您當前的位置：首頁 >> 經(jīng)營發(fā)展 >> 工程案例
一、背景
首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠一燒車間共有6臺99m2燒結(jié)機，均采用機上冷卻工藝，設計燒結(jié)面積為99 m2，冷卻面積為99 m2，冷燒比為1:1。在每臺燒結(jié)機的機頭配有一臺熱風抽風機，機尾配有一臺冷風抽風機，通過在風箱中增加擋板隔離熱風和冷風。初步設計時為了滿足高產(chǎn)出生產(chǎn)目的，將冷、熱風機設計為高負壓、大風量模式，冷、熱風機均工作在全速運行狀態(tài)。然而隨著燒結(jié)新工藝的改進，燒結(jié)礦的原料透氣性不斷得到提高，采用不同機速和料厚時，所需風量也不同，為滿足不同生產(chǎn)狀況的需求，通過調(diào)節(jié)風門開度調(diào)節(jié)流量。由于經(jīng)常調(diào)節(jié)風門，3#冷風機運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞及閥門故障，主要原因是運行時振動過大。
目前，燒結(jié)機風機電耗占燒結(jié)廠總電耗70%左右，風機電量高消耗直接影響到燒結(jié)機主要技術經(jīng)濟指標，因此尋找風機經(jīng)濟、高效運行的有效方法對生產(chǎn)具有重要意義。
交流同步電機的調(diào)速控制發(fā)展趨勢
交流同步電機的調(diào)速是電氣驅(qū)動領域的一大難題，我國從20世紀70年代開始進行交流同步電機調(diào)速技術的研究，80年代初已研制成功交—交變頻同步電機的實驗樣機，但大功率交流變頻調(diào)速裝置直到90年代后期才得到發(fā)展。
目前國產(chǎn)大功率變頻裝置成功應用于同步電機的實例很少，都是國外品牌一統(tǒng)天下。目前我國大型同步電機應用變頻調(diào)速仍然才剛剛起步，而通過調(diào)速型液力耦合來實現(xiàn)同步機調(diào)速，由于液力耦合器的傳動效率低和油品等方面的問題，在大功率同步電機上的應用案例也不多，而且液力耦合的調(diào)速范圍也不能夠做的太寬，效率控制很難實現(xiàn)。因此我國高壓同步電機調(diào)速功能市場前景巨大。
1、同步電機變頻調(diào)速技術的難點
同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導致系統(tǒng)失步。因此同步電機變頻調(diào)速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi)變動，這一點就是同步電機變頻和異步電機變頻的主要區(qū)別，這是局限了同步電機使用變頻調(diào)速的范圍的關鍵因素之一，同步電機特別是高壓大功率的同步電機目前使用電力變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍基本上只有10～20%，下面簡單說明一下同步電機的運行和使用特性。
2、 同步電機的啟動投勵過程
同步電機啟動有兩種方式：一種先投勵，同步啟動；一種異步啟動，后順極性投勵。對于同步電機變頻啟動均采用先投勵，同步啟動，但常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置判斷不正確導致電機啟動失敗。針對同步電機變頻調(diào)速改造，很容易采用異步啟動，順極性投勵方式，所以很多高壓變頻裝置對同步電機進行異步軟啟動，實現(xiàn)額定啟動力矩后，將同步電機啟動到8hz左右進行順極性投勵，具體所投勵磁大小及投勵時頻率可以根據(jù)不同應用場合調(diào)試確定。至此，電動機轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場間夾角經(jīng)過小量有阻尼震蕩后，電機轉(zhuǎn)子磁極被定子磁極可靠吸引，同步電機進入同步運行狀態(tài)。
所以同步電機的變頻器是按照預先設定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角逐漸拉大到某一常值，電機轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機起動過程完成。針對要求重載啟動的工況，為了啟動力矩更大，可以適當提高變頻裝置輸出電壓和同步電機的勵磁電流。
3、同步電機調(diào)速時阻尼繞組
由于在同步電機的升、降速過程中，瞬間會出現(xiàn)電源同步轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速不一致的情況，這樣就會在同步電機的阻尼繞組內(nèi)產(chǎn)生感應電壓，形成電流，所以，交流同步電機在進行變頻安裝布置前，必須要檢查同步電機的阻尼繞組內(nèi)結(jié)構(gòu)件是否牢固并加固好，盡可能減少繞組內(nèi)阻，防止在進行調(diào)速過程中出現(xiàn)較大感應電流而產(chǎn)生大發(fā)熱量，以致?lián)p壞電機阻尼繞組，造成同步機損壞，這是很關鍵和相對復雜的一個環(huán)節(jié)。
麥格鈉永磁渦流柔性傳動節(jié)能技術功能及特點
永磁動力傳動技術是21世紀初誕生與發(fā)展起來的一項高新技術，廣泛應用于鋼鐵、艦船、石油化工、市政等行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機械中。該技術具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源、不污染環(huán)境等優(yōu)點，尤其是在高轉(zhuǎn)速、大容量、高功率密度等特點更具有重大的軍、民兩用的實用推廣價值。
