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森蘭變頻器在水泥製品行業中的應用

發布時間:2020-06-15 20:08瀏覽次數:262

一、概述

隨著國民經濟的快速發展,水泥及其製品在基礎建設領域中發揮了巨大的作用,其行業呈現出一派朝氣勃勃的興旺景象。但由於該行業設備從國外學習和引進的時間較早,設備國產化的時間也早,大約在上世紀70年代已經定型。多年來,大部分的設備廠商未調整產品結構,沒有進行深入的開發,而且又不繼續引進新技術,沿用上世紀70年代的技術進行生產,調速的方式大部分都以電磁調速為主,造成大批能耗高、性能低的水泥製品設備繼續進入市場,並且這些能效比很低的設備一直在運行,大量消耗電能。

水泥管加工容易、原材料來源廣泛、價格低、使用壽命長,並且,在建築、市政施工中得到了廣泛的應用。水泥管樁因其施工方便快捷,省時、省工且質量可靠,造價相對低廉,大量用於高速公路,橋梁,房屋基礎,河堤,碼頭的基礎設施中。

二、水泥製管的工藝過程

水泥管樁是眾多的水泥製成品之一,它的生產工藝有多種,為保證水泥管管壁厚薄的均勻性、致密性,其中使用最普遍的生產加工工藝是離心成型法。離心成型是將完成配料好的混凝土注入模腔中,首先進行低速攪拌,攪拌均勻後電機升速到中速,在離心力的作用下基本成形,且混凝土逐漸密實,再經過高速成型脫水,整個工藝過程結束。水泥電杆的生產也是用類似的離心澆注法,其生產工藝與此大體相同。

離心成型法對電氣傳動設備要求較高,首先要求滿載啟動,啟動力矩應在電機100%額定力矩以上;其次低速運轉的時間長,要求低速力矩大;最後由於製管機調速範圍大,為保證水泥管樁的質量,要求在整個工作速度範圍內,轉速基本穩定。早期的調速方式有機械式分級調速、整流子電機調速、直流調速、電磁調速等。由於電磁調速結構簡單,使用簡便價格相對較低,因此,近年來在水泥製管設備中,電磁調速用得較多。但電磁調速效率低,最高轉速時效率為85%,速度越低效率也越低。水泥管離心成形工藝低速的時間占50%左右,電磁調速速度低速時耗能相當大。

水泥製管機負載機械特性為大慣性負載,起動前模腔內需加足一根水泥管樁定量的混凝土,啟動後低速運行,顯然是重載起動。電磁調速器低速運行時機械特性軟,低速轉矩較差,要保證生產的正常進行,電動機的容量選得較大,這又使耗能進一步增加。一般製管機的電氣傳動由1台75kW(55kW)的電磁調速電機驅動。電磁調速電機的調速的範圍有限,而低速力矩又較差,但混凝土進行低速攪拌要求力矩大,不能滿足時轉速會出現不穩定現象,甚至可能無法啟動。轉速的不穩定性對產品質量有一定的影響。另外,4極交流異步電動機的額定轉速為1440r/min,但電磁調速器最高隻能調到1200r/min。速度高,對水泥管的質量的提高有益。從以上製管機對電氣傳動的要求上看,用電磁調速器是一種無奈的選擇。現在變頻器的價格已經下降到合理的水平,以變頻器的優異性能完全可滿足製管工藝要求,用變頻調速代替電磁調速是最佳的選項。

三、水泥製管的變頻調速

根據以上的情況,變頻器的機械特性近似為恒轉矩,電機在5Hz便可運行,高速50Hz時可達1440r/min,調速比1:10,極大地滿足了水泥製管的工藝要求。東莞市大嶺山鴻基管樁廠有4台離心澆注機,電機的型號和功率分別為Y260M-4-75KW 2台,Y250M-4-55KW 2台,全部采用電磁調速。將電磁調速改造為變頻調速,簡單的方法是用變頻器驅動電磁調速電機,將電磁調速器杯型轉子的勵磁調到最大,如前所述效率為85%。為達到最高的節能效率,將電磁調速電機換為普通Y係列三相鼠籠電機,變頻器用森蘭SB70 75KW 2台,SB70 55KW 2台。變頻器設置為外控端子操作,電位器調節變頻器的頻率。加速和減速時間設定比較長,均為120s,降速到變頻器的輸出頻率5Hz時,啟用直流製動,操作十分方便。使用了變頻器後,轉速穩定性好,管樁的成型的質量有了較大的提高。變頻調速後,考慮到電機運行在低速的時間比較長,電機的散熱受到一些影響,溫度會升高。在改造過程中,將電磁調速電機換為Y係列交流異步電動機時,如果是等容量的代換,由於原來電機的容量就選得比較大,改造後電機的溫升不會超過額定值,不必加恒速風扇降溫;如果是非等容量代換,代換電機的容量比電磁調速電機小時,那就需在電機尾罩上加恒速風機,以利於電機的散熱。

四、節能分析

水泥製管機是采用55kW或75kW的電磁調速電機,轉速通常控製在300-1200r/min,這是根據離心製管工藝情況,對電機速度進行控製。實踐證明,采用變頻調速的方法取代電磁調速平均節能量50%左右。為什麽對電磁調速進行變頻改造會有如此大的節能效果呢,因為利用電磁調速方法是的一種耗能的低效調速方法,如公式(1)電磁電機主電機軸輸出功率:

P0=T0×n0                           (1)

式中:

P0:表示軸輸出功率 (kW)

T0:表示負載轉矩    (kgf·m)

n0:表示主電機轉速  (r/min)

杯形轉子輸出功率:

P1∝T0·n1                        (2)

式中:

P1:表示輸出功率(kW)

n1:表示杯形轉子轉速(r/min)

損耗功率:

△P∝P0-P1=T0(n0-n1)             (3)

由損耗功率公式(3)可以清楚看到,電磁調速電機的轉速越低,浪費能源越大。電磁調速方式雖然簡單,設備價格便宜,但調速以高耗能為代價。水泥製管機低速運行的時間占50%,即在300r/min左右運行,因此改用變頻調速的方式後理論上節能為:

P0-P1=T0(1440-300)=1140T0

(P0-P1)/P0×100%=(1140T0/1440T0)×100%=39.6%

考慮到低速運行的時間占50%,則節能率應為39.6%。據廠家透露,四台製管機月節電費在20,000元左右,一年內可收全部投資,經濟效益十分顯著。

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