CC BY
110
УДК 622.647.2
В.И. Галкин
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБЧАТЫХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ В УСЛОВИЯХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
1[Эпервые понятие «трубчатый конвейер» было введено и за-
Jj патентовано в 1978 г. в Японии с названием «Japanese Pipe Conveyor», сокращённо (JPC).
Основанием для патента послужила способность конвейерной ленты образовывать желоб в форме трубы, за счёт поперечной гибкости ленты и специально установленных поддерживающих роликов.
Особенность конвейера заключается в том, что обычная ленты сворачивается в трубу, а её края образуют в верхней части трубы зону перекрытия (края ленты перекрывают друг друга внахлёст), рис. 1. Величина, зоны перекрытия зависит от типа ленты, насыпной плотности и крупности кусков транспортируемого груза и шага установки роликоопор.
Разработкой конструктивных параметров и эксплуатацией ленточного трубчатого конвейера (ЛТК) в разное время занимались следующие зарубежные фирмы: «Koch» -Германия, «Noyes» -Франция, «Nova» -Италия, «Dosco» -Великобритания, «Simplicity» -Индия, «Krupp Robins» -США, «Young Poony»- Корея.
В настоящее время во всем мире эксплуатируется более 1000 трубчатых конвейеров, которые имеют общую протяженность более 300 км.
Сначала ЛТК применялись для транспортирования цемента, зерна и других сыпучих и пылящих материалов, но в последние годы они стали успешно применяться и в горнодобывающей промышленности, в том числе в подземных условиях эксплуатации.
Так, например, трубчатый ленточный конвейер германской фирмы «KOCH» установлен в швейцарских Альпах, для транспортирования вниз, под углом 290, от карьера «Famsa», гравия, песка и щебня необходимого для строительства железнодорожного полот-
140
на в долине. Производительность конвейера приблизительно 500 т/ч, длина 208 м.
Установленный ЛТК значительно сократил транспортные расходы, заменив автомобильный транспорт, маршрут которого пролегал прямо через города Монтее, по территории жилых и сельскохозяйственных районов, оказывая негативное воздействие на экологию окружающей среды.
Специальные конструктивные и технологические разработки фирмы «KOCH» позволили вырабатываемую приводом конвейера энергию (160 кВт/ч), передавать в карьер или в городскую энергетическую систему.
Кроме того, с помощью нижней ветви конвейера транспортируются всевозможные отходы в карьер (снизу -в верх), где находится мусорная свалка. Привод трубчатого конвейера оборудован частотным преобразователем тока для регенеративной операции и специальным тормозом.
Известная индийская фирма «India's Jindal Steel and Power Ltd добывает железную руду в г. Барбиле, штат Джаркханд (Индия) в руднике расположенном на высоте 700 м над уровнем моря. Этой фирмой был заключён контракт с германской фирмой «KOCH» на изготовление двух трубчатых конвейеров длиной 1500 м каждый, предназначенных для транспортирования дроблёной руды сверху - вниз, с перепадом высот 180 м, к пункту перегрузки на железнодорожный транспорт.
Оба трубчатых конвейера, смонтированы в галереях и транс-поруют руду разной крупности. Один конвейер транспортирует более крупные куски, второй - мелкой и средней фракций. Конвейерная система спроектирована для работы с производительностью 3000 т/ч.
Энергия, вырабатываемая приводами конвейеров, работающих в генераторном режиме, используется для работы различного рудничного оборудования.
В настоящее время руда транспортируется автомобильным транспортом, что негативно воздействует на окружающую среду (выхлопные газы, пылевыделение) и приводит к значительным штрафным санкциям.
Пуск в эксплуатацию этой системы осуществлён в конце 2007
г.
