在水泥生產(chǎn)工藝中，熟料多采用立窯、回轉(zhuǎn)窯燒成。立窯工藝結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能耗高，產(chǎn)量低；回轉(zhuǎn)窯工藝結(jié)構(gòu)先進(jìn)，產(chǎn)量高。廣東省佛山市三水北江實(shí)業(yè)有限公司擁有一條日產(chǎn)2500t/d熟料生產(chǎn)線，熟料制備為一套Ф4.0×L60米的回轉(zhuǎn)窯，窯尾高溫風(fēng)機(jī)配備為460000m3/h，全壓為7500Pa，用功率為1600kw鼠籠電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
一? 原拖動(dòng)系統(tǒng)存在的問題
我公司高溫風(fēng)機(jī)原配用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKK630-6，額定功率1600kw，額定電壓10KV，額定電流115A，額定轉(zhuǎn)速993r/min，功率因數(shù)0.84。正常生產(chǎn)在850 r/min，運(yùn)行電流85A，風(fēng)壓在6500Pa。拖動(dòng)系統(tǒng)采用水電阻啟動(dòng)，液力偶合器調(diào)速的方式，液力偶合器調(diào)速范圍窄且不節(jié)能，液偶勺桿部位和軸承容易出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定（840-860波動(dòng)），導(dǎo)致風(fēng)壓不穩(wěn)定（6300-6700Pa），至使風(fēng)機(jī)葉輪軸承座振動(dòng)大，經(jīng)常達(dá)到報(bào)警值（8mm /s）。在投產(chǎn)以來的兩年時(shí)間里，共發(fā)生5次振動(dòng)大致使保護(hù)跳停（11mm /s）。
二? 變頻改造的可行性
1? 風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)
由于轉(zhuǎn)子側(cè)變頻適用于轉(zhuǎn)子繞線電動(dòng)機(jī)，在變頻改造同時(shí)，需要對(duì)原鼠籠電動(dòng)機(jī)換成轉(zhuǎn)子繞線電動(dòng)機(jī)。拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造前，首先分析計(jì)算變頻后的節(jié)電效果，以確認(rèn)改造的可行性，母線電壓波動(dòng)范圍為10000±200V，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)見表1。
表1? 風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)
| 參數(shù)名稱 | 入窯臺(tái)產(chǎn)（t/h） | 電機(jī)電流 (A) | 入口負(fù)壓（pa） | 風(fēng)門開度(%) | 液偶開度（%） | 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） | 功率因數(shù) |
| 參數(shù)值 | 198 | 83 | 6500 | 100% | 44 | 850 | 0.84 |
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2?? 節(jié)電率的估算
1）? 改造前電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行有功功率估算：
=1231.70(kw.h)
2）? 改造后變頻運(yùn)行輸出功率的估算：
① 液力偶合器的轉(zhuǎn)差損耗及其他損耗
正常生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速850 r/min ，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速993r/min，液力偶合器最大調(diào)速比為0.97，轉(zhuǎn)速比ｉ=850/993=0.8559,其轉(zhuǎn)速差損耗率P差損為:
P差損=（ｉ2-ｉ3）/0.972*1600=0.85592-0.85593/0.972*1600=179.52 kw
液力偶合器的軸承摩擦損失,油路損失,導(dǎo)管，循環(huán)泵損失等,此部分的損耗按照電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)輸出軸功率的>3%計(jì)算,因此液力偶合器調(diào)速時(shí)的損耗P損為:
P損=P工頻*(1-0.97)+ P差損=1231.70*0.03+179.52=216.47 kw
