物料方面的差异性。普通带式输送机在输送粉尘物料方面具有较强的限制性，这是因为输送物料过程中只能对物料进行有限防护，极有可能造成环境污染。大管径长距离管带机则具有较强的适应性运输管线可从平面摊铺状态转变为圆管封闭状态，能够对被输送的物料进行完全防护，几乎不会造成环境污染。8）设备维护、运行耗能、造价方面的差异性。普通带式输送机的设备维护工作量较大，大管径长距离管带机的设备维护工作量较小；前者的设备运行耗能较高，后者较低；前者的综合造价有时候会超过后者。1.3国内外大管径长距离管带机研发历程管带机最早由日本 JPC 公司提出相关概念并成功研发、使用。我国在 20 世纪 90 年代引入了管带机的安装、设计、制造技术，从此开始走自主研发的道路。时至今日，我国管带机系统设计、所有设备的制造均具有自主知识产权，全面实现了设计与生产的“国有化”。现阶段，我国的管带机管径宽度普遍达到 600mm，连续运输距离可达到 10耀15km。在矿业工程等应用领域的生产需求不断提升的情况下，进一步扩大管径、提高运输距离已经成为管带机下一步的发展方向。1.4大管径长距离管带机研发过程中遇到的主要技术问题大管径长距离管带机之所以尚未普及，是因为存在诸多技术难题，比如，其一，物料运输需要借助胶带的粘合及控制作用，如果盲目延长运输距离，有较大概率会导致胶带的头部、尾部出现不受控制的“翻面”或是完全“跑偏”。此外，物料运输时，在滚筒上发生“折叠”的可能性较高；在转弯区间也有更大概率出现不受控扭转。这些很难控制的情况均有可能导致管带机机组中的某些设备性能受损，降低运输效率或被迫中断运输。其二，管径加大必然导致的后果是，设备的运动特性会发生变化。受此影响，原有的系统功率计算方法、系统控制方案、系统运输模拟机制的适用性均会下降，导致相关选型、计算的精准程度以及投入运行后的整体稳定性均会受到影响。其三，管带机的管状结构与物料运输系统的单位负载、总通过量等均具有一一对应的映射关系。如果盲目加大运输量，很有可能导致系统流量高于系统最大承载力，稍有不慎182-技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 32 期便可能造成爆管事故，令管带机受到极大损害。2大管径长距离管带机关键技术简析2.1项目概况及大管径长距离管带机系统参数选型某燃煤发电工程的规模达到 2伊1050MW，是我国援助东南亚某国家的示范工程项目。为该燃煤发电工程配备的管带式输送机的基本参数如下：输送机编号为 BC3、BC4；带宽为 2 250 mm；额定输送量达到每小时 3 000 t；管带每秒运输速率为 5.6 m；输送机的水平长度达到3900m，提升高度为 12m，爬升角度为 3毅，属液压张紧拉紧形式。2.2大管径长距离管带机的关键技术根据上文所述的大管径长距离管带机的研发技术难点，技术人员在本示范工程中，重点解决了以下几个关键问题。2.2.1防过载技术设计造成管带机单位物料携带量、总运输量过载的根本原因在于物料装载源头处。基于此，需要基于“源头控制”理念开展相关设计1。所采用的方法是，在上料胶带与运输胶带相连接的区域，额外增设“限制抵挡”设施。相关原理是：造成过载的原因并不是现场作业人员或技术管理人员一定要求“额外增加物料”，而是加料机组设备在加料的过程中，其智能化、类人化程度不高，导致总是有超过额定重量、体积的物料进入运输区。基于此，只需设置有关设施，将这些“多余”的物料挡在运输管带之外即可。第一道限料装置具体设置在上料胶带与运输胶带之间的导流板区域；第二道限料装置需要设置在圆段入口区域，形成“双保险”控制机制，能够有效防止超过额定荷载的物料进入运输区域，从根本上降低了管带机爆管事件的发生率。2.2.2防叠带技术设计管带机运行期间，一旦出现“叠带”情况，则会对胶带的横向弹性造成极大损害，而处理“叠带”的难度也较大，会导致运输效率大幅度降低、维护成本大幅度升高。为了解决这一问题，技术人员设计了一种“三点控制”防叠带方法。如图 1 所示，以“管筒”状携带物料的胶带进入运输线尾端之后，必须确保其“逐渐打开”，即逐渐从管筒状恢复成平面带状。基于此，第一道防叠带装置是，限定胶带“折叠开始距离”，即管筒状胶带滑行至该道防护位置之后，圆筒从上方开始打开。一段距离之后设置第二道防叠带装置。相较于第一个防叠带装置，第二道防叠带装置之间的距离会更近且呈现出类似字母“V”的形态。这样设置的目的在于，可以使胶带滑行至该位置时，受到“两端向下摊开”的作用力。进一步向前滑行后，进入第三道防叠带装置与胶带行进方向垂直关系，且在胶带宽度两侧分别设置一个，使胶带以“平滑、不弯曲”的姿态向前滑行。由于这三级防护机制早已对胶带形成了“进入特定位置后便开始转换形态”的控制惯性，故可以很好地控制胶带完成折叠作业，大幅度降低了叠带事故的发生率。总体构成如下：一条大管径长距离管带机一般由尾部过渡段、管状段、头部过渡段三部分组成。其中，从尾部滚筒到胶带形成圆筒状段被称为尾部过渡段，受料点一般被设置在该段范围内。尾部过渡段内胶带由最初的水平带，逐渐变化为槽型，最终被卷成圆筒状（管道状）。