Проект модернизации электропривода скребкового конвейера ОАО «Нойзидлер Сыктывкар»
Лесопромышленный комплекс «Нойзидлер Сыктывкар».
Общий обзор.
ОАО "Нойзидлер Сыктывкар" – один из крупнейших производителей бумаги и целлюлозы в России с общим объёмом производства около 700 тысяч тонн продукции в год. Комплекс имеет интеграцию с рядом лесных холдинговых компаний, ТЭЦ и линиями производства целлюлозы. Ассортимент продукции включает офсетную и газетную бумагу, картон для упаковки жидких продуктов и упаковочный топ-лайнер.
"Нойзидлер Сыктывкар" считается устойчивым предприятием, относительно экономического роста в отрасли, увеличивая объёмы производства благодаря сочетанию новой продукции и экспорта. День 25 июня 1969 года стал днём официального рождения комбината. С этого момента идёт отчёт времени становления и развития этого уникального предприятия, освоение передовых технологий и новых видов продукции, совершенствования инженерных кадров. Совокупность технологий по глубокой химической и механической переработке древесины позволяет полностью и комплексно перерабатывать древесное сырьё и производить продукцию, пользующуюся неизменным спросом. Комплекс действующих производств включает оборудование, технологии, опыт известных зарубежных фирм Австрии, Германии, Италии. Жизнедеятельность предприятия обеспечивается собственной энергетикой, связанной с энергетической системой России, наличием на предприятии всех необходимых вспомогательных и ремонтных служб.
Особенностью целлюлозно-бумажной промышленности является энергоёмкость, по потреблению электроэнергии и расходу тепла которая является одной из самой энергоёмкой отраслей промышленности нашей страны, и занимает соответственно шестое и четвёртое место.
"Нойзидлер Сыктывкар" имеет собственную ТЭЦ, работающую на природном газе. Она вырабатывает 436 МВт электроэнергии и 3200 тонн пара в час. ТЭЦ обеспечивает до 200% потребителей комбината, что позволяет использовать избыток тепла и электроэнергии на нужды Сыктывкара.
Приобретённые за годы работы квалификация, опыт и усилия специалистов управленческого персонала и рабочих, обеспечили эффективное производство, и устойчивое финансовое состояние предприятия.
2. ОБЩАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Общая характеристика производства.
Цех подготовки древесного сырья (ЦПДС) ОАО «Нойзидлер Сыктывкар» предназначен для получения технологической щепы из древесины, приёма привозной щепы, автомобильной поставки и подачи щепы в производство. Цех подготовки древесного сырья обеспечивает сырьём варочный цех, цех полуфабрикатов высокого выхода. Проектная мощность – 3000 тыс.пл.м³ щепы в год. ЦПДС состоит из 3-х участков: участок выгрузки древесины, распиловочно-окорочный участок, древесно-сырьевой участок.
Участок выгрузки древесинызанимается транспортировкой древесины в плотах и секциях, расформировкой её и подготовкой к выкатке из воды. Древесина мостовыми кранами поднимается из воды и выгружается с автотранспорта, далее подаётся через приёмные столы роспуска на переработку, или же складируется на площадках хранения древесины.
Распиловочно-окорочный участок состоит из 2-х цехов: распиловочно-окорочный цех (РОЦ) и древесно-подготовительный цех (ДПЦ-2).
Древесно-сырьевой участоксостоит из 3-х потоков, один из которых оснащён корообдирочным станком. Древесина, поставляемая по железной дороге, или автомобильным транспортом окаривается, рубится, сортируется и поступает пневмотранспортом на хвойный и лиственный потоки ХТММ, в бункер №3 3Сщ для ТММ или конвейером в бункера 3СЩ для последующей транспортировки пневмотранспортом или ленточными транспортёрами через галерею №5 в варочно-промывной цех.
2.2. Описание технологического процесса распиловочно-окорочного цеха (РОЦ).