141
Рис. 1. Трасса трубчатого конвейера для цементного завода в Перу (съемка со спутника)
Производитель цемента, фирма «Cementos Lima» - Перу, заказал германской фирме «KOCH» разработать самый длинный трубчатый конвейер в мире, для транспортирования различных материалов в двух противоположных направлениях. Протяженность трассы от порта до цементного завода расположенного в пригороде города Атаконга составляет 8,2 км, рис. 1. Предполагается, что у этого конвейера обе ветви будут рабочими. По одной из них, из порта в сторону завода будет транспортироваться уголь, известняк, железная руда или гипс, а в обратном направлении (в сторону порта) - цемент и шлак.
Для того чтобы доставить груз из порта на завод трасса конвейера должна пересекать большое количество городских строений и коммуникаций. С целью исключения разрушения перечисленных объектов, предполагается расположить две трети транспортной системы, около 6,5 км, в подземном туннеле.
Поскольку габариты трубчатого конвейера меньше, чем конвейера классического исполнения, то он может быть установлен в выработках меньшего сечения. Данный трубчатый конвейер будет перемещать из порта (лента подачи) 515 т/час угля, и от завода до порта 690 т/час цемента (лента возвращения).
Необходимо отметить, что диапазон использования ЛТК в различных отраслях промышленности достаточно широк, так например германская фирма «КОСН» смонтировала на цементном заводе в Австрии трубчатый конвейер длиной 336 м, производительностью 20,0 т/ч, при диаметре трубчатой ленты-200 мм, а один из наиболее мощных трубчатых конвейеров в мире разработала фирма «CKIT» из ЮАР, для индийской горного предприятия Birla Copper. Конвейер имеет длину 3,2 км и производительность 1800 т/ч. Ши-
142
рина конвейерной резинотросовой ленты 1650 мм при диаметре трубы, движущейся со скоростью 4,5 м/с [3].
По сравнению с обычными ленточными конвейерами ЛТК имеют неоспоримые преимущества, которые заключаются в следующем:
• отсутствие вредных воздействий на окружающую среду при транспортировании экологически опасных (пылящих и выделяющих вредные вещества) грузов;
• возможность пространственной конфигурации трассы конвейера с перегибами в горизонтальной и вертикальной плоскости одновременно;
• возможность транспортирования различных грузов при горном ландшафте, а также при естественных и искусственных преградах по трассе (водоёмы, овраги, транспортные коммуникации, строительные объекты);
• возможность транспортировать груз под углом 300 к горизонту без применения специальной ленты;
• улучшение условий движения ленты по ставу (исключение бокового схода ленты) за счёт трубчатой формы ленты;
• возможность, при необходимости, транспортирование груза одновременно на верхней (грузовой) и нижней ветви контура ленты конвейера.
В табл. 1 представлены данные по эксплуатации ленточных трубчатых ленточных конвейеров в условиях некоторых промышленных предприятий, в том числе горных [5]. Из табл. 1 видно, что наибольшее количество трубчатых ленточных конвейеров эксплуатируются Индии.
Необходимо отметить, то у трубчатых ленточных конвейеров наружный диаметр ленты dтp является одним из исходных параметров расчёта, от величины которого зависят такие конструктивные параметры, как: длины переходных участков, на которых происходит сворачивание ленты в трубу и её разворачивание; радиусы криволинейных участков конвейеров в плане, профиле, а также одновременно в двух плоскостях при пространственной трассе конвейера; геометрические параметры линейных секций, диаметры роли-коопор, величина зоны перекрытия краёв ленты, максимальный размер транспортируемого куска.
