DE19716908A1

DE19716908A1 - Fördereinrichtung für Tagebauanlagen

Info

Publication number: DE19716908A1
Application number: DE19716908A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Koopmann; Siegfried Dipl Ing Koerber; Christian Ing Grad Keller; Dieter Dipl Ing Weber; Werner Dr Daus
Original assignee: LAUSITZER BRAUNKOHLE AG; Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: LAUSITZER BRAUNKOHLE AG; Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-10-29
Also published as: DE19880506B4; DE19880506D2; WO1998047793A1; ZA983286B; CA2287259C; AU740237B2; US6209711B1; CA2287259A1; AU7756398A

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für Tagebauan lagen 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 Förder bandes weitertransportiert werden.

Bei Tagebauanlagen werden Rohstoffe, wie z. B. Kohle, oft vie le Kilometer auf Förderbändern bzw. förderbandähnlichen Ein richtungen transportiert. Bei diesem Transport wird viel elektrische Energie verbraucht.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Förderein richtung für Tagebauanlagen anzugeben, bei der der Energie verbrauch gegenüber bekannten Fördereinrichtungen für Tage bauanlagen merklich gesenkt werden kann. Zudem ist es beson ders wünschenswert, den Instandhaltungsaufwand für Förderein richtungen zu reduzieren.

Die Aufgabe wird durch eine Fördereinrichtung der obengenann ten Art gelöst, wobei diese eine Steuerung bzw. Regelung auf weist, die die Geschwindigkeit des Förderbandes in Abhängig keit der Menge des zu transportierenden Abraums bzw. der transportierenden Rohstoffe einstellend, ausgebildet ist. 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 er findungsgemäß die Geschwindigkeit an den Förderstrom ange paßt, wodurch sich auch der Bedarf an elektrischer Energie verringert. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellt die Steuerung bzw. 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 diese 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 Geschwindig keitsanhebung eine Überlastung des Förderbandes vermieden. Besonders wichtig ist dabei die vorausschauende Überwachung, die es ermöglicht, das Förderband trotz seiner großen Träg heit rechtzeitig zu beschleunigen, um auf Lastspitzen in be zug auf den zu transportierenden Abraum oder die Rohstoffe zu reagieren.

Dabei richtet sich in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin dung die Geschwindigkeit des Förderbandes nach dem Maximal wert des zu transportierenden Abraums bzw. Rohrstoffs in ei nem bestimmten Zeitintervall richtet. Auf diese Weise werden heftige Regelbewegungen in den Antrieben sowie mögliche Über last aufgrund der Trägheit des Förderbandes verhindert. Das Zeitintervall ist dabei vorteilhafterweise größer als die Zeit für einen Hochlauf des Förderbandes auf maximale Ge schwindigkeit.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Fördereinrichtung zumindest eine Meßeinrichtung auf mit tels der die Menge des zu transportierenden Rohstoffes gemes sen 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 wer den kann, die dem neuen Belastungszustand entspricht.

Um kostenintensive Schäden an der Fördereinrichtung zu ver hindern, sind Steuerungen bzw. Regelung und/oder die Meßein richtung 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, insbesonde re drehzahlgeregelte Drehstrommotoren auf.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Drehmomentzeitkurve der Umrichterantriebe dahingehend überwacht, daß unmittelbare schnelle Drehmomentänderungen er kannt werden und daß diese zum Erkennen von Gleitschlupf (Entlastung des Antriebs) oder als Blockierung erkannt wer den. Dies hat sich als besonders vorteilhafte Maßnahme zur Schlupferkennung erwiesen. Wird aufgrund dieser Maßnahmen Gleitschlupf identifiziert, so wird in vorteilhafter Ausge staltung der Erfindung das getriebene Drehmoment durch über lagerte Regelung der verfügbaren Kraftübertragung (Reibungs winkel, 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 Sy stem u. a.) kraftschlüssig das verfügbare Drehmoment (Reib winkel, Erfüllung der Eytelweinschen Gleichung) übertragen. Unter diesen Voraussetzungen werden auch die zu übertragenden Drehmomente der Einzelantriebe für das Mehrantriebsystem ei ner Bandanlage ausgeregelt. Dies führt letztendlich zu einer besseren Ausnutzung der Antriebe sowie einer Verringerung von Verschleiß.

Die Energieeinsparung durch die erfindungsgemäße Förderein richtung ergibt sich wie folgt Einsparung von Verlustenergie W je Anlauf in Läuferwiderstän den, Flüssigkeits- oder Wirbelstromkupplungen herkömmlicher Antriebe beim Anlaufen mit Schlupfsteuerung:

Dabei ist P_N die Nennleistung der Motoren in kW, f die Anlaß schwere, d. h. das mittlere Anlaufmoment, und t_A die Anlauf zeit 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 P_B und des Lastgrades gilt für die Einsparung von Verlustleistung P_VD verursacht durch den Dauerschlupf S_D ohne Motorschlupf:

Dabei ist η_L der Lastgrad, d. h. die mittlere Förderleistung Q_M bezogen auf die Nennförderleistung Q_N und k die Bedarfs leistung P_B bei Nennförderleistung bezogen auf die Nennlei stung P_N, d. h. K = P_B/P_N. Es ergibt sich eine Einsparung von Reibungs- und Walkleistung durch Anpassen der Bandgeschwin digkeit V an den Förderstrom Q gemäß den folgenden Berechnun gen:
Die Reibungs- und Walkleistung bei konstanter Bandgeschwin digkeit V_N, also für 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 För derband 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 Nennförder leistung, F_R die Reibungs- und Walkkraft und F_RN die Nennrei bungs- und Walkkraft.

