A KERUN Inverter alkalmazása a papíripari gépiparban
-- ACD320 sorozat
Előszó:
1990 óta, és különösen 1995 óta a kínai papíripar folyamatos növekedést tapasztalt a tényleges termelési kapacitás terén. 2002 végére Kínában több mint 4000 papírgyár működött, köztük több mint 2600 jelentős méretű. A teljes termelés 2002-ben elérte a 37,8 millió tonnát. A következő 1-2 évben közel 10 millió tonna új gyártási kapacitással bővült. Jelenleg az új papírgép-hajtásrendszerek több mint 80%-a invertervezérelt hajtásokat használ.
A papírgépek hajtásaiban alkalmazott invertereknek jelenleg a következő jellemzőkkel kell rendelkezniük:
(1) Széles fordulatszám-szabályozási tartomány, 90% feletti hatásfokkal a teljes fordulatszám-tartományban;
(2) 0,9-nél nagyobb teljesítménytényező;
(3) A bemeneti áram teljes harmonikus torzítása kevesebb, mint 3 %;
(4) Megbízható, kiforrott szabványos komponensek, például IGBT-k használata;
(5) Képes csökkenteni a kimeneti harmonikus tartalmat, és hatékonyan csökkenteni a dv/dt zajt és a nyomaték pulzációját.
I. Az inverter alkalmazásának háttere papírgépekben.
A kínai papírgépek szekcionált meghajtó berendezései korábban SCR DC fordulatszám-szabályozó rendszereket használtak. Az olyan problémák, mint a csúszógyűrűk és szénkefék, alacsony megbízhatóságot és pontosságot eredményeztek, ami a papírgépek elavult mechanikáját eredményezte, jellemzően 200 m/perc körüli sebességgel, ami megnehezíti a versenyt a külföldi, 1000 m/perc sebességet elérő, nagy{2}sebességű papírgépekkel. A papírgyártás egy folyamatos gyártási folyamat, amely a gyártósor folyamatos és rendezett ellenőrzését szűk keresztmetszetté teszi, amely korlátozza a papír minőségét és kibocsátását. Míg az egyenáramú fordulatszám-szabályozó rendszerek jelentős szerepet játszottak a papírgépek fejlesztésének történetében, az egyenáramú motorok karbantartási nehézségekkel és rossz ellenállással küzdenek a környezeti tényezőkkel szemben, ami főként a következőkben nyilvánul meg:
(1) Kommutátor súlyos kopása és meghibásodások, például leégett kommutátorok, amelyek hosszú állásidőhöz vezetnek;
(2) Számos nehézség és magas követelmények az egyenáramú motorok karbantartásában, ami magas javítási költségeket eredményez;
(3) Tachogenerátorok, amelyek hajlamosak a kopásra, ami alacsony pontosságot okoz a hajtásrendszerben;
(4) Összetett egyenáramú fordulatszám-szabályozó rendszerek, amelyeket nehéz hibakeresni, ami gyakran megnehezíti az átlagos technikusok számára a gépek működési sebességének finomhangolását-.
Az AC változtatható frekvenciájú sebességszabályozási technológia kiváló sebességszabályozási teljesítményével és jelentős energiatakarékos{0}}előnyeivel széles körben alkalmazható Kína gazdaságában, és a legígéretesebb váltakozó áramú sebességszabályozási módszernek számít. Nemcsak az egyenáramú motorok kiváló fordulatszám-szabályozási teljesítményével rendelkezik, hanem fokozatosan széles körben elterjed. Az inverterek alkalmazása a jövő papírgépeinek szekcionált hajtásaiban elkerülhetetlen tendenciává vált.
Az inverterek alkalmazása a papírgépek hajtásaiban nagyon jó eredményeket hoz, például javítja a papír minőségét folyamat szempontjából, növeli a termelési kapacitást, csökkenti az energiafogyasztást és meghosszabbítja a leállási karbantartási ciklusokat.
Ha például egy Fourdrinier papírgépet vesszük, annak két fő része van: a szárító rész (száraz vége) és a huzalrész (nedves vég). A folyamatkövetelményeknek megfelelően a papírgyártási sebesség 20-100 m/perc, 9-30 g/m² alaptömeg mellett. A papírgépeknél általában 1–3‰ a hajtási pontossági követelmény. A széles fordulatszám-tartomány és a 9 g/m²-es minimális alaptömeg miatt még nagyobb meghajtási pontosságra van szükség. Ezért egy zárt{11}}hurkú vezérlőrendszert választanak a papírgép meghajtásához.
