Электрооборудование вращающегося распределителя шихты доменной печи Система ТП-Д

Сейчас можно взять фактически каждый элемент периодической системы Менделеева, не считая галоидов и газов.

 

2. Общая часть.

2.1 Описание технологического процесса доменного цеха.

Чугун выплавляется из железных руд в специальных печах, называемых доменными. Отсюда процесс получения чугуна из железных руд называется доменным процессом. 
Доменная печь имеет большое количество специальных устройств и механизмов, обеспечивающих беспрерывность процесса. Большинство механизмов работает автоматически.

 

Рис.1. Устройство доменной печи

1-скип;

2-засыпной аппарат;

3-доменная печь;

4-фурменные отверстия;

5- чугунная летка; шлаковая  летка;

7-воздухонагреватели;

8-газоочистительные устройства;

9-дымовая труба

Смесь из руды, кокса и флюса подготовляется в определенной пропорции для загрузки в доменную печь. Такая смесь называется шихтой. Специальный подъемник — скип 1 перемещающийся по наклонным путям, доставляет шихту к верхней части доменной печи, откуда она через засыпной аппарат 2 поступает в печь 3. 
Для поддержания интенсивного горения загружаемого кокса необходимо большое количество воздуха. Воздух подается в печь через специальные отверстия 4 в нижней части печи, которые называются фурменными отверстиями. Чтобы воздух пробил высокий столб шихты и проник во все части печи, а также чтобы имелось достаточное количество кислорода для сгорания всего топлива, воздух вдувают в печь под давлением в 1—2 ати. Воздух подогревается до температуры 600—800°, так как вдувание большого количества холодного воздуха снижает температуру внутри печи, в результате чего процесс плавки руды замедляется. 
Подогрев воздуха осуществляется в воздухонагревателях 7, которые строятся рядом с доменной печью. Воздухонагреватели отапливаются доменным (колошниковым) газом, получающимся при выплавке чугуна. Доменный газ предварительно очищается от пыли в специальных газоочистительных устройствах 8. Продукты сгорания из воздухонагревателей удаляются через дымовую трубу 9. 
Полученный в печи жидкий чугун опускается в нижнюю ее часть, откуда периодически выпускается через отверстие 5, называемое чугунной леткой. В специальных ковшах большой емкости чугун от доменной печи отвозится в сталеплавильные цехи для переработки в сталь или к разливочной машине для получения чугунных чушек. 
Пустая порода, флюсы и зола топлива образуют в печи жидкий шлак, который имеет меньший удельный вес, чем чугун, и поэтому располагается над жидким чугуном. Шлак выпускается из печи через шлаковую летку 6 и направляется для переработки и дальнейшего использования в качестве строительного материала или в шлаковый отвал. 
Доменная печь работает беспрерывно по принципу противотока: исходные материалы загружаются сверху, постепенно опускаются вниз, превращаясь в чугун и шлак, а газы, нагревшиеся в нижней зоне печи, поднимаются кверху навстречу исходным материалам. 
Печь имеет наружную стальную оболочку, которая называется кожухом, и внутреннюю кладку, или футеровку. Футеровка должна устойчиво сопротивляться износу от трения беспрерывно опускающихся столбом исходных материалов, выдерживать действие высоких температур, не расплавляясь и не давая деформаций. Поэтому для футеровки применяется высококачественный огнеупорный (шамотный) кирпич.

 

2. Описание работы механизма. Кинематическая схема.

Вращающийся распределитель доменной печи служит для равномерной загрузки материалов в печь. Равномерная загрузка печи обеспечивается поворотом загрузочного устройства и высыпанием шихты на различные участки пода печи. Распределитель может повернуть загрузочное устройство вокруг вертикальной оси домны на любой угол, кратный 600.

В начале цикла работы распределитель находится в положении, соответствующим 00.Здесь он заполняется шихтой с помощью скипа. После этого он поворачивается и на одной станции разгрузки разгружается. Вернувшись потом в положение 00, распределитель вновь загружается и движется к новой станции. Обеспечение точного останова распределителя при подходе к станциям осуществляется переводом его на пониженную скорость.