В распиловочно-окорчном цехе древесина поднимается из воды и выгружается с автотранспорта при помощи 2-х мостовых кранов, распиливается на балансы длиной 1,5 метра. Далее балансы окариваются в двухсекционных окорочных барабанах КБС-425, вращающихся со скоростью 6 об/мин или 9 об/мин, в зависимости от установленных электродвигателей. Балансы окариваются за счет трения об окорочные балки барабанов и друг от друга. В зимнее время в торец глухой секции барабанов подается пар при температуре 150° - 170°С. Степень окорки зависит от степени загрузки окорочного барабана (должно быть 50 - 60 % } и его производительности. Производительность КБС-425 регулируется положением гидравлически перемещаемой шандоры на высоте барабана. При достижении степени окорки 95%, производительность не более 60 пл. мЗ/час при 6 об/мин и 85 пл. мЗ/час при 9 об/мин. Расход пара при температуре выше 25 °С 55 кг/пл. Проваливающиеся через прорези открытой секции барабана кородревесные отходы конвейером транспортируются на площадку хранения, или, через корорубки в емкости закрытого склада щепы и на сжигание в утилизационных котлах ТЭЦ. Окоренные балансы конвейером подаются на рубительные машины №10,11 - МРН 300. Щепа может конвейером подаваться на площадку временного хранения, или пневмотранспортом на кучевое хранение, либо на сортирование в ДПЦ-1.
В распиловочно-окорчном цехе используется мехочищенная вода и пожарная вода поступающая с водоочистительной станции (ВОС) производства водопропускных сооружений (ПВПС).
Мехочищенная вода с давлением 3,8 - 4,2 кгс / см2 используется на технологические нужды - охлаждение воздуходувок, рубительных машин, на спрыски транспортерных лент, уборку помещений.
После использования мехочищенная вода ( ~50 % ), содержащая кору и щепу поступает на станцию биологической очистки (СБО) через насосные станции № 9, 4, 5. Мехочищенная вода, используемая на охлаждение оборудования (~ 50 % ) поступает в ливневую канализацию. Общий расходводы за год ~ 5108000м3.
Пожарная вода с давлением 4,2 - 4,5 кгс / см 2 используется на тушение пожаров, учебно - тренировочные занятия ВПЧ, на проверку системы на водоотдачу. Вода поступает по восьми вводам ( 6 вводов диаметром 159 мм и 2 ввода по 100 мм ) на 28 гидранта, в летнее время дополнительно подключается 32 гидранта и 144 лафетные установки. Общий расход воды за год ~ 53400м3 (18400м3 в зимнее время + 35000 м3 в летнее время).
2.3. Актуальность темы
дипломного проектирования.
Скребковый конвейер предназначен для подачи коры с открытой площадки хранения на ленточный конвейер, по которому кора транспортируется в ТЭЦ для сжигания её в котлах. По технологии объём подачи коры необходимо регулировать, поэтому для привода скребкового конвейера применяем электропривод с регулированием скорости вращения.
В ходе дипломного проектирования по вышеуказанной теме происходит знакомство с приоритетным в настоящее время современным электроприводом с частотным регулированием, система управления которого реализована на микропроцессорной базе. Входы и выходы таких приводов легко согласуются с входами и выходами современных автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), в связи с чем эти приводы широко применяются для управления технологическим оборудованием. Частотно-регулируемый привод с микропроцессорной системой управления позволяет использовать простой по конструкции, высоконадёжный и экономичный асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором (КЗР) с характеристиками, не уступающим характеристикам двигателей постоянного тока (ДПТ).
3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1 Требования к электроприводу скребкового конвейера применительно к условиям данного цеха.
При проектирование электрооборудования и устройств автоматики следует учесть что, цех РОЦ является производством, где технологические процессы связаны с выделением древесно-содержащей пыли, потреблением воды, а также пара.
Требования предъявляемые к электроприводу и автоматике:
1. Режим работы – продолжительный (круглосуточный);
2. Исполнение и степень защиты:
-для оборудования, установленного в цехе или вне цеха (эл. дв. IP44,
IP54);
-для оборудования, установленного в эл. помещении (пр. IP54).
3. Охлаждение– предпочтительно с самообдувом.
4. В отношении управляемых приводов:
- обратная связь в системе регулирования отсутствует.
Распиловочно-окорочный цех является пожароопасным, а также из-за применения пара производством с повышенной влажностью, поэтому при конструировании электрооборудования для таких предприятий и при проектировании электроприводов механизмов необходимо учитывать неблагоприятные условия данного производства. Обычно пользуются следу -
ющими способами, обеспечивающими безопасное и надежное исполь зование электрооборудования на предприятиях с неблагоприятными условиями окружающей среды: вынесение электрооборудования в отдельные электротехнические помещения с благоприятными условиями. Это наиболее радикальное средство защиты электрооборудования, хотя в ряде случаев оно сопряжено с увеличением капитальных вложений на строительство специальных помещений. Следует иметь в виду, что при этом не могут быть вынесены электродвигатели, сигнальные устройства оперативного управления (кнопки, ключи, сигнальные лампы) и датчики. Применение электрооборудования в конструктивном исполнение, точно соответствующем условиям окружающей среды.
