Aplikace invertoru KERUN v papírenském průmyslu
-- Řada ACD320
Předmluva:
Od roku 1990 a zejména od roku 1995 zažívá čínský papírenský průmysl neustálý růst efektivní výrobní kapacity. Do konce roku 2002 bylo v Číně více než 4 000 papíren, včetně více než 2 600 významných papíren. Celková produkce v roce 2002 dosáhla 37,8 mil. tun. Během následujících 1-2 let bylo přidáno téměř 10 milionů tun nové výrobní kapacity. V současné době využívá více než 80 % nových pohonných systémů papírenských strojů pohony řízené střídačem.
Invertory používané v pohonech papírenských strojů musí mít v současné době následující vlastnosti:
(1) Široký rozsah regulace otáček s účinností nad 90 % v celém rozsahu otáček;
(2) Účiník vyšší než 0,9;
(3) Celkové harmonické zkreslení vstupního proudu menší než 3 %;
(4) Použití spolehlivých, vyzrálých standardních komponent, jako jsou IGBT;
(5) Schopnost snížit výstupní harmonický obsah a účinně snížit hluk dv/dt a pulsaci točivého momentu.
I. Pozadí aplikace invertoru v papírenských strojích.
Zařízení pro sekční pohon papírenských strojů v Číně dříve používalo systémy řízení rychlosti SCR DC. Problémy, jako jsou sběrací kroužky a uhlíkové kartáče, vedly k nízké spolehlivosti a přesnosti, což mělo za následek zastaralou mechaniku papírenských strojů s rychlostmi obvykle kolem 200 m/min, takže je obtížné konkurovat zahraničním vysoko-rychlostním papírenským strojům dosahujícím 1000 m/min. Výroba papíru je nepřetržitý výrobní proces, díky kterému je nepřetržitá a řádná kontrola výrobní linky překážkou omezující kvalitu papíru a výstup. Zatímco systémy řízení rychlosti stejnosměrného proudu hrály významnou roli v historii vývoje papírenských strojů, stejnosměrné motory trpí problémy s údržbou a špatnou odolností vůči faktorům prostředí, které se projevují zejména takto:
(1) Silné opotřebení komutátoru a závady jako spálené komutátory vedoucí k dlouhým prostojům;
(2) Četné potíže a vysoké požadavky na údržbu stejnosměrného motoru, což má za následek vysoké náklady na opravy;
(3) Tachogenerátory náchylné k opotřebení, což způsobuje nízkou přesnost hnacího systému;
(4) Složité systémy řízení rychlosti stejnosměrného proudu, které se obtížně ladí, což průměrným technikům často ztěžuje-vyladění provozní rychlosti stroje.
Technologie řízení rychlosti s proměnnou frekvencí střídavého proudu s vynikajícím výkonem regulace rychlosti a významnými výhodami-úspory energie je široce použitelná v čínské ekonomice a je považována za nejslibnější metodu řízení rychlosti střídavého proudu. Nejenže má vynikající výkon při regulaci rychlosti stejnosměrných motorů, ale je postupně široce přijímán. Aplikace měničů v sekčních pohonech budoucích papírenských strojů se stala nevyhnutelným trendem.
Použití invertorů v pohonech papírenských strojů přináší velmi dobré výsledky, jako je zlepšení kvality papíru z procesního hlediska, zvýšení výrobní kapacity, snížení spotřeby energie a prodloužení cyklů údržby odstávek.
Vezmeme-li jako příklad papírenský stroj Fourdrinier, má dvě hlavní sekce: sušicí sekci (suchý konec) a sítovou sekci (mokrý konec). Podle požadavků procesu se rychlost výroby papíru pohybuje v rozmezí 20–100 m/min, s plošnými hmotnostmi 9–30 g/m². Obecně je požadavek na přesnost pohonu papírenských strojů 1–3‰. Díky širokému rozsahu kolísání rychlosti a minimální plošné hmotnosti 9 g/m² je vyžadována ještě vyšší přesnost pohonu. Proto je pro pohon papírenského stroje zvolen{11}}zavřený řídicí systém.