麥格鈉的永磁渦流柔性動力傳動軸系是一種新型的非接觸式動力傳動系統(tǒng)，具有其它軸系動力傳動方式無法比擬的優(yōu)點。它結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、無污染，工程環(huán)境適應性好，能有效抑制轉(zhuǎn)子振動導致的機械故障，并且動力節(jié)能效果顯著，因此有著廣闊的發(fā)展前途。特別是隨著稀土強磁材料的發(fā)展,已經(jīng)使磁力傳動在旋轉(zhuǎn)機械動力傳動中普遍應用成為現(xiàn)實。
永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置是通過導體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙建立磁聯(lián)接實現(xiàn)由源動機到負載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術在源動機和負載之間沒有任何機械鏈接。其工作原理是：源動機側(cè)的導體轉(zhuǎn)子在負載側(cè)永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場中旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而產(chǎn)生感應磁場，與永磁轉(zhuǎn)子的磁場相互作用產(chǎn)生扭力，推動負載的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了源動機到負載之間轉(zhuǎn)矩的無接觸傳遞。永磁調(diào)速驅(qū)動裝置顛覆了傳統(tǒng)的扭矩傳遞方式。
麥格鈉的永磁渦流柔性傳動調(diào)速是一種全新的調(diào)速方式。與機械調(diào)速裝置相比具有體積小、無磨損等優(yōu)勢；與變頻調(diào)速方式相比，永磁裝置本身不消耗電能,不對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波和電磁干擾。同時在對環(huán)境能力的適應性、電力品質(zhì)、電機絕緣等方面具有絕對的優(yōu)勢。在滿足現(xiàn)場工藝要求的前提下，永磁調(diào)速裝置還具有不需要對現(xiàn)有電動機和供電電源進行任何改動，較少的安裝投入等優(yōu)點。
其改變了傳統(tǒng)的調(diào)速理念，以氣隙傳遞能量，完成能量的空中傳遞，實現(xiàn)電機與負載之間無機械連接傳動，使傳動更安全可靠、更簡單方便、更高效節(jié)能。通過調(diào)整氣隙大小，實現(xiàn)流量或壓力的連續(xù)控制和調(diào)節(jié)，在電機轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風機或水泵的轉(zhuǎn)速的高低實現(xiàn)工藝條件的滿足同時達到節(jié)能目的。被譽為工業(yè)傳動史上的一次革命。
二、項目選擇及實施過程
2014年燒結(jié)廠派遣設備部長及技術骨干，到我公司就永磁調(diào)速裝置的安全穩(wěn)定傳動技術進行深入地調(diào)研，最終達成一致,在3#冷風機安裝永磁渦流柔性調(diào)速裝置進行試驗。
查燒結(jié)廠電量平衡系統(tǒng)，2014年1-6月3#冷風機耗電量及作業(yè)率統(tǒng)計如下：
|
項目 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
|
耗電量(Kwh) |
1210374.5 |
846745.3 |
842882.7 |
1295614.3 |
1091785.2 |
1188298.6 |
|
作業(yè)率(%) |
0.94 |
0.75 |
0.66 |
0.98 |
0.81 |
0.88 |
針對3#冷風機麥格鈉公司選擇WH4000型永磁渦流柔性調(diào)速裝置于2014年12月8日安裝調(diào)試，10日進行聯(lián)動試車，風機投入運行穩(wěn)定，并達到燒結(jié)爐生產(chǎn)工藝要求。
三、3#燒結(jié)冷風同步機節(jié)能效果及運行情況
同步電機原轉(zhuǎn)速為1000rpm，單位電機能耗為約1900KWh左右。永磁調(diào)速設備投入后，根據(jù)工藝控制要求，最低轉(zhuǎn)速降至670轉(zhuǎn)、對應時點電機能耗功率為1100KWh，10、11日平均運行單位能耗為1250KW左右，日平均節(jié)能率達到34%左右。
上圖左側(cè)3#同步機為永磁調(diào)速，2#、1#為風門控制，對比三相電流、電機功率和功率因素。
1#和3#風機對比連續(xù)運行的各項參數(shù)匯總：
單機功率、三相電流、有功功率、無功功率、功率因素。
1#和3#風機運行的設備參數(shù)對比
電機、風機前后各軸承溫度、各振動指標均較同類型數(shù)據(jù)偏低。
麥格鈉永磁渦流柔性調(diào)速裝置(WH4000)本次應用于首鋼集團礦業(yè)公司燒結(jié)廠3號爐主抽冷風同步機組工藝流程同步調(diào)速控制上，實屬全國范圍內(nèi)的第一次投入實地運行，這在燒結(jié)主抽工藝上是一次創(chuàng)造性的使用。
