Обоснование и выбор энергоэффективных режимов работы электродвигателя шаровой мельницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

Обоснование и выбор энергоэффективных режимов работы электродвигателя шаровой мельницы

Титов А.В.

Шаровые мельницы со стальными, чугунными, кремневыми, стальными шарами диаметром 30-150 мм применяют для тонкого (до 40-100 мкм) измельчения материалов исходной крупностью до 25-30 мм сухим и мокрым способами. Для однородности помола используют смесь шаров различного диаметра. Объём заполнения барабана шарами обычно не превышает 45%. В мельницу загружают стальные или чугунные шары разной крупности (от 40 до 150 мм) примерно на половину ее объема. Во время вращения барабана шары, перекатываясь, скользя и падая, измельчают зерна полезного ископаемого. Для разгрузки изношенных шаров, введения футеровки внутрь мельницы и для осмотра ее служат люки. Горловина разгрузочной цапфы имеет несколько больший диаметр, благодаря чему происходит движение пульпы в сторону разгрузки.

Такие шаровые мельницы (рис. 1) используют в настоящее время на руднике «Мир» Мирнинского ГОКа в Акционерной компании «АЛРОСА» (ПАО) на участке закладочного комплекса для изготовления бетонной смеси.

Рис. 1. Внешний вид шаровой мельницы.

На предприятии используются мельницы типа МШР-3600*5000 мощностью 1250 кВт. Для таких мощных мельниц должны использоваться синхронные двигатели переменного тока. Синхронные двигатели устанавливаются для привода мощных шаровых мельниц (Ш50) и в некоторых случаях на приводах циркуляционных и питательных насосов. При установке тихоходных синхронных двигателей для привода шаровых мельниц исключается редуктор, усложняющий общую кинематическую схему агрегата и загромождающий помещение закладочного комплекса.

Способность синхронной машины генерировать реактивную мощность позволяет использовать для синхронных электроприводов экономную структуру тиристорного преобразователя тока. Помимо того, что она экономна, структура эта еще и полнофункциональна, она позволяет не только ускорять или поддерживать движение, но и тормозить. Преобразователи другого типа, с широтно-модулированными инверторами напряжения, выполненные на мощных транзисторах IGBT в классе средних напряжений, получаются гораздо более дорогими. Преобразователи ВПЧС выполнены по экономичной структуре двухмостового тиристорного преобразователя тока и имеют следующие отличия от более ранних преобразователей этого типа:

- более широкомасштабное использование алгоритмических возможностей современной микропроцессорной техники для облегчения силового оборудования и улучшения эксплуатационных характеристик;

- ограниченное, в масштабах, не вредящих экономичности, применение мощных транзисторов с изолированным затвором IGBT для улучшения эксплуатационных характеристик.

Основные параметры ряда ВПЧС: напряжения 6 и 10 кВ; номинальные частоты 50 и 60 Гц; мощности 630, 800, 1600, 2000, 3150 кВт.

Запуск двигателей осуществлялся методом прямого пуска, доворот мельницы - вспомогательным приводом. Была поставлена задача обеспечить плавный запуск мельницы, а также обеспечить вращение мельниц с пониженной частотой вращения без использования вспомогательного привода. На первом этапе было проведено обследование объекта автоматизации. С помощью средства измерения FLUKE 434 energy analyzer регистрировались показатели двигателя (U, I) при запуске. Установлено, что пусковой ток в восемь раз превышал номинальный. Напряжение питания при запуске снижалось с 3,5 кВ до 2,5 кВ. Было принято решение применить устройство плавного пуска мельницы высоковольтное частотное производства типа УППВЧ. В существующие шкафы управления мельниц были добавлены модули управления пуском - удаленные терминалы ввода/вывода для центрального шкафа управления пусками (ЦШУП). ЦШУП осуществляет согласование совместной работы всего оборудования автоматизированной системы управления.

