Ứng dụng phần mềm MATLAB mô phỏng quá trình biến thiên suất tiêu thụ điện năng của băng tải sử dụng trong mỏ than hầm lò In the actual production, the determination of the specific energy consumption for the mining equipment has been considered as a very difficult task. The software MATLAB could be useful in simulating the variable process of the specific energy consumption, corresponding to the assumption based on the actual conditions of the underground coal productio ThS. VŨ THẾ NAM KS. TRẤN TRUNG HIẾU KS. PHẠM THANH LIÊM KS. LÊ QUANG TUẤN Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin 1. Tổng quan về suất tiêu thụ điện năng Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu thụ điện năng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm. Đối với các đơn vị trong ngành mỏ thì suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) còn là chỉ tiêu tổng hợp để lập kế hoạch hàng năm về nhu cầu sử dụng điện năng, ngoài ra còn làm công 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 băng tải được tạo nên từ ba yếu tố: - Tiêu thụ điện năng trong quá trình quá độ của thiết bị: Khởi động có tải, hãm ngược hoặc hãm động năng. - Tiêu thụ điện năng trong quá trình biến đổi. Thành phần này có quan hệ với các yếu tố: + Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. + Đặc điểm của công nghệ. + Tính chất nguyên vật liệu. + 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. + Công suất không tải: Tổn thất điện năng này tỷ lệ thuận với công suất không tải. + Thời gian chạy máy. X - Quá trình quá độ; Y - Quá trình biến đổi (hoạt động có tải); Z - Quá trình vận hành không tải Hình 1. Biểu đồ chu trình làm việc của băng tải 2. Ứng dụng Simulink Matlab mô phỏng biến thiên STTĐN của băng tải sử dụng trong mỏ than hầm lò. Điện năng tiêu thụ của băng tải thay đổi chủ yếu theo ba yếu tố thực tế là: chiều dài, góc dốc và năng suất băng. Để tìm hiểu ảnh hưởng từ 3 yếu tố đó ta tiến hành xây dựng mô hình. Các bước tiến hành mô phỏng được thể hiện trên hình 2. 1 Hỡnh 2. Cỏc bc tin hnh mụ phng i tng 2.1 Xõy dng mụ hỡnh xõy dng mụ hỡnh tớnh toỏn bng SIMULINK, trc ht phi xõy dng c cỏc hm toỏn hc mụ t quỏ trỡnh tớnh toỏn STTN. * Nng sut nh mc ca bng chuyn: ;/, 2 htdvBkkQ gdtcbc = (1) Trong ú: k tc - H s ny c tớnh vi gúc t chy (42 o ) ca than; 221) 2 42 (.576 == tgk tc k gd - H s tớnh n nh hng gim nng sut do gúc dc; B - Chiu rng dõy bng, m; v - Tc dõy bng, m/s; d - Trng lng th tớch ca than vn ti trờn bng, t/m 3 ; * Ti trng than trờn mt một di bng: mkG v Q g bc /, .6,3 = (2) Trong ú: Q bc - Nng sut thc t ca bng chuyn, t/h; v - Tc bng ti, m/s; * Trng lng 1m di ca dõy bng: Trng lng ny ta cú th tớnh bng cụng thc sau hoc cú th dựng o m thc t xỏc nh trng lng 1m dõy bng. mkGddiBg /),'''.25,1.(.1,1 0 ++= (3) Trong ú: 'd - Chiu dy mt di v bc, mm; ''d - Chiu dy mt trờn v bc, mm; i - S lp; * Trng lng di ca cỏc con ln thuc nhỏnh cú ti v khụng ti: 2 Các bớc tiến hành mô phỏng đối tợng Mô hình hóa đối t ợng bằng cáchàm toán học Nhập mô hình vào Simulink Nhập thông số yếu tố biến đổi theo thực tế Kiểm tra, in kết quả mkG L G gmkG L G g x x x p p p /,,/ == (4) Trong đó: G p , G x - Trọng lượng phần quay của các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải; L p , L x - Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải và nhánh không tải. * Sức cản thành phần của nhánh không tải: F 1-2 = (g 0 + g x )L ω .cos β g 0 .Lsin β , kG; (5) Trong đó: F 1-2 - Sức cản thành phần nhánh không tải; L - Chiều dài băng tải, m; β - Góc dốc đặt băng tải; độ ω - Hệ số sức cản truyền động. * Sức cản thành phần của nhánh có tải: kGLggLgggF p ,sin.).(cos ).( 0043 ββω ++++= − (6) * Các ứng suất của dây băng: kGFSS , 2112 − += (7) kGSS ,.05,1 23 = (8) kGFSS , 4334 − += (9) kGeSS ,. 