CN103500985A - 浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山选矿工艺中的浓缩机技术领域，特别是一种浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置及方法，包括浓缩机的原驱动电路和滑线和集电器，由设置在浓缩机驱动电路和滑线与集电器之间的依次连接的三相电流互感器、驱动电动机保护器、跳闸和声光报警装置、RS485/RS232转换器所组成，在滑线与集电器与电动机之间设置具有一个分励脱扣器的第一断路器或者在浓缩机的驱动电路与三相电源之间设置具有另一个分励脱扣器的第二断路器，RS485/RS232转换器与上位计算机、显示器相连接。保护方法包括驱动电动机过电流保护，驱动电动机接触不良与断相保护。本发明的保护精度高、动作准确、抗扰性强、功能完善，可有效保护浓缩机传动轴承。

Description

浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置及方法

技术领域

本发明涉及矿山选矿工艺中的浓缩机技术领域，特别是一种浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置及方法。 

背景技术

目前，矿山选矿工艺中通常选用浓缩机用于矿浆的浓缩。浓缩机基本结构的固定部分有：来矿流槽、下矿孔、中心盘立柱、滑环、回转支撑轴承；运动部分有：耙架、集电器、驱动电动机、减速机等。浓缩机的主要作用是将低浓度的矿浆进行浓缩，即将具有一定浓度的矿浆注入浓缩机内，经重力沉降及耙架收集，生成浓度较高的矿浆，以满足下道工序作业的要求。浓缩机设计的基本原理是根据工艺上需要浓缩的矿浆量及浓度来选择浓缩机尺寸的大小和耙架的机械强度，再由耙架机械强度来选择驱动电动机的功率，并通过对驱动电动机的保护来间接保护浓缩机的安全运行。 

在正常生产运行过程中，给入浓缩机的矿量和排出的矿量大致相同，浓缩机处于一种动态平衡状态。平衡问题可以通过底流泵的转速进行调节。当发生以下几种情况时，浓缩机的负载增加，会使回转轴承、驱动电机产生严重损坏，造成设备事故： 

1、回转轴承润滑不良或突发故障，摩擦加剧，导致回转轴承抱死；

 2、电气回路的滑线集电器接触不良造成电动机端电压不平衡或断相而烧损驱动电机。

保护装置的出发点和落脚点是，当发生上述两种故障时，通过驱动电动机的保护***实现自动报警或停机，以便检修人员及时处理隐患，避免事故发生，保证生产顺行。 

原浓缩机电动机的保护有过载保护、速断跳闸保护等，但这些保护是按照驱动电动机最大负荷工作参数设计的，以满足驱动电机满负荷工作时不致跳闸的要求，其保护设定值较大。由于浓缩机的中心部位力臂短，周边部位力臂长，使得位于中心的回转支撑轴承异常或故障时反映到电动机的负荷电流变化较小。在浓缩机工作与非最大负荷的回转支撑轴承故障状态下，原设定保护就失效了，曾数次造成浓缩机回转支撑轴承故障扩大而演变为事故，致使检修工期延长5倍以上。 

中国专利CN201120287437.X公开了一种“浓缩机停车报警装置” 采用的是时间计数器控制停车以保护驱动电机的方法。这种方法的实际使用效果并不理想。 

发明内容

本发明的目的是提供一种浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置。 

本发明的另一个目的是提供一种利用浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法。 在考虑不同工艺条件下，由回转支撑轴承异常或故障时所反映的驱动电机电流整定值（而不是驱动电机最大负载下工作电流值）来控制驱动电机停机，不仅保护驱动电机本身，也可对回转支撑轴承实施灵敏有效的保护；同时还对驱动电机的滑线接触不良或断相进行保护。 

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的： 

本发明的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，包括浓缩机的驱动电路和与此浓缩机的驱动电路相连接的滑线与集电器，其特征在于还包括设置在所述的浓缩机驱动电路和滑线与集电器之间的三相电流互感器，与此三相电流互感器相连接的驱动电动机保护器，分别与此驱动电动机保护器相连接的跳闸和声光报警装置、RS485/RS232转换器，设置在所述的滑线和集电器与电动机之间的第一断路器（设置在所述的驱动小车内），或者设置在浓缩机的驱动电路与三相电源之间的设置在低压室内的第二断路器，设置在所述的RS485/RS232转换器的串行通信接口RS-232与上位计算机相连接，此上位计算机与显示器相连接。