На основе полученных данных от ШУМ1…ШУМ5, УППВЧ, КСО-1…КСО5, оценивается состояние системы и каждому из ШУМ выдается разрешение (или запрет) на запуск двигателя. При разрешении на запуск двигателя мельницы на ШУМ загорается лампа «Готовность к плавному пуску». После чего становится возможен запуск двигателя в режиме «Плавный пуск» или «Малая скорость». В режиме «Плавный пуск», после нажатия на ШУМ кнопки «Пуск» (при горящей лампе «Готовность к плавному пуску»), начинается процесс запуска двигателя мельницы. Двигатель подключается к УППВЧ с помощью соответствующей пусковой ячейки КСО-1…КСО-5, начинается разгон, частота вращения двигателя постепенно увеличивается до номинальной. После достижения номинальной частоты вращения ЦШУП дает сигнал на отключение двигателя мельницы от УППВЧ и подключение его напрямую к сети. Двигатель подключается к сети и продолжает работать до нажатия на ШУМ кнопки «Стоп» (или «Аварийный стоп»), после чего останавливается.

В режиме «Малая скорость», после нажатия и удерживания на ШУМ кнопки «Пуск», начинается процесс запуска двигателя мельницы. Двигатель подключается к УППВЧ, начинается разгон, частота вращения двигателя постепенно увеличивается до заранее установленной в ЦШУП (меньше номинальной). Двигатель продолжает работать до тех пор, пока удерживается кнопка «Пуск», но не более заданного в ЦШУП периода времени (5 минут). Подключение двигателя мельницы напрямую к сети не производится. Во время плавного пуска двигателей мельницы (малой скорости) ЦШУП получает от УППВЧ задание тока возбуждения для возбудителя ВТЦ (аналоговый сигнал 4…20 мА), далее сигнал кодируется и передается по Ethernet в соответствующий ШУМ, там декодируется и в формате аналогового сигнала 4…20 мА передается на ВТЦ. Кроме того в УППВЧ поступает сигнал от соответствующего датчика положения ротора двигателя мельницы Д1…Д5.

В рамках унифицированных технологических решений могут поставляться ВПЧС на расширенный ряд номинальных напряжений (включая напряжение 15,75 кВ) и на расширенный ряд мощностей (до 30 МВт при воздушном охлаждении). Аппаратные ресурсы системы управления позволяют по заданию потребителя осуществлять вдобавок к обычным и специфические дополнительные функции, например, ускоренное торможение после перевода питания двигателя с сети на инвертор или подхват не остановившегося двигателя после кратковременного прерывания питания, или торможение из противохода и другие подобные режимы. Система управления для поочередного плавного пуска позволила снизить просадку напряжения при запуске двигателя, уменьшить пусковые токи, снизить ударные нагрузки, воздействующие на механизм мельницы при запуске двигателя. Ведение журналов действий оператора, событий, аварий позволяет проанализировать причины возможного простоя мельницы.

синхронный двигатель шаровой мельница

Список литературы

1. Ключев В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / В.И. Ключев. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.;

2. Козярук А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечениє частотно-регулируемых электроприводов / А.Е. Козярук, В.В. Рудаков; под. общ. ред. А.Г. Народицкого. - С.-Петербург, 2001. - 126 с.

3. Рудаков В.В. Асинхронный электропривод с векторным управлением / И.М. Столяров, В.А. Дартау. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинг. отд., 1992. - 296 с.;

4. Семёнов А.С., Шипулин В.С. Использование газоаналитических систем нового поколения для защиты рудника // Фундаментальные исследования. 2014. № 6-3. С. 480-484;

Аннотация

В данной статье описана суть выбора энергоэффективных режимов работы двигателя (экономия электроэнергии) мельницы и её механизмов. Приведен пример плавного пуска синхронного двигателя шаровой мельницы, описаны основные требования к их надежной работе и производительности. Энергоэффективный режим работы рассмотрен на примере использования преобразователя частоты. Показано что шаровая мельница является одним из самых важных обогатительных оборудований, использующихся для дальнейшего измельчения материалов.

Ключевые слова: шаровая мельница, энергоэффективность, горное дело, рудник, плавный пуск, синхронный двигатель, преобразователь частоты.

Размещено на Allbest.ru