Расчет электропривода цементной мельницы

Расчет электропривода цементной мельницы

Эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и гражданских зданий

Введение

Техническое развитие цементной промышленности связано с использованием более производительных и усовершенствованных обжиговых и помольных агрегатов, значительно превосходящих по мощности установленное ранее технологическое оборудование, и с лучшими условиями труда при их обслуживании.

Одним из первых этапов при производстве строительных материалов, является процесс дробления. Рассматривая пути повышения эффективности процессов измельчения и снижения их энергоемкости с учетом отечественного и зарубежного опыта, следует обратить серьезное внимание на оснащение дробильного оборудования современными средствами управления. Это можно решить двумя путями с помощью средств локальной автоматики и с помощью средств вычислительной техники. В настоящее время во многих случаях предпочтение следует отдавать микроконтроллерам, так как они постоянно совершенствуются и удешевляются. Да и опыт эксплуатации АСУТП дробления на предприятиях нашей страны и за рубежом подтверждает целесообразность применения этих устройств.

В настоящее время шаровые барабанные мельницы широко используются в горно-обогатительном производстве, для измельчения полезных ископаемых, в производстве цемента, гипса и др.

Барабанные шаровые мельницы оборудованы открытыми зубчатыми передачами, диаметры которых достигают 9 м, модули m зубьев до 28 мм. Подавляющее большинство мельниц имеют косозубые передачи с углом наклона зубьев 5-7⁰.

Благодаря простоте конструкции, высокой надежности и возможности легко регулировать степень измельчения, шаровые барабанные мельницы активно использовались сто лет назад в производстве различных материалов. И хотя патенту на изобретение шаровой барабанной мельницы классической конструкции уже более 180 лет, инженерно-технические решения, реализованные в ней, остаются актуальными и в наше время.

Необходимо совершенствование конструкций шаровой барабанной мельницы для повышения надежности и работоспособности. Эта задача может быть решена на основе исследования причин износа наиболее нагруженных ее элементов, а именно ее привода. Для этого необходимо исследовать особенности его работы в реальных условиях эксплуатации.

У шаровых мельниц с приводным зубчатым венцом на барабане наблюдается интенсивный износ зубьев, что приводит к необходимости их частой замены и большим простоям. Следовательно, исследование характера нагружения открытых зубчатых передач шаровых мельниц, повышение ресурса работы привода и, тем самым, самих шаровых мельниц, является актуальной задачей.

За последние годы на предприятиях цементной промышленности были созданы условия для ускорения технического прогресса и решения многих важных задач совершенствования техники и технологии. При этом следует подчеркнуть, что технический прогресс осуществлялся путем широкого проведения таких мероприятий, как оснащение предприятий современным оборудованием, новыми средствами механизации и автоматизации, внедрение передовой технологии, интенсификация производственных процессов, рациональная организация труда, выпуск продукции, отличающейся наибольшей эффективностью и высоким качеством.

1. Общая часть

.1 Краткая техническая характеристика проектируемого объекта

Цементная мельница, также известна как шаровая мельница, является типом материальной мельницы, которая может измельчать цемент, стеклокерамику, новые строительные материалы, удобрение, огнеупорные материалы, черные металлы, цветные металлы и силикаты.

Мельница относится к типу шаровых, барабанных трубчатых мельниц непрерывного действия с центральной выгрузкой продукта помола, предназначена для сухого и мокрого помола различных рудных и полезных нерудных ископаемых, строительных материалов средней твердости, рисунок 1.

Рисунок 1 - Общий вид шаровой трубной мельницы: 1 Барабан; 2. Редуктор; 3 Электродвигатель; 4. Система централизованной смазки

В цементной промышленности сырье и клинкер измельчают в трубных шаровых мельницах непрерывного действия. Трубными называют шаровые мельницы, у которых длина барабана в 3-6 раз больше их диаметра. Их подразделяют на однокамерные и многокамерные. Материал в трубных мельницах измельчается за сравнительно длительное время, чем обеспечивается его равномерный помол.

На рисунке 2, представлены продольные разрезы двухкамерной трубной шаровой мельницы 3,2 X 15. Их внутреннее пространство разделено специальной решетчатой перегородкой на две камеры, сообщающиеся через отверстия в перегородке. Корпус трубной шаровой мельницы представляет собой полый сварной цилиндр, закрытый днищами (крышками), отлитыми заодно с полыми цапфами, которыми мельница опирается на два подшипника. Через одну из цапф подается сырье или клинкер, а через другую выходит измельченный материал. В ряде конструкций в середине мельницы, рисунок 2 б, смонтировано устройство для промежуточного отбора материала, классификации его в сепараторах и возврата крупной фракции (крупки) на домол.

Рисунок 2 - Проходная мельница: 1. Загрузочная часть; 2. Подшипник; 3. Корпус мельницы; 4. Крышка; 5. Приемная камера; 6.Сито; 7. Установка для подачи воды; 8 и 9. Приводы; 10. Электродвигатель; 11.Перегородка с отверстиями

В первой (по ходу материала) камере для измельчения применяют шары (стальные или из отбеленного чугуна), а во второй - цильпебсы (более мелкие цилиндрики). Материал входит в загрузочную цапфу и проходит первую камеру с шарами, затем он поступает во вторую камеру с цильпебсами и выдается в качестве готового продукта через выходную цапфу. Такой цикл работы называется открытым, а сама мельница называется проходной. При вращении мельницы мелющие тела, прижимаемые центробежной силой инерции к стенкам барабана, поднимаются на некоторую высоту. Под действием силы тяжести, преодолевающей вертикальную составляющую силы инерции, и вызываемой ею силы трения мелющие тела падают на слой материала, дробят его и частично истирают. Цильпебсы продолжают измельчение мелкораздробленного материала истиранием. Внутренняя полость барабана футерована броневыми плитами.