Die Funktion kann nach Gleichung (6) angenähert durch folgen de Formel beschrieben werden:

wobei sich durch Messungen ein Wert für λ_V zwischen 0,3 und 0,6, insbesondere ein Wert von λ_V = 0,53, als besonders ge eignet herausgestellt hat.

Für die Reibungs- und Walkleistung bei const. Beladung m_N für 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 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 Glei chungen (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 = K P_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 Q_m = η_L Q_N in Gleichung (16) be stimmt 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 Ausführungsbei spielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Un teransprüchen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer erfin dungsgemäßen Fördereinrichtung,

Fig. 2 die prinzipielle Arbeitsweise einer berührungslos ar beitenden Bandwaage.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer er findungsgemäßen Fördereinrichtung. Dabei werden Rohstoffe, insbesondere Kohle, durch Abbaugeräte 7, 8, 9, 10, z. B. Bagger, abgebaut und auf ein Förderband 1 gegeben. Mittels des För derbandes 1 und weiterer Förderbänder 2, 3, 4 werden die Roh stoffe zu einer Verladeeinrichtung 5 transportiert. In der beispielhaften Ausgestaltung wird das Förderband 1 mit einer Geschwindigkeit betrieben, die für den Abtransport der Roh stoffe bei Maximalbetrieb der Abbaugeräte 7, 8, 9, 10 notwendig ist. Die Förderleistung wird mittels einer Meßeinrichtung, die insbesondere redundant aufgebaut ist, bestimmt. Die För derbänder 2, 3 und 4 werden dann entsprechend zeitverzögert in ihrer Geschwindigkeit an den Massenstrom angepaßt. Ist z. B. das Fördergerät 7 zunächst nicht im Betrieb und wird dann während des Betriebes der Abbaugeräte 8, 9, 10 in Betrieb ge nommen, 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 Zu nahme wird in der Meßeinrichtung 6 detektiert und die Förder bänder 2, 3 und 4 werden beschleunigt. Die Meßeinrichtung 6 kann z. B. eine Bandwaage, oder eine berührungslos arbeitende Bandwaage gemäß Fig. 2 sein.

Fig. 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 Band waage weist eine Füllhöhenmeßeinrichtung 22 sowie eine Dich temeßeinrichtung 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 Dichte meßeinrichtung oder in der Füllhöhenmeßeinrichtung 22 erfol gen. Die datentechnische Verbindung zwischen Dichtemeßein richtung, Füllhöhenmeßeinrichtung und Auswerteeinheit 23 kann über ein Bussystem oder über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen er folgen.

Claims

1. 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 Abbaugerä tes abgebaut und mittels des Förderbandes weitertransportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine Steuerung bzw. Regelung auf weist, die die Geschwindigkeit des Förderbandes (1, 2, 3, 4) in Abhängigkeit der Menge des zu transportierenden Abraums bzw. der zu transportierenden Rohstoffe einstellend ausgebildet ist.

2. Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung bzw. Regelung die Geschwindigkeit des För derbandes derart einstellend ausgebildet ist, daß es voll oder weitgehend voll ausgelastet ist.

3. Fördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Überwachungseinrichtung aufweist, die das Förder band, insbesondere vorausschauend, auf Überlast überwachend und Überlastung des Förderbandes (1, 2, 3, 4) verhindernd, aus gebildet ist.

4. Fördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall für die Vorausschau bei der Überlast überwachung größer ist als die Zeit für den Hochlauf des För derbandes (1, 2, 3, 4) auf maximale Geschwindigkeit.

5. 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 bzw. der zu transportierenden Rohstoffe gemessen wird.

6. Fördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Meßeinrichtung (6) die Menge des zu trans portierenden Abraums bzw. der zu transportierenden Rohstoffe vor Erreichen des Förderbandes (2, 3, 4) ermittelnd ausgebildet ist.

7. Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung bzw. Regelung und/oder die Meßeinrichtung (6) zumindest zweifach redundant ausgeführt sind.

8. Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie die zeitliche Ableitung des Drehmoments des Antriebs, insbesondere auf Überschreiten eines zulässigen Toleranzwer tes, überwachend ausgebildet ist.

9. Fördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus der zeitlichen Ableitung des Drehmoments des Antriebs den Schlupf zwischen Förderband und Antrieb ermittelnd ausge bildet ist.

10. Fördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schlupfregelung aufweist, die den Schlupf zwi schen Förderband und Antrieb in Abhängigkeit der ermittelten Schlupfwerte ausregelt.