在管状段内，胶带会被托辊组强制“裹”成圆筒状，输送的物料便会随着胶带在圆筒内运行。进入卸料区之后，头部过渡段胶带会由圆筒状逐渐展开，成为平面（带状平铺），到了头部滚筒后卸料。回程段与承载段基本相同。基于此，可以说大管径长距离管带机的输送过程是：输送带平铺展开受料，封闭圆筒状运行，最后再度展开卸料。在装置设置方面，大管径长距离管带机与普通带式输送机基本一致，均设有驱动装置、头部滚筒、尾部滚筒、托辊组及机架；但相较于普通带式输送机，大管径长距离管带机所使用的输送带、托辊组设置方面均有一定的差别。图 1大管径长距离管带机野三点防叠带冶技术效果图2.2.3防跑偏技术设计管带机运输物料的过程中，随着运输距离的增加，胶带跑偏的概率也随之增大，故如何防止胶带跑偏也是一个需要重点解决的问题2。所采用的方法是，按照图 2 显示的方式，将管带机运输胶带原本有较高概率出现跑偏扭曲的曲线段，间隔布置成平底状或尖点状。为提高防跑偏控制水平，可以对设置在 PSK 托辊与胶带运行方向生成的夹角之间的垫片进行调整，进而从根本上降低胶带独有“三点控制”技术，防止叠带183-2023 年 32 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application扭曲及跑偏的概率。2.2.4防腐蚀技术设计由于管带机运输长时间在野外环境下，故极其容易受到自然界的各种侵蚀。如果针对这种情况无法进行有效处理，则有可能导致设备、材料被穿孔，从而使运输过程的稳定性大幅度下降。可采用的解决方法是：其一，在设备、设施外表敷设符合国际标准的高等级、高防护性防腐材料。其二，底漆和面漆的层数同样有严格规定底漆为 2 层，面漆为 3 层。具体设计是：淤所有钢构件的材料在现场完成安装、焊接等固定作业之后，必须集中镀一层锌且厚度至少需要达到 100 滋m。于在镀锌作业之前，需对钢构件表面进行全面清洁，不允许存在任何锈迹，至少需要达到 Sa2.5的清洁度，且表面粗糙度应达到“中等”级别。盂通过热浸的方式完成镀锌作业之后，为了确保不会发生敦化情况，还应刷一层环氧底漆和一层丙烯酸聚氨酯漆。渊a冤平底状布置渊b冤尖点状布置图 2管带机运输胶带易出现跑偏扭曲曲线段的间隔布置效果2.2.5精准启动控制技术设计由于单位荷载及运输距离均得到了提升，故常规的单套驱动装置可能无法正常发挥作用。基于此，应在头尾共设置 2 套驱动装置，确保管带机可以精确开车和停车。2.3抗紫外线高强度胶带选型作为管带机的核心构件，胶带本身的性能对物料运输效率、质量起决定性作用。因此，需要考虑管带机投入使用区域的自然环境情况，选择最合适的胶带。上述工程地处东南亚热带区域（纬度在赤道附近），全年平均温度近 27.0 益。因此，该地区的紫外线强度较大，必须选择具有较高抗紫外线强度的胶带。最终选择的胶带型号为ST1400-22503。该胶带的特点是，在纵向钢丝绳上下两面均设置了横向增强体，可以作为防撕裂层。表面还包裹一层具有较强耐热性及抗老化性的胶质材料，足以满足当地物料运输需求。2.4大管径长距离管带机应用于沉降地质环境的结构优化设计由于管带机运输线设置在野外地区，如果不考虑地下土层情况，则有可能在管带机投入使用后出现地段沉降问题，届时有可能导致设备整体损毁4。解决该问题的方法为设计贴地势桁架结构5。通过这种方法，管带机运输线的荷载不会集中到某个区域，而是会均匀分布，使每一处结构都承载一定的荷载，能够有效降低因设备导致的沉降发生率。此外，这种结构可有效降低成本投入，与传统的“桁架+立柱”结构相比，工作量也得到明显降低1，故具有可行性。3结束语综上所述，由于矿业工程等多个领域对散状物料的运输不断提出新要求，故管带机的管径增大从而提高单位物料携带量、增加运输距离以改善工程现场的整体布局，符合诸多方面的设想6。若要实现上述目标，必须解决管带机运输物料过程中可能出现的过载、叠带、跑偏、腐蚀和启动精度控制不足等问题。除此之外，还应考虑管带（胶带）材料是否具有高抗侵蚀、高防辐射性能以及管带机设置沿线地质条件等问题，最终助力大管径、长距离管带机在性能、应用方面的可行性均可达到工程要求，全面提高相关物料运输的效率和质量。参考文献院1郭行运.管状带式输送机在复杂地形长距离运输系统中的应用J.能源技术与管理，2022，47（3）：113-115.2王云龙，谷显书，邱桃.高压变频器在长距离管状带式输送机中同步与功率分配的应用研究J.起重运输机械，2020，（4）：94-96.3赵国庆，王云龙，廖兴文，等.长距离管带机胶带安装用分体式桁架的创新设计与应用J.科技资讯，2019，17（36）：28-29.4赵国庆，王云龙，马小云，等.长距离管带机多机可控驱动方案的对比研究及应用J.中国管理信息化，2019，22（23）：72-73.5陈鹏河.大管径长距离管带机关键技术的应用探讨J.中国环保产业，2022，（10）：68-72.6张涛，当翔，苏聪.酒钢 265m2 烧结机管带机系统的应用及改进J.甘肃冶金，2022，44（3）：37-39.SF184-