CC BY
57
© Г.Г. Пивняк, В.И. Кириченко, В.В. Кириченко, В.А. Бородай,
2002
УДК 622.73
Г.Г. Пивняк, В.И. Кириченко,
В.В. Кириченко, В.А. Бородай
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
И
звестно, что возрастание единичной производительности мельниц сопровождается усложнением электромеханических систем и требует использования многопотоковых зубчатых или безредукторных вариантов передачи вращательных моментов. А это -уменьшение надежности и увеличение стоимости мельниц. Среди известных направлений улучшения ситуации - создание условий для увеличения энергии внутримельничной загрузки как метода повышения удельной производительности. Повышение частот вращения мельниц позволяет применять более быстроходные двигатели, упрощает проблемы создания мощного привода.
Особенности построения и использования электромеханических систем барабанных мельниц свидетельствует, что их основное назначение на сегодня -успешный запуск и надежная работа при установившейся частоте вращения, возможность компенсации реактивной энергии и регулирование коэффициента мощности привода. При этом для мощных мельниц пуск и регулирование частоты вращения часто осуществляются с помощью частотных преобразователей.
В многопоточных схемах передачи вращающих моментов их уравнивания достигают применением механических устройств и раздельного регулирования токов возбуждения двигателей. Установлено, что в последнем случае необходимая компенсационная способность устройства выравнивания нагрузок должна превышать уровень
. 38,7 + 271
А = —--------,
пн
где t - время переналадки привода (лет); пн - номинальные обороты двигателя, об/мин.
Для синхронных двигателей серии СДН2 при их номинальной мощности Рн, коэффициенте установленной мощности Кз и уровне снижения напряжения питания Кс расчетная минимальная номинальная частота вращения, при которой еще эффективно использование электрической компенсации углового рассогласования роторов, определяется как
Рис. 1. К объяснению схемы соединений катушек и внешних конденсаторов расщепленной обмотки возбуждения синхронного двигателя: Wf - катушки полюса; С - конденсаторы полюсной системы; Rн, Rв - пусковые резисторы
Птіп _
Ьо+Ьі Рн + Ьіі Рн2+Ь2Кз+Ь22Кз2+ЬзКс + ЬззКс2+
+ Ьі2РнКз+ЬізРнКс+Ь2зКзКс+Ьі2зРнК зКс,
где Ьо= зі76; Ьі = 0,00742; Ьц = 5,з57*10-6; Ь2 =-зб99; Ь22 = 1142; Ьз = -920; Ьзз = 100;
Ьі2 = 0,01бз; Ь1з = 0,00545; Ь2з = 545; Ь12з = 0,0166.
Указанный перечень функций электроприводов свидетельствует о неполном использовании потенциальных возможностей их систем управления. В частности, это касается улучшения пусковых характеристик приводных синхронных двигателей, использования регулирующих возможностей систем управления для программной компенсации динамических кинематических возмущений открытого зубчатого зацепления. Существуют перспективы управления и процессом колебаний внутримельничной загрузки.
Форма механических характеристик традиционных мельниц и значительные моменты инерции их барабанов (до 50% от момента инерции двигателей) предопределяют жесткие требования относительно пусковых моментов привода. Традиционно проблема решается использованием специальных мельничных синхронных двигателей, синхронного запуска от частотного преобразователя, повышенной установленной мощностью или использованием асинхронных двигателей с фазным ротором. Однако это сопровождается дополнительными экономическими потерями. Нами выявлены новые возможности относительно повышения надежности запуска синхронного привода. Показано, что главной причиной значительных (до 9-кратных и более) пусковых токов в асинхронных режимах синхронных двигателей есть низкий коэффициент мощности обмоток возбуждения и пусковой. Поэтому само повышение коэффициента мощности признано перспективным направлением улучшения пусковых характеристик, а методом практического применения -создание условий для возникновения резонансных явлений в обмотке возбуждения. Для этого ее целесообразно изготовлять в виде двух катушек с распределенной емкостью. Как вариант - использование внешних конденсаторов полюсной системы двигателя, в том числе и для пусковой обмотки (рис. 1).
