Đối với các đơn vị trong ngành mỏ thì suất tiêu thụ điện năng STTĐN còn là chỉ tiêu tổng hợp để lập kế hoạch hàng năm về nhu cầu sử dụng điện năng, ngoài ra còn làm công cụ cho việc giám
Trang 1Ứng dụng phần mềm MATLAB mô phỏng quá trình biến thiên suất tiêu thụ điện năng
của băng tải sử dụng trong mỏ than hầm lò
In the actual production, the determination of the specific
energy consumption for the mining equipment has been
considered as a very difficult task The software MATLAB
could be useful in simulating the variable process of the
specific energy consumption, corresponding to the
assumption based on the actual conditions of the
underground coal productio
ThS VŨ THẾ NAM
KS TRẤN TRUNG HIẾU
KS PHẠM THANH LIÊM
KS LÊ QUANG TUẤN
Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
1 Tổng quan về suất tiêu thụ điện năng
Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu thụ điện năng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm Đối với các đơn vị trong ngành mỏ thì suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) còn là chỉ tiêu tổng hợp để lập kế hoạch hàng năm về nhu cầu sử dụng điện năng, ngoài ra còn làm công cụ cho việc giám sát, phân phối và quản lý lưới điện và thiết kế cung cấp điện cho các mỏ than
* Suất tiêu thụ điện năng của băng tải được tạo nên từ ba yếu tố:
- Tiêu thụ điện năng trong quá trình quá độ của thiết bị: Khởi động có tải, hãm ngược hoặc hãm động năng
- Tiêu thụ điện năng trong quá trình biến đổi Thành phần này có quan hệ với các yếu tố: + Đặc tính kỹ thuật của thiết bị
+ Đặc điểm của công nghệ
+ Tính chất nguyên vật liệu
+ Số lượng và chất lượng sản phẩm: Thành phần này tỷ lệ thuận với số lượng sản phẩm
- Tổn thất điện năng khi vận hành: Thành phần này không phụ thuộc vào số lượng sản phẩm
mà nó chỉ phụ thuộc vào hai yếu tố
+ Công suất không tải: Tổn thất điện năng này tỷ lệ thuận với công suất không tải
+ Thời gian chạy máy
X - Quá trình quá độ; Y - Quá trình biến đổi (hoạt động có tải); Z - Quá trình vận hành không tải
Hình 1 Biểu đồ chu trình làm việc của băng tải
2 Ứng dụng Simulink Matlab mô phỏng biến thiên STTĐN của băng tải sử dụng trong
mỏ than hầm lò
Điện năng tiêu thụ của băng tải thay đổi chủ yếu theo ba yếu tố thực tế là: chiều dài, góc dốc
và năng suất băng Để tìm hiểu ảnh hưởng từ 3 yếu tố đó ta tiến hành xây dựng mô hình Các bước tiến hành mô phỏng được thể hiện trên hình 2
Trang 2Hỡnh 2 Cỏc bước tiến hành mụ phỏng đối tượng
2.1 Xõy dựng mụ hỡnh
Để xõy dựng mụ hỡnh tớnh toỏn bằng SIMULINK, trước hết phải xõy dựng được cỏc hàm toỏn học mụ tả quỏ trỡnh tớnh toỏn STTĐN
* Năng suất định mức của băng chuyền:
; / , k B2v d t h
k
Trong đú:
ktc - Hệ số này được tớnh với gúc tự chảy (42o) của than;
221 ) 2
42 (
k tc
kgd - Hệ số tớnh đến ảnh hưởng giảm năng suất do gúc dốc;
B - Chiều rộng dõy băng, m;
v - Tốc độ dõy băng, m/s;
d - Trọng lượng thể tớch của than vận tải trờn băng, t/m3
;
* Tải trọng than trờn một một dài băng:
m kG v
Q
6
,
3
Trong đú:
Qbc -Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h;
v - Tốc độ băng tải, m/s;
* Trọng lượng 1m dài của dõy băng:
Trọng lượng này ta cú thể tớnh bằng cụng thức sau hoặc cú thể dựng đo đếm thực tế để xỏc định trọng lượng 1m dõy băng
m kG d d i B
g0 1,1 .(1,25 ' ''), / (3)
Trong đú:
'
d - Chiều dầy mặt dưới vỏ bọc, mm;
''
d - Chiều dầy mặt trờn vỏ bọc, mm;
i - Số lớp;
* Trọng lượng dài của cỏc con lăn thuộc nhỏnh cú tải và khụng tải:
m kG L
G g m kG
L
G
g
x
x x p
p
Các b ớc tiến hành mô phỏng đối t ợng
Mô hình hóa đối t ợng bằng cáchàm toán học
Nhập mô
hình vào Simulink
Nhập thông số yếu tố biến
đổi theo thực tế
Kiểm tra, in kết quả
Trang 3
Trong đó:
Gp, Gx- Trọng lượng phần quay của các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải;
Lp, Lx - Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải
* Sức cản thành phần của nhánh không tải:
F 1-2 = (g 0 + g x )L.cos g 0 Lsin, kG; (5)
Trong đó:
F1-2 - Sức cản thành phần nhánh không tải;
L - Chiều dài băng tải, m;
- Góc dốc đặt băng tải; độ
- Hệ số sức cản truyền động
* Sức cản thành phần của nhánh có tải:
kG L
g g L
g g g
* Các ứng suất của dây băng:
kG F
S
kG S
kG F
S
kG e
S
S4 1 , (10)
Trong đó:
kdt - Hệ số tính đến dự trữ lực ma sát, lấy k dt = 1,21,25,
e - Cơ số logarit tự nhiên e = 2,71;
- hệ số ma sát của dây băng ở tang;
- góc ôm của dây băng với tang truyền động, độ
Để xác định STTĐN băng tải trong điều kiện cụ thể nêu ở bảng 1 lấy kdt = 1,2, = 0,3, =
2100, ta có:
e = 3
Giải hệ phương trình:
1 4
4 3 2
1 1 4
3
) (
05
,
1
S
S
F F
S S
(11)
* Xác định lực kéo của băng chuyền:
kG S S
05 , 0
1
1 4
0
* Công suất yêu cầu của động cơ băng chuyền:
kW F
v
102
0
Trong đó:
v - Tốc độ dây băng m/s;
0
F - Lực kéo của băng chuyền, kG;
* Suất tiêu thụ điện năng của băng chuyền:
t kWh Q
P D
m đc bt
.