II. Analýza výhod-úspor energie
Na základě srovnání spotřeby energie papírenského stroje před a po dodatečné montáži v továrně jsou údaje následující:
Spotřeba stejnosměrného ovládání: Rychlost při 90 m/min: P90=74A × 180 V + 3 × 220=13980W=13.98 kW (stejnosměrný pohon)
Na základě 300 výrobních dnů za rok: Celková spotřeba energie stroje=300 × 24 × 13.98=100, 656 (kWh)
Spotřeba energie řízení invertoru: Rychlost při 90 m/min: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (kW) (pohon s invertorem)
Celková spotřeba energie stroje=300 × 24 × 10.53=75 816 (kWh)
Roční úspora elektřiny=100 656 – 75,816=24 840 (kWh)
Z toho lze odvodit skutečnou úsporu energie po použití střídače jako:25%
III. Analýza přínosů procesu
(1) Zvýšená provozní míra papírenského stroje: přes 27 % (odvozeno z měsíčního průměrného výkonu, bez dalších faktorů). To může zvýšit hodnotu produkce.
(2) Lepší výtěžnost produktu: 1,6 %
Stručně řečeno, použití invertoru zlepšuje provozní výkon papírenského stroje a dále zvyšuje ekonomickou efektivitu.
IV. Aplikace invertorů v pomocných zařízeních papírenských strojů
Pomocná zařízení pro papírenské stroje zahrnují následující systémy: systém zásobování papírem, systém bílé vody, vakuový systém, systém stlačeného vzduchu, systém chemické přípravy a dodávky, systém zásobování vodou, parní systém atd. Aby byl zajištěn nepřetržitý a vyvážený provoz papírenského stroje, musí kapacita jeho pomocných zařízení obecně převyšovat maximální výrobní kapacitu papírenského stroje o 15%-30%, což má za následek značné energetické ztráty.
4.1 Aplikace měniče v systému zásobování skladem
Systém zásobování skladem musí splňovat následující podmínky:
(1) Stabilní dodávka zásob do papírenského stroje s chybou nepřesahující ±5 %;
(2) Stabilní a jednotné dávkování a konzistence;
(3) Vyhradit si určité množství zásob, aby bylo možné přizpůsobit kapacitu zásobování změnám rychlosti a jakosti papírenského stroje;
(4) Vyčistěte a vyčistěte zásobu;
(5) Rukojeť se zlomila z různých částí papírenského stroje.
Typicky se zásobovací systém zásobního materiálu skládá ze zásobních čerpadel a ventilátorových čerpadel v potrubí a čisticích zařízení, jako jsou tlaková síta a čističe. K dosažení výše uvedených pěti cílů je nejdůležitějším krokem změna zásobních čerpadel a ventilátorových čerpadel z provozu s plnou-rychlostí na provoz s proměnnými otáčkami prostřednictvím invertorů, což v konečném důsledku splňuje požadavky automatického zásobování zásobami.
Vezměme si příklad čerpadla ventilátoru pro ilustraci procesu řízení rychlosti s invertorem: Toto řízení s invertorem je vhodné pro duální systém řízení rychlosti s uzavřenou -smyčkou s vnější smyčkou pro rychlost a vnitřní smyčkou pro proud nebo točivý moment. Nastavená hodnota rychlosti pro čerpadlo ventilátoru pochází ze dvou zdrojů: jeden je odvozen od změn poměru rychlosti zásobního -k-drátu a druhý pochází z regulátoru tlaku v nátokové skříni. První je primární úprava, druhá je jemné-doladění. Poměr-k-rychlosti drátu papírenského stroje je v podstatě konstantní. Jakmile se tedy změní rychlost drátu, následuje rychlost čerpadla ventilátoru. Pro zlepšení přesnosti regulátoru otáček a zohlednění skutečného procesu v nátokové skříni je běžné brát výstup PID regulátoru tlaku v nátokové skříni, který se mění o ±5 %, jako dodatečnou požadovanou hodnotu rychlosti pro čerpadlo ventilátoru. Skutečná hodnota rychlosti se získá ze vzorkování skutečných otáček hnacího motoru, které lze získat pomocí zařízení, jako jsou tachogenerátory nebo fotoelektrické rotační enkodéry. Aktuální žádaná hodnota je převzata z výstupního signálu rychlostní smyčky. Skutečná hodnota proudu je převzata z měření proudovými transformátory na výstupu střídavého invertoru každého řídicího bodu. U regulace otáček ventilátoru s proměnnou frekvencí lze proto implementací PID regulace dosáhnout ideálních účinků-úspory energie.
