软启动在选煤厂压滤车间入料泵的应用

　　1 改造背景

　　改造煤厂压滤机入料泵存在功耗大、输液管路、泵配件易损坏等现象，经常出现事故影响生产。在压滤机开始入料时，要求大流量、低压力，后期要的是小流量、大压力。该厂压滤机入料泵由于采用的是工频直联启动，一开始入料时，会产生很大的振动，对管路、水泵机械配件的冲击破坏作用非常大。如要避免这种现象，找到一种压滤机入料初期起动时平稳运转，低冲击力的启动方式，从而达到降低生产成本和节能降耗的目的。

　　入料源的启动通常采用变频器和软启动两种电气控制方式来实现。变频技术目前在选煤厂水泵中运用成功案例不少，但也暴露出许多缺点，主要表现在维护费用高，即使是某个器件故障都将更换整个功率单元、结构复杂、还会对电力电网带来谐波和无功问题，许多电力电子装置要消耗无功功率。该压滤机入料泵采用软启动方式，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。低转速、小转矩降低了对管路、水泵配件的损坏，大限度地避免水锤效应的危害。在此，分析输液管路、泵和压滤机故障多发的原因以及应用软启动取得的效果。

　　2 入料泵启动技术改造

　　2.1 破坏原因分析

　　做改造煤厂使用的是KZG400/2.0X2.0-U型快开式隔膜压滤机，过滤面积400m2 ，入料泵为100ZJG-1-B42，流量180～210m3/h，入料浓度450～550g/L。矿煤的密度ρs=1 380kg/m3，按550g/L含量计算，煤泥水的密度ρm=1 151.4kg/m3，管路采用热轧无缝管D=0.20m，壁厚为12mm。

　　入料泵启动时，煤泥水在管路中产生的平均速度公式为：

　　V=4Q/πd2

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

　　水泵快速启动产生的水击现象对管路的冲击破坏作用非常大，也就是管路密封垫、水泵轴承油封、管路为什么抖动的原因。通常用水击强度△p进行测定。水击在刚性管路中或无限流体中会产生一个压力波，通常传递的速度为音速。若水泵突然启动，会产生一个水击强度△p。

　　关于压力波传播速度Ew计算，是一个比较复杂的问题。由于煤泥水是固液混合的多相流体，不像单一介质的水。目前研究尚少，而且多是理论推演。因此，在这里只用清水中压力波的波速算出作为煤泥水水锤传播速度的近似替代值，定性地说明水锤压力的破坏性。清水水击波速C由下式计算。

　　把水和钢的弹性模量Ew=2×109和Ep=19.6×1010Pa及管径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

　　钢管速度V取3.0m/s，则水击强度△p=ρmVC=1 151.4×3×1 039.5=3.59×106Pa。

　　如此高的压力增量有可能使管路破裂或仪表损坏，管路的振动可想而知。同时3.59MPa的冲击压力会产生很大的水锤效应，从而损坏压滤机的滤板和滤布。

　　2.2 启动方式技术改造

　　从以上分析可以看出，只要改变入料泵的转速，逐步加速，延时进入全速运转状态，即可消除管路的振动和水锤效应的破坏。经过调研，采用软启动器作为压滤机入料泵启动控制方式。设备选型为雷诺尔JJR8000-M1/142A/AC690V/M/130KW型软启动，软启动器设定10～20秒达到额定转速。

　　通过计算可知，改造前3秒即可以达到额定转速，这时候会出现压力骤增现象，从而损坏管路、设备。改造以后10秒内还达不到额定转速，这时煤泥水已经冲满管路和压滤机的滤室。这样一来，泵、管路、压滤机形成一个连通器，就不会产生冲击、振动和水锤效应。然后再增压使压滤机进入过滤阶段，从而避免对管路、设备的水力冲击破坏。

　　3 应用效果

　　改造煤厂自采用软启动器控制压滤机入料泵以来，运行效果良好。压滤机入料泵的事故率明显降低，延长了设备使用周期，入料泵、管路的平均使用寿命从3个月延长到1年，滤板的损坏率得到有效控制，设备的维护量明显减少，节约了材料费用，取得了很好的经济和社会效益。

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