聚丙烯装置旋转加料器转速低的原因分析.pdf

工 业 生 产 石 化 技 术，2 0 0 2，9(1)：1 5 1 8 聚丙烯装置旋转加料器转速低的原 因分析 陈伟(北京燕化石油化工股份有限公司聚丙烯事业部，1 0 2 5 0 1)分析了燕化 2 0 0 k t a 聚丙烯装置旋转加料器达不剜设计转速的原因，提出了具体的解决方案 关键词：旋转加料器电动机变频器传动比 燕化 2 0 0 k t a聚丙烯装 置的粒料输送 系统 为德国 Z E P P E L I N 公司的密相输送系统，该系统 的作用是把造粒系统生产出的成型粒料送至掺合 料仓进行掺合、包装等后处理。P一5 0 1旋转阀是 密相输送系统的加料阀(见 图 1)，装置开车以来，P一5 0 1旋转阀最高转速达不到设计值(1 7 r r n k n)，只能达到 1 4 r rai n。造粒系统最大负荷不能超过 2 7 t h，否则就会因 P一5 0 1旋转阀无法将 F一4 0 3 料罐内的粒料及时输进至密相输送管道 中，而使 料罐 F 一4 0 3 积料后发出高位报警信号并造成堵 料停车。尽管聚台、造粒及包装部分 的设计能力 还有提高负荷的余量，但因旋转阀速度低问题的 存在 始终 无法将 生产负荷提 高，由此 可见 P一 5 0 1 旋转阀是该装置 生产 中的一个瓶颈，要想提 高产量、增加效益就必须提 高旋转阀的转速。图 1 P一5 0 1 旋转加料器 的作用 1 原 因分析 影响旋转阎转速 的原 因可从 电气、机械设备 两方面来分析。1 1 转动部分的构成 只考虑与旋转阀转速有关的因素，可将旋转 加料器转动部分的构成划分为如图 2所示的几个 部分，即变频器、电动机、减速机、链轮及旋转 阀。受变频器控制的电动机转速经减速机减速后带动 链轮，链轮再次减速后驱动旋转阎转动。图 2 P一5 0 1 转动部分的构成 1 2 造成转速低的原 因 1 2 1 电气 电气部分主要包括变 频器、电动机。用实际 测量方法对 电源频率 和电动机转速进行 了测量，发现变频器的输 出频率可连续调节至额定最大输 出频率 5 0 H z，而电机 实际转 速则 比额 定转速还 高 8 5 r mi n，这样就可以排除 由于变频器、电动机 等电气原因造成转速低的可能性。1 2 2 机械设备 机械设备包括减速机、链轮和旋转阀三部分，同样仍采用实际测量 的方法来查找原因。因减速 机与小链轮同轴联接，大链轮同旋转阀同轴联接，故只需测量 两链轮的转速就可估算出转速误差。由于链轮转速较低，无法使用激光转速表测 量，故用秒表计时目测。为了测量准确，我们采用 了两种方法进行测量：收稿 日期：2 o o l O 8 2 8。作者简介：陈伟，工程师。1 9 9 2年毕业于西安交通太学 工业电气 自动化专业，一直从事电气专业技 术工作。、十、一藩 回一 维普资讯 http:/ 石 化技 术 2 0 0 2年第 9卷第 1 期(1)固定时间(1 2 0 S)，目测转数。(2)固定转数(2 0转)，测定时间。取此两种测法结果 的平均值即为实际转速。测量计算结果如表 1 所示。衰 1 链轮实际转 速测 结果 注：表 中测 量 僵 坷 为 多 次 铡 量平 坷 僵。减速机输出的实际速度 可根 据 电机额定值 1 4 1 0 1 5 r mi n及电机实 际转速 1 4 9 5 r mi n计 算出：1 4 9 5 X(1 5 1 4 1 0)1 5 9 0 r mi n 实际测量值为 1 5 4 4 r r n i n，误差为 2 9。也就是说在未考虑 目测误差的条件下减速机输出 实际转速 比计算转速仅低 2 9，且 大于额定值 1 5 r mi n，这样就 排除了减 速机 原因造成的转速 达不到要求的可能性。