变频器在生产高吸水树脂(SPA)过程中的运用

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  【摘要】 变频器能提供精确的速度控制,变频调速可应用在大部分的电机拖动场合,因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可大大提高工艺的高效性,同时可比原来的定速运行更加节能。通过对变频器在SPA生产过程中具体应用的介绍,使人们更好地了解变频器的应用,进而使变频技术得到发展。
  【关键词】 变频器 SPA 节电 应用
  
  高吸水树脂(英文简称:SPA)是我国近年来发展迅猛的功能型吸水材料,用途十分广泛,如:尿垫、卫生巾;光缆、电缆、阻水油膏;农林园艺、沙漠绿化;另外还有医药、医疗、石油、化工、环保、生化、食品等领域。该产业是一种朝阳产业。我们国内很多企业一直都依赖国外进口产品。国内企业近几年涉足该领域,由于SPA在生产过程中其调配料的比例问题很难精确控制,以及物料在搅拌的过程中搅拌速度的控制严重影响着产品的各项性能指标。所以如何控制电机的速度问题显得尤为关键,使用变频调速可以很方便地解决上述问题。
  
  1 变频器的发展及应用现状
  
  目前,交流变频调速以其优异的性能在电力、轧钢、化工、纺织、铁路、船舶、水泥等传统工业的改造以及航空航天尖端技术领域广泛使用,并取得了显著的经济效益。变频调速以其卓越的调速性能、良好的节能效果在国民经济中扮演着重要的角色。变频调速技术为节能降耗,改善控制性能,提高生产效率和产品质量提供了重要的技术手段。它代表着电气传动的主流方向,是一种最有前途的交流调速方式。
  在现代化的工业生产中,电机是主要的动力源。合理使用电动机提高其工作效率,显得尤其重要。目前,我国的交流电机使用现状不合理,能耗高,造成很大的电能浪费,如使电机的调速方式与负载类型相匹配,使电机的耗电量随负载大小而变化,那可节约大量能源,这对提高经济效益,节约能源有着重大的意义。在工业生产中,电机的调速方式有变极、变转差率等方法,其中变频调速有着其他方式不可比拟的优越性,它是目前使用的一种效益最高、性能最好的调速方式。
  
  2 SPA生产过程中应用变频器的必要性
  
  在化工生产过程中,很多参数如流量、压力、液面等随实时情况而不断发生着变化。
  传统的方法是通过控制阀门、挡板的开闭程度来人为地改变阻力进而控制它们的变化,如此电力消耗非常巨大。在化工生产过程中,90%左右的电力消耗在交流电机上,电动机拖动的负载类型主要有:恒转矩,恒功率、泵与风机类。在SPA的生产过程中泵类与风机类负载占大多数,所谓泵类负载就是负载的转矩与转速的平方成正比的一类负载性质。其负载特性如图1所示。
  


  在SPA的生产过程中交流电机拖动的负载多数是泵类和风机类负载,这类负载其节能潜力非常大。采用变频器进行控制,由它给电机供电具有安装方便、控制灵活实现变频调速,可平滑、大范围地改变电机的速度从而实现无极变速。另外变频器还具有极强的保护功能,可以适用在有腐蚀、爆炸等危险的化工环境中。
  在高吸水树脂的生产过程中,其配料控制,改性剂的剂量泵控制,反应釜的搅拌速度控制,粉碎机刀片的摆动速度等是工艺流程中重要的环节。其控制的精确度、灵活性将对产品的产量、质量起着关键的作用。实现这些环节的控制方式多种多样,利用变频器控制是最理想的手段之一。对于大规模的生产状况变频器尤其适用。
  在高吸水树脂生产过程中,其生产线上由反应釜、改性剂配料泵以及输送泵、旋转式烘箱、粉碎机等组成。反应釜的搅拌速度、改性剂量泵的精确控制均可由变频器实现全自动控制。随着电力电子器件的发展变频器的价格在降低,而其容量却在大型化,因此在化工领域采用变频器控制其性价比是显而易见的。
  
