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    徐明章（1968-）

    男，四川遂寧人，電氣工程師、質(zhì)量工程師，現(xiàn)就職于希望森蘭科技股份有限公司，主要從事變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程方面的工作。


    摘要：將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊集相結(jié)合形成一類新的智能信息處理方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行運(yùn)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊規(guī)則的快速推理，并用學(xué)習(xí)算法在線調(diào)整規(guī)則。通過(guò)在鍋爐系統(tǒng)的仿真研究，證明了該系統(tǒng)的良好性能。

    關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯；變頻調(diào)速；節(jié)能

    Abstract: The drive mechanism located in the middle of the cement rotary kiln adopts the inverter to regulate its speed. The size of the inverter should be appropriately selected not only to match the kiln’s starting characteristic but slao to ensure kiln's normal operation. The investment and energy conservation are also important considerations.

    Key words: Rotary kiln; Variable-frequency speed control; Energy conservation

    1 回轉(zhuǎn)窯變頻控制

    在我國(guó)水泥行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯是主要的大型設(shè)備，其調(diào)速系統(tǒng)的好壞，將直接影響回轉(zhuǎn)窯的使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料流是通過(guò)改變回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速來(lái)控制的，物料流的燒成帶溫度又與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速有一相應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)喂料量增加時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速也增加；當(dāng)回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度有顯著上升時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速加快。實(shí)際上，盡量穩(wěn)定生料量，燃料量，適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)穩(wěn)定。該設(shè)備多年來(lái)一直沿用直流電機(jī)及其直流調(diào)速系統(tǒng)。水泥廠環(huán)境惡劣，粉塵大，直流電機(jī)長(zhǎng)期工作在高熱輻射的環(huán)境中，其碳刷、整流子損壞嚴(yán)重，這不僅需要大量的維修費(fèi)用，而且對(duì)生產(chǎn)造成了極為嚴(yán)重的影響；回轉(zhuǎn)窯屬特殊負(fù)載，低速啟動(dòng)力矩大，在窯體大修烘爐期間，直流電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，需要較大的勵(lì)磁電流，致使低速運(yùn)行系統(tǒng)不穩(wěn)。

    對(duì)回轉(zhuǎn)窯這種大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)克服了這種大慣性負(fù)載起動(dòng)起來(lái)以后，其維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)能量就會(huì)變得很小。解決起動(dòng)和正常運(yùn)行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。

    由于回轉(zhuǎn)窯的這種負(fù)載特點(diǎn)，在變頻器和電機(jī)的選擇上就較其他負(fù)載要復(fù)雜得多。功率選擇過(guò)大，起動(dòng)和運(yùn)行雖然都沒(méi)有問(wèn)題，但一次性投資加大，能耗增加，出現(xiàn)了長(zhǎng)期運(yùn)行大馬拉小馬的現(xiàn)象；功率按實(shí)際運(yùn)行情況選擇，雖然效率高，投資小，但在起動(dòng)時(shí)會(huì)時(shí)常出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象而無(wú)法正常起動(dòng)。因此，變頻器功率的選擇非常重要。

    回轉(zhuǎn)窯采用直流控制時(shí)不能在很低的速度下運(yùn)行，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為80r/min，起動(dòng)過(guò)程中設(shè)備振動(dòng)很大；采用交流電機(jī)及變頻調(diào)速，電機(jī)是從零速開始起動(dòng)，初始起動(dòng)力矩小，漸漸平滑升速，減小了對(duì)設(shè)備的沖擊，從而降低了設(shè)備的故障率，為穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯的熱工參數(shù)創(chuàng)造了必要的條件。

    2 森蘭變頻器在水泥回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)上的應(yīng)用

    云南省華坪水泥廠有兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)采用電磁調(diào)速。電磁調(diào)速的特性較軟，為保證正常起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的功率已經(jīng)加大，另外，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境溫度較高，其允許溫升下降，為保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)也要適當(dāng)加大容量。在上述兩種因素下，兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率均為55kW。回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)度50米，直徑2.42米的圓筒，重量有數(shù)百噸重，屬恒轉(zhuǎn)距大慣性負(fù)載，起動(dòng)力矩要求很大。由于電磁調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性不是很好，特別是低速轉(zhuǎn)矩較差，雖然設(shè)計(jì)時(shí)電動(dòng)機(jī)已加大了容量，但是回轉(zhuǎn)窯不能調(diào)到低速80r/min時(shí)運(yùn)行，而且在滿載時(shí)起動(dòng)仍然困難。