Рисунок 3 - Сепараторная мельница: 1. Загрузочная часть; 2. Корпус (барабан); 3. Кожух периферийного загрузочно-разгрузочного устройства; 4. Разгрузочная часть; 5. Подшипник; 6. Приемная камера; 7. Сито; 8. Установка для подачи воды; 9. Вал привода

При сухом способе применяют сепараторные мельницы, работающие по замкнутому циклу с циркуляционными сепараторами. В этом случае в середине корпуса мельницы рядом с разделительной перегородкой смонтировано специальное устройство для периферийной разгрузки - загрузки. Материал, обработанный в первой камере, направляется в циркуляционный сеператор для отделения достаточно измельченной фракции. Через загрузочную часть периферийного устройства недостаточно измельченная фракция, возвращается во вторую камеру с цильпебсами, где дополнительно измельчается, а затем снова проходит через сепаратор (второй по отношению к упомянутому). Продукт, отсортированный двумя сепараторами, подается на склад.

Загрузочная часть мельницы состоит из воронки с тумбой, трубошнека и днища, футерованного с внутренней стороны бронеплитами из износоустойчивой стали.

Разгрузочная часть состоит из радиально расположенных секторов, соединенных болтами с днищем, диафрагмы, трубошнека, разгрузочного патрубка, футеровки патрубка, приемной камеры, сита и секторов. Секторы перегородки имеют щелевидные отверстия для прохода размолотого материала; одновременно они предотвращают унос мелющих тел из второй камеры. Диафрагма имеет десять перегружающих лопастей, отлитых заодно с разгрузочным конусом. Приемная камера мельницы - сварной конструкции, с уплотнением из войлочной набивки в местах сопряжения с разгрузочным патрубком.

Сито представляет собой цилиндрическую сетку, отштампованную из стального листа толщиной 2 мм. Размер ячейки 5 X 25 мм.

Подшипник состоит из рамы, основания вкладыша с баббитовой заливкой, корпуса вкладыша и крышки. Рама подшипника сварная и при монтаже заделывается в бетонный фундамент мельницы. Основание подшипника и корпус вкладыша сопрягаются по сферическим поверхностям, что обеспечивает самоустанавливание подшипника при работе мельницы.

Вкладыш с баббитовой заливкой имеет водяное охлаждение и выполнен с углом охвата цапфы 120°. Крышка подшипника сварной конструкции. Для снятия статического электричества, возникающего во второй камере мельницы в процессе истирания клинкера, используют воду. Установка для ввода воды состоит из форсунки, системы труб и гибких шлангов, вертлюга, насоса с баком и контрольно-измерительной аппаратуры. Основные детали форсунки выполнены из нержавеющей стали. Контрольно-измерительная аппаратура обеспечивает включение установки при температуре аспирационного воздуха 120 °С и отключение воды при 105 °С. Форсунку во избежание возникновения в ней цементной пробки постоянно продувают сжатым воздухом.

Барабан мельницы - сварной, из листовой стали М16С, внутренняя поверхность его футерована бронеплитами из легированной стали и покрыта звукоизолирующей прокладкой, установленной под футеровкой.

Внутри барабана посредине установлено разгрузочно-загрузочное устройство, представляющее собой систему перегородок, образующих две полости - разгрузочную и загрузочную. Первая полость имеет в стенках барабана разгрузочные окна, вторая - загрузочные окна. Вторая полость оборудована, кроме того, системой направляющих лопаток, загрузочным конусом и транспортирующим устройством. При работе мельницы по открытому циклу разгрузочные окна закрывают специальными крышками.

Кожух, обеспечивающий загрузку и разгрузку материала в середине мельницы, - сварной из листовой стали. В местах интенсивного износа он имеет сменную футеровку. Уплотнение кожуха самоподжимное, войлочное, с автоматической смазкой.

Для крепления плит к барабану применяют болты. Изготовляют бронеплиты из марганцовистой стали Г13Л. Срок их службы от 1 года до 4 лет в зависимости от условий работы мельниц.

.2 Кинематические схемы электроприводов

Кинематические схемы наиболее часто применяемых типов приводов приведены на рисунке 4.

В составе простейшего из них (а) - открытая зубчатая пара, упругая муфта и тихоходный высокомоментный синхронный двигатель. В случае быстроходного двигателя применяют промежуточный редуктор (д). В двухдвигательном варианте используют схемы с устройством выравнивания (б), без промежуточных редукторов и с ними (в), с применением упругих муфт и без них. Находит место и центральный привод с венцовой шестерней на цапфе мельницы (е, ж) с двумя или одним синхронным двигателем соответственно. При необходимости пользуются схемой с несколькими потоками мощности, промежуточными редукторами и устройством выравнивания погрузок. Схема с жестким соединением барабана мельницы и ротора двигателя называется безредукторным приводом (з).

