軟啟動在選煤廠壓濾車間入料泵的應用

　　1 改造背景

　　改造煤廠壓濾機入料泵存在功耗大、輸液管路、泵配件易損壞等現象，經常出現事故影響生產。在壓濾機開始入料時，要求大流量、低壓力，后期要的是小流量、大壓力。該廠壓濾機入料泵由于采用的是工頻直聯啟動，一開始入料時，會產生很大的振動，對管路、水泵機械配件的沖擊破壞作用非常大。如要避免這種現象，找到一種壓濾機入料初期起動時平穩運轉，低沖擊力的啟動方式，從而達到降低生產成本和節能降耗的目的。

　　入料源的啟動通常采用變頻器和軟啟動兩種電氣控制方式來實現。變頻技術目前在選煤廠水泵中運用成功案例不少，但也暴露出許多缺點，主要表現在維護費用高，即使是某個器件故障都將更換整個功率單元、結構復雜、還會對電力電網帶來諧波和無功問題，許多電力電子裝置要消耗無功功率。該壓濾機入料泵采用軟啟動方式，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。低轉速、小轉矩降低了對管路、水泵配件的損壞，大限度地避免水錘效應的危害。在此，分析輸液管路、泵和壓濾機故障多發的原因以及應用軟啟動取得的效果。

　　2 入料泵啟動技術改造

　　2.1 破壞原因分析

　　做改造煤廠使用的是KZG400/2.0X2.0-U型快開式隔膜壓濾機，過濾面積400m2 ，入料泵為100ZJG-1-B42，流量180～210m3/h，入料濃度450～550g/L。礦煤的密度ρs=1 380kg/m3，按550g/L含量計算，煤泥水的密度ρm=1 151.4kg/m3，管路采用熱軋無縫管D=0.20m，壁厚為12mm。

　　入料泵啟動時，煤泥水在管路中產生的平均速度公式為：

　　V=4Q/πd2

　　V=4×(180～210)/(3.14×0.2×0.2×3 600)=1.592～1.857(m/s)

　　水泵快速啟動產生的水擊現象對管路的沖擊破壞作用非常大，也就是管路密封墊、水泵軸承油封、管路為什么抖動的原因。通常用水擊強度△p進行測定。水擊在剛性管路中或無限流體中會產生一個壓力波，通常傳遞的速度為音速。若水泵突然啟動，會產生一個水擊強度△p。

　　關于壓力波傳播速度Ew計算，是一個比較復雜的問題。由于煤泥水是固液混合的多相流體，不像單一介質的水。目前研究尚少，而且多是理論推演。因此，在這里只用清水中壓力波的波速算出作為煤泥水水錘傳播速度的近似替代值，定性地說明水錘壓力的破壞性。清水水擊波速C由下式計算。

　　把水和鋼的彈性模量Ew=2×109和Ep=19.6×1010Pa及管徑D=0.2m、壁厚δ=0.012m和水的密度Ew=1 000kg/m3代入可得:

　　C=1 039.5m/s

　　鋼管速度V取3.0m/s，則水擊強度△p=ρmVC=1 151.4×3×1 039.5=3.59×106Pa。

　　如此高的壓力增量有可能使管路破裂或儀表損壞，管路的振動可想而知。同時3.59MPa的沖擊壓力會產生很大的水錘效應，從而損壞壓濾機的濾板和濾布。

　　2.2 啟動方式技術改造

　　從以上分析可以看出，只要改變入料泵的轉速，逐步加速，延時進入全速運轉狀態，即可消除管路的振動和水錘效應的破壞。經過調研，采用軟啟動器作為壓濾機入料泵啟動控制方式。設備選型為雷諾爾JJR8000-M1/142A/AC690V/M/130KW型軟啟動，軟啟動器設定10～20秒達到額定轉速。

　　通過計算可知，改造前3秒即可以達到額定轉速，這時候會出現壓力驟增現象，從而損壞管路、設備。改造以后10秒內還達不到額定轉速，這時煤泥水已經沖滿管路和壓濾機的濾室。這樣一來，泵、管路、壓濾機形成一個連通器，就不會產生沖擊、振動和水錘效應。然后再增壓使壓濾機進入過濾階段，從而避免對管路、設備的水力沖擊破壞。

　　3 應用效果

　　改造煤廠自采用軟啟動器控制壓濾機入料泵以來，運行效果良好。壓濾機入料泵的事故率明顯降低，延長了設備使用周期，入料泵、管路的平均使用壽命從3個月延長到1年，濾板的損壞率得到有效控制，設備的維護量明顯減少，節約了材料費用，取得了很好的經濟和社會效益。

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