143
Таблица 1
Данные по эксплуатации ЛТК в условиях некоторых предприятий
№ п/п Место установки, (ЛТК) страна Длина конвей-ера, м Диаметр трубы, мм
1 "Indo Gulf', Индия 3300 450
2 Швеция 2х200м 315
3 "Coromundal", Индия 95 240
4 "Hindalco", Индия 2x200 275
5 "Tadipatri", Индия 470 315
6 "Richards Bay", ЮАР 870 360
7 "Richards Bav", ЮАР 412 340
8 "Nirma", Индия 380 240
Произво-дитель-ность, т/ч Транспортируемый груз Начало эксплуатации Размер транспортируемого куска
1760 1540 1100 Медный концентрат Февраль 1999, модерн. 2004 80 мм
450 Уголь 1995 30 мм
100 Горный фосфат Февраль 2002 25 мм
375 Уголь Март 2003 20 мм
800 Шлак Декабрь 2000 25 мм
<2500 Цирконий, рутений, лимонит 2002 2 мм
900 Горный фосфат 2002 5 мм
100 Известняк 2002 25 мм
9 "Coromande"l, Индия 270 200
10 "Sterlite LDC", Индия "Vedanta 5000 400
11 Alumina Ltd", Индия 480 300
12 "Coromandel", Индия "Dalmha Ce- 108 400
13 ment (Bharat) Ltd", Индия "Dalmlia Ce- 278 200
14 ment (Bharat) Ltd", Индия 142 360
600 Горный фосфат Октябрь 2004 10мм
1150 Бокситы 2005 80 мм
350 Руды кальция и алюминия 2005 50 мм
750 Горный фосфат, шлам Март 2005 3-12 мм
150 Уголь, бурый уголь Март 2005 60 мм
1200 Известняк Март 2005 80 мм
Лента
Загрузка нижней ветви
Разгрузка
Загрузка верхней ветви
Закрытая труба
Лента
Поворотная станция ленты
Разгрузка нижней ветви
Транспортируемый матириал
Поворотная станция ленты
Верхняя ветвь
т
^ л
\ у /' * ——,
Диафрагма
Опорные ролики
Нижняя ветвь
Рис. 1. Принципиальная схема ленточного трубчатого конвейера
350 300
250
к 5 п г
Ю 5 > 5 ^ 5
200
150
а>
г
се
100
50
0
0 20 40 60 80 10
Величина зоны перекрытия краёв ленты, мм
Рис. 2. Зависимость зоны перекрытия краёв ленты от диаметра трубы
Так, например, величина максимального размера транспортируемого куска й!цтах) находится в зависимости от диаметра *тр и связана с последним соотношением
а1(тах) ^ 0,3 * *ТР, (мм). (1)
Такое соотношение диаметра трубы и крупности транспортируемого груза справедливо для случая, когда заполнение трубчатой ленты грузом составляет 75 % от теоретически возможного заполнения площади круга с заданным диаметром. При заполнении трубчатой ленты грузом на 44 % возможно транспортирование кусков с максимальным размером
а1(тах) = 2/3 * *ТР .
В соответствии с работой [2] величина зоны перекрытия 8 краёв ленты может быть определена, в общем виде, из соотношения:
147
Таблица 2
Основные параметры трубчатого конвейера в зависимости от диаметра трубы
Диаметр трубы, мм Ширина ленты, мм Сечение материала, на движущейся ленте, м2 *> Рекомендуемая скорость ленты, м/с Производительность конвейера, т/ч Макс. размер куска, й1(шах), мм
150 550 0,045 2,0 176 50
200 650 0,081 2,2 338 70
250 800 0,126 2,33 564 90
300 1000 0,182 2,5 884 100
350 1200 0,247 2,9 1371 120
400 1400 0,323 3,4 2073 140
500 1600 0,505 З,8 3632 165
600 1800 0,727 4,2 5796 200
700 2000 0,989 4,6 8659 250
850 2400 1,458 5 13903 300
*)-площадь сечения груза на трубчатой ленте составляет 75% от теоретически возможной ширины ленты для тех же условий эксплуатации, что и обычного конвейера._
£=0,5 • djp , мм. (2)
Величина зоны перекрытия краёв трубчатой ленты оказывают значительное влияние на эксплуатационные характеристики ЛТК, поэтому соотношение (2) не всегда выдерживается.
На рис. 2 представлен график зависимости величины зоны перекрытия краёв ленты от диаметра трубы. График построен на основании данных завода изготовителя конвейерных лент фирмы «Matador» - Словакия.
