管带机在极端复杂地形环境中 超长距离的设计与运行维护

水泥 2020-11-21 15:27:37

  管状带式输送机(即管带机),具有大倾角、空间三维弯曲、环保密闭、输送量大、电耗低等优点,与矿山资源所处山林地貌相适应。随着市场竞争加剧,成本控制进入精细化阶段,管带机代替汽车等输送方式在水泥行业矿石输送环节得到快速推广和应用。

1 项目介绍

  我公司4000t/d熟料新型干法生产线位于陕西省旬阳县甘溪镇,矿区地形中间高四周低,最高海拔标高922.30m,最低标高460m,地形坡角约30°。植被较发育,溪流切割较深,属于南水北调中线水源地。矿山与生产厂区公路距离约15km,从石灰石破碎站起,需翻越三座高山,跨越冷水河和旬河,下穿西康铁路,上越102省道,到达生产厂区。因此,石灰石输送工程采用管带机,以在极端复杂地形的环境中满足供料需求。

  建成的管带机,设计输送物料为破碎后的石灰石,最大粒度75mm,平均松散密度1.45t/m3,运输能力850t/h,年输送石灰石220万t。管带机头尾中心距长度6982.9m,总长度7041m,长度为亚洲第一长。管带机水平布置复杂,包含11个水平转弯,其中空间立体转弯共7个,特别是尾部出来仅3组窗式框架不到5m的距离就开始第一个39.1°的凹弧+水平转弯组合19.5°的凸弧;在旬河两侧,为保证在西康铁路大桥的第一个涵洞下穿过,该位置布置了一个61°+74°的“S”复合空间转弯,是目前为止钢绳芯输送带在世界上第一次实现这样的布置形式;其立面布置同样复杂,包含12个凸弧段,14个凹弧段,凹凸弧的长度占管带机长度的40%,特别是在冷水河两侧,一侧下运164m,另一侧提升82m,形成了一条非常罕见的凹弧段,管带机在这里极易爆管。水平和立面布置复杂程度超越国外设计,难度成为世界第一。管带机水平布置见图1,立面布置见图2,主要参数见表1。


图1 管带机水平布置

图2 管带机立面布置

表1 管带机主要参数


2 设计优化与保障措施

2.1 防爆管措施

  爆管故障是指输送带被呈六边形布置的辊子强制裹成圆管,输送物料在圆管内随输送带稳定运行,在输送物料量或天气等因素影响下,改变了管带的势能和摩擦力,从而引起输送物料将管径撑大,无法通过六边形辊子,致使管带、辊子、窗框等部件发生损坏。为避免管带机在冷水河两侧发生爆管故障,采取以下安全措施:

  1)运用动态分析方法对管带机在正常停车、正常启动和紧急停车情况下的张力、各特征点带速、各驱动点功率,拉紧装置行程、运动速度,输送带管下垂量随启动和停车时间的变化情况进行分析,模拟了26种极端工况下的运行状态,针对性地做出了驱动装置方案、拉紧装置形式和窗式托辊组布置形式等。

  2)在管带低张力区加密窗式托辊组,缩小窗式托辊组间距,组合布置成不同形式的窗式托辊组,防止管带机在特殊工况下爆管,并研制了机械式限料装置,解决因石灰石来料不均、物料在管带机内填充率过大而造成爆管的情况。

  3)根据气候变化,应及时观察下运164m处管带形状,一旦形状有变,立即开启液压绞车拉紧装置,稳定沿线张力变化,避免低张力区出现爆管。

2.2 防卡带措施

  在低张力区,特别是凹弧段低张力区,输送带易卡入窗式托辊组之间的间隙引起损坏,采取防卡带措施包括:

  1)在凹弧段低张力区和部分水平转弯段,每隔2~10个窗式框架,在输送带搭接处的两个专用托辊间加一个专用托辊,使输送带边不能到达两专用托辊的间隙处,从而完全有效地防止输送带卡入。

  2)在凹弧段低张力区,每间隔6组托辊,设置平底尖底组合型托辊。

  3)在头尾过渡段,末端设置的托辊组采用平底尖底组合型托辊。

2.3 钢绳芯管带机节能措施

  在钢绳芯下面每间距10mm处加一层直径Φ1.5mm的尼龙绳作为横向刚性加强层的胶带。输送带具有良好的成管性能,满足成管要求,且管状钢绳芯输送带具有合适的、稳定性强的横向刚性和搭接位置良好的密封性,下覆盖胶层可以满足低滚动摩擦阻力和降低磨耗性的要求。虽然管状输送带的成管性不能达到最佳,但通过窗式托辊组断面设计可以部分弥补,最关键的是增加了输送带的柔性,更能适应复杂地形的起伏和水平转弯的要求,降低了沿线阻力。结合PSK托辊组的合理布置间距和直径,降低了模拟摩擦系数,通过匹配窗式托辊组间距的输送带具有最佳的横向刚性值,降低了输送带的反弹力,从而从根本上降低了沿线阻力,达到了节能目的。

