向家坝水电站长距离带式输送机规划设计及安装调试

向家坝水电站长距离带式输送机规划设计及安装调试 摘要：向家坝水电站骨料输送线应用5条头尾相接的长距离带式输送机，总长约31km，是我国水电、煤炭、矿山等行业散装料物输送中最长的带式输送机，能够在短时间内安装调试成功，为我国水电工程散装料物输送提供了很好实践经验。长距离带式输送机应用于砂石料骨料输送系统，具有输送速度快、输送量较大，投资省等优点。 关键词：向家坝水电站；长距离带式输送机；砂石；规划设计；安装调试 中图分类号：TV62+2，U215 文献标识码：B

1 概述 向家坝水电站位于金沙江下游峡谷出口河段，是金沙江梯级开发的最后一级电站，是一座以发电为主，兼顾防洪、拦沙、灌溉、航运等综合效益的巨型水电站。工程枢纽建筑物主要由大坝、左岸坝后厂房、右岸引水发电系统及升船机等组成。大坝为混凝土重力坝，水库正常蓄水位380m，坝顶高程384m，最大坝高162m；左岸坝后厂房与右岸引水发电系统各安装4台水轮发电机组，总装机容量6400MW；大坝坝体混凝土总量约1220m3，共需生产混凝土骨料约2680万t，其中粗骨料约1820万t、细骨料约860万t。 根据区域地质资料，结合公路、铁路、水路等交通运输条件，以向家坝水电站坝址为中心，在周围近100km范围内进行了全面的建筑材料勘察工作。结果表明，向家坝工程可供选择的混凝土骨料料源有天然砂石料、砂岩料和灰岩料，料场有10个。通过对不同料源组合方案进行综合技术经济比较，选择太平料场作为向家坝水电站主体工程混凝土骨料料源。太平料场距向家坝水电站坝址公路里程约59km，直线距离约30km。砂石运输方案采用头尾相接的5条长距离带式输送机。

2 长距离带式输送机输送线规划设计 2.1 总体布置方案 根据料源的选择及技术经济比较，向家坝水电站砂石加工系统采取分散布置方式，半成品加工区布置在太平料场，成品加工区布置在坝区马延坡，太平料场到坝区马延坡之间采用长距离带式输送机输送半成品骨料。 太平料场骨料输送线由5条长距离带式输送机组成，总长约31.1km；沿线穿越高山深谷，形成9段输送隧洞，总长约29.3km，分别为6661m、6451m、2383m、3220m、1199m、822m、3767m、4633m、170m。主洞断面净空尺寸办5m(宽)×4m(高)。按混凝土浇筑高峰时段强度34.7万m3／月，确定带式输送机输送线的输送能力为3000t／h。长距离带式输送机主要技术参数见表1。 长距离带式输送机输送线长距离带式输送机输送线平面布置见《长距离带式输送机输送线规划示意图》。

2.2 带式输送机运行可靠性分析 根据国内外煤炭、矿山带式输送机使用情况调研，带式输送机是一种运行稳定、可靠的运输设备，目前大型带式输送机最大输送能力达到7000－8000t／h，带宽在2.0m以上，带速在5.0m／s以上，单机长度为5－15km。目前，带式输送机关键部件(驱动装置、拉紧装置、滚筒、托辊、钢绳芯输送带、中间架等)均采用国产设备。 国内有数家大型带式输送机和钢绳芯输送带的设备制造厂家，分别引进了国际先进水平的托辊制造装配线和钢绳芯输送带生产线，具备长距离带式输送机设备的总体制造、安装及调试的能力。

长距离带式输送机的关键技术有以下几点： 1)输送带制造技术钢绳芯输送带与其它类型输送带相比，具有强度高、弹性伸长小、易成槽、耐冲击、寿命长、所需滚筒直径小、接头寿命较长等优点。 2)输送带防撕裂技术钢绳芯输送带的使用寿命与磨损和撕裂有重大关系。为了防止输送带遭到破坏或撕裂，钢绳芯输送带都加有柔性钢丝网的防撕裂层。 3)驱动方式长距离带式输送机的启动和制动力矩很大，必须选用技术性能较好的驱动装置来实现输送机正常的启动、运行和制动过程。理想的启动过程是加速度由零逐渐增大，再逐渐减少到零，速度曲线是S曲线，这样的启动将是平稳且无冲击的，制动则正好相反。 4)自动化控制物料输送系统一般由若干台装卸设备及输送设备组成。采用可编程序控制器(PLC)对整个输送系统实行自动控制，提高了系统运行的可靠性和自动化水平。

