DE19880506B4

DE19880506B4 - Fördereinrichtung für Tagebauanlagen

Info

Publication number: DE19880506B4
Application number: DE19880506.3T
Authority: DE
Inventors: Klaus Koopmann; Christian Keller; Dieter Weber; Werner Daus; Siegfried Körber
Original assignee: Siemens AG; Vattenfall Europe Mining AG
Current assignee: Siemens AG; Vattenfall Europe Mining AG
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: CA2287259C; DE19880506D2; AU7756398A; US6209711B1; DE19716908A1; AU740237B2; ZA983286B; WO1998047793A1; CA2287259A1

Abstract

Fördereinrichtung für Tagebauanlagen mit zumindest einem mittels zumindest eines Antriebs angetriebenen Förderband oder einer förderbandähnlichen Einrichtung, wobei Abraum oder Rohstoffe, wie z. B. Kohle, mittels zumindest eines Abbaugerätes abgebaut und mittels des Förderbandes weitertransportiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für Tagebauanlagen mit zumindest einem mittels zumindest eines Antriebs angetriebenen Förderbandes oder einer förderbandähnlichen Einrichtung, wobei Abraum oder Rohstoffe, wie z. B. Kohle, mittels eines Abbaugerätes abgebaut und mittels des Förderbandes weitertransportiert werden.
Bei Tagebauanlagen werden Rohstoffe, wie z. B. Kohle, oft viele Kilometer auf Förderbändern bzw. förderbandähnlichen Einrichtungen transportiert. Bei diesem Transport wird viel elektrische Energie verbraucht.
DE 42 40 094 A1 und DD 2 34 952 A1 offenbaren jeweils eine Fördereinrichtung.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fördereinrichtung für Tagebauanlagen anzugeben, bei der der Energieverbrauch gegenüber bekannten Fördereinrichtungen für Tagebauanlagen merklich gesenkt werden kann. Zudem ist es besonders wünschenswert, den Instandhaltungsaufwand für Fördereinrichtungen zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch eine Fördereinrichtung für Tagebauanlagen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Während Förderbänder bei bekannten Fördereinrichtungen für Tagebauanlagen ständig mit einer Geschwindigkeit gefahren werden, die im Wesentlichen einer Geschwindigkeit entspricht, die für eine maximale Förderleistung notwendig ist, wird erfindungsgemäß die Geschwindigkeit an den Förderstrom angepasst, wodurch sich auch der Bedarf an elektrischer Energie verringert.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellt die Regelung die Geschwindigkeit des Förderbandes derart ein, dass es voll oder weitgehend voll ausgelastet ist. Dieser Betriebspunkt entspricht in dem Sinne einem Optimum, als die Energieersparnis maximal ist. Da die Laufleistung bei gleicher Fördermenge herabgesetzt wird, wird zum einen eine Erhöhung der Lebensdauer und zum anderen eine Verringerung des Instandhaltungsaufwands erreicht.
In weiterer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Regelung eine Überwachungseinrichtung auf, die das Förderband, insbesondere zeitlich vorausschauend auf Überlast überwachend und Überlast des Förderbandes verhindernd, ausgebildet ist. Auf diese Weise wird durch die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsanhebung eine Überlastung des Förderbandes vermieden. Besonders wichtig ist dabei die vorausschauende Überwachung, die es ermöglicht, das Förderband trotz seiner großen Trägheit rechtzeitig zu beschleunigen, um auf Lastspitzen in Bezug auf den zu transportierenden Abraum oder die Rohstoffe zu reagieren.
Dabei richtet sich in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Geschwindigkeit des Förderbandes nach dem Maximalwert des zu transportierenden Abraums bzw. Rohrstoffs in einem bestimmten Zeitintervall. Auf diese Weise werden heftige Regelbewegungen in den Antrieben sowie mögliche Überlast aufgrund der Trägheit des Förderbandes verhindert. Das Zeitintervall ist dabei vorteilhafterweise größer als die Zeit für einen Hochlauf des Förderbandes auf maximale Geschwindigkeit.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Fördereinrichtung zumindest eine Meßeinrichtung auf, mittels der die Menge des zu transportierenden Rohstoffes gemessen wird. Dabei erfolgt die Messung vorteilhafterweise so früh, dass Sprünge in Bezug auf die zu transportierende Menge von Abraum oder Rohstoffen so rechtzeitig detektiert werden, dass das Förderband auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, die dem neuen Belastungszustand entspricht.