Рисунок 4 - Кинематические схемы приводов барабанных мельниц: 1. Барабан; 2. Венец; 3. Шестерня; 4, 6, 7, 8. Двигатель; 9. Полумуфта

.3 Требования к системе электропривода и обоснование выбранного типа электропривода. Требования к системе автоматики

Для главного привода мельницы установлен синхронный электродвигатель трехфазного тока в защищенном исполнении, для всех вспомогательных механизмов - асинхронные электродвигатели трехфазного тока с короткозамкнутыми роторами в закрытом обдуваемом исполнении.

Мельницы имеют центральный привод, ведущий вал которого присоединен к выходной цапфе. Электродвигатель и редуктор вынесены в отдельное помещение, чтобы свести к минимуму попадание в них пыли.

В центральный привод мельницы, рисунок 5, входят следующие основные узлы: цилиндрический одноступенчатый редуктор, эластичная муфта, вал передачи от редуктора к мельнице с двумя зубчатыми муфтами, электродвигатель и вспомогательный привод, предназначенный для ремонтных целей и состоящий из двух редукторов, обгонной муфты и электродвигателя.

Рисунок 5 - Привод мельницы

Для управления силовым электрооборудованием служат автоматические выключатели и релейно-контакторная аппаратура, поставляемые смонтированными в щиты станций управления. Установленное на агрегате электрооборудование снабжено необходимыми зажимами для заземления. Пусковая аппаратура в конечных положениях фиксируется во избежание самопроизвольного выключения.

Рисунок 6 - Центральный привод с передачей, воспринимающей без повреждения температурные деформации

Агрегат снабжен электрической блокировкой, а также системой управления и автоматики. Благодаря этому пуск агрегата или остановка его обязательно сопровождаются подачей звукового сигнала, а запуск механизмов осуществляется в строгой последовательности от конца рабочего потока до электродвигателя главного привода сепараторной мельницы.

Технологические параметры и производительность мельницы, состояние отдельных механизмов мельницы и ее системы смазки контролируются дистанционно.

Система автоматической смазки мельниц состоит из двух станций жидкой смазки: производительностью 200 л/мин, обслуживающей редуктор, и производительностью 50 л/мин, обслуживающей подшипники мельницы.

При работе мельницы в составе помольного агрегата для периодической подачи к поверхностям трения воздушных сепараторов дозированных порций смазки устанавливают отдельную систему автоматической густой смазки.

Станции жидкой смазки снабжены контрольно-измерительными приборами: реле давления, электроконтактными термометрами, температурными и поплавковыми реле и термометрами сопротивления.

Поплавковое реле контролирует уровень масла на сливе от подшипников мельницы и уровень масла в отстойниках. Реле давления подает сигналы при понижении давления масла в нагнетательных трубопроводах до 1 кгс/см2 и при повышении до 4 кгс/см2.

При помощи медных термометров сопротивления лагометриче-ская “установка контролирует температуру масла в нагнетательных трубопроводах станции и температуру охлаждающей воды при входе в холодильник и при выходе из него. Двумя температурными реле, установленными в отстойниках, температура масла поддерживается в пределах 35 - 45 °С. Электроконтактными термометрами осуществляется дистанционная передача данных о температуре масла в отстойниках.

.4 Выбор рода тока и величины питающих напряжений

Для распределения электрической энергии на современных промышленных предприятиях наибольшее распространение получили четырехпроводные системы трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В с глухим заземлением нейтрали. На действующих предприятиях встречаются еще четырехпроводные системы трехфазного переменного тока с глухим заземлением нейтрали напряжением 220/127 В.

На отдельных промышленных объектах находят применение трехпроводные трехфазные системы переменного тока с изолированной нейтралью напряжением 380 и 500 В. В ряде случаев применяется трехфазная система переменного тока напряжением 660 В. На некоторых предприятиях для питания потребителей постоянного тока (электролизные установки и т. д.) имеются источники и сети постоянного тока различных напряжений. В отдельных случаях на промышленных объектах выполняются стационарные двухпроводные сети переменного тока напряжением 42 В для питания переносного освещения и электрифицированного инструмента.

Перечисленные выше напряжения наиболее широко распространены в распределительных цеховых сетях.

Отметим основные положения, которые должны учитываться при выборе напряжения систем электропитания.

Системы трехфазного переменного тока 380/220 В с глухозаземленной нейтралью, могут использоваться для питания стационарно установленных приборов, аппаратов и других средств автоматизации переменного и постоянного тока в помещениях всех категорий опасности в отношении поражения людей электрическим током.

Если для электроснабжегшя автоматизируемого объекта применен трехфазный переменный ток 660 В, то питание однофазных и трехфазных электроприемников системы электропитания приборов и средств автоматизации должно осуществляться через понижающие однофазные или трехфазные трансформаторы.

В цепях управления электродвигателями исполнительных механизмов и электроприводов задвижек (вентилей) в помещениях всех категорий опасности в отношении поражения людей электрическим током допускается применение того же напряжения, что и в главных (силовых) цепях электродвигателей, включая напряжение 400 В переменного и постоянного тока. При этом необходимо соблюдать требования к установке аппаратов управления и защиты, а также к выполнению зануления (заземления).

Питание схем производственной сигнализации рекомендуется осуществлять на напряжении системы электропитания приборов.

