Xác định mức tiêu thụ điện năng hợp lý của một thiết bị điện trong mỏ để: Lập kế hoạch sản xuất hàng năm và dài hạn, giám sát và phân phối điện năng, làm công cụ quản lý việc sử dụng điện và làm căn cứ cho quy hoạch điện, giải bài toán cân bằng năng lượng. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo bài viết Ứng dụng Matlab mô phỏng quá trình biến thiên suất tiêu thụ điện năng của băng chuyền sử dụng vận tải trong ngành mỏ dưới đây.
ỨNG DỤNG MATLAB MƠ PHỎNG Q TRÌNH BIẾN THIÊN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA BĂNG CHUYỀN SỬ DỤNG VẬN TẢI TRONG NGÀNH MỎ ThS. Vũ Thế Nam Ks. Trần Trung Hiếu Ks. Phạm Thanh Liêm; Ks. Lê Quang Tuấn Viên Khoa hoc Cơng nghê MoVinacomin ̣ ̣ ̣ ̉ Xác định mức tiêu thụ điện năng hợp lý của một thiết bị điện trong Mỏ để: lập kế hoạch sản xuất hàng năm và dài hạn, giám sát và phân phối điện năng, làm cơng cụ quản lý việc sử dụng điện và làm căn cứ cho quy hoạch điện, giải bài tốn cân bằng năng lượng Trong thực tế sản xuất cơng việc xác định suất tiêu thụ điện năng của thiết bị là cực kỳ khó khăn, ngày nay với cơng cụ phần mềm mơ phỏng Matlap ta có thể tìm hiểu biến thiên suất tiêu thụ điện năng tương ứng với một số điều kiện thực tế 1. TỔNG QUAN VỀ SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐƠN LẺ 1.1. Xác định thành phần tiêu thụ điện năng của từng thiết bị Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu hao điện năng để sản xuất một đơn vị sản phẩm. Xác định STTĐN nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng điện, từ đó đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng làm giảm chi phí sản xuất sản phẩm. Đối với các đơn vị trong ngành Mỏ thì suất tiêu thụ điện còn là chỉ tiêu tổng hợp để lập kế hoạch hàng năm về nhu cầu sử dụng điện năng, ngồi ra còn làm cơng 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 thiết bị trong một chu trình sản xuất được tạo nên từ ba yếu tố: Tiêu hao điện năng cho q trình q độ của thiết bị: + Động cơ 1 chiều: khởi động khơng tải hoặc có tải, hãm động năng có tải + Động cơ khơng đồng bộ: khởi động có tải hãm ngược hoặc hãm động năng Tiêu hao điện năng trong q trình biến đổi Thành phần này có quan hệ với các Thành phần tiêu thụ điện Tiêu hao điện cho q trình q độ Tiêu hao điện trong quá trình biến đổi Tổn thất điện năng khi vận hành Hình 1.1. Thành phần tiêu thụ điện yếu tố: Biểu đồ1 chu trình s ản xuất P + Đặc tính kỹ thuật của thiết bị + Đặc điểm của cơng nghệ X + Tính chất ngun vật liệu Y Z + 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 t Hình 1.2. Biểu đồ chu trình sản xuất X: Q trình q độ Y: Q trình biến đổi (hoạt động + Cơng suất khơng tải: Tổn thất điện năng này tỷ lệ thuận với cơng suất khơng có tải) tải Z: Q trình vận hành khơng tải + Thời gian chạy máy 1.2 Các phương pháp xác định STTĐN Qua phân tích trên ta thấy có rất nhiều thành phần và yếu tố tác động đến STTĐN của thiết bị trong mỏ. Vì vậy cần tìm hiểu và lựa chọn phương pháp xác định STTĐN hợp lý Các phương pháp xác định hiện đang được sử dụng (hình 1.3) Phương pháp xác định STTĐN Thống kê Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc mơ hình hóa các đối tượng biến đổi có thể dễ dàng thực hiện được trên phần mềm, trong đó các yếu tố biến đổi được thể hiện qua các hàm tốn học Cân bằng riêng Thực nghiệm Hình 1.3. Các phương pháp xác