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2023-02-02

宝钢600t回转窑预热机变频改造及系统的优化

摘要:宝钢600t回转窑篦式预热机原使用电磁耦合器调速。在变频改造时,根据使用实际情况重新核定调速伞齿轮范围,并充分利用变频器的恒功率调速特性,降低了设备容量达50%。尽量简化系统,减少了故障率。达到了改造低成本,运行高性能、低成本、低故障的效果。

关键词: 电磁耦合器;篦式预热机;恒功率调速;开环控制系统

1 引言

宝钢600t回转窑用于烧制冶金石灰,使用篦式预热机。该预热机使用1台15kW,4极的鼠笼型电动机,经一台1∶59的摆线减速机和一台1∶57的齿轮减速机两次减速后,驱动该预热机。在电动机和摆线减速机之间,接有电磁耦合器,用来进行调速。其调速范围为120~1200r/min,相应的预热机的速度为84~840mm/min。

电磁耦合器有电能浪费大的缺点,且需冷却水系统为其降温。该电磁耦合器已使用多年,由于备件的困难,带来了调速精度低,转矩不稳定等毛病。转矩的不稳定曾导致篦板拉断的事故。因此宝钢于2004年对其进行了改造。

改造的方法是利用变频器来取代原来的电磁耦合器调速系统。改造没有简单地保持原设备容量,而是针对该预热机运行时的实际情况,对设备的选型进行了优化,从而使设休闲鞋备容量降低了一半。

2 原设备的实际情况

原电动机速度为120另外大家在每次用完实验机以后~1200r/min,经两级减速后为0.035~0.35r/min,预热机相应的速度是84~840mm/min。根据宝钢多年的实际运行情况,当产量为额定值600t/d时,需要的速度是420mm/min,目前回转窑已超产到720t/d,此时需要的速度为500mm/min。

在设备检修时,对空载的预热机有时希望移动的速度快一点,可用到700mm/min。

原电动机的额定电流为29A,实际电流一般不超过15A,有相当木工机床大的裕量。

3 预热机调速的性质

要改变预热机的产量,可以使用两种方法,一是保持料层的厚度不变,改变预热机篦板的速度,该方法属恒转矩调速。

另一个方法是保持预热机篦板的速度不变而改变料层的厚度。该方法将改变电机的负荷转矩。

如果由于某种原因需要提高预热机的转速,而要维持产量不变,则预热机上的料层必须减薄,电机的负荷转矩将减轻。也就是说,这是个恒功率的调速过程。反之亦然。

4 电动机及摆线减速机的选择

由于增产到720t/d以上的可能已很小,故只要在此基础上留有一定的裕量即可。当篦板速度为504mm/min时,与之对应的电机转速是720r/min,8极电机的转速可满足其要求。与4极电机相比,在同样的转矩下,电机的功率可降低一半,7.5kW的电机可满足要求。

由于减速机使用日久,故实际改造时,将原1∶59的摆线减速机更换为1∶121的摆线减速机。相应使用7.5kW,4极的变频电机。

一般变频电机当采用强制冷却时,其调速范围可以从0到100Hz,调速范围很广。但采用强制冷却时,电动机有独立的冷却风扇。风扇功率虽小,但一套控制回路与一般电动机一样一点都不能少,并且为了防止冷却风扇故障时烧坏主电机,还要给主电机回路加上一些与冷却风扇的联锁。这样就使整个系统变得很复杂。而使用自扇风冷时,就没有这些问题。

因此变频电机使用自扇风冷电机不是按吨卖的,选用上海南洋电机厂的SYBP型产品。摆线减速机选用天津减速机厂的产品。

5 变频器的选择

当预热机发生机械故障时,如电机转矩裕量太大,会发生拉坏篦板的事故,故变频器没必要保留过大的裕量。由于新老系统电机的驱动转矩相同,都比预热机的负荷转矩大,电机电流有较大的裕量。故变频器不必在电机容量之上再留裕量,选用7.5kW即可。为了将变频器装在原MCC盘中,选用了三菱540型变频器。

使用2块输出信号变换板选配件,装于变频器内,将0~10V的电流和速度信号转换成4~20mA的信号输出显示到中央操作室的CRT画面上。

6 变频器调速方式的选择

闭环矢量控制调速尽管有许多优点,但并不是任何情况下都是用该方式最好,速度精度的提高,是以电流的波动为代价的。当系统产生扰动,使速度发生变化时,高精度系统必然要迅速发生响应,力求快速恢复原来的速度。这就必然要求有一个较大的附加转矩来与之抗衡。也就是说,系统会有一个较大的电流波动。这个电流波动如果是正的,将加重变频器与电机的负担,如果是负的,且较大的话,将使系统工作于制动状态,为此将不得不给变频器加用制动单元。反馈回路的存在也会使系统增加故障。另外,较大的转矩波动还使机械系统产生较大的交变扭矩,降低机械寿命。

在本系统中,由于对速度控制的精度要求不是很高,使用闭环矢量调速是得不偿失的。因此选用无反馈V/F调速,以求系统的最大稳定性和可靠性。

7 调速上下限起重工具的选定

选用以上电动机和变频器后,电动机在50Hz(其对应的篦板速度为520mm/min)以下时,使用恒转矩调速,该方式下的最高产量可达740t/d。

当产量在740t/d时,如果有某种原因需要更高的速度,则可以使用恒功率调速。考虑到这种可能性很小,调速的范围也不会很大,选定最高速度为750mm/min,此时的运行频率为71Hz。

上海南洋电机厂的SYBP型自扇风冷变频电机,其调速范围为10到75Hz。经计还有少许实验室采取半导体制冷槽算,当电机运行于10Hz时,其对应的篦板速度为100mm/min。可满足生产要求,故即以此作为调速下限。

8 其他参数设定

(1)过流保护值:额定电流值,延时时间为1s;

(2)停止方式:惯性停止;

(3)加速时间:15s;

(4)减速时间:10s。

9 改造方案其他要点

(1) 速度指令由PLC原AO回路提供;

(2) 由变频器反馈电流和频率信号作为中控室的电流和速度监视;

(3) 尽量使用变频器内部控制电源,PLC与变频器信号尽量直接授受,不设置不必要的中间继电器,变频器输入与输出端均不设置接触器,将系统尽量简化,以减少中间环节故障;

(4) 利用窑修时期进行施工。现场拆除原电动机、电磁耦合器和水冷系统,安装新减速机和电动机。拆除MCC单元内器件,安装变频器。

10 结束语

宝钢600t回转窑篦式预热机设备变频改造投运两年,一直无故障。节电达50%以上,并免除了水冷系统的运行费用和故障,效益十分显著。(end)

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