Um kostenintensive Schäden an der Fördereinrichtung zu verhindern, sind Steuerungen bzw. Regelung und/oder die Meßeinrichtung zumindest zweifach redundant ausgeführt, wobei die von ihnen gelieferten Werte gegeneinander verglichen werden. Weichen diese bei Zweifachredundanz voneinander ab, so wird das Förderband auf seine Maximalgeschwindigkeit beschleunigt. Bei einer Mehrfachredundanz kann die fehlerhafte Komponente identifiziert und ausgegliedert werden.
In weiterer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Fördereinrichtung drehzahlgeregelte Antriebe, insbesondere drehzahlgeregelte Drehstrommotoren auf.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehmomentzeitkurve der Umrichterantriebe dahingehend überwacht, dass unmittelbare schnelle Drehmomentänderungen erkannt werden und dass diese zum Erkennen von Gleitschlupf (Entlastung des Antriebs) oder als Blockierung erkannt werden. Dies hat sich als besonders vorteilhafte Maßnahme zur Schlupferkennung erwiesen. Wird aufgrund dieser Maßnahmen Gleitschlupf identifiziert, so wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das getriebene Drehmoment durch überlagerte Regelung der verfügbaren Kraftübertragung (Reibungswinkel, Eytelweinsche Gleichung) kurzzeitig angepasst. Auf diese Weise ist es möglich, Gleitschlupf in Bandantrieben weitestgehend auszuschließen. Damit können vorteilhafterweise die Antriebe unter allen Betriebsbedingungen (dynamische Gurtspannänderungen, Anfahrschlupf, Schnee, Regen, Verschleiß und damit unterschiedliche Trommeldurchmesser am gleichen System u. a.) kraftschlüssig das verfügbare Drehmoment übertragen. Unter diesen Voraussetzungen werden auch die zu übertragenden Drehmomente der Einzelantriebe für das Mehrantriebsystem einer Bandanlage ausgeregelt. Dies führt letztendlich zu einer besseren Ausnutzung der Antriebe sowie einer Verringerung von Verschleiß.
Die Energieeinsparung durch die erfindungsgemäße Fördereinrichtung ergibt sich wie folgt:
Einsparung von Verlustenergie W je Anlauf in Läuferwiderständen, Flüssigkeits- oder Wirbelstromkupplungen herkömmlicher Antriebe beim Anlaufen mit Schlupfsteuerung:
Dabei ist P_N die Nennleistung der Motoren in kW, f die Anlaßschwere, d. h. das mittlere Anlaufmoment, und t_A die Anlaufzeit in Sekunden.
Die äquivalente Verlustleistung P_VZ während der Betriebszeit T_B errechnet sich wie folgt:
Dabei ist Z_a die Anzahl der Anläufe pro Jahr. Für die auf die Nennleistung P_N bezogene Verlustleistung gilt nach den Gleichungen (1) und (2)
Unter Berücksichtigung der Bedarfsleistung PB und des Lastgrades gilt für die Einsparung von Verlustleistung P_VD verursacht durch den Dauerschlupf SD ohne Motorschlupf:
Dabei ist η_L der Lastgrad, d. h. die mittlere Förderleistung Q_M bezogen auf die Nennförderleistung Q_N und k die Bedarfsleistung P_B bei Nennförderleistung bezogen auf die Nennleistung P_N, d. h. K = P_B/P_N. Es ergibt sich eine Einsparung von Reibungs- und Walkleistung durch Anpassen der Bandgeschwindigkeit V an den Förderstrom Q gemäß den folgenden Berechnungen:
Die Reibungs- und Walkleistung bei konstanter Bandgeschwindigkeit V_N, also V = V_N = const., ist:
Dabei ist Q der Förderstrom, m die Masse des Förderguts auf dem Förderband und m_N die Masse des Förderguts auf dem Förderband bei Nennbelastung. Allgemein gilt für die Reibungsleistung P_R = F_R·V. Für V = V_N = const. gilt mit Gleichung (5):
Dabei ist P_RN die Reibungs- bzw. Walkleistung bei Nennförderleistung, F_R die Reibungs- und Walkkraft und F_RN die Nennreibungs- und Walkkraft. Die Funktion kann nach Gleichung (6) angenähert durch folgende Formel beschrieben werden:
