Исследование технических особенностей работы центрифуг участка растворения оксидов урана Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 62-83:621/.69

Ю.Н. Дементьев, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, 8-(382-2)-563-759, epatpu@mail.ru (Россия,Томск, НИ ТПУ), С.Н. Кладиев, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, 8-(382-3)-78-02-65, kladiev@ssti.ru (Россия, Северск, СТИ НИЯУ МИФИ), В.Б. Терёхин, канд. техн. наук, доц., 8-(382-3)-78-02-46, kladiev@ssti.ru (Россия, СТИ НИЯУ МИФИ)

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ ЦЕНТРИФУГ УЧАСТКА РАСТВОРЕНИЯ ОКСИДОВ УРАНА

Обоснована возможность частотного регулирования скорости исполнительных электроприводов центрифуг, непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка, с отсутствием контроля ограничения тока статора и примерной ориентацией магнитного потока ротора по оси вращающейся системы координат х. Проведены исследования переходных процессов пуска - останова на имитационных моделях. Определена возможность достижения оптимальных режимов работы оборудования для технологического процесса очистки растворов урана с различным содержанием нерастворимых примесей.

Ключевые слова: электропривод центрифуги, переходные процессы пуска - останова, оптимальный режим работы.

Развитие ядерной энергетики возможно лишь при реализации всех стадий замкнутого ядерного топливного цикла (ЯТЦ), в том числе - переработки отработавшего топлива атомных электростанций (АЭС). С переходом радиохимической промышленности на переработку облученного ядерного топлива (ОЯТ) энергетических реакторов возник комплекс задач, решение которых потребовало существенной модернизации ранее разработанных технологических процессов. Технологический процесс переработки ОЯТ включает: растворение топлива и очистку растворов урана от балластных примесей. Участок растворения урана используется для переработки уранового сырья различных видов. Сырье может отличаться не только у разных поставщиков, но и от разных партий одного поставщика, по содержанию нерастворимых и гелеобразующих примесей, что требует дополнительной подготовки урановых растворов к экстракционному аффинажу путем использования оборудования разделения сред.

Для осветления растворов в промышленных условиях чаще всего используют центрифугирование или фильтрацию через твердые фильтрующие материалы. Осветление растворов предусматривает удаление не только нерастворенных взвешенных частиц, но и содержащихся в растворе веществ, таких как кремниевая кислота, цирконий, молибден, кремний и другие компоненты. Для этого используют их флокуляцию с помощью водорастворимых органических соединений с последующим удалением образующихся осадков вместе с другими взвесями центрифугированием или фильтрованием.

Применение на радиохимическом производстве в процессах очистки растворов урана универсальных осадительных центрифуг со шнековой выгрузкой осадка позволяет избавиться от ряда недостатков, присущих фильтрационному методу очистки:

-мелкодисперсные составляющие суспензии и шламов, наличие которых обусловлено минеральным составом руды и механическим помолом, в первые моменты процесса фильтрования делают раствор мутным, т. к. проходят сквозь поры фильтрующего элемента. Лишь спустя некоторое время, когда накопленные крупные частицы образуют дополнительный слой, фильтрование становится эффективным;

-по мере накопления слоя осадка снижается производительность фильтра, поэтому требуется проводить механическую очистку фильтрующего элемента, на время которой технологический процесс очистки прекращается;

-осадок на фильтре остается слишком влажным и требует промывки вытесняющим раствором;

-под воздействием агрессивных реагентов (кислоты) фильтрующий элемент постепенно изнашивается и подлежит замене.

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка представляют собой сложную взаимосвязанную механическую систему, у которой процесс пуска и перехода в режим стационарного вращения в значительной степени затруднен из-за множества факторов. К электроприводам центрифуги в динамических режимах работы предъявляются особые требования с целью исключения перемешивания осадка с очищенным осветленным раствором:

-время пуска и останова 300 с;

-исключаются колебания момента и скорости ротора и шнека в процессе пуска, стационарного вращения и останова;

-пусковой момент и ток определяются заданным ускорением: -ПИ-регулятор скорости обеспечивает необходимое управление и стабилизацию заданного значения скорости в большом диапазоне изменения нагрузки (Мо, Мн).

