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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 劉軍祥
摘 要：本文通過(guò)對(duì)球團(tuán)廠高壓輥磨機(jī)的運(yùn)行工藝和機(jī)械特性進(jìn)行分析，結(jié)合高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，介紹了高壓變頻器在球團(tuán)廠高壓輥磨機(jī)中應(yīng)用的技術(shù)解決方案和實(shí)際運(yùn)行效果。
關(guān)鍵詞：高壓輥磨機(jī) 高壓變頻 應(yīng)用
一、應(yīng)用現(xiàn)狀
湖北某球團(tuán)廠年產(chǎn)500萬(wàn)噸球團(tuán)線，高壓輥磨機(jī)是球團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)中礦料制球前的一道擠壓工序。該工序的主要目的是通過(guò)礦料擠壓增加表面積，從而達(dá)到提高礦料制球的效率，保證制球產(chǎn)量達(dá)到最大化，提高球團(tuán)成型率。輥磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。
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設(shè)備名稱 |
高壓輥磨機(jī) |
驅(qū)動(dòng)功率 |
2×960kW |
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型 號(hào) |
RP-Z10-140/140 |
電壓等級(jí) |
10 kV |
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功率因數(shù) |
0.89 |
額定電流 |
67.3A |
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額定轉(zhuǎn)速 |
1485r/min |
生產(chǎn)廠家 |
KHD |
該高壓輥磨機(jī)主要由：定輥、動(dòng)輥、液壓機(jī)構(gòu)、料倉(cāng)、喂料機(jī)、料柱、卸料皮帶等機(jī)械設(shè)備及電控系統(tǒng)構(gòu)成。為保持正常生產(chǎn)和良好的成品產(chǎn)出率，系統(tǒng)通過(guò)控制喂料速度保持料倉(cāng)料位在30～80％的高度范圍內(nèi)。通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)定輥與動(dòng)輥間的工作壓力，保持料柱高度和良好的成品擠出率。在實(shí)際運(yùn)行中，由于輥磨機(jī)運(yùn)行速度高、出料速度快，喂料斗根本無(wú)法建立合理的堆料高度，不能為輥壓機(jī)的擠出提供有效的堆壓，礦料直接通過(guò)輥磨。輥壓機(jī)的擠出壓力不能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，存在制球率較低、返料率高，制約球團(tuán)線產(chǎn)量。
為了改善輥壓機(jī)的運(yùn)行工況，提高輥壓機(jī)制球率和成球效果，通過(guò)采用變頻調(diào)速技術(shù)改變輥壓機(jī)的擠出速度，合理控制出料速度，在輥壓機(jī)頂部的堆料倉(cāng)內(nèi)建立料高，保證輥壓機(jī)頂部形成有效堆壓，改善礦料擠出效果、提高礦料制球率。
二、生產(chǎn)工藝分析
高壓輥磨機(jī)兩臺(tái)輥柱分別由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并配備一套完整的機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電控系統(tǒng)，其原理示意如下圖所示。輥磨機(jī)電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)液力耦合器與輥軸的減速齒輪箱連接，減少由于震動(dòng)和瞬間負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)荷沖擊。
當(dāng)輥磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)，液壓系統(tǒng)處于釋放狀態(tài)；定輥與動(dòng)輥同時(shí)空載啟動(dòng)。在啟動(dòng)至正常狀態(tài)后，系統(tǒng)開(kāi)始喂料，液壓系統(tǒng)對(duì)動(dòng)輥加載，逐步提高輥磨擠壓壓力至45～47kPa保持良好的礦料產(chǎn)出成品率。輥磨壓力檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)DCS遠(yuǎn)傳來(lái)的壓力設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)磨輥間隙，保持輥壓穩(wěn)定。當(dāng)運(yùn)行中礦料中的異物通過(guò)輥磨間隙產(chǎn)生沖擊負(fù)荷時(shí)，液壓系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自動(dòng)壓力平衡系統(tǒng)，調(diào)整或平衡輥間壓力。但是在液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)瞬間，輥磨扭矩會(huì)通過(guò)液力耦合器將扭矩沖擊傳遞至電動(dòng)機(jī)輸出軸側(cè)，引起電動(dòng)機(jī)電流瞬時(shí)波動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)卡塞或沖擊負(fù)荷超過(guò)200％Tn時(shí)，液壓系統(tǒng)會(huì)采取緊急卸壓措施，減低沖擊負(fù)荷對(duì)設(shè)備的破壞作用。同時(shí)，機(jī)械傳遞系統(tǒng)，通過(guò)液力耦合器的軟連接提供最大不超過(guò)250％Tn的保護(hù)性能。