Доказательство эффективности использования ре-
зонансных явлений для улучшения пусковых характеристик синхронных двигателей получено в результате испытаний лабораторного образца синхронного двигателя с расщепленной обмоткой возбуждения и конденсаторами на полюсной системе. Расчетом ожидаемых параметров двигателя мощностью 4 МВт установлена возможность повышения пускового момента двигателя на 230 % (рис. 2) практически без повышения пускового тока [11], что свидетельствует о зна-
Рис. 2. Пусковые характеристики синхронного двигателя с расщепленной обмоткой: МЕ, МИ - механические характеристики синхронного двигателя мощностью 4 МВт с обычной и расщепленной обмоткой возбуждения; ІПЕ, Іпи - электромеханические характеристики тех же двигателей; S - скольжение
чительных потенциальных возможностях метода.
Среди результатов исследований в направлении повышения эффективности использования барабанных мельниц - доказательство перспективности низкочастотного принудительного измельчения, которое осуществляется в мельнице принудительного измельчения с докри-тической частотой вращения. Установлено, что при угловом расположении интенсификатора внутри барабана в границах 2-го квадранта обычной тихоходной мельницы мощность ее внутримельничной загрузки возрастает. Экспериментально установлено ее увеличение не менее чем вдвое (рис. 3) - в сравнении с шаровой мельницей. Достигнутый уровень свидетельствует о принципиальной возможности увеличения производительности мельницы без снижения частоты вращения приводных двигателей.
Экспериментально и теоретически доказано, что для низкочастотного режима мельницы принудительного измельчения характерно ухудшение формы механической характеристики. Момент трогания мельницы с недвижимым интенсификатором на 25-30 % превышает установившийся. В то же время для мельницы с вращающимся интенсификатором отработан более простой метод решения проблемы запуска. Такая возможность обусловлена тем, что установившийся вращательный момент главного привода мельницы определяется частотой вращения интенсификатора. Причем при малых проскальзываниях последнего момент больший. Поэтому целесообразно запускать главный привод при заторможенном интенси-фикаторе с последующим его высвобождением или включением привода интенсификатора при его наличии уже после синхронизации двигателей привода барабана (рис. 4).
Установлено, что надежность синхронизации двудвигательного синхронного привода обеспечивает последовательное и отдельное включение источников возбуждения по известному методу для одного синхронного двигателя.
Рис. 3. К обоснованию целесообразности низкочастотного режима: 1,2,3 - расчетные зависимости для традиционной мельницы с коэффициентом заполнения 0,3; 0,4 и 0,5; 4 -экспериментальная зависимость для мельницы с подвижным интенсификатором интенси-фикатором
о
к
0,5
1,4
1,3
1,2
1,1
о
/3
о
о % Х2
0,2 0,4 0,6
Частота вращения, о.е.
0,8
й
К
й
ю
й
&
ю
те
к
к
и
&
(Й
&
ё
и
2
о
2
Частота вращения, о.е.
Рис. 4. Момент вращения барабана при свободном цилиндрическом интенсификаторе (верхняя зависимость), неподвижном (средняя) и с постоянной частотой вращения (нижняя)
Установлено также, что в двудвигательном варианте синхронного привода при условии динамических составляющих углового рассогласования роторов значительные постоянные времени обмоток возбуждения делают малоэффективным выравнивание нагрузок регулированием токов возбуждения. Установлено, что решение проблемы - в программном формировании гармоничных составляющих токов возбуждения (рис. 5) на основе контролируемого спектра кинематических возмущений открытого зубчатого зацепления. Дальнейшая оптимизация системы управления - в использовании методов нечеткой логики и нейроконтролеров на основе микропроцессорных средств.