II. Az energiatakarékos-előnyök elemzése
Egy papírgép gyári utólagos felszerelés előtti és utáni energiafogyasztásának összehasonlítása alapján az adatok a következők:
Egyenáramú szabályozási energiafogyasztás: Sebesség 90 m/percnél: P90=74A × 180 V + 3 × 220=13980W=13.98 kW (egyenáramú hajtás)
Évi 300 gyártási nap alapján: A gép teljes energiafogyasztása=300 × 24 × 13.98=100,656 (kWh)
Invertervezérlés Energiafogyasztás: Sebesség 90 m/percnél: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (kW) (Inverteres meghajtó)
A gép teljes energiafogyasztása=300 × 24 × 10.53=75,816 (kWh)
Éves megtakarított villamos energia=100,656–75,816=24,840 (kWh)
Ebből az inverter alkalmazása utáni tényleges energiamegtakarítás a következőképpen vezethető le:25%
III. A folyamat előnyeinek elemzése
(1) Megnövekedett papírgép üzemi arány: 27% felett (a havi átlagos termelésből származtatva, egyéb tényezők nélkül). Ez növelheti a termelés értékét.
(2) Javított termékhozam: 1,6%
Összefoglalva, az inverter alkalmazása javítja a papírgép működési teljesítményét, tovább növelve a gazdasági hatékonyságot.
IV. Inverterek alkalmazása papírgép-kiegészítő berendezésekben
A papírgépek segédberendezései a következő rendszerek: készletellátó rendszer, ivóvíz rendszer, vákuumrendszer, sűrített levegő rendszer, vegyszerelőkészítő és szállító rendszer, vízellátó rendszer, gőzrendszer, stb. A papírgép folyamatos és kiegyensúlyozott működése érdekében a segédberendezések kapacitásának általában 15%-30%-kal meg kell haladnia a papírgép maximális termelési kapacitását, ami jelentős energiaveszteséggel jár.
4.1 Inverter alkalmazás a készletellátó rendszerben
A készletellátó rendszernek meg kell felelnie a következő feltételeknek:
(1) A készlet stabil szállítása a papírgéphez, ±5%-ot meg nem haladó hibával;
(2) Stabil és egységes készletarány és konzisztencia;
(3) Tartson fenn bizonyos mennyiségű készletet, hogy lehetővé tegye az ellátási kapacitás beállítását a papírgép sebességének és minőségének változásaihoz;
(4) Tisztítsa meg és tisztítsa meg az állományt;
(5) A fogantyú eltört a papírgép különböző részeiről.
A készletellátó rendszer jellemzően készletszivattyúkból és ventilátorszivattyúkból áll a csövekben, valamint tisztítóberendezésekből, például nyomásszűrőkből és tisztítókból. A fenti öt cél elérése érdekében a legfontosabb lépés a készletszivattyúk és ventilátorszivattyúk teljes-sebességű üzemről invertereken keresztüli változó fordulatszámú üzemre történő átállítása, ami végső soron megfelel az automatizált készletellátás követelményeinek.
Példaként a ventilátorszivattyút vesszük az inverteres fordulatszám-szabályozási folyamat szemléltetésére: Ez az inverteres vezérlés alkalmas kettős zárt{0}}körös fordulatszám-szabályozó rendszerhez, ahol a külső hurok a fordulatszámot, a belső hurok pedig az áramerősséget vagy a nyomatékot szabályozza. A ventilátorszivattyú fordulatszám-alapértéke két forrásból származik: az egyik az állomány---huzalsebesség-arány változásaiból, a másik pedig a felfutószekrény nyomásszabályozójából származik. Az előbbi az elsődleges beállítás, az utóbbi a finomhangolás. Egy papírgép állomány-huzalsebesség aránya- lényegében állandó. Ezért, ha a huzal sebessége megváltozik, a ventilátor szivattyú fordulatszáma következik. A fordulatszám-szabályozó pontosságának javítása és a felfutószekrényben zajló tényleges folyamat tükrözése érdekében gyakori, hogy a felfutószekrény nyomásának PID-szabályozójának ±5%-kal változó kimenetét a ventilátorszivattyú további fordulatszám-alapértékeként veszik. A tényleges fordulatszám-értéket a meghajtómotor tényleges fordulatszámának mintavételezéséből kapjuk, amelyet olyan eszközökön keresztül kaphatunk meg, mint a tachogenerátorok vagy fotoelektromos forgójeladók. Az aktuális alapjelet a sebességhurok kimeneti jeléből veszik. A tényleges áramértéket az egyes hajtási pontok AC invertereinek kimenetén lévő áramváltók méréseiből veszik. Ezért a ventilátorszivattyú változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozása esetén a PID-vezérléssel ideális energiatakarékos hatás érhető el.
