Reducing the Electrical Power Consumption of Troughed Belt Conveyors by Speed Control
Faculty of Mechanical Engineering – Section: Transportation Engineering & Logistics vii
Summary (in Dutch)
Bandtransporteurs zijn een effectief middel om grote stromen droge bulk goederen te transporteren over kleine en middellange afstanden. Bandtransporteurs hebben een doorvoercapaciteit welke bepaald is voor piek materiaal stromen. De werkelijke materiaal stromen zijn in de praktijk vaak aanzienlijk lager. Hierdoor is de bandtransporteur niet optimaal gevuld tijdens normaal gebruik. De doorvoercapaciteit kan dan aangepast worden aan de actuele materiaal stroom door de bandsnelheid te verlagen (snelheidsvariatie). Hierdoor word de belading van de band optimaal bij een zo laag mogelijke bandsnelheid. Volgens DIN 22101, resulteert dit in een verlaging van het benodigde aandrijfvermogen.
Er zijn twee vormen van snelheidsvariatie: passieve and actieve. Bij actieve snelheidsvariatie wordt de bandsnelheid continu aangepast aan de actuele materiaalstroom. In het geval van passieve snelheidsvariatie wordt de bandsnelheid van te voren ingesteld op een vaste snelheid op basis van verwachtte materiaal stromen. Bij passieve snelheidsvariatie is de band niet altijd optimaal gevuld bij variaties van deze materiaalstroom. Hierdoor zijn de verwachte besparingen van passieve snelheidsvariatie kleiner dan die van actieve. Er wordt echter verwacht dat de implementatie van passieve snelheidsvariatie aanzienlijk eenvoudiger is omdat er geen meet en regel systemen nodig zijn. Verder is een bandtransporteur met actief geregelde bandsnelheid gevoelig voor trillingen bij bepaalde snelheden. Deze bandsnelheden kunnen gemakkelijk worden vermeden met passieve snelheidsvariatie. Passieve snelheidsvariatie wordt in de praktijk beperkt toegepast op bandtransporteurs.
Snelheidsvariatie verandert de afstortbaan van de materiaalstroom. Als de ontvangende overstorttrechter niet goed uitgelijnd staat, kan aanzienlijke slijtage plaats vinden. Hierdoor zijn overstorttrechters met stuurplaten nodig. Verder vergt snelheids variaties frequentie omvormers indien een AC inductie motor voor de aandrijving wordt gebruikt (zoals gebruikelijk). Hoewel deze omvormers erg efficiënt en aantrekkelijk geprijsd zijn (ten opzichte van het alternatief vloeistof koppelingen), brengt hun toepassing wel problemen met zich mee. Frequentie omvormers kunnen namelijk de kwaliteit van het lokale elektriciteitsnet ernstig beïnvloeden in nadelige zin doordat ze hogere harmonische verstoringen veroorzaken als ze niet voldoende zijn afgeschermd (net vervuiling).
Het benodigd elektrisch aandrijfvermogen van een bandtransporteur is gegeven door de bewegingsweerstand, de bandsnelheid en het mechanische en elektrische rendement van de aandrijving.
DIN 22101 geeft een methode om de bewegingsweerstand van een bandtransporteur te bepalen. Contitech [Alles, 1994] geeft correctieve waarden voor DIN 22101 om voor verschillende bandsnelheden en beladingen te corrigeren. Als de bandsnelheid verlaagd wordt en als de materiaalstroom kleiner is dan de doorvoercapaciteit van de bandtransporteur, voorspellen beide berekeningsmethoden besparingen van het benodigde aandrijfvermogen. Andere weerstandsmodellen voorspellen echter dat ook het tegenovergestelde waar kan zijn. Deze modellen zijn helaas niet compleet of generiek en kunnen daardoor niet gebruikt worden om het vermogen van een willekeurige bandtransporteur en eventuele besparingen door snelheidsvariatie, te bepalen. Ze laten wel zien dat het incorrect is om ervan uit te gaan dat snelheidsvariatie altijd besparingen met zich meebrengt. Het elektrische rendement van de aandrijving van de bandtransporteur met snelheidsvariatie is afhankelijk van de interactie tussen motor en frequentie omvormer. Er zijn geen kwantitatieve gegevens beschikbaar die de trend voorspellen van dit rendement onder variërende snelheid en belading.
Omdat de weerstandsmodellen geen uitsluitsel geven over de besparingen van snelheidsvariatie en omdat het variërende rendement van de aandrijving niet bekend is, kan er alleen worden aangenomen dat snelheidsvariatie
Jan Hiltermann
Delft University of Technology viii
tot besparingen van het elektriciteitsverbruik van bandtransporteurs kan leiden nadat metingen zijn uitgevoerd op de betreffende bandtransporteur.
Er zijn metingen uitgevoerd op de 171 bandtransporteur van de droge bulk terminal EMO (Europees Massagoed- Overslagbedrijf). Hieruit blijkt dat het verminderen van de bandsnelheid voor het geval dat de materiaal stroom lager is dan de doorvoercapaciteit van de bandtransporteur, inderdaad het benodigd elektrisch vermogen reduceert. De berekening van het vermogen met DIN 22101 (f = 0.022) is vrij accuraat. De berekende besparingen door snelheidsvariatie zijn echter lager dan gemeten. Het weerstandsmodel van Contitech voorspelt hierbij een benodigd aandrijfvermogen dat veel te laag is.
Er is ook bekeken of het economisch rendabel is om snelheids variatie op de EMO toe te passen in een bredere zin. Hierbij wordt het energieverbruik van alle 59 bandtransporteurs berekend bij geschatte materiaal stromen en een frictie coëfficiënt van f = 0.022. Hierbij blijkt echter dat het berekende resultaat van het actuele stroomverbruik het daadwerkelijke energie verbruik met 22% overstijgt. Verwacht wordt dat de nauwkeurigheid van deze berekening zal toenemen als de materiaal stromen gemeten worden bij EMO in plaats van ingeschat. Bij lagere materiaal stromen zijn grotere besparingen mogelijk.
Om andere redenden zijn bij de EMO reeds 15 bandtransporteurs geïnstalleerd met frequentie omvormers, deze zouden in bedrijf gezet kunnen worden met snelheidsvariatie. Als enkel deze bandtransporteurs in bedrijf worden gesteld met een variërende snelheid, zijn de besparingen slechts 5 procent (deze banden zijn relatief kort en/of hebben een lage bezettingsgraad).
Volgens de huidige berekening zijn de besparingen door snelheidsvariatie van 4 specifieke bandtransporteurs nu voldoende om de benodigde investeringen terug te verdienen binnen een periode van maximaal 7 jaar. Dit is onder de aanname van een constante elektriciteitsprijs. Als, analoog aan de huidige verwachtingen, de elektriciteitsprijs stijgt met 18% per jaar, leveren nog 2 andere bandtransporteurs ook voldoende besparingen op. De totale besparingen op de jaarlijkse energienota door snelheids variatie van de 15 eerder genoemde bandtransporteurs en de 4 - 6 omgebouwde bandtransporteurs bedraagt respectievelijk 11 en 16 procent. Deze berekening houdt geen rekening met een eventuele reductie van onderhoudsgerelateerde kosten door de snelheidsreductie.