所述的驱动电动机保护器由驱动电动机过电流保护电路和与此驱动电动机过电流保护电路相连接的驱动电动机接触不良与断相保护电路所组成， 

所述的驱动电动机过电流保护器由与所述的三相电流互感器相连接的输入模块，与此输入模块相连接的中央处理器，分别与此中央处理器相连接的液晶显示器、输出模块、RS-485串行通信接口所组成，所述的输出模块与驱动电动机保护器故障接点相连接，所述的RS-485串行通信接口与所述的RS485/RS232转换器相连接，所述的驱动电动机保护器故障接点与所述的驱动电机过电流保护装置的过流跳闸和报警回路相连接。

所述的驱动电动机接触不良与断相保护电路由与连接在所述的断路器和滑线与集电器之间的、与所述的驱动电动机保护器故障接点并联的报警试验按钮、转换开关、中间继电器、时间继电器所组成，此中间继电器与所述的跳闸和声光报警器相连接。 

所述的三相电流互感器安装于滑线和集电器的上侧，所述的驱动电动机保护器安装于低压室或岗位间。 

所述的中央处理器为51系列单片机，设有E²PROM，所述的显示器为LED数码显示器。 

  所述的第一断路器或者第二断路器设有分励脱扣器。 

一种利用所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法，其特征在于包括下述步骤： 

1）驱动电动机过电流保护

根据所述的三相电流互感器测量的驱动电动机负荷电流，在满足工艺要求且浓缩机安全运行的前提下测得负荷电流的最大值A，并在此基础上增加负荷电流的最大值A的10%余量来设定回转支撑轴承的保护值，

即回转支撑轴承的保护值：I_dz=A+A*10%=1.1A

当三相电流互感器检测的电流达到上述设定值时，说明浓缩机中心盘部位包括转支撑轴承在内的部件有问题，时间继电器经过t秒延时判别真伪，当信号为真时，显示器发出ER-1故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通，

2）驱动电动机接触不良与断相保护

通过所述的三相电流互感器测量驱动电动机负荷电流的不平衡度，反映滑线和集电器的接触不良及断相时的保护，

（1）当（Imax-Imin）/Imin≥20% 时，说明滑线和集电器的接触不良，时间继电器经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器发出ER-2故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通，其中的Imax为最大电流，Imin为最小电流，

（2）当（Imax-Imin）/Imin≥80% 时，说明滑线和集电器的接触断相，时间继电器经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器发出ER-3故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通,

3)保护器发出故障信号后，过流跳闸和保护回路中的中间继电器线圈得电，其一常开触点起自保持作用，保持中间继电器线圈持续得电,其另一常开触点闭合，立即启动声光报警回路，同时还接通时间继电器线圈回路开始计时，待延时结束后,时间继电器的延迟闭合触点闭合，接通第一断路器或第二断路器的分励线圈实现对驱动电动机的跳闸保护功能，

当按下报警试验按钮时，转换开关处于“报警”位置时，进行报警及跳闸回路性能测试、整定调整，当转换开关处于“解除”位置时，终止过流跳闸和报警回路工作，外部延时采用延时继电器实现，延时整定为5～10分钟，指示岗位工作人员及周围人员对设备运行状况及时进行检查，如故障没有排除则转入停机后检修。

所述的回转支撑轴承的保护值是，当实际检测值为A=0.6Ie，Ie为驱动电动机的额定电流，  

则I_dz=0.66Ie。

所述的t秒延时为1～99秒。 

本发明在原设计保护基础上，增设浓缩机回转支撑轴承的保护和驱动电动机电气回路连接状况的保护。电流互感器将供往驱动电动机主回路的三相电流隔离变换后接入电动机保护器输入端，驱动电动机保护器输入端接口接收现场的实时电流数据，并根据已编写的程序，中央处理器进行在线处理，并记录故障跳闸信息。同时通过串行通信接口RS-232完成与上位机的数据通信。 

