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森兰变频器在水泥制品行业中的应用

发布时间:2020-06-15 20:08浏览次数:735

一、概述

随着国民经济的快速发展,水泥及其制品在基础建设领域中发挥了巨大的作用,其行业呈现出一派朝气勃勃的兴旺景象。但由于该行业设备从国外学习和引进的时间较早,设备国产化的时间也早,大约在上世纪70年代已经定型。多年来,大部分的设备厂商未调整产品结构,没有进行深入的开发,而且又不继续引进新技术,沿用上世纪70年代的技术进行生产,调速的方式大部分都以电磁调速为主,造成大批能耗高、性能低的水泥制品设备继续进入市场,并且这些能效比很低的设备一直在运行,大量消耗电能。

水泥管加工容易、原材料来源广泛、价格低、使用寿命长,并且,在建筑、市政施工中得到了广泛的应用。水泥管桩因其施工方便快捷,省时、省工且质量可靠,造价相对低廉,大量用于高速公路,桥梁,房屋基础,河堤,码头的基础设施中。

二、水泥制管的工艺过程

水泥管桩是众多的水泥制成品之一,它的生产工艺有多种,为保证水泥管管壁厚薄的均匀性、致密性,其中使用最普遍的生产加工工艺是离心成型法。离心成型是将完成配料好的混凝土注入模腔中,首先进行低速搅拌,搅拌均匀后电机升速到中速,在离心力的作用下基本成形,且混凝土逐渐密实,再经过高速成型脱水,整个工艺过程结束。水泥电杆的生产也是用类似的离心浇注法,其生产工艺与此大体相同。

离心成型法对电气传动设备要求较高,首先要求满载启动,启动力矩应在电机100%额定力矩以上;其次低速运转的时间长,要求低速力矩大;最后由于制管机调速范围大,为保证水泥管桩的质量,要求在整个工作速度范围内,转速基本稳定。早期的调速方式有机械式分级调速、整流子电机调速、直流调速、电磁调速等。由于电磁调速结构简单,使用简便价格相对较低,因此,近年来在水泥制管设备中,电磁调速用得较多。但电磁调速效率低,最高转速时效率为85%,速度越低效率也越低。水泥管离心成形工艺低速的时间占50%左右,电磁调速速度低速时耗能相当大。

水泥制管机负载机械特性为大惯性负载,起动前模腔内需加足一根水泥管桩定量的混凝土,启动后低速运行,显然是重载起动。电磁调速器低速运行时机械特性软,低速转矩较差,要保证生产的正常进行,电动机的容量选得较大,这又使耗能进一步增加。一般制管机的电气传动由1台75kW(55kW)的电磁调速电机驱动。电磁调速电机的调速的范围有限,而低速力矩又较差,但混凝土进行低速搅拌要求力矩大,不能满足时转速会出现不稳定现象,甚至可能无法启动。转速的不稳定性对产品质量有一定的影响。另外,4极交流异步电动机的额定转速为1440r/min,但电磁调速器最高只能调到1200r/min。速度高,对水泥管的质量的提高有益。从以上制管机对电气传动的要求上看,用电磁调速器是一种无奈的选择。现在变频器的价格已经下降到合理的水平,以变频器的优异性能完全可满足制管工艺要求,用变频调速代替电磁调速是最佳的选项。

三、水泥制管的变频调速

根据以上的情况,变频器的机械特性近似为恒转矩,电机在5Hz便可运行,高速50Hz时可达1440r/min,调速比1:10,极大地满足了水泥制管的工艺要求。东莞市大岭山鸿基管桩厂有4台离心浇注机,电机的型号和功率分别为Y260M-4-75KW 2台,Y250M-4-55KW 2台,全部采用电磁调速。将电磁调速改造为变频调速,简单的方法是用变频器驱动电磁调速电机,将电磁调速器杯型转子的励磁调到最大,如前所述效率为85%。为达到最高的节能效率,将电磁调速电机换为普通Y系列三相鼠笼电机,变频器用森兰SB70 75KW 2台,SB70 55KW 2台。变频器设置为外控端子操作,电位器调节变频器的频率。加速和减速时间设定比较长,均为120s,降速到变频器的输出频率5Hz时,启用直流制动,操作十分方便。使用了变频器后,转速稳定性好,管桩的成型的质量有了较大的提高。变频调速后,考虑到电机运行在低速的时间比较长,电机的散热受到一些影响,温度会升高。在改造过程中,将电磁调速电机换为Y系列交流异步电动机时,如果是等容量的代换,由于原来电机的容量就选得比较大,改造后电机的温升不会超过额定值,不必加恒速风扇降温;如果是非等容量代换,代换电机的容量比电磁调速电机小时,那就需在电机尾罩上加恒速风机,以利于电机的散热。

四、节能分析

水泥制管机是采用55kW或75kW的电磁调速电机,转速通常控制在300-1200r/min,这是根据离心制管工艺情况,对电机速度进行控制。实践证明,采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能量50%左右。为什么对电磁调速进行变频改造会有如此大的节能效果呢,因为利用电磁调速方法是的一种耗能的低效调速方法,如公式(1)电磁电机主电机轴输出功率:

P0=T0×n0                           (1)

式中:

P0:表示轴输出功率 (kW)

T0:表示负载转矩    (kgf·m)

n0:表示主电机转速  (r/min)

杯形转子输出功率:

P1∝T0·n1                        (2)

式中:

P1:表示输出功率(kW)

n1:表示杯形转子转速(r/min)

损耗功率:

△P∝P0-P1=T0(n0-n1)             (3)

由损耗功率公式(3)可以清楚看到,电磁调速电机的转速越低,浪费能源越大。电磁调速方式虽然简单,设备价格便宜,但调速以高耗能为代价。水泥制管机低速运行的时间占50%,即在300r/min左右运行,因此改用变频调速的方式后理论上节能为:

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

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

考虑到低速运行的时间占50%,则节能率应为39.6%。据厂家透露,四台制管机月节电费在20,000元左右,一年内可收全部投资,经济效益十分显著。

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