Так, например, один из трубчатых конвейеров, смонтированный на цементном заводе в Дании работающий с производительностью 110 т/ч, имеет диаметр трубы 150 мм, при ширине ленты 650 мм. Лента движется со скоростью 3.2 м/с, и имеет зону перекрытия - 90 мм, что составляет 60 % от диаметра трубы.
В табл. 2 представлены рекомендуемые параметры трубчатого конвейера в зависимости от диаметра трубы [5]. Из табл.2 видно, что при одинаковых условия эксплуатации, производительность ЛТК составляет 75 % от обычного ленточного конвейера, что связано с необходимостью обеспечения необходимого
148
Рис. 3. Шестироликовая ролико-опора, установленная на металлической диафрагме (крепления роли-коопор к диафрагме, обозначенные пунктиром, расположены с противоположной стороны диафрагмы)
перекрытия краёв ленты для надёжной транспортировки груза (без просыпания).
Такое задаваемое заполнение трубчатой ленты обеспечивается специальным питателем подающим груз на ленту и контролируется специальным датчиком связанная с датчиком отключающим привод., а в случае переполнения сечения, в зоне переходного участка, где лента сворачивается в трубу, устанавливается
По всей длине конвейера, на грузовой и порожняковой ветви, ленту поддерживают роликоопоры состоящие из шести роликов, которые установлены на специальных металлических диафрагмах (рис. 3).
Шаг установки поддерживающих роликоопор на конвейере может колебаться от 0,5 до 2 м, в зависимости от изменения натяжения ленты по длине конвейера, наличия криволинейных участков на трассе, насыпной плотности транспортируемого груза, крупности куска и скорости движения ленты.
Загрузка транспортируемого груза происходит также как и на обычном конвейере с помощью питателя, но после загрузки материала на специальном (переходном) участке происходит сворачивание ленты в трубу, за счёт применения роликоопор с различным числом роликов (от 3 до 6), которые имеют переменный угол наклона, увеличивающегося по мере сворачивания ленты в трубу.
Перед разгрузочным барабаном происходит обратный процесс - разворачивания трубы, в результате чего лента принимает характерную для обычного конвейера форму и транспортируемый материал разгружается.
149
На порожняковой ветви происходит переворот ленты, с помощью известных конструктивных решений, после чего лента, также как и на грузовой ветви сворачивается в трубу и движется в сторону концевого барабана, перед которым она разворачивается и принимает горизонтальную форму.
Переворот ленты на порожняковой ветви необходим, для того чтобы свёрнутая в трубу лента проходила по поддерживающим ро-ликоопорам таким же образом, как и на гружёной ветви (в случае транспортирования на ней груза), а также для исключения знакопеременных напряжений в конвейерной ленте. В случае использования и нижней ветви конвейера в качестве грузонесущей, загрузка и разгрузка транспортируемого материала показана на рис. 1.
Схема с одновременным использованием верхней и нижней ветви конвейера, для транспортирования груза, характерна для конвейеров транспортирующих, например, на верхней ветви уголь на тепловую станцию, - а на нижней ветви, шлак и пепел для закладки отработанного пространства горного предприятия, хотя есть много примеров транспортирования и других, совершенно различных материалов.
Возможно применение на порожней ветви обычных поддерживающих роликоопор, но в этом случае габарит конвейера по ширине возрастёт
Как видно из рис. 3, роликоопоры образующие трубчатую форму ленты закреплены на специальном металлическом листе (диафрагме), причем три роликоопоры (1, 3, 5), начиная от нижней, и располагаемые по часовой стрелке, расположены по одну сторону листа, а три другие (2, 4, 6), начиная слева от нижней, имеют крепления с другой стороны диафрагмы.
Особенность конструкции роликоопор состоит в том, что концы оси каждого нижнего поддерживающего ролика, могут перемещаться по ходу или против движения конвейерной ленты, для исключения так называемого "скручивания" ленты, кроме того, нижний ролик располагается с наружной стороны диафрагмы - по ходу движения ленты. Диаметр роликов колеблется в пределах от 89 до 192 мм, и зависит от ширины ленты и насыпной плотности транспортируемого груза.