② 變頻器運(yùn)行后的電動(dòng)機(jī)輸入功率,功率因數(shù)按0.94
P變頻= (P工頻- P損)/0.94=（1231.70-216.47）/0.94=1080.03 kw
③ 變頻改造后的節(jié)電率:
n=（ P工頻- P變頻)/ P工頻=（1231.70-1080.03）/1231.70=0.1231=12.31%
④ 變頻調(diào)速后按正常運(yùn)轉(zhuǎn)率(年運(yùn)轉(zhuǎn)率按300天計(jì)),每年節(jié)約電量:
(P工頻- P變頻)*24*300=（1231.70-1080.03）*24*300=1092024 kw.h
年節(jié)約電費(fèi)(按平均電價(jià)0.70元計(jì)): 1092024*0.7=76.44萬元
在初步理論估算中， 采用變頻器后節(jié)電率約為12.31%,年節(jié)約電能109.20萬kw.h ，節(jié)約電費(fèi)76.44萬元左右,所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性考慮,采用變頻調(diào)速是非常可觀而且可行的 。[Page]
三? 改造方案
1? 電氣技術(shù)接口
原有鼠籠電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)采用定子串水阻柜降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)完畢后用液偶調(diào)速。增加轉(zhuǎn)子變頻同時(shí)，原電動(dòng)機(jī)更換成轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)機(jī)。定子接10KV電源，轉(zhuǎn)子串水阻（可調(diào)速）柜啟動(dòng)，在轉(zhuǎn)子側(cè)回路中串接變頻。變頻器與中控接點(diǎn)信號(hào)有：變頻器備妥、運(yùn)行、故障、驅(qū)動(dòng)。高壓開關(guān)合閘二次回路串接變頻器的備妥節(jié)點(diǎn)即允許高壓一次合閘接點(diǎn)，同時(shí)也接到中控顯示；變頻器運(yùn)行信號(hào)常閉節(jié)點(diǎn)串接高壓開關(guān)二次回路的驅(qū)動(dòng)水阻柜接點(diǎn)，同時(shí)常開節(jié)點(diǎn)也接到中控，作為變頻器運(yùn)行顯示；變頻器的故障信號(hào)常開節(jié)點(diǎn)接到中控，當(dāng)變頻器有故障時(shí)自動(dòng)切出變頻器，同時(shí)變頻器運(yùn)行信號(hào)常閉節(jié)點(diǎn)重申驅(qū)動(dòng)水電阻，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全速或調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行；變頻器的驅(qū)動(dòng)在中控操作，也可在變頻柜觸摸屏操作；轉(zhuǎn)速給定、反饋用原有液偶給定、反饋接到中控，電流信號(hào)也利用原有信號(hào)在中控顯示。水電阻柜配備了起動(dòng)、調(diào)速功能，中控增加了水阻升速、降速按鈕。當(dāng)變頻器有故障時(shí)，中控可操作水阻升速、降速。
2? 機(jī)械聯(lián)接
液力偶合器拆除后，初步設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)原地不動(dòng)，液力偶合器位置增加軸承座，配上與液偶尺寸一樣的軸。由于軸太長(zhǎng)（1600cm）,考慮到以后維修及振動(dòng)問題，決定將電動(dòng)機(jī)前移，直接與風(fēng)機(jī)用原有彈性膜片聯(lián)軸器相連。電動(dòng)機(jī)底座向風(fēng)機(jī)方向前移，其尾端底腳孔對(duì)準(zhǔn)原前底腳螺栓上，因偶合器與電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)高差830mm,所以加工了一個(gè)高為800mm,長(zhǎng)寬與液偶一樣的機(jī)座，裝到偶合器的底座上，兩個(gè)機(jī)座用螺栓鎖緊，最后用混凝土灌槳，把液偶座位置與原電動(dòng)機(jī)整個(gè)澆灌起來，使電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)成為一個(gè)整體。
3? 變頻器選型