3.2. Расчет и выбор электродвигателя.
Основным требованием, предъявляемым рабочими механизмами к приводным двигателям, является обеспечение заданной производительности механизма при надлежащей надежности и экономичности их работы. Это требование может быть удовлетворено лишь при условии выбора двигателя соответствующей мощности.
В основном электродвигатели выбирают по следующим параметрам:
1. Величине напряжения.
2. Роду тока.
3. Частоте вращения вала двигателя.
4. Условиям окружающей среды.
5. Характеру и значению нагрузки.
В нашем случае выбор электродвигателя будем производить в зависи-
мости от характера нагрузки и мощности, а также от частоты вращения вала двигателя.
Выбор электродвигателя по частоте вращения.
Прямое соединение электродвигателя с машиной с помощью муфты возможно только при совпадении частот вращения вала двигателя и вала приводного механизма. Если частоты не совпадают, то подбирают двигатель с большей частотой вращения вала и применяют соответствующий тип редуктора. Тип передачи выбирают в зависимости от необходимого передаточного числа и конструктивных особенностей производственной установки.
При выборе электродвигателя по номинальной частоте вращения учитывают и технические показатели. Масса и стоимость быстроходных двигателей меньше, а номинальные КПД и коэффициент мощности Cos φ больше.
Технико-экономические расчёты и практический опыт показывают, что в большинстве случаев наиболее экономичны двигатели с частотой вращения 1500 мин -1. Двигатели на 3000 мин -1 применяют для приводов центробежных насосов и вентиляторов большого напора. Двигатели на 1000 мин -1 используют для привода поршневых компрессоров, вентиляторов среднего напора большой производительности и в других случаях, когда возможно соединение с валом рабочей машины.
Технические данные скребкового конвейера: потребляемая мощность на валу рабочего механизма: P = 10 кВт. Коэффициент загрузки механизма: Кз.м. = 0,9.
Выбор электродвигателя в зависимости от характера и мощности нагрузки.
Мощность двигателя для привода рабочей машины определяют по мощности, потребляемой на её валу (Рпотр.), и режиму работы.
При выборе электродвигателя по мощности возможно два случая:
1. Потребляемая мощность на валу рабочей машины известна (приводится в технической характеристике машины).
2. Потребляемая мощность на валу машины не известна.
Во втором случае для определения потребляемой мощности нужно использовать нагрузочные диаграммы, снятые каким-либо регистрирующим прибором, нормативы, учитывающие расход энергии и выход вырабатываемой продукции.
Если известна потребляемая мощность, то электродвигатели выбирают следующим образом.
1. Определим расчетную мощность электродвигателя для привода по формуле:
Ррасч = Рнагр*ηп
ГдеРнагр - мощность, потребляемая на валу машины при номинальном режиме работы, кВт.
Рнагр = 10 кВт
ηп - КПД передачи.
ηп = 0,9-0,93, т.к. тип передачи через редуктор.
Ррасч = 10*0,95 = 9,5 кВт.
2. По расчетной мощности из каталога выбираем электродвигатель с паспортной мощностьюРном ≥ Ррасч: 4А132М2СУ3 со следующими техническими данными:
● Pн……………………………………………………………………..11кВт
● Iн……………………………………………………………………….22А
● Uн……………………………………………………………………..380В
● Частота вращения……………………....................................1500 об/мин
● Cosφ……………………………………………………………………..0,9
● К.П.Д…………………………………………………………………..0,88
● Iп/Iном = (Кi)…………………………………………………………...7,5
● Мmax/Mном……………………………………....................................2,2
3. Вычислим коэффициент каталожной нейвязки:
Кк.н. = Ррасч / Рном = 9,5 / 11 = 0,86
4. Расчитаем коэффициент загрузки электродвигателя:
Кз.д.= Кк.н. * Кз.м.
Где: Кз.м.-коэффициент загрузки механизма, для поточно-транспортных систем = 0,9.
Кз.д.=0,86 * 0,9 = 0,77.
5. Определим мощность, присоединенную к сети Рприс. в кВт:
Рприс. = Рн / ηдв = 11 / 0,88 = 12,5 кВт
6. Определим потребляемую мощность электропривода с учетом
коэффициента загрузки:
Рпотр = Рприс * Кз.д. = 12,5 * 0,77 = 9,62 кВт.