электропривод мельница автоматика

2. Расчетная часть

.1 Расчет мощности электродвигателей механизмов сырьевой мельницы

Исходные данные:

1) Диаметр барабана

D = 2500 мм

) Длина барабана L = 15000 мм

) Объемная масса цемента 1200 кг/м³

) Коэффициент размолоспособности для клинкера 1

5) Потери в приводе = 0,85

) Коэффициент заполнения  = 25 ÷ 45%

7) Объемная масса шаров в засыпке γ_ш = 4,6 т/м³

Р_дв = , кВт (1)

где Р_дв - мощность двигателя, кВт;

,462 - поправочный коэффициент;- масса загрузки шаров, т;

R - радиус барабана, м;

n - рабочая частота вращения, об/мин;

- потери в приводе,  = 0,85;

= π ∙R²∙L∙φ∙γ_ш (2)

где G - масса загрузки шаров, т;

π - математическая константа, выражающая отношение длины окружности к длине её диаметра, π = 3,14;

R - радиус барабана, м;

L - длина барабана, м;

φ - коэффициент заполнения;

γ_ш - объемная масса шаров в засыпке.

Критическая частота вращения мельницы:

n_кр =  , об/мин (3)

где n_кр - критическая частота вращения мельницы, об/мин;

30∙ - переводной коэффициент;

- диаметр барабана, мм.

Рабочая частота вращения принимается равной 80% от критической:

n = 0,8∙n_кр, об/мин.(4)

где n - рабочая частота вращения, об/мин;

n_кр - критическая частота вращения, об/мин.

n_кр =  = 26,85 об/мин

n = 0,8∙26,85 = 21,5 об/мин

Масса загрузки шаров:= 3,14∙1,25²∙15∙0,25∙4,6 = 84,63 т

Мощность электродвигателя:

Р_дв =  = 1235,78 кВт

Для главного привода цементной мельница принят синхронный двигатель серии СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 со следующими техническими данными:

Мощность двигателя: Р_дв = 1600 кВт;

Напряжение питающей сети: U = 6000 В;

Частота вращения: n = 100 об/мин;

КПД: Ƞ = 93,12%;

Ток статора: I = 185 А;

Коэффициент мощности: cos φ = 0,9;

Кратность пускового момента: λ_п = М_п/М_н = 1,3;

Кратность максимального момента: λ_м = М_mах/М_н = 2,8;

Кратность минимального момента: λ_min = М_min/М_н = 1,2;

Кратность пускового тока: λ_i = I_п/ I_н = 6,3;

Количество пар полюсов: 2р = 60;

Номинальное скольжение: s = 1,7%.

Двигатели синхронные трехфазные типа СДМЗ2-22-34-60УХЛ4 предназначены для привода рудоразмольных, углеразмольных и цементных мельниц. Работают от сети переменного тока напряжением 6000 и 10 000 В частотой 50 Гц.

Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента.

.2 Выбор аппаратов защиты и управления

Защита необходима для предотвращения повреждения электрооборудования и устранения дальнейшего развития возникшего повреждения. Устройства защиты устанавливаются как в силовых электрических цепях, так и в цепях управления. Основными видами защит в электроприводе являются:

защита от короткого замыкания, предотвращающего развитие повреждения, вызванного током короткого замыкания в силовой цепи или цепи управления;

максимальная защита, срабатывающая даже при кратковременном превышении током установленного значения;

защита двигателей от перегрузки током, длительно превышающем его номинальное значение;

защита от самозапуска двигателей или нулевая защита от нежелательных последствий исчезновения и последующего восстановления напряжения в электрической сети;

защита при обрыве цепи обмотки возбуждения двигателя;

защита от перенапряжения, возникающего в электрических цепях;

защита от выпадания синхронных двигателей из синхронизма.

К защите относится блокирование от одновременного включения реверсивных и тормозных контакторов, а также контакторов, позволяющих получить определенную последовательность действий в схемах управления и согласовать работу отдельных электроприводов.

Защита при обрыве цепи обмотки возбуждения (защита при обрыве магнитного поля), применяемая для синхронного двигателя и выполняется на реле минимального тока.

Катушка реле обрыва поля РОП включается последовательно с обмоткой возбуждения. При наличии возбуждения контакт реле замкнут и через него получает питание цепь управления электроприводом. В случае обрыва цепи возбуждения якорь реле отпадает и цепь управления двигателем обесточивается.

Реле РОП имеет небольшую выдержку при отключении, что предотвращает отключение двигателя при случайных кратковременных колебаниях тока возбуждения.

Защита от перенапряжения, выполняется на реле максимального напряжения, катушка которого включается в измерительную электрическую цепь. Необходимость в этом возникает при питании электроприводов от отдельных генераторов или преобразователей. Реле максимального напряжения подает соответствующую команду в цепь регулирования напряжения.

Защита от перенапряжения на обмотке возбуждения при снятии питания осуществляется разрядным резистором R включаемым параллельно обмотке возбуждения. Сопротивление резистора принимают равным (6 ÷ 8) R_овм при напряжении 220 В и (З ÷ 5) R_овм' при напряжении 110 В. Для устранения излишних потерь энергии в разрядном резисторе при работе двигателя последовательно с резистором включают диод V навстречу положительному полюсу питания ОВМ. Наведенная при отключении обмотки возбуждения э. д. с. будет иметь противоположную напряжению полярность и через диод будет протекать ток. Напряжение на обмотке ОВМ окажется в пределах допустимого значения.