V. Inverter alkalmazása a sűrített levegős rendszerben
A sűrített levegőt általában papírgépekben használják pneumatikus betöltő/emelő berendezésekhez a huzal- és présszakaszokban, huzal-/nemezvezető eszközök, légpárnás{0}}felfejtőszekrények, lapátvivő berendezések, bevonólevegős kések, valamint különféle pneumatikus műszerek és vezérlőberendezések.
A sűrített levegős rendszer fő berendezései közé tartoznak a légkompresszorok, légtartályok, nyomáscsökkentő szelepek, légszűrők, nedvességleválasztók és biztonsági szelepek. A papírgépen szükséges nyomás általában 5-6 BAR körül van. A legtöbb papírgyárban két vagy több kompresszor működik párhuzamosan, és állandó nyomást tart fenn egy levegőgyűjtőn keresztül.
Mivel a kompresszorok nagy-teljesítményűek, és a nyomásszabályozás általában be-/kirakodással történik, a motorok mindig teljes sebességgel működnek. A gyakorlat azt mutatja, hogy ez a szabályozási módszer hatalmas energiát fogyaszt és rendkívül pazarló. Ezért most az a tendencia, hogy egyetlen frekvenciaváltót használnak, amely több vonal-frekvenciaegységet vezérel, nyomászárt-hurkú rendszert alkotva.
VI. Inverter alkalmazás a vegyi előkészítő és szállító rendszerben
Nagy mennyiségű vegyszert használnak fel festékmentesítésre, pépesítésre, bevonásra, enyvezésre stb. Felhasználásuk arányos a papírgép többszörös meghajtásának sebességével. Ezért a vegyszerszállító rendszerekben (pl. szivattyúk) változtatható sebességű váltakozó áramú hajtásrendszereket kell alkalmazni. Az olyan őrlőberendezéseket, mint a golyósmalmok, kolloidmalmok, homokmalmok és nagy{5}}nyírású diszpergáló berendezések, nagymértékben használják a vegyi előállítás során. Fő jellemzőik a nagy teljesítmény, a nagy energiafogyasztás és a zord működési környezet. Sok gyártó ért el már jó eredményeket az inverterek köszörűberendezéseken történő használatával.
Példaként egy homokmalmot: Működési elve az őrölendő anyag betáplálása a kamrába egy adagolószivattyún keresztül. A nagy sebességű-forgó diszperziós tárcsa által meghajtott anyagot az őrlőközeg intenzív ütésnek és őrlésének van kitéve, majd szétoszlik, és az oldószerbe keveredik, így bevonat keletkezik, amely azután a felső szitán keresztül kifolyik. Ennek a berendezésnek a fő motorja 110 kW. Az inverter használata előtt gyakori volt, hogy az indítás során többször (több mint háromszor) használták a kocogó módszert, hogy egyenletesen keverjék össze a bevonatot és az őrlőközeget. Különböző bevonatokhoz különböző folyamatsebességekre lehet szükség, de a gép csak teljes sebességgel működhet. Az előtolás szabályozása a fő motor túlterhelésének megelőzése érdekében nehéz volt. Az energiafogyasztás súlyos volt. A 110 KW-os inverter hatékonyan megoldja ezeket a problémákat: a léptetési sebesség és a lassú futási idő könnyen beállítható az optimális keverés érdekében; az online fokozatmentes sebességszabályozás különböző sebességeket tesz lehetővé a különböző termékekhez; az előtolás egyszerűen szabályozható a motor tényleges üzemi áramának figyelésével, túlterhelés-elő{10}}riasztás és kioldás{11}}mentes funkciókkal; az energiamegtakarítás általában meghaladja a 20%-ot; a sebességváltó veszteségei csökkennek, elkerülve a hajtóműre gyakorolt{13}}vonal-gyakori indítások hatását; sima indítási áram megakadályozza a rács becsapódását, javítva a hálózat biztonságát. A kötegelt alkalmazások már léteznek Shandongban, Heilongjiangban, Hainanban és más régiókban.