В современной приводной технике управление частотой вращения асинхронных двигателей осуществляют с помощью частотных преобразователей. Авторами проведена модернизация схемы управления центрифугой, которая позволяет регулировать угловые частоты вращения ротора и шнека для выполнения различных режимов работы агрегата, при которых становится возможным:

-при необходимости снижать фактор разделения центрифуги в 2-4 раза, чтобы избежать разрушения агрегированных флокулянтом частиц в силовом поле;

-регулировать относительную линейную скорость ротора и шнека, чтобы избежать репульпации и взмучивания транспортируемого осадка;

-выбирать оптимальную загрузку барабана центрифуги для переработки сырья различного состава.

Целью работы является исследование переходных процессов при пуске-останове центрифуг и синтез оптимальных законов управления электроприводов центрифуг Н-350 и НГ-350, производства ОАО <<СВЕРДНИИХИММАШ>> на имитационных моделях.

Отличия предлагаемой модели электропривода ротора центрифуги в программной среде 8шшНпк (рис. 1) от существующих моделей заключается в следующем.

1.В модель асинхронного двигателя введен разработанный авторами блок реактивного момента нагрузки. Обеспечивается ввод, как реактивной нагрузки, так и активной, либо смешанной. Появляется возможность осуществить пуск с заданным моментом сопротивления, либо с нагрузкой, зависящей от частоты вращения механизма.

2.Также появляется возможность оценить непостоянство потокос-цепления ротора и отклонение вектора потокосцепления от оси х.

3.Можно оценить влияние неточности определения параметров контура регулирования скорости и блока управления инвертором на динамические и статические характеристики электропривода.

Шаг расчёта,

Т& - 2е-006 е.

Нагрузка

т-*-

Оиап^еМ

Рис. 1. Схема модели с ориентацией по полю ротора

4.Предоставляется возможность исследовать влияние времени задержки расчета контроллером: угла поворота системы координат; заданных токов по фазам; частоты вращения и величины квантования по уровню; мгновенных значений тока по фазам и величины квантования по уровню на динамические и статические свойства (характеристики) электроприводов центрифуги.

На рис. 2 представлена структурная схема блока управления электроприводом, включающая: функциональные блоки ^и)1 - формирования угла нагрузки 5, £(и)2 - связывающий модуль тока статора и потокосцеп-ления ротора; ПИ-регулятор скорости с фильтром на входе для исключения перерегулирования момента [1].

Ток статора, lafi^-

[Частота вращеТГт$*4

CD—

Скорость*

Ци)1 — Функциональный

преооразователь

flu) 2

Функциональный преобразователь 2

vvm

Gamma wp

Блок вычисления Gamma

И»

Gamma Ix*

labc:

Edit Scope Индикатор

-► labe'

Pulses 1 )

И XI пульсы управления Релейный инвертором

Фильтр

Регулятор скорости

Константа Преобразователь 2/3 регулятор тока в неподвижную систему координат

Рис. 2. Структурная схема блока управления

На рис. 3 представлены результаты моделирования начала пуска электропривода ротора центрифуги.

Анализ полученных результатов моделирования показывает, что перерегулирование момента отсутствует, пульсации момента электродвигателя при работе от преобразователя частоты отсутствуют, нарастание частоты вращения идет практически равномерно и плавно.

На рис. 4 представлена модель нагрузки, зависимой от частоты вращения ротора. В неподвижном состоянии момент сопротивления максимальный, по мере разгона момент сопротивления снижается до минимального значения.

100 о

-100

1500 1000 500 0

-500

X: 0.271 У: 61.31 Ток обмотки статора. А X: 2.179 У: 24.62

■ I I I .—.....1---^----- 1 ■ I

11111 1 1 1 г 1

Напряжение на конденсаторе С1. В

Т

Т

■ X: 2.197 -У: 579.7

Частота вращения ротора. 1/с

Время, с

Рис.3. Диаграмма пуска электропривода центрифуги без подачи суспензии (начальный участок, пуск на150 1/с за 300 с> нагрузка 40 Нм)

Коэффициент влияния скорости на момент

Рис.4. Структурная схема модели нагрузки, зависимой от частоты вращения

На рис. 5 показаны результаты моделирования начального этапа пуска с максимальным моментом 100 Нм и снижением его по мере разгона до 40 Нм.