而对于链轮系，链轮传动的传动 Lt 1 一 i=l n2=z 2 zl 式中：I 一 主动轮转速，r ml n；2 一从动轮转速，r r o A n；2 一主动轮齿数；z，一从动轮齿数。其中，实际 l=1 9，2=2 1，故理论速 比 i =2 1 1 9 1 1 0 5。实测速比为 i s=1 5 4 4 1 4 0 6 1 0 9 8 误差 为 0 6，由于误差非常小，故在下面计算中可取 理论速 比=1 1 0 5。从链轮的传动 比就不难看出，若 主动轮转速 为额定转速 1 5 r mi n时，从动轮转速应为：，=1 i=1 5 1 1 0 5 1 3 5 7 r r o A n 现主 动轮(小轮)实 际转 速=1 5 4 4 r mi n，所以大轮实际转速：，=1 5 4 4 1 1 0 5 1 3 9 7 r r o A n 这一结果同测量值(1 4 0 6 r mi n)、Dc s画面 指示值(1 3 7 r r n i n)基 本 吻合。由此 可以判断 出，造成旋转阀转速低 于额定转速的直接原 因是 链传动的传动比过大。另外，旋转阀本身原因也有可能造成转速低，但这将引起 阀体剧烈的振动，发 出很大 的噪音。这在实际生产 中并未发现，所以阀本身的问题可 不予 考虑。2 解决方案 根据工艺生产要求，需将旋转阀转速提高至 1 7 r rai n以上，理论上改变 图 2中任何一个部分 都能做到。但改造减速机、旋转阀相当烦琐，而且 订货周期长，因而改造方案可从变频器、电动机和 链轮三部分考虑。2 1 修改变频器参数 众所周知，当电源频率改变时电动机转速会 随之改变。若要求旋转阀转速为 1 7 r rai n 即大 链轮转速为 1 7 r mi n，则小链 轮转速为：=1 7 1 1 0 5 1 8 7 8 5 r mi n，此转速即为减速机输出 转速，相应的电机转速应为：l 8 7 8 5 x(1 4 1 0 1 5)一1 7 6 6 r r n in。将此速度值代人电动机速度公 式 0 J =6 o_厂 l(1一s)，可得 频率 _厂 l 5 8 9 H。那么将变频器参数改为 6 0 H 即可满足生产 要求。2 2 更换电机 改变电源频率 可改变电机转速，改变电机 定子极对数 同样可以改变电机转速。P一5 0 l旋 转阀的驱动电机为 4 极电机(p=2)，若将其更 换为 2极 电机(P=1)，电动机的同步转速将 达 到 3 0 o 0 r rai n 按此速度计算 旋转阀的最大转 速可达 2 8 9 r mi n，给定适 当的仪表转 速信号就 可达到工艺要求的相应转速。2 3 改变链轮 系传动比 在测量过程中发现，两链轮内径相同，这就可 以方便地把两轮对调使用，从而将链轮系的传动 比从 1 1 0 5变为 i =1 i O 9 0 5。改变后大链 轮成为主动轮，转速为 1 5 4 4 r rai n，小链轮成为 从动轮，转速为 2 =1 5 4 4 i =1 5 4 4 o 9 0 5 1 7 0 6 r mi n，即可满足生产要求。上述三种解 决方案都是在假设 电动机、变频 器等设备容量足够大的基础上提出的，实际生产 中电机电流只有 1 _ 6 A，而电机额定电流为 3 5 5 A，尚不到负荷的 5 0，故几种方案原则上都是可 行 的 3 三种方案的比较 前述几种方案虽然都能解决 问题，但哪一种 更安全可靠，实施起来更简单还需进一步 比较。维普资讯 http:/ 陈伟 檗丙烯 装置旋转加料器转速 低的原 因分 析 3 1 修改变频器参数 修改变频器参数是最简单的方法，只需把变 频器参数最大输出频率增加至 6 0 Hz 即可。全部 操作过程约需 3 5 r a i n。即使在不停 车的情况下 只要 F一4 0 3料罐空或料位足够低就 可以修改，不会影响正常生产。