У синхронных двигателей разрядное сопротивление включается размыкающим контактом контактора питания КМ при отключении напряжения

питания обмотки возбуждения.

Защита от выпадания синхронных двигателей из синхронизма, выполняется на реле минимального напряжения РН и контактора форсировки возбуждения КФ.

Номинальный ток двигателя:

_н = , А(5)

где I_н - номинальный ток двигателя, А;

Р_дв - мощность двигателя, кВт;

 - поправочный коэффициент;_н - номинальное напряжение, В;

cos φ - коэффициент мощности;

Ƞ - КПД двигателя.

I_н =  = 184,2 А

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины (5 или 1 А) и для определения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Таблица 5. Технические данные трансформатора тока серии ТПЛ

Расчетные данные

Сравнение

U_э.у = 10 кВ

Uн = 6 кВ

I _э.у ≥ I_н

I _э.у = 5-200А

I_н = 184,2А

200 А > 184,2 А

Трансформаторы тока изготовляются на следующие номинальные токи: 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1600, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 10 000 и 15 000 А

Окончательно выбираем трансформатор тока ТПЛ - 10 - Р - трансформатор тока проходной многовитковый с изоляцией из литой синтетической смолы.

Выбираем трансформатор напряжения.

Трансформатор напряжения предназначен для преобразования больших переменных напряжений в относительно малые напряжения.

Таблица 6. Основные технические данные трансформаторов напряжения отечественного производства

U_э.у ≥ U_н

В = 6000 В

Окончательно выбираем трансформатор напряжения НОМ - 6.

Трансформаторы однофазные двухобмоточные с естественным масляным охлаждением внутренней установки являются масштабными преобразователями и предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов и цепей защиты и сигнализации в сетях с изолированной нейтралью.

2.3 Расчет и выбор кабелей и проводов

Выбираем кабель по экономической плотности тока.

Условия выбора сечения проводников:

_эк = , мм²(6)

где F_эк - площадь сечения проводника, мм²;

I_{р. мах} - расчетный максимальный ток нормального режима для одной линии, А;

j_эк - экономическая плотность тока, А/мм².

Экономическая плотность тока зависит от материала проводника и величины T_max. Так как T_max = 5000 ч выбираем j_эк = 1,7 А/мм².

F_эк =  = 108,35 мм²

Выбираем кабель АВВГ - (4×120)

Четырехжильный кабель с алюминиевыми жилами, резиновой изоляцией, ПВХ оболочкой и броней.

Одним из самых востребованных силовых кабелей считается кабель АВВГ.

3. Технологическая часть

.1 Описание принципиальной схемы управления

В отделении цементных мельниц кроме самой мельницы имеются еще другие механизмы, обеспечивающие ее работу. В этом отделении установлены следующие электроприводы:

главный электропривод;

вспомогательный электропривод, предназначенный для привода мельницы во время ее ремонта;

электропривод маслосмазки мельницы;

электропривод маслосмазки редуктора привода мельницы.

В перечисленных электроприводах кроме главного привода мельницы применяют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, управляемые магнитными пускателями. Наиболее сложным является электрооборудование и привод самой мельницы, мощность электродвигателя которой достигает 1000 кВт и более. Электродвигателем главного привода мельницы является обычно синхронный электродвигатель или асинхронный с фазным ротором. Чаще всего используют синхронный высоковольтный электродвигатель трехфазного тока. Схема управления таким электродвигателем очень сложна.

Рассмотрим одну из упрощенных схем управления электроприводом цементной мельницы, приводимой высоковольтным синхронным электродвигателем. Обмотка статора включается в сеть переменного тока через разъединитель Р и высоковольтный выключатель Л. Обмотка возбуждения ротора получает питание от отдельного возбудительного агрегата, который установлен на одном валу с электродвигателем и приводится им во вращение.

Обмотка возбуждения электродвигателя ОВД присоединена к якорю В возбудителя через сопротивление СГ, которое предназначено для гашения магнитного поля двигателя при действии защиты и для увеличения момента при пуске.

.2 Методы регулирования частоты вращения электродвигателя

Частота вращения синхронного двигателя п₂ равна частоте вращающегося магнитного поля статора n₁ = 60f₁/p. Следовательно, ее можно регулировать путем изменения частоты питающего напряжения или числа полюсов 2р. Регулировать частоту вращения путем изменения числа полюсов в синхронном двигателе нецелесообразно, так как в отличие от асинхронного здесь требуется изменять число полюсов как на статоре, так и на роторе, что приводит к значительному усложнению конструкции ротора. Поэтому практически используют лишь изменение частоты питающего напряжения.

К синхронному двигателю применимы все основные положения теории частотного регулирования асинхронного двигателя, в том числе необходимость одновременного изменения как частоты, так и питающего напряжения. Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при очень малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, а инерция приводного механизма мала. При больших мощностях такие условия имеются только в некоторых типах электроприводов, например в электроприводах вентиляторов.