三、系統(tǒng)方案
針對(duì)上述分析，高壓輥磨機(jī)定輥和動(dòng)輥電氣拖動(dòng)系統(tǒng)，需分別配備一臺(tái)高壓變頻器和一套工頻/變頻自動(dòng)切換系統(tǒng)，用于該系統(tǒng)變頻拖動(dòng)，以及變頻故障條件下的原有系統(tǒng)恢復(fù)。系統(tǒng)電氣原理圖如下，其中QF表示高壓開(kāi)關(guān)柜、QS表示高壓隔離開(kāi)關(guān)、KM表示真空接觸器、TF表示高壓變頻器、M表示電動(dòng)機(jī)，虛框內(nèi)為新增設(shè)備。
當(dāng)變頻運(yùn)行時(shí)，首先操作QF分?jǐn)啵僮骱螿S1、QS2隔離開(kāi)關(guān)；由DCS發(fā)出變頻選擇指令，變頻器系統(tǒng)自動(dòng)操作合KM1、KM2。變頻輸出“高壓合閘允許信號(hào)”至DCS。DCS在液壓系統(tǒng)處于釋放狀態(tài)下，發(fā)出QF合閘、變頻器上電等指令。變頻上電具備啟動(dòng)條件后，發(fā)“變頻待機(jī)”信號(hào)給DCS。由變頻器進(jìn)行互為運(yùn)行方式確認(rèn)，只有當(dāng)兩臺(tái)輥磨電機(jī)均處于變頻或工頻運(yùn)行方式時(shí)，系統(tǒng)才允許發(fā)出輥磨啟動(dòng)指令。DCS發(fā)出變頻啟動(dòng)指令，輥磨變頻運(yùn)行。
運(yùn)行過(guò)程中，其中一臺(tái)輥磨變頻運(yùn)行回路故障跳閘時(shí)，變頻器發(fā)出聯(lián)鎖跳變頻器上口高壓開(kāi)關(guān)QF信號(hào)。同時(shí)，變頻器自動(dòng)聯(lián)跳上下口真空接觸器KM1、KM2。系統(tǒng)通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)QF聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)輥磨機(jī)原有保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)行卸壓和聯(lián)停另一側(cè)輥磨變頻器。當(dāng)兩臺(tái)輥磨中任意一臺(tái)變頻回路出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)都必須將定輥和動(dòng)輥電動(dòng)機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)為工頻驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行。
工頻/變頻自動(dòng)切換旁路柜提供手/自動(dòng)切換和就地啟停控制功能。自動(dòng)控制時(shí)，變頻器根據(jù)遠(yuǎn)程DCS來(lái)的運(yùn)行方式選擇信號(hào)，自動(dòng)完成工頻/變頻自動(dòng)切換、旁路柜KM1、KM2、KM3操作和邏輯閉鎖、故障判斷等功能處理。
高壓輥磨機(jī)適配的高壓變頻器主要技術(shù)指標(biāo)列表如下。
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序號(hào) |
規(guī) 范 |
參 數(shù) |
備 注 |
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1 |
使用標(biāo)準(zhǔn) |
Q/CP BLH003-2007 |
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2 |
型式及型號(hào) |
HARSVERT-VA10/070 |
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3 |
適用負(fù)載 |
恒轉(zhuǎn)矩同步驅(qū)動(dòng)負(fù)載 |
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4 |
允許過(guò)流動(dòng)作上限 |
250％In，10s |
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5 |
過(guò)載能力 |
150％In，60s |
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6 |
技術(shù)方案 |
8級(jí)模塊串聯(lián)，交直交、高-高方式 |
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7 |
額定輸入電壓/允許變化范圍 |
10 kV±10% |
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8 |
變壓器調(diào)壓范圍 |
0%、+5% |
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9 |
速度控制算法 |
無(wú)速度傳感器矢量控制算法 |
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10 |
速度控制模式 |
速度閉環(huán)控制 |
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11 |
變頻控制模式 |
協(xié)調(diào)控制模式 |
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電網(wǎng)側(cè)變換器型式及元件 |
48脈沖，二極管三相全橋 |
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電機(jī)側(cè)逆變器型式及元件 |
IGBT 逆變橋 串連 |