wobei sich durch Messungen ein Wert λ_V zwischen 0,3 und 0,6, insbesondere ein Wert von λ_V = 0,53, als besonders geeignet herausgestellt hat.
Für die Reibungs- und Walkleistung bei const. Beladung m_N m = m_N = const. gilt:
mit P_R = F_R·V folgt:
Die Funktion F_R = f(V) kann in erster Näherung durch folgende Formel dargestellt werden. Mit Gleichung (8) gilt:
wobei sich durch Messung ein Wert um λ_m = 0,79 als besonders geeignet erwiesen hat.
Nach den Gleichungen (9) und (10) gilt für die Reibungs- und Walkleistung:
Das Einsparen ΔP_R von Reibungs- und Walkleistung abhängig von der Förderleistung, ergibt sich aus der Differenz der Gleichungen (7) und (11).
die eingesparte Reibungs- und Walkleistung bezogen auf die Nennleistung der Motoren ergibt sich
Für die Bedarfsleistung P_B der Antriebsmotoren gilt folgende Gleichung: P_B = P_HN + P_RN = KP_N (14).
Dabei ist P_HN die Nenn-Hubleistung bei Nennförderleistung Q_N, d. h. P_HN = g·H·Q_N, wobei g die Fallbeschleunigung und H die Hubhöhe ist.
Gleichung (14) nach P_RN aufgelöst ergibt:
Gleichung (15) in Gleichung (12) eingesetzt ergibt:
Die eingesparte Leistung ergibt sich aus dem arithmetischen Mittelwert der Gleichung (16) während der Betriebszeit t_B.
In erster Näherung kann der Mittelwert ΔP_RM durch Einsetzen der mittleren Förderleistung Qm = η_L·Q_N in Gleichung (16) bestimmt werden. Daher gilt für die eingesparte Energie:
Für eine durchschnittliche Fördermenge η_L = 0,75 ergibt sich demnach eine Energieersparnis von bis zu 17%.
Weitere Vorteile und erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Regelung in einer Fördereinrichtung mit zwei Förderbändern,
2 die prinzipielle Arbeitsweise einer berührungslos arbeitenden Bandwaage.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung. Dabei werden Rohstoffe, insbesondere Kohle, durch Abbaugeräte 7, 8, 9, 10, z. B. Bagger, abgebaut und auf ein Förderband 1 gegeben. Mittels des Förderbandes 1 und weiterer Förderbänder 2, 3, 4 werden die Rohstoffe zu einer Verladeeinrichtung 5 transportiert. In der beispielhaften Ausgestaltung wird das Förderband 1 mit einer Geschwindigkeit betrieben, die für den Abtransport der Rohstoffe bei Maximalbetrieb der Abbaugeräte 7, 8, 9, 10 notwendig ist. Die Förderleistung wird mittels einer Meßeinrichtung 6, die insbesondere redundant aufgebaut ist, bestimmt. Die Förderbänder 2, 3 und 4 werden dann entsprechend zeitverzögert in ihrer Geschwindigkeit an den Massenstrom angepasst. Ist z. B. das Fördergerät 7 zunächst nicht in Betrieb und wird dann während des Betriebes der Abbaugeräte 8, 9, 10 in Betrieb genommen, so kommt es auf dem Förderband 1 zu einer Zunahme der Förderleistung, d. h. dass bei konstanter Geschwindigkeit des Förderbandes 1 die Füllhöhe im Förderband steigt. Diese Zunahme wird in der Meßeinrichtung 6 detektiert und die Förderbänder 2, 3 und 4 werden beschleunigt. Die Meßeinrichtung 6 kann z. B. eine Bandwaage, oder eine berührungslos arbeitende Bandwaage gemäß 2 sein.
2 zeigt die prinzipielle Arbeitsweise einer berührungslos arbeitenden Bandwaage zur Messung des Massestroms oder der geförderten Masse eines Schüttgutes 21, d. h. Rohstoffen oder Abraum, auf einem Förderband 20. Die erfindungsgemäße Bandwaage weist eine Füllhöhenmeßeinrichtung 22 sowie eine Dichtemeßeinrichtung auf. Die Dichtemeßeinrichtung weist eine Strahlenquelle 24 und einen Strahlenempfänger 25 auf. Die von der Strahlungsquelle 24 ausgesandte und vom Strahlenempfänger 25 empfangene Strahlung 26 durchdringt Förderband 20 und Schüttgut 21. Zur Auswertung sind die Füllhöhenmeßeinrichtung 22 und die Dichtemeßeinrichtung mit einer Auswerteeinheit 23 verbunden. Eine Auswertung kann jedoch auch in der Dichtemeßeinrichtung oder in der Füllhöhenmeßeinrichtung 22 erfolgen. Die datentechnische Verbindung zwischen Dichtemeßeinrichtung, Füllhöhenmeßeinrichtung und Auswerteeinheit 23 kann über ein Bussystem oder über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erfolgen.