    2.1 系統(tǒng)拖動(dòng)方案

    考慮到回轉(zhuǎn)窯的慣性很大，起動(dòng)電流較大。變頻調(diào)速起動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)窯開始緩緩旋轉(zhuǎn)，窯內(nèi)的物料隨著回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)帶到一側(cè)，由于重力的作用，窯內(nèi)的物料與窯壁之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磨檫力。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的增高，但還未達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，窯內(nèi)的物料與窯壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幅度更大，產(chǎn)生磨檫力也更大，這時(shí)電機(jī)電流顯著增加，到相當(dāng)于變頻器調(diào)到10~13Hz時(shí)，電流達(dá)到電機(jī)額定電流的2倍。回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速再增高，離心力增大，物料被帶到窯內(nèi)的最高點(diǎn)，因?yàn)橹亓Φ淖饔茫锪蠌淖罡唿c(diǎn)往下“瀉落”，電機(jī)電流下降到額定電流以下。考慮到變頻器有150%的過(guò)載率，不必選用2倍電機(jī)電流的變頻器，而選用森蘭SB61G90kW變頻器即可，這既可保證正常啟動(dòng)，又不致使投資增大。改造時(shí)既可用原來(lái)的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，須將電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器換為機(jī)械彈性聯(lián)軸器；也可換一臺(tái)功率容量與原來(lái)電動(dòng)機(jī)相同且極數(shù)也相同異步鼠籠電動(dòng)機(jī)，機(jī)械減速器等無(wú)需改變。

    2.2 配置方案

   

    （2）配置方案

    回轉(zhuǎn)窯低速啟動(dòng)力矩大，屬大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)克服了這種大慣性負(fù)載起動(dòng)起來(lái)以后，其維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)能量就會(huì)變得較小，一般在額定功率以下，解決起動(dòng)和正常運(yùn)行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。

    根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種特性，選擇變頻器時(shí)，適當(dāng)增大變頻器的容量是必要的，僅從過(guò)載能力考慮，用75kW變頻器就可以了，但是回轉(zhuǎn)窯起動(dòng)時(shí)要求的轉(zhuǎn)矩較大，還應(yīng)將變頻器的容量再增大一些，因此選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的 SB61G90kW變頻器。如需對(duì)變頻器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，可利用SB61G90kW變頻器的RS-485端口，用Modbus協(xié)議予以實(shí)現(xiàn)。

    2.3 運(yùn)行狀況

    回轉(zhuǎn)窯使用變頻調(diào)速后，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定平穩(wěn)，兩年來(lái)未發(fā)生過(guò)任何問(wèn)題。電機(jī)運(yùn)行在615r/min，變頻器的輸出頻率為32.5Hz，節(jié)能顯著。

    3 節(jié)能計(jì)算

    回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)改為變頻器驅(qū)動(dòng)后，啟動(dòng)非常容易且平穩(wěn)。在回轉(zhuǎn)窯調(diào)到低速80r/min時(shí)也能安全的運(yùn)行。電機(jī)主電機(jī)電磁軸輸出功率和損耗功率，可用下列公式計(jì)算，

    即電動(dòng)機(jī)軸輸出功率：

  

    式中： T₁—電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

    n₁—電動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速

    轉(zhuǎn)差離合器軸輸出功率

         

    式中： T₂—轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩

    n₂ —轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速

    電動(dòng)機(jī)的輸出功率，即為轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，T=T₁=T₂=常數(shù)，所以，轉(zhuǎn)差離合器的效率：

         

    其效率正比于輸出轉(zhuǎn)速，輸出最大轉(zhuǎn)速時(shí)其效率理論值為85% 。

    轉(zhuǎn)差率可按下式計(jì)算：

         

    則得：

              

    可見在恒轉(zhuǎn)負(fù)載下，轉(zhuǎn)差離合器的效率正比于輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，輸出功率成比例下降，而輸入功率基本保持不變，此時(shí)損耗功率Ph與轉(zhuǎn)差損耗成正比增加，即：

         

    原來(lái)的電磁調(diào)速電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1440r/min，工作在1000r/min左右，低速運(yùn)行在200r/min以上，轉(zhuǎn)速太低電磁調(diào)速力矩不夠。由（5）式可算出電磁調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min時(shí)損耗的功率，由此算出節(jié)電率為44%，實(shí)際上回轉(zhuǎn)窯有時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)在1000r/min以下，這時(shí)節(jié)能率要高于44%，再考慮到變頻器本身要消耗能量，經(jīng)水泥廠實(shí)際測(cè)算，節(jié)能在50%，于是不到半年可收回全部投資。

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