因浓缩机中心部位机械故障发生后，在一段时间过程内会导致驱动电机负荷电流的逐渐增加，如果以浓缩机日常工作所需的负荷电流增加10%设定的电机保护器的过电流整定值时，当电机负荷电流达到这个电动机保护器的过电流设定值时，电动机保护器输出故障接点通过过载报警和跳闸回路发出报警信号通知操作者，必要时可停止浓缩机的运行。上位机可编程形成负荷曲线实时观察电流值或趋势图，观察电流的变化趋势。 

同时考虑到浓缩机电气回路是通过滑环集电器连接的，受季节影响接触不良的现象时有发生，应用电动机保护器通过三相电流的平衡状态的检测来监控电动机断相和接触的状态对驱动电动机进行保护。 

驱动电动机过电流保护装置主要由电流互感器将不同容量的驱动电动机的三相负荷电流隔离变换为0～100mA的电流，并将其传送至电动机过电流保护器的输入端。电动机过电流保护器将三相0～100mA信号取样滤波、模数转换后送给中央处理器进行处理。此中央处理器根据过流保护设定值与实际电流比较，当实际电流值大于设定值时，保护器发出故障信号，此故障信号去浓缩机驱动电动机控制回路，实现跳闸和报警功能。 

电动机过电流保护器为数字智能装置型，配备了RS-485通信功能，可通过RS-485/ RS-232转换器与上位计算机通信，实现远程计算机的统一管理。上位计算机可通过曲线图及相应画面对驱动电动机负荷电流的变化趋势的观察，并实时记录三相负荷电流值和故障跳闸值，为分析故障提供数据，在初次安装时用于确定电动机过电流保护的设定值。 

通过对驱动电机电流负荷的检测、控制和报警，实现了对浓缩机回转支撑轴承的保护。对三相电流的平衡度的检测体现了滑线和集电器接触状态及断相的保护。在保证原设计不变的情况下，更新了两个同种规格的具有分励脱扣器的断路器。 

三相电流互感器的选择应与保护器的输入端的硬件结构（内部取样电路）相匹配，本例选用0～100mA。考虑现场配备的驱动电动机功率及主回路电缆截面的大小，电流互感器应选择准确级次为0.5级的不同口径的通用三相电流互感器，以保证测量的精度。 

实施例的延时时间整定为5分钟，实际上根据浓缩机型号不同，外部计时器延时时间可作连续调整；声光报警选用警用声光报警装置，便于岗位人员识别。 

本发明的优点是： 

1、该保护装置选用了数字型保护器件，选用51系列单片机为核心，LED数码显示、E²PROM；其保护精度高、动作准确、抗扰性强、功能完善，可有效保护浓缩机传动轴承。

2、保护器配有RS-485串行数字接口，便于与上位机（PC）进行数字通信，并提供三种波特率。 

3、配置4～20mA标准模拟信号输出，可直接与远程的工业用二次仪表连接；装置具有实时时钟，可显示当前时间及各相电流和报警信息。 

附图说明

图1  驱动电机过电流保护装置结构框图。 

图2  电机过流保护器结构框图。 

图3  过流跳闸和报警电路原理图。 

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。 

如图1所示，本发明的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，包括浓缩机的驱动电路和与此浓缩机的驱动电路相连接的滑线与集电器，其特征在于还包括设置在所述的浓缩机驱动电路和滑线与集电器之间的三相电流互感器，与此三相电流互感器相连接的驱动电动机保护器，分别与此驱动电动机保护器相连接的跳闸和声光报警装置、RS485/RS232转换器，设置在所述的滑线和集电器与电动机之间的设置在驱动小车内第一断路器QF1，或者设置在浓缩机的驱动电路与三相电源之间的设置在低压室内第二断路器QF2， 

所述的RS485/RS232转换器的串行通信接口RS-232与上位计算机相连接，此上位计算机与显示器相连接。

所述的驱动电动机保护器由驱动电动机过电流保护电路和与此驱动电动机过电流保护电路相连接的驱动电动机接触不良与断相保护电路所组成， 

如图2所示，所述的驱动电动机过电流保护器由与所述的三相电流互感器相连接的输入模块，与此输入模块相连接的中央处理器CPU，分别与此中央处理器CPU相连接的液晶显示器LED、输出模块、RS-485串行通信接口所组成，所述的输出模块与驱动电动机保护器故障接点K相连接，所述的RS-485串行通信接口与所述的RS485/RS232转换器相连接，所述的驱动电动机保护器故障接点K与所述的驱动电机过电流保护装置的过流跳闸和报警回路相连接。