Trong đó:
P - Công suất yêu cầu trung bình thực tế của băng chuyền, kW;
Qbt - Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h;
đc
- Hiệu suất động cơ;
m
- Hiệu suất mạng điện;
Trang 4Hình 3 Sơ đồ khối mô phỏng bằng matlab tính toán biến thiên STTĐN của băng tải mỏ.
2.2 Kết quả mô phỏng theo điều kiện thực tế.
Từ mô hình xây dựng kết hợp với các số liệu trên thực tế, ta tiến hành mô phỏng đối với băng tải có các thông số trong bảng 1
Bảng 1 Các thông số của băng tải mô phỏng:
7 Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải 0,9m
8 Khối lượng 1 con lăn nhánh không tải 42 kg
9 Khoảng cách giữa các con lăn nhánh không tải 2,7m
a) Kết quả mô phỏng sự biến thiên suất tiêu thụ khi năng suất băng thay đổi theo thực tế, chiều dài băng 250m và góc dốc đặt băng không đổi (hình 4)
Trang 5a Đồ thị sản lượng b Suất tiêu thụ điện năng Hình 4 Kết qủa mô phỏng STTĐN của băng khi năng suất băng thay đổi
STTĐN luôn luôn tỷ lệ nghịch với sản lượng Trong một ca sản xuất sản lượng vào đầu ca, cuối ca và thời gian nghỉ rất thấp Do băng luôn phải hoạt động nên vào lúc sản lượng thấp, STTĐN trên một đơn vị sản phẩm là rất cao Suất tiêu thụ điện năng vào giờ nghỉ cao nhất lên đến 5,75 kWh/tấn
b) Kết quả mô phỏng suất tiêu thụ khi sản lượng băng chuyền thay đổi theo thực tế, chiều dài băng thay đổi từ 250m xuống còn 100m và góc dốc đặt băng không đổi (hình 5)
a Đồ thị STTĐN băng dài 200m b.Đồ thị STTĐN băng dài 100m Hình 5 Kết qủa mô phỏng STTĐN của băng có độ dài khác nhau
STTĐN giảm tỷ lệ với chiều dài băng giảm, khi băng chuyền dài 200m STTĐN là 4,53 kWh/tấn, khi băng chuyền dài 100m STTĐN là 2,25 kWh/tấn
c) Kết quả mô phỏng STTĐN khi sản lượng băng chuyền thay đổi theo thực tế, chiều dài băng thay đổi và góc dốc đặt băng thay đổi (hình 6)
a STTĐN khi góc dốc băng là 50 b STTĐN khi góc dốc băng là 200
Hình 6 Đồ thị STTĐN khi góc dốc băng thay đổi
STTĐN tăng tỷ lệ khi góc dốc lắp băng tăng từ 5o lên 20o Khi băng chuyền có góc dốc 50, STTĐN nhỏ nhất là 0,106 kWh/tấn, khi góc lắp băng thay đổi lên 200, STTĐN nhỏ nhất tăng lên 0,38 kWh/tấn
3 Kết luận
- Vận hành thiết bị với năng suất lớn nhất để có STTĐN là nhỏ nhất
- Chiều dài tuyến vận tải băng chuyền càng ngắn STTĐN càng nhỏ
Trang 6- Góc đặt băng càng dốc thì điện năng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm càng lớn.
- Việc Tính toán trước STTĐN sẽ quyết định được việc lựa chọn thiết kế hệ thống băng tải Vì vậy, cần áp dụng phương pháp mô phỏng để hỗ trợ công tác thiết kế được tốt hơn./
Tài liệu tham khảo:
1 Phạm Đức Độ “Hướng dẫn Xác định suất tiêu thụ điện năng cho các mỏ than lộ thiên, hầm
lò, xí nghiệp tuyển than Việt Nam” Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - 1998.
2 Vũ Thế Nam „Nghiên cứu xác định suất tiêu thụ điện năng cho các khâu sản xuất của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh“ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin 2011.
