Міністерство освіти України

Національна гірнича академія України

ГОМІЛКО Валерій Семенович

УДК 621.926

ОБГРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ТА РЕЖИМІВ

РОБОТИ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ МЛИНІВ

ПРИМУСОВОГО ПОДРІБНЕННЯ

Спеціальність 05.09.03 – “Електротехнічні комплекси та системи”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електричного привода Національної гірничої академії України

Міністерства освіти України

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент

Кириченко Віталій Іванович,

доцент кафедри електричного привода

Національної гірничої академії України

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Лозинський Орест Юліанович,

завідувач кафедри “Електропривід і автоматизація

промислових установок” Державного університету

“Львівська політехніка”

кандидат технічних наук, доцент

Школа Микола Іванович,

доцент кафедри електроніки та обчислювальної техніки

Національної гірничої академії України

Провідна установа

Харківський державний політехнічний університет,

кафедра “Автоматизовані електромеханічні системи”

Міністерства освіти України, м. Харків

Захист відбудеться 26 листопада 1999 р. о 14.00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 по захисту дисертацій при

Національній гірничій академії України (49027, м. Дніпропетровськ,

пр. К. Маркса, 19, тел. 47-24-11), корп. № 1, ауд.102

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої

академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

Автореферат розісланий 25 жовтня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07

канд. техн. наук, доцент В.Т. Заїка

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Найбільш поширеним устаткуванням тонкого подрібнення на сьогодні є барабанні млини з подрібнювальними тілами та без них. Має місце тенденція підвищення одиничної продуктивності млинів з відповідним ускладненням створення надійних і економічних приводів. Іде пошук нових напрямків інтенсифікації процесу подрібнення, в тому числі за рахунок підвищення потужності внутрішньомлинового завантаження та попередньої обробки подрібнювальної сировини. Аналіз літературних джерел показує, що значний прогрес забезпечує роздавлювання та стирання у внутрішніх прошарках сировини як ефективний метод отримання дрібних часток. Експериментальні дослідження розроблених для реалізації цієї ідеї млинів примусового подрібнення підтвердили їх перспективність, однак на сьогодні відсутні достатньо обгрунтовані вирази для механічних характеристик та моментів зрушень млинів як необхідної умови для визначення вимог до механічних характеристик приводу, а також рекомендації по формуванні раціональної форми механічних характеристик млинів з метою підвищення надійності їх запуску при різних сталих частотах обертання. Окрім того, отримані раніше результати мають вагоме значення лише для досліджених конкретних умов і за цієї обставини важко зробити узагальнені висновки, в тому числі стосовно статичних та динамічних параметрів електромеханічних систем млинів, зокрема, параметрів приводних двигунів, пружних муфт та барабанів як необхідних для попередніх оцінок ефективності приводу млинів. Разом з тим, з урахуванням значного енергонапруження млинів здається цілком економічно- і конструктивно виправданим застосування для них двохдвигунного синхронного приводу. Однак відомі пристрої вирівнювання навантажень такого приводу мають значну зону нечутливості, недостатню надійність та ефективність, особливо в умовах кінематичних збурень. За цих умов стає корисним застосування електричних методів, однак відомі пристрої для їх реалізації не забезпечують необхідної якості вирівнювання навантажень.

Таким чином, існує наукова і практичного значення проблема, яка полягає в необхідності визначення впливу потужності на статичні та динамічні параметри електромеханічної системи млин примусового подрібнення - синхронний привод та розробки науково обгрунтованих положень стосовно їх визначення та забезпечення ефективної роботи приводу з двома синхронними двигунами та зубчастим зачепленням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. дисертація виконана в період з 02.01.95 по 30.06.99 року у відповідності до рішення експертної ради з проблем гірничих наук та наказу міністерства освіти України, рішень експертної комісії та наказів №9 від 16.01.95 по державній гірничій і №6 від 13.01.98 по Національній гірничій академії України, базується на дослідженнях та розробках науково-дослідницьких тем 030348, МП-54 та МП-58 Національної гірничої академії України, пов'язана з плановими роботами ВНДІнеруда (1980 р.) і відповідає постано-ві ДКНТ при Раді Міністрів СРСР за № 377 від 14.08.86 про утворення МНТК "Механобр", згідно плану якого ма-лося на меті ''...використання та створення енергонапружених под-рібнювальних апаратів (…млини примусового самоподрібнення), які дозволяють інтенсифікувати процес подріб-нення та суттєво підвищити питому продуктивність агрегатів у по-рівнянні із стандартними барабанними млинами...".