  3 选择变频器的依据
  
  企业在最初的生产过程中,反应釜的搅拌速度、改性剂量泵的控制是通过有级调速,这种调速方式存在着抗干扰能力差、能耗大、发热高、机械特性差、速度调节范围小以及控制环节多、可靠性差、节能效果差等缺点。最近几年来,电力电子技术、微机技术、集成电路技术的发展,变频调速系统逐渐有模拟控制转向数字控制,在抗干扰能力、节能、调速范围、调节精度、动态响应方面,越来越显示出其他交流调速方法不可比拟的优越性。在这些方面可以同直流调速系统相媲美。在实际选用的时候,为了给企业节约资金同时也能很好地适应生产,在选择变频调速装置的时候,我们选择设备投资省、结构简单、控制可靠、维护方便、技术成熟的装置。
  在生产过程中电机调速传动有两个方面,一类是工艺调速传动也就是根据工艺要求进行调速的传动,如在化工、炼油工艺流程中控制物料流量的场合等;另一类是节能调速传动也就是有泵类、风机类的场合,采用调速装置来调节流量、压力等可取得显著的节能效果。
  在SPA的生产工艺流程中,其生产设备包括很多混合搅拌机,改性剂泵、风机等,它们的特点是数量多,容量大、耗能高,变频调速能很好地满足这些电气传动设备的调速要求,为企业在降低电耗,节约能源,提高产品的竞争力提供了可能。
  在实际生产当中,由于变频调速装置故障引起的停工、维护损失,要远远超过变频调速本身价值。因此,我们选择变频器时依据两个原则:其一,根据实际的负载选择变频装置;其二,充分考虑经济性、可靠性。
  
  4 变频调速装置在生产SPA企业中的具体应用
  
  生产高吸水树脂(SPA)过程中,要提高生产效率和产品质量,对进入反应釜中的物料、催化剂必须进行比例控制,固体物料进行严格的称量,原料的反应速度、混合均匀度,须通过搅拌浆的速度来进行调节,而搅拌浆的速度需要通过调节电动机的转速来进行控制,进而控制生产设备的运行参数。实现灵活而又精确的控制方式多种多样,但是使用变频器可解决浓稠液体的搅拌和电动机的保护,以及配料时候的动态精度控制问题。可摆脱由于操作人员所带来的人为因素对产品质量的影响。由于变频器的智能性控制过程,因此对于规模化的产业生产过程,变频器更适用,是最理想的控制手段之一。
  
  5 变频器容量的选择
  
  合理选择变频器的容量,对减小投资,节约电费是必要的。选择变频器的容量可根据经验公式:
  
  P=KPN
  式中 P——是变频器容量;
  K——惯性系数,惯性很小的负载K取1.1~1.5,惯性很大的负载K取1.5~2.0;
  PN——拖动电动机的功率。
  
  6 使用变频器应注意的问题
  
  (1) 变频器的安装环境应干燥、无腐蚀性气体,无机械震动和电器干扰的场合,防止金属碎屑、水滴等落入变频器内,并避免阳光直射;
  (2) 变频器本身没有散热装置,而其内部有较多的发热元件,所以必须采取必要的措施使它散热,如增加散热孔洞,安装电风扇;
  (3) 变频器在使用时候必须根据不同的负载情况对其功能和参数进行设定,否则会造成其输出值与实际情况不匹配,而不能正常使用;
  (4) 使用变频器必须满足工艺要求,另外对有些负载过大而变化不大的设备不宜采用;
  (5) 大多数变频器的控制电路均采用微处理器,控制信号为弱电型,为防止外部干扰影响变频器正常使用,在使用时候应按控制信号分类配设,对于开关信号可用一般控制电缆,对弱电模拟信号(测量信号、速度控制信号等)宜采用屏蔽控制电缆,并要求动力和控制电缆分槽配线。
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