định STTĐN hiện đang sử dụng Vì vậy việc xác định STTĐN được bổ sung thêm một phương pháp nữa là mơ hình hóa đối tượng. Phương pháp này được tiến hành qua các bước như sau (hình 1.4): Các bước tiến hành mơ phỏng đối tượng Mơ hình hóa đối tượng bằng các hàm tốn học Nhập thơng số yếu tố biến đồi theo thực tế Nhập mơ hình vào Simulink Kiểm tra, in kết Hình 1.4. Các bước tiến hành mơ phỏng đối tượng 2. ỨNG DỤNG SIMULINK MATLAB MƠ PHỎNG BIẾN THIÊN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA BĂNG CHUYỀN Điện năng tiêu thụ của băng chuyền thay đổi chủ yếu theo ba yếu tố thực tế là: chiều dài, góc dốc và năng suất băng chuyền. Để tìm hiểu ảnh hưởng từ 3 yếu tố đó ta tiến hành xây dựng mơ hình 2.1 Xây dựng mơ hình Bài báo này trình bày phương pháp xác định sự thay đổi STTĐN cho băng tải. Để xây dựng mơ hình tính tốn bằng SIMULINK, trước hết phải xây dựng được các hàm tốn học mơ tả q trình tính tốn STTĐN * Năng suất định mức của băng chuyền: Qbc ktc k gd B v.d , t / h; (1) ktc Hệ số này được tính với góc tự chảy (42o) của than ktc 576.tg ( 42 ) (2) 221 kgd Hệ số tính đến ảnh hưởng giảm năng suất do góc dốc; B Chiều rộng dây băng, m; v Tốc độ dây băng, m/s; d Trọng lượng thể tích than vận tải băng, t/m3; Hình 2.1.Sơ đồ khối tính tốn năng suất của băng chuyền * Tải trọng than trên một mét dài băng: g Qbc , kG / m 3,6.v (3) Qbc Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h; v tốc độ băng tải, m/s; * Trọng lượng 1m dài của dây băng: Trọng lượng này ta có thể tính bằng cơng thức sau hoặc có thể dùng đo đếm thực tế để xác định trọng lượng 1m dây băng g0 1,1.B.(1,25.i d ' d ' ' ), kG / m (4) d ' Chiều dầy mặt dưới vỏ bọc, mm; d ' ' Chiều dầy mặt trên vỏ bọc, mm; i Số lớp; * Trọng lượng dài của các con lăn thuộc nhánh có tải và khơng tải: g tải; Gp p Lp , kG / m gx Gx , kG / m Lx (5) Gp, Gx Trọng lượng phần quay của các con lăn nhánh có tải và nhánh khơng Lp, Lx Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải và nhánh khơng tải; Hình 2.2. Sơ đồ khối tính tốn tải trọng than trên một mét dài băng * Sức cản thành phần 12 của nhánh khơng tải: F1 ( g0 g x ) L cos g L.sin , kG; (6) F1 Sức cản thành phần nhánh không tải; L Chiều dài băng tải, m; Góc dốc đặt băng tải; Hệ số sức cản truyền động, tra bảng 2.8; * Sức cản thành phần 34 của nhánh có tải: F3 (g g0 g p ).L cos (g g ).L sin , kG (7) * Các ứng suất của dây băng: F1 , kG (8) S2 S1 S3 1,05.S , kG (9) S4 S3 (10) S4 S1.e F3 , kG , kG kdt Hệ số tính đến dự trữ lực ma sát, lấy kdt = 1,2 1,25 e Cơ số logarit tự nhiên e = 2,71; hệ số ma sát của dây băng ở tang; (11) góc ơm của dây băng với tang truyền động Để xác định STTĐN băng tải trong điều kiện cụ thể nêu bảng 9 lấy kdt = 1,2, = 0,3, = 2100 ta có : e (12) Giải hệ phương trình: S4 1,05( S1 S4 3S1 F1 ) F3 (13) * Xác định lực kéo của băng chuyền: F0 S S1 , kG 0,05 (14) * Công suất yêu cầu của băng chuyền: P v.F0 , kW 102 (15) (16) v Tốc độ dây băng m/s; F0 Lực kéo của băng chuyền, kG; * Suất tiêu thụ điện năng của băng chuyền: Dbt P Qbt đc , kWh / t m P Cơng suất u cầu trung bình thực tế của băng chuyền, kW; Qbt Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h; đc m Hiệu suất động cơ; Hiệu suất mạng điện; Hình 2.3. Sơ đồ khối tính tốn cơng suất thực tế * Mơ hình tổng thể: Hình 2.4. Kết quả xây dựng mơ hình tổng thể 2.2. Ứng