Мета дослідження. Метою досліджень є обгрунтування прогнозних моделей узагальнених статичних та динамічних параметрів електромеханічних систем і удосконалення пристроїв та режимів керування електроприводами і конструкції потужних барабанних млинів примусового подрібнення як передумови прискорення питань розробки високоефективного подрібнювального устаткування.

Ідея роботи полягає у використанні залежності статичних та динамічних параметрів електромеханічних систем від номінальних потужності та обертів двигунів, закономірностей впливу конструкції і режимів роботи на форму механічних характеристик млинів та формування інтегральних та гармонічних складових системи збудження на навантаження гілок привода для підвищення його надійності та довговічності.

Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішуються наступні наукові завдання:

1. Отримати узагальнені математичні моделі статичних і динамічних параметрів електромеханічних систем млинів примусового подрібнення з синхронними двигунами та обгрунтувати межі ефективного використання пристрою електричного вирівнювання навантажень гілок привода.

2. Відпрацювати принцип визначення доцільних параметрів пристрою програмної компенсації системи збудження синхронних двигунів гармонічних складових кінематичних збурень відкритого зубчастого зачеплення дводвигунового привода млинів.

3. Відпрацювати узагальнені математичні моделі механічних характеристик і моментів зрушення млинів примусового подрібнення та рекомендації щодо подальшого поліпшення запуску привода з двома синхронними двигунами.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Відносні параметри математичних моделей електромеханічних систем барабанних млинів примусового подрібнення визначаються їх розмірами і заповненням барабанів та номінальними потужністю і частотою обертання приводних синхронних двигунів, причому при номінальних навантаженнях відносна жорсткість однотипних муфт з пружними елементами не залежить від потужності привода і постійна.

2. Амплітуда і фаза гармонічних складових збудження пристрою програмного формування коливань роторів синхронних двигунів визначаються аналізатором контрольованого спектру наявних детермінованих похибок відкритого зубчастого зачеплення та відношенням зображень коливань роторів і гармонічних складових напруги збудження при постійному навантаженні двигунів, причому їх найменші номінальні оберти визначаються терміном переналагодження та потужністю.

3. Форма, відносні зрушення та середні моменти механічних характеристик млинів примусового подрібнення залежать від місця розташування клиноподібної зони, завантаження та сталої частоти обертання, причому моменти зменшуються, а умови запуску привода поліпшуються при підвищених обертах та коефіцієнтах заповнення млинів і малих кутах розташування інтенсифікаторів.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше встановлений зв'язок параметрів математичної моделі синхронних двигунів з їх номінальними даними, що, на відміну від відомого, обмежило кількість необхідних вихідних даних для їх визначення номінальними потужністю та частотою обертання, спростило отримання узагальнених виcновків стосовно очікуваної якості електроприводу і скоротило обсяг підготовчих робіт та досліджень динаміки системи млин примусового подрібнення - привод. Вперше встановлений взаємозв'язок між масою і моментом інерції та геометричними розмірами барабанів і отримана їх узагальнена модель що, на відміну від відомих, спростило визначення очікуваних маси та моментів інерції нових млинів. Вперше визначений момент інерції внутрішньомлинового завантаження на рівні 15...30 % від моменту інерції порожнього барабану, завдяки чому скорочується термін розганяння і зменшуються вимоги до пускових характеристик привода млинів. Показано, що відносна жорсткість муфти з пружними елементами не залежить від номінального обертального моменту і, на відміну від відомих, має вигляд константи, що спрощує прогнозний аналіз динаміки приводу.