Для синхронных двигателей, применяемых в электроприводах с большим моментом инерции приводного механизма, необходимо очень плавно изменять частоту питающего напряжения, чтобы двигатель не выпал из синхронизма. Особенно сложным является пуск в ход двигателя, когда начальная частота должна составлять доли герца, а затем постепенно повышаться до максимального значения. Для таких электроприводов наиболее пригодным является метод частотного регулирования с самосинхронизацией, при котором двигатель в принципе не может выпасть из синхронизма.

До последнего времени синхронные двигатели применялись исключительно в нерегулируемом электроприводе. Однако в связи с созданием разнообразных электронных преобразователей частоты появилась возможность частотного регулирования скорости вращения. Но частотное регулирование синхронных двигателей имеет некоторые особенности. Во - первых, обычно эти двигатели применяют в приводах с большим моментом инерции рабочей машины, поэтому изменять частоту тока следует плавно, учитывая большой запас кинетической энергии вращающихся масс. В противном случае возможно «выпадение» двигателя из синхронизма, т.е. остановка двигателя или продолжение вращения его ротора с асинхронной скоростью. Во-вторых, следует учитывать сложность пуска синхронных двигателей. Начальная частота тока в цепи статора этих двигателей при пуске должна составлять доли герца, а затем следует медленно повышать частоту тока до требуемого значения.

.3 Эксплуатация и обслуживание электрооборудования

Эксплуатация энергооборудования должна осуществляться в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации Главгосэнергонадзора и Госгортехнадзора РФ, а также отраслевых нормативных документов, в которых изложены основные организационные и технические требования к эксплуатации энергооборудования. Все действующие на предприятии нормативные технические документы по электротехническому и теплотехническому энергооборудованию должны соответствовать требованиям вышеуказанных документов.

Приводы помольных аппаратов должны быть сблокированы со вспомогательным оборудованием; управление системой блокировки должно быть сосредоточено у рабочего места машиниста мельницы.

Помольная установка независимо от вида мельницы (сырьевая, мокрого или сухого помола, цементная, угольная) должна быть оснащена следующими контрольно - измерительными приборами:

манометрами и маслоуказателями для измерения давления и уровня масла в смазочной системе;

счетчиками для учета времени работы мельницы;

- амперметрами для измерения нагрузки приводного электромотора мельницы;

аппаратурой сигнализации: о перегреве подшипников, редукторов; о перегреве статора двигателя; о перегреве масла в картерах цапфовых подшипников; о прекращении циркуляции масла в смазочной системе; о прекращении циркуляции охлаждающей подшипники воды; о прекращении циркуляции масла в цапфовых подшипниках; о переполнении и опорожнении питающих бункеров.

Приборы, сигнализирующие о перегреве подшипников мельницы и редуктора, а также прекращении смазки их, должны быть включены в систему блокировки.

Кроме указанных приборов, которые должны иметь все мельницы, сырьевые мельницы мокрого помола дополнительно оснащаются: вискозиметрами шлама, расходомерами с дифманометрами, измеряющими расход поступающей в мельницу воды. Цементные мельницы (открытого цикла помола) должны иметь: весы для учета выхода цемента, термометры сопротивления с логометрами для измерения температуры за мельницей, тягомеры, измеряющие разрежение за мельницей и в системе аспирации.

Сепараторные мельницы (замкнутого цикла помола) дополнительно должны иметь амперметры для измерения нагрузки электродвигателей сепараторов и элеваторов, приборы, показывающие число оборотов центробежных сепараторов.

Правила пуска мельницы после ремонта или перед пуском в эксплуатацию нового агрегата отличаются от правил пуска мельницы после кратковременной остановки.

Перед пуском после кратковременной остановки необходимо:

осмотреть мельницу снаружи, проверить, хорошо ли закрыты крышки лазов и плотно ли затянуты контргайки на болтах, крепящих крышки, бронеплиты и перегородки;

- осмотреть подшипники мельницы и приводного электродвигателя, проверить смазочные устройства;

проверить наличие воды в системе водяного охлаждения подшипников; установить наличие и правильность установки предохранительных ограждений;

- проверить наличие свободной емкости для размолотого продукта (в силосе, бункере или шлам-бассейне);

- удостовериться в исправности сепараторов и обеспыливающих устройств;

- осмотреть транспортирующие устройства и установить дозировочную аппаратуру в соответствующее положение.

Перед пуском после длительной остановки дополнительно к приведенным работам необходимо выполнить следующее:

осмотреть мельницу внутри и проверить соответствие установленным нормам количества мелющих тел в камерах, состояние футеровки, межкамерных и разгрузочных перегородок;

проверить чистоту и исправность контрольных сит;

- осмотреть редуктор привода мельницы и проверить по указателю уровень масла в картере;

осмотреть вентиляционные устройства и трубопроводы;

проверить исправность затворов и герметичность уплотнений в аспирационной системе;

убрать ненужные предметы и мусор с рабочих мест у машин, площадок и проходов;

обеспечить достаточное искусственное освещение;

- проверить состояние приводного электродвигателя и пусковой аппаратуры;

- осмотреть состояние взрывопредохранительных клапанов на пылеосадительных устройствах углеразмольных мельниц.

Пуск мельницы после ремонта производится с разрешения начальника цеха, а после кратковременной остановки - с разрешения мастера. Включать отдельные механизмы помольной установки можно в той последовательности, которая указана в схеме, утвержденной главным инженером завода. Принципиально пуск механизмов должен производиться в последовательности, обратной движению измельченного, а затем измельчаемого материала.

