DE19716908A1 - Fördereinrichtung für Tagebauanlagen - Google Patents
Fördereinrichtung für TagebauanlagenInfo
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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 PN die Nennleistung der Motoren in kW, f die Anlaß
schwere, d. h. das mittlere Anlaufmoment, und tA die Anlauf
zeit in Sekunden.
Die äquivalente Verlustleistung Pvz während der Betriebszeit
TB errechnet sich wie folgt:
Dabei ist Za die Anzahl der Anläufe pro Jahr.
Für die auf die Nennleistung PN bezogene Verlustleistung gilt
nach den Gleichungen (1) und (2)
Unter Berücksichtigung der Bedarfsleistung PB und des
Lastgrades gilt für die Einsparung von Verlustleistung PVD
verursacht durch den Dauerschlupf SD ohne Motorschlupf:
Dabei ist ηL der Lastgrad, d. h. die mittlere Förderleistung
QM bezogen auf die Nennförderleistung QN und k die Bedarfs
leistung PB bei Nennförderleistung bezogen auf die Nennlei
stung PN, d. h. K = PB/PN. 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 VN, also für V = VN = const., ist:
Die Reibungs- und Walkleistung bei konstanter Bandgeschwin digkeit VN, also für V = VN = const., ist:
Dabei ist Q der Förderstrom, m die Masse des Förderguts auf
dem Förderband und mN die Masse des Förderguts auf dem För
derband bei Nennbelastung.
Allgemein gilt für die Reibungsleistung PR = FR V
Für V = VN = const. gilt mit Gleichung (5):
Dabei ist PRN die Reibungs- bzw. Walkleistung bei Nennförder
leistung, FR die Reibungs- und Walkkraft und FRN 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 λV zwischen 0,3 und
0,6, insbesondere ein Wert von λV = 0,53, als besonders ge
eignet herausgestellt hat.
Für die Reibungs- und Walkleistung bei const. Beladung mN für
m = mN = const. gilt:
mit PR = FR V folgt:
Die Funktion FR = f(V) kann in erster Näherung durch folgende
Formel dargestellt werden. Mit Gleichung (8) gilt:
wobei sich durch Messung ein Wert λm = 0,79 als besonders
geeignet erwiesen hat.
Nach den Gleichungen (9) und (10) gilt für die Reibungs- und
Walkleistung:
Das Einsparen ΔPR 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 PB der Antriebsmotoren gilt folgende
Gleichung:
PB = PHN + PRN = K PN (14).
Dabei ist PHN die Nenn-Hubleistung bei Nennförderleistung QN,
d. h. PHN = g.H.QN, wobei g die Fallbeschleunigung und H
die Hubhöhe ist.
Gleichung (14) nach PRN aufgelöst ergibt:
Gleichung (15) in Gleichung (12) eingesetzt ergibt:
Die eingesparte Leistung ergibt sich aus dem arithmetischen
Mittelwert der Gleichung (16) während der Betriebszeit tB.
In erster Näherung kann der Mittelwert ΔPRM durch Einsetzen
der mittleren Förderleistung Qm = ηL QN in Gleichung (16) be
stimmt werden.
Daher gilt für die eingesparte Energie:
Für eine durchschnittliche Fördermenge ηL = 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 (10)
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.
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