2.4 防扭曲措施

  管带机水平布置头尾夹角超过了120°,在朱家岭和旬河位置有一个61°+74°的“S”复合空间转弯,地理环境决定了管状输送带左右两侧张力不平衡,易导致扭曲。

  根据管状输送带各特征点张力情况,预见性地布置不同组合的托辊组和旋转方向,同时研制了管带机可调窗式托辊组,调整方便迅速,调整范围广,有效控制了输送带管在运行过程中的扭曲,保证了管带机运行的可靠性。

2.5 自动调速

  管带机功率4×630kW,输送线路全长7.1km,上下游设备多,输送系统工艺流程复杂,通过采用多点变频驱动技术,解决了输送机多点驱动速度不同步和功率不平衡的难题,满足了长距离管带机平滑启制动的性能要求。日常运行中,控制室仅负责开停机操作而无需进行参数调整。

3 运行维护

3.1 故障与处理

  1)头部管带打不开。管带扭转,带口位置偏移,严重时带口绕过分带辊,使管带打不开。

  处理方法:①在窗框加工一个支撑,重新安装1~3个分带辊,使其强制打开;②对扭转点进行托辊角度调整,恢复工况。

  2)改向辊筒轴开裂。 在扭带、夹带、爆管等情况下引起的急停和带负荷开机会产生较大冲击力,致使改向辊筒轴出现裂纹。

  更换方法:①在头部和尾部两处,将下带用Φ30mm钢丝绳捆绑固定,用5×20t手拉葫芦拉紧,松开张紧装置,保证2m富余量;②每隔1km用Φ30mm钢丝绳捆绑固定上带,均使用20t手拉葫芦向更换侧拉带,留出足够更换空间;③更换改向辊筒轴;④拆除钢丝绳和手拉葫芦。作业时需注意准备废旧皮带包裹住管带,防止受到钢丝绳伤害,同时一定要使用大1号的钢丝绳,以防拉断管带引起事故。

  3)带边损坏。扭带时,带边易进入到辊子与支座处,产生夹带,引起带边撕破,钢丝裸露,造成钢丝断裂事故。

  处理方法:可采用两种方法。①修补。将损坏处处理平整,用汽油清洗干净,安装带边修补硫化机,铺好下盖胶、胶芯和上盖胶,用胶浆涂抹黏合。黏合后的厚度要比原管带厚2mm,方可进行硫化,硫化操作方法与普通皮带硫化相同。②翻带边。调整头部和尾部的压带辊角度,开启管带机,运行速度给定10%,跟随翻带口向前运行,观察管带扭转情况,通过加减托辊垫片,调整受力托辊角度加以校正,逐一调整,恢复工况。当带口翻边完成后,运行4h,正常后,加速到30%,观察管带扭转情况并加以修正。按此步骤,逐渐提速,直至全速运行。空载运行正常后带载调试。

  上述两种方法,应首先选择方法①,若出现带边破损太多,修补量太大,为防止多处损坏带边钢丝断裂,产生新的夹带风险,可以选择方法②进行翻带,即将破损的带边更换到内侧。

  4)爆管。破坏性最大,一般情况下,将损坏50~200m范围内大量的窗框组件及管带本身。

  处理方法:将损坏的窗框组件拆除或修复,清除管带内石灰石,然后再安装托辊,处理时间长。

3.2 故障预防

  1)由于爆管只发生在下运与凹弧段,所以首先加密窗框组件,使输送平稳,防止爆管;其次,加装限料装置,保证喂料量稳定,防止因管带内物料波动产生受力不均,引发爆管。

  2)管带扭转导致扭带、夹带、带口打不开,首先应加强巡检维护,对磨损大的托辊或损坏的轴承及时更换,检查托辊支座螺栓是否松动,带边的修复要符合工况要求,及时发现问题,防止事故扩大;其次,在雨季、高温、低温等天气,相对减少投料量,降低运行惯性,从而增加管带与托辊的摩擦力,保证工况稳定。

4 结束语

  极端复杂地形环境中,超长距离管带机从2009年投运至今,效果较好。通过加装限料装置,保证了喂料量的稳定,防止了因管带内物料波动产生的受力不均;通过加密窗框组件,使物料输送平稳,防止了爆管。在运行中,要加强巡检维护,特别要关注托辊磨损、轴承润滑、螺栓松紧等情况;坚持钢丝胶带接口质量的定期检验和及时修补带边等日常工作;针对气候变化等外界因素,及时根据电动机负荷进行喂料量的调整,保证工况的稳定。