14 µα = (10) Trong đó: k dt - Hệ số tính đến dự trữ lực ma sát, lấy dt k = 1,2÷1,25, e - Cơ số logarit tự nhiên e = 2,71; µ - hệ số ma sát của dây băng ở tang; α - góc ôm của dây băng với tang truyền động, độ Để xác định STTĐN băng tải trong điều kiện cụ thể nêu ở bảng 1 lấy k dt = 1,2, µ = 0,3, α = 210 0 , ta có: e µα = 3 Giải hệ phương trình:    = ++= −− 14 432114 3 )(05,1 SS FFSS (11) * Xác định lực kéo của băng chuyền: kG SS F , 05,01 14 0 − − = (12) * Công suất yêu cầu của động cơ băng chuyền: kW Fv P , 102 . 0 = (13) Trong đó: v - Tốc độ dây băng m/s; 0 F - Lực kéo của băng chuyền, kG; * Suất tiêu thụ điện năng của băng chuyền: 3 tkWh Q P D mđcbt bt /, ηη = (14) Trong đó: P - Công suất yêu cầu trung bình thực tế của băng chuyền, kW; Q bt - Năng suất thực tế của băng chuyền, t/h; đc η - Hiệu suất động cơ; m η - Hiệu suất mạng điện; Hình 3. Sơ đồ khối mô phỏng bằng matlab tính toán biến thiên STTĐN của băng tải mỏ. 2.2. Kết quả mô phỏng theo điều kiện thực tế. Từ mô hình xây dựng kết hợp với các số liệu trên thực tế, ta tiến hành mô phỏng đối với băng tải có các thông số trong bảng 1. Bảng 1. Các thông số của băng tải mô phỏng: TT Thông số Giá trị 1 Công suất động cơ 2x55kW 2 Năng suất định mức 150t/h 3 Chiều rộng băng 1m 4 Chiều dài băng tải 250m 5 Tốc độ băng 2,04m/s 6 Khối lượng 3 con lăn nhánh có tải 46kg 7 Khoảng cách giữa các con lăn nhánh có tải 0,9m 4 8 Khối lượng 1 con lăn nhánh không tải 42 kg 9 Khoảng cách giữa các con lăn nhánh không tải 2,7m 10 Góc đặt băng 0 o a) Kết quả mô phỏng sự biến thiên suất tiêu thụ khi năng suất băng thay đổi theo thực tế, chiều dài băng 250m và góc dốc đặt băng không đổi (hình 4). a. Đồ thị sản lượng b. Suất tiêu thụ điện năng Hình 4. Kết qủa mô phỏng STTĐN của băng khi năng suất băng thay đổi STTĐN luôn luôn 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 luôn 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 mô 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 không đổi (hình 5). a. Đồ thị STTĐN băng dài 200m b.Đồ thị STTĐN băng dài 100m Hình 5. Kết qủa mô phỏng STTĐN của băng có độ dài khác nhau STTĐN giảm tỷ lệ với chiều dài băng giảm, khi băng chuyền dài 200m STTĐN là 4,53 kWh/tấn, khi băng chuyền dài 100m STTĐN là 2,25 kWh/tấn. c) Kết quả mô phỏng STTĐN khi sản lượng băng chuyền thay đổi theo thực tế, chiều dài băng thay đổi và góc dốc đặt băng thay đổi (hình 6). a. STTĐN khi góc dốc băng là 5 0 b. STTĐN khi góc dốc băng là 20 0 Hình 6. Đồ thị STTĐN khi góc dốc băng thay đổi 5 STTĐN tăng tỷ lệ khi góc dốc lắp băng tăng từ 5 o lên 20 o . Khi băng chuyền có góc dốc 5 0 , STTĐN nhỏ nhất là 0,106 kWh/tấn, khi góc lắp băng thay đổi lên 20 0 , STTĐN nhỏ nhất tăng lên 0,38 kWh/tấn 3. Kết luận - Vận hành thiết bị với năng suất lớn nhất để có STTĐN là nhỏ nhất. - Chiều dài tuyến vận tải băng chuyền càng ngắn STTĐN càng nhỏ. - Góc đặt băng càng dốc thì điện năng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm càng lớn. - Việc Tính toán trước STTĐN sẽ quyết định được việc lựa chọn thiết kế hệ thống băng tải. Vì vậy, cần áp dụng phương pháp mô phỏng để hỗ trợ công tác thiết kế được tốt hơn./. Tài liệu tham khảo: 1. Phạm Đức Độ. “Hướng dẫn Xác định suất tiêu thụ điện năng cho các mỏ than lộ thiên, hầm lò, xí nghiệp tuyển than Việt Nam”. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - 1998. 2. Vũ Thế Nam. „Nghiên cứu xác định suất tiêu thụ điện năng cho các khâu sản xuất của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh“. Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin 2011. 6 . về suất tiêu thụ điện năng Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu thụ điện năng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm. Đối với các đơn vị trong ngành mỏ thì suất tiêu thụ điện năng. Ứng dụng phần mềm MATLAB mô phỏng quá trình biến thiên suất tiêu thụ điện năng của băng tải sử dụng trong mỏ than hầm lò In the actual production,. than. * Suất tiêu thụ điện năng của băng tải được tạo nên từ ba yếu tố: - Tiêu thụ điện năng trong quá trình quá độ của thiết bị: Khởi động có tải, hãm ngược hoặc hãm động năng. - Tiêu thụ điện năng