如图3所示，所述的驱动电动机接触不良与断相保护电路由与连接在所述的断路器和滑线与集电器之间的、与所述的驱动电动机保护器故障接点K并联的报警试验按钮SB、转换开关SA、中间继电器K1、时间继电器KT所组成，此中间继电器K1与所述的跳闸和声光报警器HA相连接。 

所述的中央处理器为51系列单片机，设有E²PROM，所述的显示器为LED数码显示器。 

所述的三相电流互感器安装于滑线和集电器的上侧，所述的驱动电动机保护器安装于低压室或岗位间。 

  所述的第一断路器QF1、第二断路器QF2分别设有一个分励脱扣器 

一种利用所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法，其特征在于包括下述步骤：

1）驱动电动机过电流保护

根据所述的三相电流互感器测量的驱动电动机负荷电流，在满足工艺要求且浓缩机安全运行的前提下测得负荷电流的最大值A，并在此基础上增加A的10%余量来设定回转支撑轴承的保护值，

即回转支撑轴承的保护值：I_dz=A+A*10%=1.1A

当三相电流互感器检测的电流达到上述设定值时，说明浓缩机中心盘部位包括转支撑轴承在内的部件有问题，时间继电器KT经过t秒延时判别真伪，当信号为真时，显示器的LED发出ER-1故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点K接通，

2）驱动电动机接触不良与断相保护

通过所述的三相电流互感器测量驱动电动机负荷电流的不平衡度，反映滑线和集电器的接触及断相时的保护，

（1）当（Imax-Imin）/Imin≥20% 时，说明滑线和集电器3的接触不良，时间继电器KT经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器的LED发出ER-2故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点K接通，其中的Imax为最大电流，Imin为最小电流，

（2）当（Imax-Imin）/Imin≥80% 时，说明滑线和集电器3的接触断相，时间继电器KT经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器的LED发出ER-3故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点K接通,

3)保护器发出故障信号后，过流跳闸和保护回路20中的中间继电器K1线圈得电，其一常开触点起自保持作用，保持中间继电器K1线圈持续得电,其另一常开触点闭合，立即启动声光报警回路，同时还接通时间继电器KT线圈回路开始计时，待延时结束后,时间继电器KT的延迟闭合触点闭合，接通开关QF1或QF2的分励线圈实现对驱动电动机的跳闸功能，

当按下SB报警试验按钮，转换开关SA处于“报警”位置时，进行报警及跳闸回路性能测试、整定调整，转换开关SA处于“解除”位置时，终止过流跳闸和报警回路工作，外部延时采用延时继电器KT实现，延时整定为5～10分钟，指示岗位工作人员及周围人员对设备运行状况及时进行检查，如故障没有排除则转入停机后检修。

所述的回转支撑轴承的保护值是，当实际检测值为A=0.6Ie，Ie驱动电动机的额定电流，  

则I_dz=0.66Ie。

所述的t秒延时为1～99秒。在实施例中，t=10秒。 

按照本发明，保护装置以滑线集电器为界，可选择上部回路和下部回路安装三相电流互感器两种实施方式。保护方案涉及器件见表1。 

两种实施方式的三相电流互感器、保护器安装位置有所不同，第一种保护器安装于低压室或岗位间、电流互感器安装于滑线集电器以上，本发明的现场实施例即为这一种；第二种保护器安装于位于室外的浓缩机驱动小车本体上、电流互感器安装于滑线集电器以下，其控制精度较高。两种方案均可以用于单驱或双驱电机的传动***。 

表1给出了两种方案的比较。 

两种保护方案对比表     表1 

Claims (9)

1.种浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，包括浓缩机的驱动电路和与此浓缩机的驱动电路相连接的滑线和集电器，其特征在于还包括设置在所述的浓缩机驱动电路和滑线与集电器之间的三相电流互感器，与此三相电流互感器相连接的驱动电动机保护器，分别与此驱动电动机保护器相连接的跳闸和声光报警装置、RS485/RS232转换器，设置在所述的滑线与集电器与电动机之间的设置在驱动小车内第一断路器或者设置在所述的浓缩机的驱动电路与三相电源之间的设置在低压室内的第二断路器，