VII. Inverteres alkalmazás a szárító szellőzőrendszerében
A szárítórészlegben a lapról elpárolgott és a levegő által felszívott összes nedvességet kényszerszellőztetéssel folyamatosan el kell távolítani a papírgépteremből. A szárító szellőztetésének hatékonysága közvetlenül befolyásolja a nedvesség párolgási sebességét a lapból és a szárítási folyamat általános gazdaságosságát. A jó szellőzés csökkenti a levegő páratelítettségét, ezáltal csökkenti a gőzfogyasztást a szárítóhengerekben és növeli a szárítási sebességet.
Az elpárolgott nedvesség szárítórészből történő eltávolításához szükséges levegőmennyiség a be- és kilépő levegő hőmérsékletétől és páratartalmától, valamint az alkalmazott szellőzőrendszertől, az éghajlati viszonyoktól és az évszaktól függ. A modern papírgépek jellemzően kényszerített levegőkeringést alkalmaznak a nagy hatékonyság érdekében, befúvó ventilátorok segítségével a felmelegített (körülbelül 80 fokos) száraz levegőt a szárítórész alsó részébe juttatják, felfelé irányuló légáramlást hozva létre a forró pára elnyelésével a szárítóhengerek között, majd elszívó ventilátorokkal a páraelszívóban összegyűlt párás, forró levegőt kifelé szívják (esetleg hővisszanyeréssel). A nagy sebességű-papírgépekben a szárítóhengerek megnövekedett száma miatt jellemzően több befúvó- és kipufogóventilátor-csoportot használnak a szekciókban. Az inverterek alkalmazása után a szellőzőlevegő-mennyiség-számítási képletek alapján a befúvott levegő mennyisége (befúvó ventilátor fordulatszáma) és az elszívott levegő mennyisége (elszívó ventilátor fordulatszáma) valós időben, hagyományos zsaluszabályozás nélkül állítható be, tovább csökkentve az energiafogyasztást, csökkentve a ventilátor zaját és meghosszabbítva a mechanikai élettartamot.
VIII. Inverter alkalmazása vízrendszerekben
A papírgépek jelentős vízfogyasztók, ideértve a tisztavíz-rendszereket, szennyvízrendszereket, tömítővíz-rendszereket, zuhanyrendszereket, édesvíz-rendszereket stb. A csővezeték-hálózatban gyakran állandó nyomású vízellátásra van szükség. Hagyományosan a nyomásszabályozás bypassokon és szabályozószelepeken keresztül valósult meg, ritkán inverterekkel. A kínai vízkészletek általános szűkössége miatt azonban az inverterek alkalmazásával hozzávetőlegesen 10%-os víz- és 30%-os energiamegtakarítás érhető el, ami elkerülhetetlenül csökkenti a papírgyárak napi működési költségeit.
Jellemzően két mód van az inverterek vízrendszerekben történő használatára: Egy inverteres vezérlés és Inverteres váltakozó üzemmód.
Egy inverteres vezérlés:Az inverter kimenete folyamatosan vezérli az egyik szivattyút, míg a többi szivattyút közvetlenül a hálózati{0}}frekvencia hálózatról táplálják. Start/stop jeleiket manuálisan vagy PLC-logikával vezérlik.
Inverter váltakozó üzemmód:Az inverter minden szivattyút felváltva hajt meg a beállított sorrend szerint. Az inverter automatikusan meg tudja határozni a működő szivattyúk számát (egy beállított tartományon belül) a nyomászárt{1}}hurkú szabályozási követelmények alapján. Egyszerre csak egy szivattyút hajt meg az inverter. Amikor az inverter{4}}hajtású szivattyú eléri a beállított felső frekvenciahatárt, és további szivattyúra van szükség, az inverter ezt a szivattyút vonali-frekvenciás üzemmódra kapcsolja, és ezzel egyidejűleg egy másik, változó frekvenciájú szivattyút indít.
IX. Következtetés
Összefoglalva, a papíripari gépek inverteres meghajtórendszerekkel történő utólagos felszerelése nemcsak jelentős energiamegtakarítást{0}} mutat, és csökkenti a berendezések karbantartási költségeit, hanem jelentős gazdasági előnyökkel is jár a vállalkozások számára. Bátran kijelenthető, hogy a változó frekvenciájú fordulatszám-szabályozó rendszerek alkalmazási lehetőségei a papíripari gépiparban egyre szélesebbek lesznek.