2. Вперше встановлено, що для барабанних млинів приведена кутова розбіжність роторів синхронних двигунів пропорційна терміну роботи привода без переналагодження і обернено-пропорціональна номінальній частоті обертання двигунів і відпрацьована узагальнена математична модель необхідної компенсаційної здатності пристрою вирівнювання навантажень, що на відміну від відомих, скорочує термін та обсяг розрахунків при обгрунтуванні типу привода. Вперше доведено, що між параметрами векторної діаграми і номінальними потужністю та частотою обертання двигунів існує тісний кореляційний зв'язок і що при електричному вирівнюванні навантажень допустиму номінальну частоту обертання синхронних двигунів слід визначати за допомогою отриманої узагальненої моделі, для чого, на відміну від відомих підходів, необхідно задатися лише потужністю та напругою живлення. Доведено, що система керування приводом з синхронними двигунами з інтегральним регулятором середніх навантажень, аналізатором спектру кінематичних збурень та формувачем коливань роторів на відміну від відомих, забезпечує однаковість навантажень гілок приводу і збільшує надійність та міжремонтний термін млинів.

3. Вперше встановлений зв'язок між моментом обертання, заповненням барабана, сталою частотою обертання, нахилом робочої поверхні та розташуванням опор інтенсифікатора, що, на відміну від відомих, дало змогу отримати статистичну математичну модель та оптимізувати форму механічних характеристик млинів. Встановлено, що для примусового подрібнення тальку необхідні заповнення барабану 0,6…0,7, відношення об’ємів сировина/кулі у барабані 0,6 та значні циркуляційні навантаження, що, на відміну від кульового подрібнення, вдвічі зменшує питомі витрати електроенергії, причому млин не потребує додаткових засобів охолодження. Доведено, що при надкритичних частотах кут розташування інтенсифікатора повинен бути малим, що, на відміну від відомих рішень, забезпечує найменші коефіцієнти заповнення механічних характеристик і дає можливість використання двигунів нормального виготовлення. Для докритичних частот кут розташування інтенсифікатора близький до 3р/4, що значно підвищує енергонапруженість порівняно з традиційними млинами. Встановлено також, що за цих умов моменти зрушення 1,2...1,3 і необхідні підвищені пускові моменти приводу.

Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці прогнозних моделей узагальнених статичних та динамічних параметрів електромеханічних систем, удосконаленню на рівні винаходів систем збудження синхронних двигунів та конструкцій обертальних інтенсифікаторів барабанних млинів, розробці методу програмно-комбінованого керування електроприводом з двома синхронними двигунами для компенсації кінематичних обертальних збурень відкритого зубчастого зачеплення, визначенні форми механічних характеристик та розробці засобів підвищення надійності запуску приводу млинів. В результаті аналізу результатів випробувань в умовах дослідного стенду ВНДІнеруда млина МИР-500х300 потужністю 30 кВт обгрунтований енергетичний режим і розроблений проект технічних вимог на створення потужного барабанного млина для примусового подрібнення тальку. Результати виконаних досліджень прийняті НДІважмаш АТ НКМЗ для використання у проектній та дослідницькій роботі. За розрахунками НДПІ Механобрчормет при впровадженні примусового подрібнення в чорну металургію заміна 9 млинів МРГ-5500х7500 і секції доподрібнення скрапу РЗФ-2 ПівнГЗК (м. Кривий Ріг) на млини МПС(Р)-3200х4500 дасть економію 2,1 млн крб на рік у цінах 1990 року.

Особистий внесок здобувача.

Автором самостійно сформульовані мета і завдання досліджень, ідея роботи, наукові положення, висновки та рекомендації роботи. Усі теоретичні та аналіз результатів експериментальних досліджень виконані при безпосередній участі здобувача як відповідального виконавця відповідних науково-дослідницьких тем. Особисто здобувачем розроблені математичні моделі узагальнених параметрів синхронних двигунів та електромеханічних систем барабанних млинів примусового подрібнення, визначені моменти їх зрушення та межі ефективного застосування дводвигунного синхронного привода з електричним вирівнюванням навантажень, вимоги до нього та принципи організації і побудови, відпрацьовані рекомендації стосовно оптимізації форми механічних характеристик млинів з до- та надкритичними частотами обертання, обгрунтування режиму примусового подрібнення тальку, проект технічних вимог на створення промислового млина та оцінка його теплового режиму.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення, наукові і практичні результати роботи оприлюднені на 5-ій ювілейній науково-технічній конференції з міжна-родною участю "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика" (Алушта, 1997); науково-технічних конференціях "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика" (Алушта, 1998-1999), Міжнародних науково-технічних конференціях: 2-ій "Управління енерговикористанням" (Львів, 1997), "Сучас-ні технології економічного та безпечного виробництва і викорис-тання електроенергії" (Дніпропетровськ, 1998); "Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання технологій переробки мінеральної сировини" (Дніпропетровськ, 1997), 5-й Ювілейній "Теорія и практика процесів подрібнення, розподілення, смішування та ущільнювання" (Одеса, 1997); науковій конференції "Колоїдна хімія і фізико-хімічна механіка природних дисперсних систем" і сьомій науковій школі "Вібротехнологія" (Одеса, 1997) та на семінарах ПНДЛ-2 і засіданнях кафедр НГА України.