По условиям технологического процесса продолжительность поворотов и порядок движений к станциям определяется по таблице 1.1

 

Таблица 1. Продолжительность поворотов и порядок движений к станциям

Параметры	Единица измерения	Номер станции разгрузки
		1	2	3	4	5
Угловая координата станции разгрузки	град	60	120	180	240	300
Время поворота от нулевой станции до станции разгрузки	с	4–5	9–10	12–15	9–10	4–5

Рис. 2. Кинематическая схема

 

3. Специальная часть
1. Обоснование и выбор рода тока

 

 

Рис. 3.График сравнения ДПТ и АД

В отличии от стандартного АД с фиксированной базовой (номинальной ) частотой вращения (синхронные скорости 3000/1500/1000/…об/мин на 50 Гц), двигатель постоянного тока может быть спроектирован с базовой частотой вращения в диапазоне примерно от 300 до 4000 об/мин для каждой рабочей точки.

В зависимости от типоразмера ДПТ (как скомпенсированные, так и не скомпенсированные) могут иметь область работы с ослаблением поля 1:3 или 1:5.

Ограничение мощности связано с max моментом АД, уменьшающимся обратно квадрату скорости(1/n2).

Ограничение мощности связано с уменьшением коммутационной способности коллекторного двигателя постоянного тока.

Сравнение рабочих характеристик двигателей показывает, что ДПТ выгоднее АД при продолжительной работе на низких скоростях и для широкого диапазона скоростей при постоянной мощности.

ДПТ превосходит АД по таким критериям, как:

• Типоразмеры, моменты инерции и время разгона
• Широкий диапазон скоростей при постоянной мощности (работа с ослаблением поля или диапазон регулировки возбуждения)
• Обслуживание двигателя
• Степень защиты двигателя
• Масса и место установки двигателя
• Коммутация и преобразование электрической энергии
• Влияние на напряжение сети
• Реактивная мощность
• Модернизация существующих приводов постоянного тока
• Сравнение цен приводных систем постоянного и переменного тока

Вывод: 
Выбираю постоянный ток, по причинам:

• простота устройства и управления;
• практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;
• легко регулировать частоту вращения;

• хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);
• так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

 

2. Расчет и построение скоростной и нагрузочной диаграмм

Принимаем пусковой момент Мп=2Мн, а тормозной момент - Мт=Мп.

Номинальный момент двигателя:

 Н*м

Пусковой момент и тормозной:

Мп=Мт=2*Мн=2*122,9=245,8 Н*м

Передаточное отношение редуктора:

Определяем момент инерции, приведенный к валу двигателя:

Jприв=Jдв+0,2*Jдв+Jмех/i2ред

где Jдв - момент инерции двигателя, кг*м2

Jмех - момент инерции механизма, ;кг*м2

- передаточное число редуктора.

Для разгруженного распределителя:

Jприв=1,4+0,2*1,4+1750/4652=1,69 кг*м2

для загруженного распределителя:

Jприв=1,4+0,2*1,4+11750/4652=1,73 кг*м2

Определяем длительность переходных процессов.

Время пуска:

 

Для разгруженного распределителя:

 с

Для загруженного распределителя:

 с

 

Время снижения скорости:

 

Для разгруженного распределителя:

 с

Для загруженного распределителя:

 с

где принимаем предварительно = .

Время торможения с пониженной скорости до остановки:

 

Для разгруженного распределителя:

 с

Для загруженного распределителя:

 с

 

Мп=245,8 Н*м tп=1,1 с

Мс=122,9 Н*м tпон=1 с

Мт=245,8 Н*м tт=0,05 с

 

 

Рис. 4. Скоростная и нагрузочная диаграмма

 

3. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя

Выбор мощности двигателя основан на расчете усилий.