Известны попытки повысить эффективность процесса измельчения путем управления колебаниями внутримельничной загрузки традиционных мельниц. В основу метода положены контроль и усиление коле-
Рис. 5. Динамика программной компенсации кинематических возмущений в приводе мельницы мощностью 6,3 МВт: Ме-ь Ме2 - электромагнитные моменты; Мпр-ь Мпр2 - упругие моменты разветвлений привода; Мс - расчетный момент статической нагрузки; ^б1, ^б2 - токи возбуждения синхронных двигателей; 0 - внутренний угол одного из двигателей во время пуска; ю1, ю2, ю - частоты вращения двигателей и мельницы
баний активной мощности привода с помощью автоматического дозирования производительности составляющих питания мельницы. Согласно известным литературным источникам это дает возможность уменьшить удельные затраты энергии измельчения на несколько процентов. Среди возможностей привода -способность существенным образом усилить колебания внутримельничной загрузки мельницы.
Выводы
1. Улучшения удельных показателей мельниц можно достичь за счет использования метода принудительного измельчения и повышенных частот вращения. Такое направление повышает производительность в несколько раз, причем одновременно упрощаются проблемы привода, возрастает эффективность измельчения и уменьшаются эксплуатационные затраты.
2. Надежность пуска синхронного привода обеспечивают резонансные явления в расщепленных обмотках возбуждения с распределенной емкостью и программное формирование токов возбуждения при компенсации кинематических возмущений открытого зубчатого зацепления, как и оптимизация последовательности включения приводов барабана и интенсификатора и источников возбуждения двигателей. Потенциально важной есть способность электромеханической системы мельницы влиять на динамику колебаний внутримельничной загрузки мельницы.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пивняк Г.Г., Кириченко В.И. Тенденции развития и направления совершенствования электромеханических систем мощных мельниц//Электротех-ника. - 1999. -№5. - С. 56-61.
2. Кириченко В.И., Бородай В.А. Моделирование статических механических характеристик синхронных двигателей с расщепленной обмоткой возбуж-дения//Обогащение полезных ископаемых: Науч.-техн. сб. - Днепропетровск: НГА Украины, - 1998. - Вып. 2(43). - С. 144-146.
3. Кириченко В.В. Энергетическое обоснование эффективности низкочастотного принудительного измельче-
ния//Обогащение полезных ископаемых: Науч.-техн. сб. - Днепропетровск: НГА Украины, - 1998. - Вип.6(47). - С. .
4. Кириченко В.В. О влиянии скоростного режима интенсификатора на требования к электроприводу мельни-цы//Обогащение полезных ископаемых: Науч.-техн. сб. - Днепропетровск: НГА Украины, - 1998. - Вып. 7(48). - С. 135138.
5. Кириченко В.И., Гомлко В.С. Об определении границ эффективного выравнивания нагрузок синхронных двигателей в приводах барабанных мельниц принудительного измельчения//Вестник НГА Украины. - 1998. - №2. - С. 89-93.
6. Гомилко В.С., Кириченко В.И.
Программно-комбинированное выравнивание нагрузок в синхронных приводах мельниц принудительного измельче-ния//Труды междунар. науч.-практ. конф. "ХХ1 столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых". -№ 3. -Том 6.-
Днепропетровск: НГА Украины. - 1998. -С. 222-227.
7. Марюта А.Н. Управление фрикционными колебаниями нагрузки барабанных мельниц с целью интенсификации измельчения трением//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч. -техн. сб. - 1988. - Вып. 34. - С. 18-28.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------------------------------
Пивняк Геннадий Гоигорьевич - академик Национальной академии наук Украины, ректор Национальной горной академии Украины, заведующий кафедрой систем электроснабжения, доктор технических наук, профессор.
Кириченко Виталий Иванович - профессор кафедры электрического привода Национальной горной академии Украины, доктор технических наук.
Кириченко Владислав Витальевич - аспирант кафедры систем электроснабжения Национальной горной академии Украины. Бородай Валерий Анатольевич - ассистент кафедры электрического привода Национальной горной академии Украины.