В последнее время, рис. 4, разработаны модульные конструкции линейных секций, которые могут быть изготовлены длиной до 12 м, или другой длины, кратной расстоянию между
150
Рис. 4. Модульная конструкция линейной секции ЛТК
роликоопорами грузовой ветви, на которых располагаются шести-роликовые опоры для поддержания обеих ветвей конвейера. Такая конструкция става имеет необходимую жёсткость, что положительно сказывается на стабилизации движения конвейерной ленты, а также упрощает процесс монтажа конвейера в различных условиях эксплуатации.
Кроме того, в последнее время разработана конструкция поддерживающих роликов [3] имеющих разные длины, рис.5. Такое конструктивное решение, предполагает уменьшение длины среднего ролика и увеличение длины боковых, принято с целью уменьшения нагрузок на подшипниковые узлы боковых поддерживающих роликов.
Переходные участки трубчатых конвейеров являются одним из важнейших конструктивных элементов, поскольку именно на них формируется трубчатая форма ленты, обеспечивающая необходимую площадь поперечного сечения груза на ней.
Рекомендуемые параметры переходных участков трубчатого ленточного конвейера, в соответствии с данными работы [5] представлены в табл. 4.
151
Рис. 5. Усовершенствованная конструкция става ЛТК с роликами разной длины
Из приведённой таблицы видно, что длины переходных участков и участков переворота ленты зависят от диаметра ленты и в некоторых случаях могут занимать значительных размеров по отношению к длине самого конвейера. В связи с этим, для ЛТК с диаметром трубы более 400 мм, для каждого конкретно случая расчёт длины транспортирования должен иметь экономические обоснования, так на переходных участках установлено большое количество роликоопор с различными геометрическими параметрами и количеством роликов в опоре.
Одним из важнейших преимуществ ЛТК является возможность транспортирования груза по криволинейным пространственным трассам, а также с определёнными радиусами кривизны в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Для определения минимально возможного радиуса кривизны, ЯтП , трубчатого конвейера может быть использовано следующее соотношение
Я™ = 300 • аТР,
где йТР - наружный диаметр трубчатой ленты, м.
Определяемый по приведённой формуле радиус кривизны конвейера может быть использован для приблизительных расчётов, так, как не учитывает тип и натяжение конвейерной ленты, набегающей на криволинейный участок, угол наклона конвейера и характер изгиба криволинейного участка (изгиб в горизонтальной, вертикальной или в двух плоскостях одновременно).
С точки зрения режима эксплуатации ЛТК наиболее опасными следует считать вогнутые криволинейные участки с радиусами кривизны в вертикальной плоскости, так как именно на этих участках из-за неправильно выбранного радиуса возможна потеря устойчивости трубчатой ленты. Таблица 4
152
Параметры переходных участков трубчатого конвейера, в зависимости от диаметра трубы и типа ленты
Параметры Тип ленты
ленты Резинотканевая лента Резинотросовая лента
Диаметр трубы, мм Ширина ленты мм Длина переходного участка, м Длина участка переворота ленты, м Длина переходного участка, м Длина участка переворота ленты, м
150 550 3,58 18,0 7,65 36,0
200 650 5,2 20,0 10,3 40,0
250 800 6,4 23,0 12,8 46,0
300 1000 7,65 25,0 15,25 50,0
350 1200 8,83 30,0 17,8 60,0
400 1400 10,2 35,0 20,5 70,0
500 1600 12,8 40, 0 25,6 80,0
600 2000 15,25 50,0 30,5 100,0
700 2200 17,85 60,0 36,0 120,0
850 2600 21,65 70,0 43,5 140,0
Из приведённых выше формул видно, что радиусы кривизны криволинейных участков имеют достаточно высокие значения, поэтому многие фирмы, для уменьшения радиусов кривизны в горизонтальной плоскости, на этих участках вместе с тремя обычными роликоопорами устанавливают три опоры скольжения.