V. Aplikace invertoru v systému stlačeného vzduchu
Stlačený vzduch se běžně používá v papírenských strojích pro pneumatická nakládací a zvedací zařízení v sítových a lisovacích sekcích, vodicí zařízení drátu/plsti, vzduchové{0}}polstrované nátokové skříně, zařízení pro přenos archů, nanášecí vzduchové nože a různé pneumatické nástroje a ovládací zařízení.
Mezi hlavní vybavení systému stlačeného vzduchu patří vzduchové kompresory, vzduchové zásobníky, redukční ventily, vzduchové filtry, odlučovače vlhkosti a pojistné ventily. Tlak požadovaný na papírenském stroji je typicky kolem 5-6 BAR. Ve většině papíren pracují dva nebo více kompresorů paralelně a udržují konstantní tlak přes vzduchový zásobník.
Protože kompresory mají vysoký{0}}výkon a regulace tlaku se obvykle dosahuje nakládáním/vykládáním, motory vždy běží na plné otáčky. Praxe ukazuje, že tento způsob řízení spotřebovává obrovskou energii a je vysoce nehospodárný. Proto je nyní trendem používat jeden měnič s proměnnou frekvencí, který řídí více linkových -frekvenčních jednotek a tvoří tak tlakově uzavřený-systém.
VI. Aplikace invertoru v systému chemické přípravy a dodávky
Velké množství chemikálií se používá při odbarvování, rozvlákňování, natírání, klížení atd. Jejich použití je úměrné rychlosti více pohonů papírenského stroje. Proto musí být v systémech dodávání chemikálií (např. čerpadla) použity střídavý pohon s proměnnou rychlostí. Mlecí zařízení, jako jsou kulové mlýny, koloidní mlýny, pískové mlýny a vysoce{5}}dispergátory, se hojně používají při chemické přípravě. Jejich hlavními charakteristikami jsou vysoký výkon, vysoká spotřeba energie a drsné provozní prostředí. Mnoho výrobců již dosáhlo dobrých výsledků používáním měničů na brusných zařízeních.
Vezměme si jako příklad pískový mlýn: Jeho pracovní princip spočívá v přivádění materiálu, který má být rozemlet, do komory pomocí podávacího čerpadla. Poháněný vysokorychlostním-dispergačním kotoučem je materiál vystaven intenzivnímu nárazu a mletí mlecím médiem, dochází k jeho dispergování a smíchání s rozpouštědlem za vzniku povlaku 合格, který pak vytéká přes horní síto. Hlavní motor tohoto zařízení je 110 kW. Před použitím invertoru bylo běžné používat metodu joggingu několikrát (více než třikrát) během spouštění, aby se rovnoměrně promíchala povlaková a brusná média. Pro různé povlaky mohou být zapotřebí různé rychlosti procesu, ale stroj mohl běžet pouze na plnou rychlost. Řízení rychlosti posuvu, aby se zabránilo přetížení hlavního motoru, bylo obtížné. Spotřeba energie byla hrozná. Použití 110 kW invertoru efektivně řeší tyto problémy: rychlost krokování a pomalou dobu chodu lze snadno nastavit pro zajištění optimálního míchání; online plynulá regulace rychlosti umožňuje různé rychlosti pro různé produkty; rychlost posuvu lze ovládat jednoduše sledováním skutečného provozního proudu motoru s funkcemi předběžného{10}}alarmu přetížení a vypnutí{11}}; úspory energie obecně přesahují 20 %; Ztráty převodovky jsou sníženy a nedochází k nárazům ze startů{13}}frekvence na převodovce; hladký startovací proud zabraňuje nárazu do sítě a zvyšuje bezpečnost sítě. Dávkové aplikace již existují v papírenských podnicích v Shandong, Heilongjiang, Hainan a dalších regionech.
