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用變頻器改造大型壓延機方案


用變頻器改造大型壓延機方案
 進入21世紀,國際上的各種能源價格不斷上漲,國內的能源價格也同步上漲。一次能源是不可能再生的國家資源,因此節能降耗是我們國家的基本國策和長遠方針。溫家寶總理2006年3月5日在全國人民代表大會第四次會議上做政府工作報告中提出,2006年國民經濟和社會發展的主要預期目標是國內生產總值增長8%左右,而國內生產總值能耗降低4%左右。“十一五”規劃《綱要(草案)》則提出了“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20%的目標。
  塑料、橡膠企業是耗能大戶,節能任務艱巨。若想完成上述指標,企業除對製品的製造工藝進行革新之外,還急需節能的新設備和對老設備進行更新改造,特別是裝機容量大的設備。當今采用變頻器和伺服係統取代直流調速、整流子調速、電磁調速等傳統的調速係統是較為有效的節能措施。
  改造老橡塑設備是當務之急
  我國在加入世界經貿組織(WTO)後,隨著大批國外塑膠機械設備與技術的引進,我國的橡膠與塑料機械工業取得了飛速發展。據有關部門統計,近兩年我國橡膠機械銷售額達到了65億元,同比增長6,7%。另外,我國有3家企業進入了世界橡膠機械企業10強。
  同樣,我國的塑料機械工業也行駛在高速發展的軌道上,2006年我國塑料機械銷售額突破200億元,成為全球最大的塑料機械生產國。由於我國塑料機械、橡膠機械的技術水平逐年提高,且具有價格優勢,因此除滿足內需以外,還大批出口到國外。
  目前,雖然我國的塑料廠和橡膠廠的設備大部分已更新換代,選購了國產和進口的高生產效率及自動化水平高的單機、機組和生產線,節能效果顯著,代表了當前世界先進水平,但也有一些生產效率低、能耗大的老設備仍在維持使用,如610×1730大型四輥壓延機(見圖1)。該機是橡塑製品行業的關鍵設備,在塑料廠用於生產人造革和壓延聚氯乙烯薄膜等塑料製品,而在橡膠廠、輪胎廠則主要用於簾布雙麵貼膠和紡織擦膠、膠料壓片。
  圖1 610×1730大型四輥壓延機生產線
  610×1730大型四輥壓延機是由一台直流電機通過減速機、速比齒輪係統同時驅動4個輥筒運行的。主要技術規格包括:輥筒直徑610mm;輥筒工作長度1730mm;輥筒速度5.4~54m/min;輥筒調距範圍0~20mm;驅動電機功率160kW,電機型號ZD2-113-1,1000r/min,DC220V,單機淨重達77000kg。另有分離式可控矽調速係統一套。由於驅動電機為直流220V,故單獨配有250kVA、6000~220V電力變壓器一台。
  該機係我國橡膠塑料機械企業於20世紀60~70年代的仿蘇產品,雖然已使用了幾十年,但機械部分還尚好,國內很多輪胎廠、塑料廠還在維持使用,仍能生產出優質橡膠、塑料製品,但運行能耗大。而且電動機由於自然老化、功率衰減等原因,故障率較高,每年至少停機維修7~8次,每次停產3~5天,嚴重製約了生產任務的完成。調速係統由於經過長時間的使用,所用電子器件工作不穩定,漂移較多,且大多數元件屬淘汰產品,難於選購,致使更換維修困難。因此應對這種大型老設備進行更新改造。通過比較,我們認為采用變頻器與伺服技術,應該是一個不錯的選擇。
  變頻器的應用與優點
  隨著社會經濟的發展,科學技術的進步,變頻器與伺服技術發展很快,裝機容量逐漸增大,進口與國產品種增多,性能穩定可靠,性能價格比不斷提高。