增加变频器输出频率带来 的问题是电机转速 的提高及输出转矩 的减小。电机转速提高后，制冷风量可在一定程度上 增加，这有利于 电机降低温升；但转速提高后，轴 承等机械零部件 的寿命会缩短，特别是 与之配套 的减速机，它能承受 的最高输入速度也是制约电 机提速的一个关键问题。另外，旋转阀的制造商曾就此问题作过说明：电机在 5 0 Hz 频率下运行，旋转 阀转速应 为 1 7 r mi n，若此时仍需提高阀转速，可再适 当提高电机 电源频率，如增加至 5 5 Hz，但 最高不能超过 6 0 H z，否则将导致管道堵塞。但实际情况是电机运行 在 5 0 Hz时旋转 阀转 速只有 1 4 r rai n，前已述及，要达 到 1 7 r rai n的 闽转速，只需将变频器参数改为 6 0 Hz，此时电机 的最大转速为：=6 0 f p=6 06 0 2：1 8 0 0 r rai n 这样高的转速必然导致电机温升增加，从电 机额定值可知，该 电机的环境温 度为 4 0 ，温升 5 0 8 K，但 因其所在位置不利 于通风 散热，在夏 季，环境温度常超过规定温度，如再在较高频率下 运行，电机很可能会被烧毁。另外，目前只需将转 速提高到 1 7 r rai n。此值尚可达到，但 由于制造商 指出变频器 的输出频率 不能超过 6 0 Hz，故不利 于日后再进一步提高旋转阀的转速和装置负荷。3 2 更换电动机 将现有 4极电动机换成功率相 同的 2极电动 机，其同步转速可提 高一倍(即 3 0 0 0 r rai n)，再 将变频器输出频率适 当降低也可满足生产要求。由于电动机带减速机，所 以要更换 电机必须 要在停车的情况下把 电机 同减速机脱 开 由有关 人员实际测量后制造 这样一来，改造周期长，费 用高，且 同样会存在受减速机 限制的情况。另外，2极电机要降速使用就要降低 电源频 率。经计算，要使旋转阀转速为 1 7 r rai n，定子电 源频率应降至 3 0 H z，这样低 的频率对 电机运行 是不利的。尤其是普通标准 电机，一方面高次谐 波会令定子温度升高，而另一方 面由于速度的降 低，电机冷却风量减小，冷却效果差，电机温升高，很容易损坏 电机。如果选 用变频器专用 电机，费 用将会成倍地增加，且不便于 日后检维修。所以，尽管理论上更换 电机可 以满足要求，但改造起来 实际困难 比较大。3 3 改变链轮 系传动比 改变链轮系传动比，即调换两链轮位置，以大 链轮带小链轮，旋转阀的转速即能达到要求，但所 需要注意的问题就是转矩的增加是否对链轮系有 影响。图 3为原设计小轮为主动轮的链轮系 图 4为两链轮位置调换后 的链轮系。图 3 主动轮为小轮 图 4 主动轮 为太轮 此时链条 的线速度_ 1 J：0 l p n 1 6 0 1 0 0 0 式中：2 l 一小链轮齿数；P链节距 ton i；一主动轮转速，r rai n。链条所受拉力为：F1：q v 1 ，q为链条每米 长质量，m。故主动轮转矩为：Ml=FI r=q v l r，r为 小轮分度圆半径，m。两轮调换后，则链条速度为：0 2 p n 2 丽 丁丽 链条拉力为：F 2=q i。主动轮转矩为：Mz=Fz，=q v z 2 R，R为大 轮分度圆半径，m。维普资讯 http:/ 石化技术 2 0 0 2年第 9卷第 1期 将 Ml、M2 两式相除即可看出调换后力矩变 化。Mz i R u Ml q u ru r 因两轮属同一链系，故可用齿数 比代换分度 圆之比，即 R r=Z 2 Z l=i，因此有：M z M l 2 p 、2 蓦 =c，Z 2=雪 6 0 100 0 =i =1 1 0 5 1 3 5 即调换后减速机输出转矩为原来的 1 3 5倍。