Публікації. Основний зміст дисертації опублікований у 12 друкованих роботах у збірниках наукових праць та журналах, з яких 7 – у наукових фахових виданнях. Результати роботи захищені позитивним рішенням про видачу 2 патентів України на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 103 най-менувань та 8 додатків. Основний текст роботи викладений на 132 сторінках і містить 52 рисунки на 29 сторінках і 9 таблиць на 7 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність досліджень і сформульовані наукова проблема, мета і задачі досліджень, показані їх зв’язок з науковими планами та наукова новизна, практичне значення отриманих результатів та їх апробація, а також дані про публікації досліджень.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан процесів та устаткування для тонкого подрібнення і його показники, особливості побудови та умови роботи електроприводів барабанних млинів і систем керування ними. Встановлено, що найпоширеніші - барабанні млини з низькою ефективністю тонкого подрібнення, тенденцією до зростання одиничної продуктивності з ускладненням конструкції та електропривода. Серед перспективних напрямків подолання цих труднощів – млини примусового подрібнення з процесами роздавлювання та стирання у внутрішніх прошарках сировини та підвищеною енергонапруженістю. Показано, що на час досліджень для них відсутні вирази механічних характеристик та моментів зрушення, рекомендації стосовно до їх формування як передумови формулювання вимог до механічних характеристик привода. Відомі дослідження мають окремий характер і за їх результатами важко зробити узагальнені висновки, в тому числі щодо статичних та динамічних параметрів електромеханічних систем, зокрема параметрів приводних двигунів, пружних муфт та барабанів як необхідних для попередніх оцінок ефективності привода. Встановлено, що для потужних млинів примусового подрібнення із надкритичними частотами обертання доцільний дводвигунний синхронний привод з зубчастим зачепленням і що відомі пристрої вирівнювання навантажень, в тому числі відомі електричні, недостатньо надійні та ефективні. У підсумку зроблений висновок, що існує наукова і практичного значення проблема, яка полягає в необхідності визначення впливу потужності на статичні та динамічні параметри електромеханічної системи млин примусового подрібнення – синхронний привод та розробки науково обгрунтованих положень відносно їх визначення та забезпечення ефективної роботи зубчастого привода з двома синхронними двигунами. Для вирішення поставленої проблеми сформульовані наукові завдання.

У другому розділі отриманий вираз для механічної характеристики млина у вигляді ряду Фур'є. Зважаючи на те, що неперіодичні залежності для конкретних комбінацій незалежних чинників б, ц та и відповідають вимогам Діріхлє, для перетворення на періодичну функцію з періодом та симетрією І-го роду вони доповнені парним чином, після чого до ряду Фур'є ввійшли лише вільний член та косинусоїди. Встановлено, що зменшення кутів и зменшує середній момент характеристик та момент зрушення млинів, а мінімуму середнього момента характеристики відповідає и=00. зростання коефіцієнта заповнення млина зменшує цей момент і полегшує умови запуску привода. Одночасно зростають енергонапруженість та продуктивність млина. Вплив кутового параметра б інтенсифікатора незначний.

Показано, що розташування інтенсифікатора всередині барабана традиційних млинів з мінімальною кількістю змін у конструкції значно підвищує їх енергонапруженість і продуктивність, однак отримана за цих умов форма механічних характеристик свідчить про важкі умови запуску і значно вищі вимоги до пускових моментів привода (рис.1). Як видно, момент зрушення млинів перевищує усталений на 20...30 %.