  采用變頻器和伺服係統取代直流調速、滑差調速等傳統的調速係統,不但節電,而且使運行速度的精度及穩定性都得到了顯著的提高,從而進一步滿足了生產的需要。采用變頻或伺服技術配用異步交流電動機或異步伺服電動機,同比直流電動機、整流子電動機節能20%~30%,同比滑差電動機節能40%~50%。同時,變頻或伺服屬軟起動,無衝擊電流、起動平穩、無噪音,而且可提高產品的質量。采用變頻或伺服控製技術的其他好處還包括:無附加轉差損耗、機械磨損小,可延長機器的使用壽命,降低維修費用;變頻器能夠滿足無級調速、恒扭矩的工藝要求;容易實現協調控製和閉環控製,可以保留和利用原有異步電動機對舊設備進行技術改造;既具有結構簡單、可靠、耐用、維護方便的優點,又能達到節電的顯著效果。
  基於變頻器和伺服係統的眾多優點,近幾年我國有許多塑料機械和橡膠機械企業在其設備中都使用變頻器進行調速。如:大連政華洋塑料機械有限公司在其吹塑薄膜機組係列中,全部采用變頻器調節速度。他們還在其SJM30×30-450和SJM35×30-650型塑料擠出吹膜機組中進行工業性實驗,通過對用變頻器調速和用原電磁調速的比較發現,使用前者一年所節約的電費,正好相當於更換驅動傳動係統所增加的費用。這樣隻需一年就可收回改造成本;大連橡膠塑料機械股份有限公司在其新研製的塑料三層共擠出吹塑重包裝複合膜機組中采用了12台ABB公司的ACS550-01係列變頻電機,實現了協調控製、自動運行,並具有使用維護方便及節能的特點,頗受用戶歡迎。
  方案選擇與實施
  理論上,塑料、橡膠用的壓延機采用交流變頻調速來實現較大幅度節能(20%~50%)是一種較為理想而實用的方法。
  鑒於舊壓延機存在的問題,以及變頻器的功能與優點,經過市場調研與經濟技術的分析與認證,我們確定采用三相交流異步電動機和一台交流變頻器,更換原來的直流電機調速係統。
  因在生產過程中,電動機運行在800~990r/min的時間占總運行時間的95%以上,為進一步節省費用,未選用帶強製冷卻功能的專用變頻電機,而是選擇了Y355M1-6、160kW、990r/min三相鼠籠異步電動機。這種交流異步電動機具有結構簡單、耐用、可靠、易維護、價格低等特點,在交流變頻器的控製下,可實現平滑調速。對於變頻器,我們則選用了LGSV160IH-4UCT160kW恒轉矩交流變頻器。
  在交流變頻器中,我們設置了多種轉矩補償功能,選擇了FUN08:V/F曲線功能的自動補償檔。它能夠不斷檢測負載狀態和自動調整壓頻曲線,以自動補償轉矩及滿足低速、高轉矩啟動的需要。
  選擇轉矩補償值時,要防止發生勵磁現象,因為磁飽和產生大電流,可導致電機發熱。為了防止停機時有能量回饋,我們采取了如下措施:
  ● 在電控係統中增加延時功能,限製再開機的間隔時間;
  ● 在變頻器輸出端,加裝交流接觸器,切斷電能回饋回路;
  ● 加裝電阻器,消耗回饋電能,如圖2所示。
  圖2 消除回饋電能電路圖
  通過采用上述方案,從根本上消除了610×1730大型四輥壓延機的能源回饋現象,在滿足了生產工藝和操作的需要的同時,實現了節能目標。
  需要注意的是,使用該機也是使用橡膠、塑料壓延機的通用法則是,在開始生產時,應低速啟動,並運行一段時間,以調整壓延工藝,然後逐步加速至正常生產速度。
  結束語
  中國橡膠塑料機械製造業在小型機上應用交流變頻技術已比較普遍,而在大型機上應用交流變頻技術較少,特別是裝機容量在160kW以上的更為少見。隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用及控製的發展,變頻器性能價格比會越來越高,體積會越來越小,高性能化和多功能化、無公害化將進一步提高,因而交流變頻調速技術的應用將會更加普遍。
  從發展的眼光看,在交流異步電動機中使用交流變頻技術,應當有著相當大的市場空間。
  變頻器在大型壓延機上的應用,為我國橡膠、塑料企業改造老設備、節約能源創出了新路,也為研究設計製造大型節能設備提供了依據。它必將促進我國橡塑機械企業生產出更多性能優良且節能的橡膠塑料機械設備,從而以較高的性價比在競爭激烈的國際市場中贏得更多的份額。

 
 
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