Запрещается пускать и эксплуатировать мельницы в следующих случаях:

- при недостаточном запасе размалываемых материалов в бункерах (менее чем на 1 ч работы мельницы);

нагреве выше 65° С цапфовых подшипников с баббитовой заливкой;

неисправности масляной системы, а также системы водяного охлаждения;

выбивании материала через неплотности;

наличии трещин на корпусе мельницы;

ослабленных болтах днища или венцовой шестерни;

неисправностях в приводном механизме;

- снятых ограждениях;

неисправности транспортной системы от мельниц;

выпадении хотя бы одной броневой плиты или секции межкамерных перегородок;

- неочищенных и неисправных пылеосадительных устройствах;

- наличии очагов горения топлива в углепомольной установке.

Не разрешается эксплуатировать мельницу, когда не соблюдены правила замены изношенных деталей и ввода мельницы в эксплуатацию после среднего и капитального ремонта, а также если в схемах автоматического управления и контрольно-измерительной аппаратуры есть неисправности.

Различают остановку внеплановую (вынужденную, аварийную) и плановую: на ремонт, перегрузку мелющих тел.

При угрозе несчастного случая или аварии мельницу останавливают немедленно. Причины внеплановой остановки мельницы расследуют в соответствии с «Инструкцией по ликвидации, расследованию и учету аварий и неисправностей оборудования цементных заводов».

Во время длительных остановок необходимо тщательно осмотреть мельницу, в том числе каждую из камер и межкамерные перегородки, все вспомогательные механизмы, а также замерить заполнение мельницы мелющими телами.

В процессе работы помольной установки машинист мельницы обязан:

- следить за исправной работой питателей;

проверять температуру цапфовых подшипников мельницы, редуктора, приводного электродвигателя и других подшипников, не допуская повышение ее сверх 65° С;

- контролировать подачу смазки циркуляционной смазочной системы, исправность ее работы и производить ручную смазку узлов в соответствии с картами смазки.

.4 Возможные неисправности электрооборудования и способы их устранения

Основное назначение ремонта состоит в восстановлении работоспособности и ресурса энергетического оборудования и сетей, устранении отказов и неисправностей, возникающих в процессе работы или выявленных при техническом обслуживании.

Ремонт может быть плановым и неплановым. В плановом порядке выполняются текущий и капитальный ремонты, в неплановом - аварийный и ремонт, осуществляемый без предварительного назначения срока выполнения.

Текущий ремонт - разновидность планового ремонта, осуществляемого в процессе эксплуатации для обеспечения исправности и работоспособности оборудования (сетей) до очередного ремонта и состоящего в замене или восстановлении изношенных деталей, узлов (участков сети), регулировке механизмов, проведении профилактических мероприятий, устранении отдельных неисправностей.

Капитальный ремонт - разновидность планового ремонта, осуществляемого с целью восстановления исправности и полного или близкого к полному (не менее 80%) восстановления ресурса оборудования (или сети) с заменой или восстановлением любых частей оборудования, включая базовые, проверкой и регулировкой отремонтированных частей и оборудования в целом, перемонтажом электросхем, заменой или восстановлением изношенных конструкций и участков сети.

Основными проблемами применяемых на данных производствах механизмов с синхронными электродвигателями, которые отмечаются эксплуатационниками, являются:

тяжелая нагрузка, высокий момент трогания (мельницы, дробилки, мешалки);

механические ударные нагрузки на трансмиссию и транспортируемый груз (конвейеры, шнековые транспортеры);

высокая инерция механизма (дробилки, дымососы);

аварийность и неэффективность работы (все в той или иной мере).

Все операции по устранению неисправностей проводятся при отключенном электропитании.

Перечень возможных неисправностей и методы ремонта мельницы приведены в таблице 7.

Таблица 7. Возможные неисправности и способы их устранения

.5 Описание режимов и циклов работы электрооборудования

Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла. На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов - номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.

Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.

Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 - S8.

Режим работы продолжительный (S1) по ГОСТ 183-74 - работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей. Пуск двигателя асинхронный, прямой, от полного напряжения сети с включенным в цепь обмотки возбуждения разрядным сопротивлением.

Двигатели допускают два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего состояния. Интервал между последующими пусками не менее 2 ч.

Возбуждение двигателей осуществляется от тиристорных возбудителей с системой управления и автоматического регулирования тока возбуждения.

. Охрана труда и техника безопасности

.1 Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации электрооборудования

Основой безопасной эксплуатации электродвигателей является выполнение требований действующих ПТЭ, ПТБ, ППБ, заводских инструкций по конкретным типам машин, соблюдение допустимых эксплуатационных режимов работы (в части нагрузки, нагрева, вибрации, смазки и т.д.) и осуществление технического обслуживания (осмотры, ремонты, профилактические испытания).

К оперативному и техническому обслуживанию электродвигателей должны допускаться лица, прошедшие обучение, инструктаж и специальную подготовку по изучению принципов действия, устройства, компоновки и методой обслуживания электродвигателей, приобретшие навыки и опыт практической работы, сдавшие экзамены на знание правил технической эксплуатации, техники безопасности, должностных и местных инструкций по эксплуатации закрепленного за ними оборудования.