Определяем усилие, необходимое для вращения распределителя:

F=m*g*µ

где  m - вращающаяся масса, кг;

µ - коэффициент трения в роликах, на которых вращается распределитель.

Для разгруженного распределителя:

H

для загруженного распределителя:

H

Определяем вращающийся момент:

Mмех=F*Rзк

где  Rзк - радиус зубчатого колеса, м

 

Для разгруженного распределителя:

H*м

для загруженного распределителя:

 Н*м

Угловая скорость механизма поворота распределителя определяется как:

 

где φ- угол поворота, рад;

t - время поворота на заданный угол, с.

 рад/с

Для остальных углов угловая скорость механизма будет такая же, как и для угла 600.

Мощность, необходимая для вращения распределителя, определяется как:

Рмех=Ммех*ωмех

 

для разгруженного распределителя:

 Вт

для загруженного распределителя:

 Вт

Определяем статическую мощность на валу двигателя:

 

где ηпер - КПД передачи, зависящий от загрузки механизма.

Для разгруженного распределителя:

 Вт

Для загруженного распределителя:

 Вт

Определяем номинальную скорость электродвигателя:

ωн=ωмех*i

где i - передаточное число кинематической цепи.

ωн=0,21*465=97,65 рад/с

Определяем статические моменты двигателя:

Для разгруженного распределителя:

 Н*м

Для загруженного распределителя:

 Н*м

Определяем расчётную мощность:

Ррасч=(1,1÷1,3)*Мс*ωн

где коэффициент (1,1¸1,3) учитывает дополнительный нагрев двигателя за время переходных процессов, который не учтён при предварительном выборе мощности двигателя.

Ррасч=(1,1÷1,3)*96,8*97,65=10158÷11906 Вт

По каталогу выбираю двигатель так, чтобы Рн≥Ррасч

Тип Д-31;

Р=12 кВт;

Uн=220 В;

nн=1280 об/мин;

Iя=65 А;

Jдв=1,4 кг*м2

 

4. Расчет контуров регулирования

Выбор тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь постоянного тока предназначен для работы электроприводов постоянного тока. Существуют две модификации ТППТ: двух квадрантный не реверсивный и четырех квадрантный реверсивный с функцией рекуперации, которая обеспечивает передачу энергии обратно в сеть при работе электропривода в генераторном режиме. Применение в преобразователе 32-х разрядного процессора дает возможность точно регулировать величины угловой скорости и крутящего момента, а также обеспечивает устойчивую работу с повторяемыми характеристиками.Области применения:Металлургия: прокатные станы, линии резки, отжига и другие технологические линии;Бумагоделательное производство: бумагоделательные машины, продольно-резательные станки;Текстильное производство: технологические линии;Пищевая промышленность: экструдеры, дозаторы.

 

Тип	6RA70-28-6D
Номинальный входной ток якоря	75 А
Номинальное постоянное напряжение	220 В
Номинальный постоянный ток	90 А
Номинальная выходная мощность	38 кВт
Потер мощности при номинальном постоянном токе	312 Вт
Номинальный постоянный ток возбуждения	10 А
Класс защиты окружающей среды	3К3
Степень защиты	IР00

 

Выбор сглаживающего реактора

Сглаживающий реактор включается в цепь выпрямленного тока преобразователя с целью уменьшения переменной составляющей тока (пульсаций). Пульсации должны быть ограничены на уровне допустимых для выбранного двигателя.

ЭДС преобразователя при угле управления α=0: ,

Ed0=Kв*U2N

где К=1,35 трехфазная мостовая схема

Ed0=1,35*220=297

Минимальная эквивалентная индуктивность главной цепи по условию ограничения пульсаций выпрямленного тока: ,

LJ(min)=

=0,06

где коэффициент пульсаций Кu=0,13- трехфазная мостовая схема

пульсность преобразователя p=6- трехфазная мостовая схема

Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:

, Lc=LJ(min)-2LT-Lя