dụng mơ phỏng theo điều kiện thực tế Từ mơ hình xây dựng kết hợp với các số liệu trên thực tế ta tiến hành mơ phòng đối với băng chuyền có các thơng số sau TT Thông số Cơng suất động cơ Năng suất định mức Chiều rộng băng Chiều dài băng tải Tốc độ băng Trọng lượng 3 con lăn nhánh có tải Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải Trọng lượng 1 con lăn nhánh khơng tải Giá trị 2x55kW 150t/h 1m 250m 2,04m/s 46kg 0,9m 42 10 Khoảng cách giữa các con lăn nhánh khơng tải Góc đặt băng 2,7m 0o a) Kết quả mơ phỏng suất tiêu thụ khi sản lượng băng chuyền thay đổi theo thực tế, chiều dài băng 250m và góc dốc đặt băng khơng đổi (a) (b) Hình 2.6: Đồ thị sản lượng (a) và STTĐN (b) trong 1 ca sản xuất Suất tiêu thụ điện năng ln ln 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 ln 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 mơ 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 khơng đổi (a) (b) Hình 2.7: Đồ thị STTĐN băng chuyền dài 200m (a) và dài 100m (b) trong 1 ca sản xuất Suất tiêu thụ điện năng giảm tỷ lệ với chiều dài băng giảm, khi băng chuyền dài 200m STTĐN 4,53 kWh/tấn, băng chuyền dài 100m STTĐN 2,25 kWh/tấn c) Kết quả mơ phỏng suất tiêu thụ khi sản lượng băng chuyền thay đổi theo thực tế, chiều dài băng thay đổi và góc dốc đặt băng thay đổi (a) (b) Hình 2.8: Đồ thị STTĐN khi góc dốc băng chuyền là 5o (a) và 20o (b) trong 1 ca Suất tiêu thụ điện năng tăng tỷ lệ khi góc dốc lắp băng tăng từ 5o lên 20o. Khi băng chuyền có góc dốc 5o STTĐN nhỏ nhất là 0,106 kWh/tấn, khi góc lắp băng thay đổi lên 20o STTĐN nhỏ nhất tăng lên 0,38 kWh/tấn 3. KẾT LUẬN Thực hiện vận hành thiết bị với năng suất lớn nhất để suất tiêu thụ điện là nhỏ nhất Thiết kế chiều dài tuyến vận tải băng chuyền càng ngắn thì suất tiêu thụ điện năng càng nhỏ Góc đặt băng càng dốc thì điện năng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm càng lớn Việc tính tốn trước được suất tiêu thụ điện năng sẽ quyết định được việc lựa chọn thiết kế hệ thống băng tải, vì vậy cần đi tới áp dụng phương pháp mơ phỏng để hộ trợ cơng tác thiết kế được tốt hơn Tai liêu tham khao ̀ ̣ ̉ 1 TS. Phung Manh Đăc. Kh ̀ ̣ ́ ảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các hộ tiêu thụ trọng điểm vùng Quảng Ninh, xây dựng một số mơ hình trong Tập đồn Cơng nghiệp Than Khống sản Việt Nam về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Viên KHCN MoVinacomin 2010 ̣ ̉ 2 Ths. Vũ Thế Nam. Nghiên cứu xác định suất tiêu hao điện năng cho các khâu sản xuất của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh. Viên KHCN Mo Vinacomin 2011 ̣ ̉ ... Tốc độ dây băng m/s; F0 Lực kéo của băng chuyền, kG; * Suất tiêu thụ điện năng của băng chuyền: Dbt P Qbt đc , kWh / t m P Cơng suất u cầu trung bình thực tế của băng chuyền, kW; Qbt Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h;... chiều dài tuyến vận tải băng chuyền càng ngắn thì suất tiêu thụ điện năng càng nhỏ Góc đặt băng càng dốc thì điện năng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm càng lớn Việc tính tốn trước được suất tiêu thụ. .. 2. ỨNG DỤNG SIMULINK MATLAB MƠ PHỎNG BIẾN THIÊN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA BĂNG CHUYỀN Điện năng tiêu thụ của băng chuyền thay đổi chủ yếu theo ba yếu tố thực tế là: chiều dài, góc dốc và năng suất băng chuyền. Để tìm hiểu ảnh hưởng từ