3.3 Выбор частотного преобразователя.
Обоснование выбора.
Принципиальная возможность регулирования угловой скорости асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения вытекает из формулы ω = 2πf (1-s)/p. При регулировании частоты также возникает необходимость регулирования амплитуды напряжения источника, что следует из выражения U ≈ Е = kФf. Если при неизменном напряжении изменять частоту, то поток будет изменяться обратно пропорционально частоте. Так, при уменьшении частоты поток возрастает, и это приведет к насыщению стали машины и как следствие к резкому увеличению тока и превышению температуры двигателя; при увеличении частоты поток будет уменьшаться и как следствие будет уменьшаться допустимый момент.
Для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулирова-
нии угловой скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки, что реализуемо только в замкнутых системах электропривода. В разомкнутых системах напряжение регулируется лишь в функции частоты по некоторому закону, зависящему от вида нагрузки.
Из всех возможных способов регулирования этот способ позволяет плавно изменять угловую скорость в наиболее широком диапазоне (до 10 : 1, а иногда и более). Для его осуществления требуется, чтобы двигатель (или группа двигателей) получал питание от отдельного источника. В качестве такого источника могут быть использованы электромеханические или статические преобразователи частоты. В связи с развитием полупроводнико-
вой техники в настоящее время наиболее предпочтительными являются полупроводниковые статические преобразователи фирмы Vacon.
Обоснование выбора преобразователя.
Компактные преобразователи частоты Vacon серии CXL перекрывают диапазон мощностей 0,55 кВт – 1,5 МВт для трехфазных напряжений 200/400/500/690 В. Преобразователи частоты Vacon удовлетворяют самым жестким требованиям директив по электромагнитной совместимости, установленных ЕС.
Высокая помехоустойчивость и небольшое излучение электромагнитных помех достигнуты за счет специальной оболочки, встроенного дросселя переменного тока, фильтра радиочастотных помех, а также других техничес-
ких решений. Входной дроссель снижает также уровень высших гармоник, генерируемых преобразователем частоты в питающую сеть. Современная технология векторного управления без датчиков обратной связи по скорости, быстродействующая интегрированная цепь управления, а также непосредственное измерение тока в трех фазах гарантируют качественное управление электродвигателем и адаптируемость преобразователя частоты даже к самым сложным условиям применения. С другой стороны, благодаря подробным руководствам, удобной панели управления и специализированным программным продуктам для персонального компьютера работа с преобразователями частоты Vacon во всех случаях не представляет сложностей.
● Преобразователи частоты Vacon ориентированы на мировой рынок. Они изготовляются в соответствии с европейскими нормами, специалистами с высокой квалификацией и богатым производственным опытом.
● Высокое качество обеспечивает выбором лучших технических решений и комплектующих.
● Каждый преобразователь частоты подвергается выходному контролю и испытаниям в предельных условиях эксплуатации.
● К каждому преобразователю частоты прилагается акт испытаний.
● Преобразователя имеют разнообразные функции.
● Предусматривается блокировка параметров, повышающая безопасность изделия во время эксплуатации.
● Расчетный срок службы преобразователя частоты ─ более 500.000 часов.
Срок службы в предельных условиях эксплуатации (100% нагрузка, мак-
симальная температура окружающей среды, непрерывная работа в течении 24 часов полную неделю) составляет 50.000 часов.
Преобразователи частоты Vacon имеют малые габариты и легко встраивает ся в различные системы.
Построенные по блочно-модульному принципу макропрограммы облегчают ввод в эксплуатацию преобразователя частоты на различных объектах. Помимо базовой макропрограммы в распоряжении пользователя имеются:
● Стандартная макропрограмма.
● Макропрограмма “Местное / дистанционное управление”.
● Макропрограмма с набором фиксированных скоростей.
● Макропрограмма с ПИ-регулированием.
● Универсальная макропрограмма.
● Макропрограмма управления насосами и вентиляторами (с функцией
выравнивания моторесурса агрегатов).
Преобразователи частоты Vacon отличаются большой простотой в эксплуатации.
● Подробные руководства на русском языке, а также более чем на 20
языках.
● Благодаря макропрограммам количество параметров
настройки сведено к минимуму.
● Специализированные программные продукты и руководства можно
получать из Интернета.
● Простые в эксплуатации панели управления (стандартные, буквенно-цифровые, графические).