调换链轮在实际改造中既不象更换电机那样 麻烦，也没有修改参数那样简单，它也需要在停 车 条件下进行。但由于装卸较简单，故 只需几十分 钟即可完成。同修改参数相比，调换链轮后 电动机输出转 矩会增大 1 0 左右，但 实际电机负 荷相 对较小，所 以增加的这部分转矩不会影响电机正常运行，反而会提高电机运行的功率因数，且不会降低电 机的最大转矩，也不会受到减速机的限制。所 以 三种方案中调换链轮是 比较理想的改造方案。4实施 方案确定后，在一次非正常停车事故期 问将 两链轮进行对调，空载运行正常，从变频器显示面 板上读取电机空载 电流为 1 2 A。开车后，负荷 增加至 3 3 t a n时，电流为 2 8 A，仅为额定电流的 7 8。经长时问高负荷运转，设备运行 良好，产量 增加，达到了改造 的目的，满 足了生产要求，经济 效益显 著。参考文献 1 杨可植 程光蕴 机械设计基础 北京：高等教育出版社 1 9 9 1 2 剂介才 供电工程 师技术手册 北京：机械 工业出版社，1 9 9 8 An a l y s is o f t h e Ca u s e f o r H a v i n g L o w。S p e e d of t h e Ro t a t i n g F e e d e r i n PP P l a n 1 Ch e nW e i (P o l y p r o p y l e n eE h v i s i o n o fB e i j i n gY a n h u aP e t r o c h e mi c a lC o ，L t d，1 5 00)ABS TR ACT Th e r e a s 0 n f o r h a v i n g l o w s p e e d o f t h e rot a t i n g f e e d e r i n 2 0 0 k t a p o l y p mp y t e n e p l a n t o f BYPC i s a n a 1 y z e dThe s o l u t i o n i s f o u n d a n d p u t i n p r a c t i c e Ke y wo r d s：r o t a t i n g f e e d e r，mo t o r，f r e q u e n c y o 3 n v e r t e r，r a t i o o f t r a n s r ms s i o n “石油和X_ z-行业解决国际贸易争端协调工作委 员会”将组建 根据外经贸部和国家经贸委 的要求，针对石 油和化工行业的现状，中国石油和化学工业协会 2 0 0 2年人世应对工作安排如下：一、筹备组建“石油和化工行业解决国际贸易 争端协调工作委员会”。为了维护世贸组织的原 则，保证企业公平竞争，维护行业利益，根据石油、石化、化工企业人世后的需要，石油和化工协会将 组建“石油和化工行业解决国际贸易争端协调工 作委员会”。二、建立产业损害预警机制。在“石油和化工 行业解决国际贸易争端协调工作委员会”的领导 下，建立产业损害预警机制。三、建立国家相应产业协会之问的对话磋商 机制。在“石油 和化工行业解决 国际贸易争端协 调工作委员会”组织下，配合外经贸部和国家经贸 委等有关部门，建立石油和化工协会与其它国家 和地区产业协会间的对话磋商机制。四、加强有关 WTO规则学习和产业应对措 施研究工作。根据 国家经贸委统一部署，石油和 化工协会将组织各专业协会。企业在学习、研究 WT O文件精神的基础上，分产业提出人世后发 展的应对措施。五、明确并规范“反倾 销、反补贴、保 障措施”工作中协会的职责和工作程序。协会将配合政府 充分利用世贸组织“反倾销、反补贴、保障措施”的 手段，为石油和化工产业发展服务。维普资讯 http:/