所述的RS485/RS232转换器的串行通信接口RS-232与上位计算机相连接，此上位计算机与显示器相连接。

2.根据权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，其特征在于所述的驱动电动机保护器由驱动电动机过电流保护电路和与此驱动电动机过电流保护电路相连接的驱动电动机接触不良与断相保护电路所组成，

所述的驱动电动机过电流保护器由与所述的三相电流互感器相连接的输入模块，与此输入模块相连接的中央处理器，分别与此中央处理器相连接的液晶显示器、输出模块、RS-485串行通信接口所组成，所述的输出模块与驱动电动机保护器故障接点相连接，所述的RS-485串行通信接口与所述的RS485/RS232转换器相连接，所述的驱动电动机保护器故障接点与所述的驱动电机过电流保护装置的过流跳闸和报警回路相连接。

3.根据权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，其特征在于所述的驱动电动机接触不良与断相保护电路由与连接在所述的断路器和滑线与集电器之间的、与所述的驱动电动机保护器故障接点并联的报警试验按钮、转换开关、中间继电器、时间继电器所组成，此中间继电器与所述的跳闸和声光报警器相连接。

4.根据权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，其特征在于所述的中央处理器为51系列单片机，设有E²PROM，所述的显示器为LED数码显示器。

5.根据权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，其特征在于所述的三相电流互感器安装于滑线和集电器的上侧，所述的驱动电动机保护器安装于低压室或岗位间。

6.根据权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置，其特征在于所述的第一断路器、第二断路器分别设有一个分励脱扣器。

7.一种利用权利要求1所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法，其特征在于包括下述步骤：

1）驱动电动机过电流保护

根据所述的三相电流互感器测量的驱动电动机负荷电流，在满足工艺要求且浓缩机安全运行的前提下测得负荷电流的最大值A，并在此基础上增加A的10%余量来设定回转支撑轴承的保护值，

即回转支撑轴承的保护值：I_dz=A+A*10%=1.1A

当三相电流互感器检测的电流达到上述设定值时，说明浓缩机中心盘部位包括转支撑轴承在内的部件有问题，时间继电器经过t秒延时判别真伪，当信号为真时，显示器发出ER-1故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通，

2）驱动电动机接触不良与断相保护

通过所述的三相电流互感器测量驱动电动机负荷电流的不平衡度，反映滑线和集电器的接触及断相时的保护，

（1）当（Imax-Imin）/Imin≥20% 时，说明滑线和集电器3的接触不良，时间继电器KT经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器发出ER-2故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通，其中的Imax为最大电流，Imin为最小电流，

（2）当（Imax-Imin）/Imin≥80% 时，说明滑线和集电器3的接触断相，时间继电器经过t秒延时判别真伪，当信号为真时显示器发出ER-3故障指示，并使驱动电动机保护器故障接点接通,

（3)保护器发出故障信号后，过流跳闸和保护回路中的中间继电器K1线圈得电，其一常开触点起自保持作用，保持中间继电器线圈持续得电,其另一常开触点闭合，立即启动声光报警回路，同时还接通时间继电器线圈回路开始计时，待延时结束后,时间继电器的延迟闭合触点闭合，接通第一断路器或第二断路器的分励线圈，实现对驱动电动机的跳闸功能，

当按下报警试验按钮时，转换开关处于“报警”位置时，进行报警及跳闸回路性能测试、整定调整，当转换开关处于“解除”位置时，终止过流跳闸和报警回路工作，外部延时采用延时继电器实现，延时整定为5～10分钟，指示岗位工作人员及周围人员对设备运行状况及时进行检查，如故障没有排除则转入停机后检修。

8.根据权利要求7所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法，其特征在于所述的回转支撑轴承的保护值是，当实际检测值为A=0.6Ie，Ie驱动电动机的额定电流，  

则I_dz=0.66Ie。

9.根据权利要求7所述的浓缩机回转支撑轴承及驱动电机的保护装置的保护方法，其特征在于所述的t秒延时为1～99秒。

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