3 主要设备选型 长距离带式输送机主要由驱动装置；制动器；拉紧装置；钢绳芯输送带；托辊、滚筒；电气及控制设备组成。

3.1 驱动装置组合方案的特点 3.1.1 调速型液力耦合器 调速型液力耦合器安装在电动机和减速器之间，可改善驱动装置启动的性能、具有过载保护作用；能提高电机和带式输送机的寿命；能平衡各电机的功率输出；设备价格相对略低。但多机驱动时各驱动装置的输入功率平衡和同步控制较困难；低速时传递的扭矩小、不能提供稳定平滑的加速度。 3.1.2 可控驱动系统 CST可控驱动系统能提供稳定平滑的加速度，使带式输送机平稳启动；能在紧急停车时或突然断电时，提供可控停车；能控制输送带的速度，多机驱动时能实现输入功率平衡，并保持同步运行；输出转速能在10％－100％的范围内任意调节；可对减速器和负载实现双向过载保护；电动机可空载顺序启动，使电机寿命大大提高，可降低启动电流对电网的冲击。但设备内部结构相对复杂，造价相对略高。 3.1.3 变频调速驱动系统 变频调速驱动系统能提供稳定平滑的加速度，使带式输送机平稳启动；能在紧急停车时或突然断电时，提供可控停车；能控制输送带的速度，多机驱动时能实现输入功率平衡，并保持同步运行；输出转速能在10％－100％的范围内任意调节；可对减速器和负载实现双向过载保护。但变频电机不能实现无负载启动；变频电机运行时产生的谐波对电网有一定影响；变频电机的电压为非标准电压，需配置专用变压器，造价相对略高。 经综合分析比较，选用技术先进、运行平稳、可靠性高、在国内煤炭、矿山工程已使用了几百台(套)的CST可控驱动系统作为驱动装置的关键设备。 3.2 制动器 选用大型、重载带式输送机的可控制动系统――CSB630KTS液力制动器和盘式制动器，制动器可有效控制带式输送机的制动力矩及制动时间，响应速度快，保证带式输送机在重载突然断电工况下实现平稳停机。

3.3 拉紧装置 选用具有国内先进水平的液压自动拉紧装置，该装置的关键部件(液压元件)为进口件，可根据输送机不同工况时的张力需要，在设定的范围内任意调节输送带拉紧力；还可实现启动拉紧力比正常运行时拉紧力大1.2－1.5倍的功能。该拉紧装置动态响应速度快，可以补偿输送带在输送机启动时的伸长量，降低输送带的张力、减小冲击，保证带式输送机正常启动、平稳运行、停机。

3.4 钢绳芯输送带 带式输送机采用耐磨性能好的优质钢丝绳芯输送带，伸长率 不大于0.2％。输送带应采用耐磨、耐；中击的覆盖胶，上、下覆盖胶层厚度依输送带强度不同在6－8mm之间。钢丝绳芯输送带内铺设横向钢丝抗撕裂层，使输送带能大量吸收能量，具有优良的抗冲击、抗撕裂性能。 主要原材料均为天然胶、合成胶从泰国、美国进口；钢丝绳采用国内知名企业优质开放式钢丝绳；防撕裂钢丝绳网为比利时进口。

3.5 托辊 托辊生产线为全自动化，产品质量稳定。托辊密封形式采用双道密封。托辊的设计寿命应不低于30000h；托辊生产所需主要原材料均为优质产品(其中轴承采用JRC轴承，钢管采用国内知名企业生产的优质托辊专用电焊钢管)。

3.6 滚筒 滚筒采用整体式轴承座，采用调心滚子轴承，油杯式润滑，其轴承设计寿命>5万h。本工程所用滚筒由国内大型带式输送机企业制造，滚筒选用日本进口NSK轴承，钢材选用国内知名企业的产品。

4 供配电及电气控制 4.1 供配电 长距离带式输送机输送线(以下简称输送线)供配电系统的上一级供电电源为太平料场35kV变电站、茶林沟35kV变电站及坝区110kV变电站。从3个变电站的低压侧采用10kV电缆(或架空线路)接线至输送线沿线的7个10kV配电站。 7个10kV配电站分别布置在输送线沿线各驱动装置附近，主要向B1－B5号带式输送机的驱动装置和10kV箱式变电站供电，同时还对配电站两端一定范围内(900－1225m)的通风、照明、检修等设备供电。 在输送线沿线隧洞内共配置9个10kV箱式变电站。各箱变对其两端一定范围内(900－1225m)的通风、照明、检修等设备供电。

4.2 电气控制 长距离带式输送机输送线实施自动监控管理，主要包括以下部分： 4.2.1 监控系统网络 监控系统共设5个现地PLC系统，分别负责B1－B5号带式输送机的监视控制，控制网络采用冗余工业以太网。介质采用单模光纤。网络交换机配置7台，分别设置在7个配电站内。3台监控计算机、7个触摸屏、5个PLC主机连接在100M以太网上，通过以太网，实现对整个系统的监控管理。 中央控制室设在B5带式输送机的头部配电站内，有3台监控管理计算机和一套工业电视系统组成，是整个系统的控制中心，实现对整个系统的监视、操作、运行记录等。 4.2.2 现地PLC系统(包括CST接口)及远程PLC单元

现地控制单元每条带式输送机设置一套PLC系统，共5套。 沿带式输送机，每隔1152m设置一台远程PLC站，负责该区域的信号采集和报警控制。 4.2.3 设备运行控制方式 由电气控制室对骨料输送线上的各条带式输送机的启动、运行及停机进行有效控制，具有集控、就地、检修、手动及闭锁五种工作方式。 4.2.4 保护系统 1)跑偏开关、紧急停机用的拉绳开关，沿带式输送机全长布置在机架的两侧，每隔48m安装1组开关。跑偏开关沿带式输送机全长布置在机架的两侧，每隔96m安装1组开关。 2)皮带带速检测装置 带速检测装置用于监视带式输送机的运行速度，并能检测带式输送机打滑故障，防止打滑所造成的恶性事故。 3)溜槽堵塞检测器：为了检测带式输送机的头部漏斗、溜槽内是否发生堵塞。 4)输送带纵向撕裂保护器 为避免皮带纵向撕裂，系统共设置6套纵向撕裂保护开