VII. Invertorová aplikace ve ventilačním systému sušičky
V sušárně musí být veškerá vlhkost odpařená z archu, absorbovaná vzduchem, nepřetržitě odváděna ze strojovny papíru nuceným větráním. Účinnost větrání sušičky přímo ovlivňuje rychlost odpařování vlhkosti z listu a celkovou ekonomiku procesu sušení. Dobré větrání snižuje nasycení vzduchu parou, čímž snižuje spotřebu páry ve válcích sušičky a zvyšuje rychlost sušení.
Potřebné množství vzduchu pro odvod odpařené vlhkosti ze sušicí sekce souvisí s teplotou a vlhkostí přiváděného a odváděného vzduchu, dále s použitým ventilačním systémem, klimatickými podmínkami a ročním obdobím. Typicky moderní papírenské stroje využívají nucenou cirkulaci vzduchu pro vysokou účinnost, využívající přívodní ventilátory k dodávání ohřátého suchého vzduchu (kolem 80 stupňů) do spodní části sušicí sekce, vytvářející proud vzduchu směrem nahoru absorbováním horké páry mezi sušicími válci, poté pomocí odsávacích ventilátorů odvádí vlhký horký vzduch shromážděný v digestoři ven (s případnou rekuperací tepla). U vysokorychlostních papírenských strojů se kvůli zvýšenému počtu sušicích válců obvykle v sekcích používá několik sad přívodních a odtahových ventilátorů. Po nasazení invertorů lze na základě vzorců pro výpočet objemu větracího vzduchu objem přiváděného vzduchu (rychlost přívodního ventilátoru) a objem odváděného vzduchu (otáčky odtahového ventilátoru) upravit v reálném-čase bez použití tradičního ovládání klapek, což dále snižuje spotřebu energie, snižuje hluk ventilátoru a prodlužuje mechanickou životnost.
VIII. Aplikace invertoru ve vodních systémech
Papírenské stroje jsou hlavními spotřebiteli vody, včetně systémů bílé vody, odpadních systémů, systémů těsnicí vody, sprchových systémů, systémů sladké vody atd. Často je vyžadován konstantní tlak vody v potrubní síti. Tradičně bylo řízení tlaku dosahováno pomocí obtoků a regulačních ventilů, zřídka pomocí invertorů. Vzhledem k obecnému nedostatku vodních zdrojů v Číně však může použití invertorů ušetřit přibližně 10 % vody a 30 % energie, což nevyhnutelně snižuje denní provozní náklady papíren.
Obvykle existují dva režimy pro použití invertorů ve vodních systémech: Řízení jedním invertorem a Režim střídání invertoru.
Ovládání jedním invertorem:Výstup invertoru trvale řídí jedno čerpadlo, zatímco ostatní čerpadla jsou napájena přímo z frekvenční sítě -. Jejich start/stop signály jsou řízeny ručně nebo logikou PLC.
Režim střídání měniče:Invertor pohání každé čerpadlo postupně podle nastavené sekvence. Invertor dokáže automaticky určit počet běžících čerpadel (v rámci nastaveného rozsahu) na základě požadavků na řízení v uzavřeném okruhu-tlaku. V daném okamžiku je měničem poháněno pouze jedno čerpadlo. Když čerpadlo poháněné invertorem-dosáhne nastaveného horního limitu frekvence a je potřeba další čerpadlo, invertor toto čerpadlo přepne na provoz s frekvencí sítě{5}}a současně začne pohánět další čerpadlo s proměnnou frekvencí.
IX. Závěr
Stručně řečeno, dovybavení papírenských strojů invertorovými pohonnými systémy nejenže prokazuje významné účinky-úspory energie a snižuje náklady na údržbu zařízení, ale také vytváří značné ekonomické výhody pro podniky. Lze s jistotou konstatovat, že vyhlídky použití systémů řízení rychlosti s proměnnou frekvencí v průmyslu papírenských strojů budou stále širší.