經(jīng)過公司技術(shù)部門考察，公司領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，選擇品牌為廣東華拿交流電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻器，型號(hào)為DFC2-10-1600。調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速的50%-100%，完全滿足使用要求。
4? 變頻柜選址
變頻柜設(shè)計(jì)放置原高溫風(fēng)機(jī)起動(dòng)柜位置。將原起動(dòng)柜拆除后，有八米寬空間，整套變頻柜（包括水阻柜、整流柜、逆變柜、調(diào)制柜、補(bǔ)償柜）共5400mm。與中控I/O接口利用窯尾原用或備用空點(diǎn)，變頻器屬窯尾電房，空間比較大，原有排風(fēng)機(jī)通風(fēng)好。
四? 安裝、調(diào)試與運(yùn)行
電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器安裝完成及參數(shù)設(shè)置好后，即投入變頻空載試電動(dòng)機(jī)，在空載試車4小時(shí)未出任何問題。把聯(lián)軸器彈性膜片安裝好后帶風(fēng)機(jī)試車，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到800r/min，振動(dòng)值偏大，為5-6mm /s，運(yùn)行20分鐘后電動(dòng)機(jī)過流跳閘，變頻器報(bào)警逆變過流。檢查發(fā)現(xiàn):①逆變晶閘管燒壞一相。②聯(lián)軸器的彈性膜片發(fā)生嚴(yán)重柳曲變形，大部分出現(xiàn)斷開。把晶閘管及彈性膜片更換后重申試車，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到800r/min，振動(dòng)值為5-6mm /s，運(yùn)行60分鐘后停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的彈性膜片同樣發(fā)生嚴(yán)重柳曲變形，大部分出現(xiàn)斷開。立即組織公司有關(guān)技術(shù)人認(rèn)真分析彈性膜片變形問題，把兩塊變形的彈性膜片一片片拆開，發(fā)現(xiàn)有14片斷面是舊口，2片是新口（整個(gè)彈性膜片共24片，120mm厚），也就是說這兩塊變形的彈性膜片在變頻試車前就存在嚴(yán)重的機(jī)械疲勞。再把剩下外表完好的兩塊膜片拆開，同樣存在多片斷開的舊口，這時(shí)判定原有的彈性膜片不能再用。重申加工新膜片安裝好后帶風(fēng)機(jī)試車，調(diào)節(jié)到800r/min，振動(dòng)值為1.5-2mm /s,運(yùn)行60分鐘后停機(jī)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，在同等工況下連續(xù)試車4小時(shí)未發(fā)現(xiàn)異常。
五? 變頻器轉(zhuǎn)水阻切換
1中控自動(dòng)控制
當(dāng)變頻器有故障時(shí)自動(dòng)切出變頻器，變頻器發(fā)出一個(gè)信號(hào)控制水阻柜，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入水阻調(diào)速狀態(tài)運(yùn)行，自動(dòng)跟蹤到給定轉(zhuǎn)速。
2? 中控點(diǎn)動(dòng)及機(jī)旁控制
當(dāng)變頻器有故障時(shí)自動(dòng)切出變頻器，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全速狀態(tài)運(yùn)行，中控或機(jī)旁點(diǎn)動(dòng)升速、降速，調(diào)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速為止。
六? 改造后的效果
2011年3月7日00：00投運(yùn)以來到4月7日08：00，變頻器使用的電量來看，節(jié)電效果明顯，與改造前估算的相近，每天耗電量比改造前節(jié)省3798.72kw.h,具體如下改造前后節(jié)能情況一覽表
表2??? 改造前后節(jié)能情況一覽表
| 實(shí)際運(yùn)行功率(kW.h) | 每小時(shí)節(jié)電（KW.h） | 年節(jié)電度(KW.h) | 節(jié)電率 (%) | 年節(jié)電費(fèi)用 (萬元) | |
| 改造前三個(gè)月平均 2010-11-1~2011-2-1 | 改造后一個(gè)月平均 2011-3-7~2011-4-7 | ||||
| 1171.36 | 1013.08 | 158.28 | 1139616 | 13.51 | 79.77 |
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?【作者:李伯強(qiáng)】