Анализ данных свидетельствует об удовлетворительном качестве регулирования момента в начале пуска электропривода ротора центрифу-

Дополнительно, разработанная модель позволяет оценить параметры цифровой системы управления частотно-регулируемым электроприводом. Если влияние времени задержки выработки решения по одному отдельно взятому параметру известно и предсказуемо, то какая система

электропривода может получиться при одновременном воздействий запаздываний по всем каналам управления, можно исследовать на предлагаемой модели. Запаздывания по уровню вводятся такими, которые может обеспечить предлагаемый комплектный электропривод из выбранных.

Y: 92 31

Ток обмотки статора- А

2000

-2000

Напряжение н а конденсаторе С1. В X: 2 534

! Y:5797

-------------------1-------- -------------г ----------— .......i............. "'1------------ ■...... I"............. ■■■■

г 1 i г 1 i Г - Г - -1 1 i i i i 1

Частота вращения ротора. 1/с

200

-200

0.5

Электромагнитный момент. Н*м X: 2.531 Y: 43.08

■ I I I I

Y: 123 6 I I г Г I I i i i i i i i i I I I Г

Потокосцепление ротора. Вб X: 2 567 Y: 0.6516

I___ I___I

i X: 0 8102 Y: 0.8204 i 1 i — ■-

г i i

0.5

1.5

2.5

Время, с

Рис. 5. Диаграмма пуска электропривода центрифуги под нагрузкой (начальный участок, пуск на150 1/с за 300 с, начальный момент 100 Нм)

Таким образом, появляется возможность сравнения электроприводов различных фирм-производителей для применения на конкретной технологической установке.

Список литературы

1. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272 с.

Uy. Dementiev, S. Kladiev, V. Terehin

Research of technical features of work of centrifuges of a site of dissolution oxide

uranium

The possibility of frequency control of velocity for centrifuge adjustable electrical drives is proved. It was used centrifuge in continuous mode with slurry screw unload. Proposed control was performed with unlimited stator current and approximate orientation of

magnetic flux for axis x. It was performed the research of transition processes for start and stop modes using imitate mathematical models. It was determined the possibility of achievement of optimal modes of equipment work for technological process of uranium solution separation with different contents of insoluble substances.

Keywords: the centrifuge electric drive, start-up transients - wasps-tanova, an optimum operating mode.

Получено 06.07.10

УДК 62-83:621/.69

Д.М. Демкин, асп., (3519) 22-13-97, tarakan07@mail.ru, А.В. Белый, канд. техн. наук, (3519) 22-13-97, huhicheta1@mail.ru, С.И. Лукьянов, д-р техн. наук, проф., (3519) 22-13-97, ntc@magtu.ru, Р.С. Пишнограев, канд. техн. наук, доц., (3519) 22-13-97, pi@inbox.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ)

РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА КАЧАНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА МНЛЗ ОАО «ММК»

Представлены результаты исследований электропривода механизма качания кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок. Получена динамическая модель электропривода механизма качания кристаллизатора. Приведен сравнительный анализ рассчитанных на модели и экспериментальных данных скорости качания кристаллизатора.

Ключевые слова: кристаллизатор, механизм качания, скорость качания.

В настоящее время на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» ("ММК") эксплуатируются машины непрерывного литья заготовок № 1-4 (МНЛЗ) с механизмами качания кристаллизаторов, реализующими синусоидальный закон движения V^ (рис. 1). Исследования движения рамы кристаллизатора показало отклонние фактической скорости кристаллизатора VRp от заданного закона[1]. Требуемый синусоидальный закон движения кристаллизатора отображен на диаграмме изменения скорости кристаллизатора V^ и скорости слитка Vc.

На МНЛЗ № 1-4 ОАО «ММК» в качестве приводного двигателя для электропривода механизма качания кристаллизатора используется двигатель постоянного тока независимого возбуждения с питанием от тиристор-ного преобразователя. Система управления электроприводом построена по принципу подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока якорной цепи электродвигателя и внешним статическим контуром регулирования скорости двигателя.