Значения радиусов кривизны в горизонтальной плоскости в зависимости от процента установки обычных роликов приведено в табл. 5 [5].
Величины радиусов кривизны на таких криволинейных участках зависят от типа ленты, диаметра трубы и процента установленных стандартных роликов. Чем меньше процент стандартных роликов, тем меньше радиус кривизны, однако при этом коэффициент сопротивления движению ленты увеличивается, а следовательно и энергозатраты..
Обычно на ленточных трубчатых конвейерах используют конвейерные ленты специальной конструкции (резинотканевые и ре-зинотросовые) с бортами специальной конструкции.
Все ленты производятся и поставляются для каждого конвейера с учётом условий эксплуатации и физико- механических свойств транспортируемого материала. Таблица 5
153
Допустимые радиусы кривизны в зависимости от % установки опор скольжения на криволинейных участках
Процент стандартных роликов устанавливаемых на криволинейных, участках Минимальный радиус кривизны конвейера Яш!^ М
Резинотканевая лента Резинотросовая лента
100 dTP 600 dTP 1000
90 dTP 500 dTP •900
80 dTP 480 dTP 800
70 dTP 300 dTP •700
65 dTP 250 dTP 650
60 dTP 200 dTP •600
Кроме того, все ленточные трубочные конвейерные используют ленты, изготавливаемы по особой технологии «сопротивления старению». Это обеспечивает надёжную защиту ленты против "погодной эрозии" - когда качество каучука ленты ухудшается от воздействия озона и ультрафиолетового излучения. Большинство лент для ЛТК имеют предварительную незначительную кривизну, в вертикальной плоскости, для облегчения сворачивания ленты в трубу.
На рис. 6 представлена одна из возможных конструкций резинотканевой лент для ЛТК, из которого видно, что имеется конструктивная особенность изготовления бортов, для упрощения процесса перекрытия концов ленты при сворачивании её в трубу.
Конвейерные ленты для ЛТК имеют большую стоимость чем ленты для обычных конвейеров, но это не сдерживает область их применения, а наоборот количество трубчатых конвейеров и области их применения из года в год расширяется.
Так, например, в последние годы, на угольных шахтах применяют добычные комбайны и перегружатели, оснащённые дробилками, в результате чего ЛТК могут применяться в подземных условиях при добыче угля, так как имеется возможность получать заданную крупность транспортируемого куска, что особенно важно для этого типа конвейера.
154
Верхняя оокладка
Нижняя dЬкпадкй
Рис. 6. Конструкция резнотканевой ленты для ЛТК
Заключение
Несмотря на достаточно высокую стоимость трубчатых ленточных конвейеров, а также более высокий коэффициент сопротивления движению ленты и меньшую производительность (на 25 %) по сравнению с обычными ленточными конвейерами, область применения ЛТК в ближайшие годы будет расширяться, а их количество увеличиваться.
Объясняется это тем, что требования по экологической безопасности к процессу транспортирования и вопросы охраны окружающей среды во многих государствах, в том числе и в России приобретают первостепенный и наиболее значимый характер.
1. Lodewijks, G. Research and Development in Closed Belt Conveyor Systems, Bulk Solids Handling, Vol. 20, 2000, pp. 465-470.
2. Jersy Antoniak, "Przenosniki tasmowe w gornistwie podzemym i odkryw-kowym", wydaniie 2, Gliwice 2006, pp. 174-175.
3. Hinterholzer S., Kessler F. and Grabner K. again published in Bulk Solids Handling November 2001, pp. 43-46.
4. Кулагин Д. С. Обоснование допустимых радиусов изгиба трасс ленточных трубчатых конвейеров в горизонтальной плоскости. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук, М., МГГУ, 2007,
5. Loeffler F.J. «Pipe / Tube Conveyors - A Modern Method of Bulk Materials
Transport» (USA)-HHTepHer. ir.'j=i
— Коротко об авторе -
Галкин В.И. - д.т.н., проф., МГГУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
с.19-20.
155