Ремонтные и восстановительные работы на конкретном электродвигателе должны проводиться, как правило, на остановленном агрегате с оформлением наряда-допуска.

Допуск бригад к ремонтным работам на вращающихся и токоведущих и токоведущих частях электродвигателя должен производится после выполнения технических мероприятий.

Выводы обмоток и кабельные воронки у электродвигателей должны быть закрыты ограждениями, снятие которых требует отвертывания гаек или вывинчивания болтов. Снимать эти ограждения во время работы электродвигателя не допускается.

Вращающиеся части электродвигателей и части, соединяющие электродвигатели с механизмами (муфты, шкивы), должны иметь ограждения от случайных прикосновений.

При одновременной работе на механизме и электродвигателе соединительная муфта должна быть расцеплена. Расцепление муфты должно производиться ремонтным персоналом по наряду на ремонт вращающегося механизма.

Работы на электродвигателе (или группе электродвигателей), от которого отсоединен питающий кабель, и концы его замкнуты накоротко и заземлены, могут производиться без наряда, по распоряжению.

Подача рабочего напряжения на электродвигатель до полного окончания работ (пробное включение, испытание электродвигателя или его пускового устройства) может быть произведена после удаления бригады, возвращения производителем работ наряда оперативному персоналу и снятия временных ограждений, запирающих устройств и плакатов.

О подаче напряжения производитель работ обязан предупредить работников своей бригады.

Подготовка рабочего места и допуск бригады после пробного включения производится как при первичном допуске.

В период проведения ремонта для очистки от загрязнения металлических частей, узлов и обмоток с термореактивной изоляцией запрещается применять пожароопасные моющие средства.

Запрещается обслуживать электродвигатели в женском платье, в плащах, пальто и халатах из-за возможности захвата вращающимися частями указанной одежды.

Кольца ротора допускается шлифовать на вращающемся электродвигателе лишь с помощью колодок из изоляционного материала. Запрещается применение резиновых, полиэтиленовых и других прокладок из мягкого и немаслостойкого материала для фланцевых соединений маслопроводов системы смазки электродвигателей.

Запрещается проведение работ на маслопроводах и оборудовании маслосистемы при ее работе, за исключением замены манометров и доливки масла.

Тушение пожара в электродвигателях (после их обесточения) должно производиться водой, углекислотными или бромэтиловыми огнетушителями.

Не допускается тушение пожара в электродвигателях пенными огнетушителями или песком.

При обнаружении загорания обмотки внутри корпуса электродвигателя он должен быть отключен от сети, а на синхронном электродвигателе снято возбуждение.

Загоревшуюся обмотку электродвигателя персонал может тушить вручную через специальные смотровые и технологические лючки при помощи передвижных средств пожаротушения (огнетушителей, пожарных стволов и др.) после отключения электродвигателя.

.2 Охрана окружающей среды

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться согласно правилам безопасной работы у каждой установки.

Большое внимание следует уделять обезпыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда.

В соответствии с санитарными нормами концентрация в воздухе помещений цементной и остальных видов пыли не должно превышать 0,04 мг/м³. содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода - более 0,02 мг/м³, концентрация пыли не должна превышать 0,06 мг/м³.

Воздух, отбираемый из цементных мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли необходимо устанавливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1 м² ткани фильтров более 60-70 м³ воздуха в 1ч.

Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускаются через рукавный фильтр.

Отходящие газы цементных печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли, то их сначала пропускают через батареею циклонов.

Шум, возникающий при работе многих механизмов на цементных заводах, характеризуются зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму. Особенно неблагоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых и цементных мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95-105 дБ.

К числу мероприятий по снижению шума у рабочих мест относят применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутеровочными плитами, замену в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. При это звуковое давление снижается на 5-12дБ. Укрытие мельниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источников шума звукопоглощаюшими материалами также дает хороший эффект.

Заключение

Выполнение курсового проекта способствует закреплению и углублению знаний и умений, полученных при изучении дисциплины: «Эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и гражданских зданий».

Работа позволяет получить следующие навыки:

применение на практике приемов расчета и конструирования;

составления кинематических схем, описания устройства и принципа

действия проектируемого объекта;

обоснования и разработки технических решений и расчетов элементов

конструкций;

работы со специальной технической литературой;

анализа технических параметров проектируемого изделия.

Список литературы

1) И.И. Алиев. Электротехнический справочник.

) Зимин. Электрооборудование ПП и установок.

) Нормативная литература - не ранее 2006 года издания

) Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.: «Высшая школа», 1991

) Кацман М.М. Электрические машины. - М.:«Академия», 2011

) Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. - М.:«Академия», 2006

) Кацман М.М. Электрический привод. - М.: «Академия», 2010

) Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках. - М.: «Энергия», 1970

) Липкин Б.Ю. Электрооборудование промышленных предприятий и установок. - М.: «Высшая школа», 1990.

) Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: «Академия», 2007

) Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей/ Главгосэнергонадзор России. - М., 2009.

) Правила устройства электроустановок. - М,: Энергоатомиздат, 2006

) Сибикин Ю.Д. и др. Э. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: «Высшая школа», 2011.

) Соколова Е.М. Электрическое и электромеханическое оборудование. - М.: «Академия», 2012

) Периодическая литература, каталоги, информационно-поисковая система.

) Нормативная литература - не ранее 2006 года издания