● Предварительная установка основных параметров: достаточно ввести в
преобразователь частоты данные двигателя, указанные в заводской бир-
ке; остальное Vacon сделает сам.
● Удобные присоединения цепей ввода-вывода, разъемные клеммники.
● Выход RS232C для персонального компьютера.
● Сетевые адаптеры для всех локальных промышленных сетей.
Все эти преимущества делают преобразователь частоты Vacon удобным и надёжным в эксплуатации и предоставляющим неограниченные возможности в регулировании скорости различных производственных механизмов, в нашем случае, скребкового конвейера.
3.4 Описание принципа работы частотного преобразователя Vacon.
В основе частотного преобразователя Vacon лежит технология векторного управления без обратной связи, связанная с адаптивной моделью двигателя и специализированной интегральной схемой. Работа математической модели двигателя базируется на данных о величине тока, измеряемого в каждой фазе и уровня рабочего напряжения, выдаваемого цепями блока управления. В модели автоматически идентифицируются параметры электродвигателя, как для бездатчикового векторного режима, так и для скалярного управления, при этом отслеживаются текущие изменения параметров во времени. Векторное управление основывается на системе координат вектора потока статора, которая слабо восприимчива к небольшим отклонениям в измерениях показателей и параметров двигателя, что упрощает расчёты. Цепи блока управления также осуществляют контроль за обменом информацией по внутренним шинам и отдельными внешними функциями, тем самым высвобождая процессор для решения других задач.
Принцип работы преобразователя заключается в следующем: трёхфазный дроссель переменного тока с конденсатором промежуточного звена постоянного тока образует индуктивно-ёмкостной фильтр, который совместно с диодным мостом обеспечивает постоянное напряжение на входе инвертора на транзисторах IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Дроссель переменного тока фильтрует также высокочастотные помехи приходящие из сети в преобразователь и генерируемые преобразователем в сеть. Кроме того, он улучшает форму кривой тока, подаваемого на преобразователь.
Инверторный мост на транзисторах формирует симметричное трёхфазное напряжение регулируемое методом широтно-импульсной модуляции, подаваемого на электродвигатель. Мощность, потребляемая из сети является практически активной.
Блок прикладных функций и управления двигателем реализован с использованием микропроцессорных средств. Микропроцессор управляет двигателем в соответствии с замеренными значениями, уставками соответствующих параметров, а также управляющими командами, формируемыми цепями платы ввода-вывода и панелью управления. Блок прикладных функций в свою очередь выдаёт команды на блок управления двигателем, который определяет параметры коммутации транзисторов IGBT. Драйверы усиливают управляющие сигналы, обеспечивая коммутацию IGBT модулей.
Панель управления обеспечивает связь между оператором и преобразователем частоты. С помощью панели управления оператор может устанавливать параметры, читать информацию о состоянии оборудования и формировать управляющие команды.
3.5 Расчет и выбор коммутационных аппаратов, силовых кабелей, защиты и автоматики.
Для увеличения срока работы электродвигателей необходимо технически грамотно выбрать аппаратуру управления и защиты. Выбрать аппарат ─ это значит отобрать из многих однотипных аппаратов самый экономичный, технические данные которого полностью соответствуют условиям окружающей среды. Кроме этого, необходимо учитывать требования техники безопасности.
Методика выбора аппаратов управления и защиты установлена руководящими техническими материалами РТМ «Методика выбора элементов пускорегулирующей и защитной аппаратуры электроприводов машин». Согласно этому документу аппараты управления и защиты выбирают в зависимости от установленной мощности и режима работы электроприемника, условий внешней среды, технических требований и монтажного исполнения.
Выбор аппаратов защиты начинают с определения вида (принципа действия) защиты. Неправильный выбор вида защиты может способствовать интенсивному старению изоляции и сокращению срока службы электроприемников, возникновению пожаров, а так же поражению людей электрическим током.
Выбор автоматов управления (магнитных пускателей, контакторов, автоматических выключателей, рубильников) и защиты (предохранителей, автоматических выключателей, тепловых реле) производится по номинальному току нагрузки, номинальному напряжению и роду тока питающей сети. Чтобы предохранители и выключатели надежно защищали электроприемники и сети от коротких замыканий и перегрузок, они проверяются по номинальному току плавкой вставки и соответственно току срабатывания расцепителя. Кроме того, они должны быть проверены на селективность. Эксплуатационные требования и условия среды в месте установки аппаратов так же должны учитываться при их выборе.
|