Claims

Fördereinrichtung für Tagebauanlagen mit zumindest einem mittels zumindest eines Antriebs angetriebenen Förderband (1, 2, 3, 4) oder einer förderbandähnlichen Einrichtung, wobei Abraum oder Rohstoffe mittels zumindest eines Abbaugerätes abgebaut und mittels des Förderbandes weitertransportiert werden, wobei die Fördereinrichtung eine Steuerung oder Regelung aufweist, die die Geschwindigkeit des Förderbandes (2, 3, 4) in Abhängigkeit der Menge des zu transportierenden Abraums oder der zu transportierenden Rohstoffe einstellend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung die zeitliche Ableitung eines Drehmoments des Antriebs, insbesondere auf Überschreiten eines zulässigen Toleranzwertes, überwachend ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung die Geschwindigkeit des Förderbandes derart einstellend ausgebildet ist, dass es voll oder weitgehend voll ausgelastet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Überwachungseinrichtung aufweist, die das Förderband, insbesondere vorausschauend, auf Überlast überwachend und Überlastung des Förderbandes (1, 2, 3, 4) verhindernd, ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall für die Vorausschau bei der Überlastüberwachung größer ist als die Zeit für den Hochlauf des Förderbandes (1, 2, 3, 4) auf maximale Geschwindigkeit.
Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Meßeinrichtung (6) aufweist, mittels der die Menge des zu transportierenden Abraums oder der zu transportierenden Rohstoffe gemessen wird.
Fördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Meßeinrichtung (6) die Menge des zu transportierenden Abraums oder der zu transportierenden Rohstoffe vor Erreichen des Förderbandes (2, 3, 4) ermittelnd ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung oder Regelung und/oder die Meßeinrichtung (6) zumindest zweifach redundant ausgeführt sind.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung aus der zeitlichen Ableitung des Drehmoments des Antriebs den Schlupf zwischen Förderband und Antrieb ermittelnd ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schlupfregelung aufweist, die den Schlupf zwischen Förderband und Antrieb in Abhängigkeit der ermittelten Schlupfwerte ausregelt.