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控制連接 |
硬接點(diǎn)+MODBUS通訊連接 |
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15 |
系統(tǒng)輸出電壓 |
0～10kV |
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16 |
加減速特性 |
60s / 30s線性 |
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四、控制系統(tǒng)方案
高壓輥磨機(jī)液壓系統(tǒng)加載前，定輥與動(dòng)輥同時(shí)啟動(dòng)；兩臺(tái)輥軸之間無(wú)機(jī)械力矩耦合。兩臺(tái)變頻器根據(jù)預(yù)設(shè)加速曲線加速至轉(zhuǎn)速初始值70%n0。變頻器根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速值自動(dòng)調(diào)節(jié)輥軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；動(dòng)輥轉(zhuǎn)速與定輥轉(zhuǎn)速同步運(yùn)行。變頻器發(fā)出“允許加載”指令，DCS側(cè)操作液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)輥加載。當(dāng)動(dòng)輥?zhàn)冾l器檢測(cè)到轉(zhuǎn)矩輸出達(dá)到輸出要求且穩(wěn)定后，變頻器自動(dòng)由轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式切換為轉(zhuǎn)矩控制閉環(huán)。該控制過(guò)程由變頻器內(nèi)置的專屬“恒轉(zhuǎn)矩同步驅(qū)動(dòng)負(fù)載協(xié)調(diào)控制”策略自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)平衡定、動(dòng)輥的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。保證輥磨機(jī)的具有良好的穩(wěn)態(tài)控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
經(jīng)變頻改造后，變頻控制系統(tǒng)為輥磨機(jī)的工況調(diào)節(jié)提供了一種全新的調(diào)節(jié)手段。輥磨機(jī)不僅可通過(guò)調(diào)節(jié)喂料速度適應(yīng)球團(tuán)生產(chǎn)線產(chǎn)量需求，而且可以通過(guò)改變輥磨機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)節(jié)設(shè)備的出料速度，維持穩(wěn)定的輥?lái)敹褖海ＷC輥磨機(jī)出料質(zhì)量、提高后續(xù)生產(chǎn)的成球率，降低返料量。
五、應(yīng)用效果
高壓輥磨機(jī)經(jīng)變頻改造后，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示。從數(shù)據(jù)中可以看出：高壓變頻運(yùn)行時(shí)，輥磨機(jī)的工藝參數(shù)得到改善，下料量得到控制，在輥磨機(jī)頂部建立了有效的堆壓。產(chǎn)品質(zhì)量得到改善后返料量明顯下降，輥磨機(jī)的電耗也得到明顯下降，直接產(chǎn)生約20%的節(jié)電效果，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
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技術(shù)指標(biāo) |
改造前 |
改造后 |
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1#動(dòng)輥 |
2#定輥 |
1#動(dòng)輥 |
2#定輥 |
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運(yùn)行頻率 |
50Hz |
50Hz |
38Hz |
38Hz |
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工作電流 |
53A |
56A |
40A |
41A |
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擠出輥壓 |
45kPa |
47kPa |
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堆料高度 |
0.3m |
2.38m |
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下 料 量 |
1016t/h |
925t/h |
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返 料 量 |
210t/h |
103t/h |
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生 產(chǎn) 量 |
806t/h |
822t/h |
(結(jié)束)
作者簡(jiǎn)介：劉軍祥，1996年畢業(yè)于天津大學(xué)。長(zhǎng)期從事高壓變頻在電力、鋼鐵、冶金、礦山、水泥、石化等領(lǐng)域的高壓變頻工程應(yīng)用技術(shù)研究，以及新應(yīng)用領(lǐng)域和成套產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)管理工作。現(xiàn)任北京利德華福電氣技術(shù)有限公司總工程師助理兼技術(shù)成套部經(jīng)理。
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