У третьому розділі для прогнозної оцінки динаміки електропривода на основі статистичного опрацювання параметрів промислових барабанних млинів та пружних муфт отримано узагальнені математичні моделі низки параметрів. З-поміж них повна маса млинів

, т

з коефіцієнтом детермінації 0,989 та довірчою зоною 2,31% при вірогідності 0,9.

Ілюстрація якості моделі – на рис.2 (D – діаметр, а L –довжина барабана, м).

При визначенні момента інерції порожніх барабанів прийняте припущення про рівномірний розподіл обертальних мас на їх розрахунковій поверхні. В результаті припущення її питома маса визначена як

,

де - обертальна маса порожнього млина, т.

Прийнято, що завдяки підвищеному заповненню барабана момент інерції внутрішньомлинового завантаження млинів примусового подрібнення визначається шаром, який центрифугує і завтовшки . У відповідності до цього при визначенні момента інерції використаний проміжний чинник

, м2 .

Характер взаємозв’язку між цим чинником та моментом інерції порожнього барабана в т*м2 має вигляд залежності рис.3. В роботі визначений вплив густини подрібнювального середовища та сировини на величину момента інерції. Відносна похибка визначення момента інерції не перевищує 9%. Встановлене відношення моменту інерції внутрішньомлинового завантаження та порожнього бара-бана. Показано, що при використанні подрібнювальних куль момент інерції внутрішньомлинового завантаження менший 15% моменту інерції барабана для коротких та 30 % - для довгих млинів. Для млинів примусового самоподрібнення та з подрібнювальним середовищем у вигляді гальки він менший приблизно вдвічі.

Встановлено, що при номінальному навантаженні відносна жорсткість пружних муфт з гумовими елементами постійна і не залежить від обертального момента. Показано, що серед кращих – муфти фірми "Пуль” з номінальним кутом закручення . Для привода з відкритим зубчастим зачепленням без проміжного редуктора при відомих передаточному відношенню, частотах обертання млинів та двигунів найбільший діаметр барабана та потужність привода рекомендовано попередньо визначати на основі результатів лабораторних випробувань.

У четвертому розділі на основі гіпотези про наявність кореляційного зв’язку з номінальними потужністю і обертами при довірчій імовірності 0,9 отримано узагальнені (із значущими за t-критерієм Стьюдента коефіцієнтами) адекватні за F-критерієм Фішера математичні моделі відносних параметрів математичних моделей синхронних двигунів.

Наявність лінійного зв'язку між та незалежними чинниками попередньо визначалася коефіцієнтами парної кореляції, а уточнювалася – за допомогою майстра діаграм Excel 7.0 пакета Microsoft Office. За приклад ілюстрації якості моделей – діаграма на рис.4.

Для отримання моделей параметрів використано їх тісний зв’язок із параметром (рис.5). якість моделей – у табл.1.

Таблиця1

Якість моделей розрахункових параметрів моделей синхронних двигунів

Параметр | Вільний член | Чинник/

коефіцієнт | Чинник/

коефіцієнт | Середня

відносна

похибка, % | Довірча зона похибки, % | Множинний коефіцієнт кореляції

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7

РН

Т | - | 0,0528 | 413 | 10,91 | 4,44 | 0,806

1/РН | р

ra | 0,0029 | 6,377 | 0,00088 | 4,28 | 3,62 | 0,987

1/РH | ln(p)

rf | -0,0007 | 0,1675 | 0,00113 | 7,746 | 2,46 | 0,976

(1/РH)0,703 | p

Uf | -0,0006 | 0,4451 | 0,000468 | 4,315 | 1,36 | 0,993

1/РH | ln(p)

kr | - | 1411,6 | -0,4549 | 14,02 | 6,129 | 0,984

rkd | - | 0,04148 | - | 11,61 | 5,721 | 0,904

PH-0,2779 | p

xd'' | 0,26920 | -0,01482 | 0,01414 | 6,032 | 2,803 | 0,907

xd''

xq'' | -0,0699 | 1,51382 | - | 9,8801 | 1,373 | 0,981

ln(xq'')

xkd'' | 0,7874 | 0,3667 | - | 5,0548 | 2,045 | 0,985

xq''

xkq'' | -0,03139 | 1,16234 | - | 2,2908 | 0,8546 | 0,995

Продовження таблиці

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7

xq''

xqkq'' | -0,06218 | 1,4554 | - | 2,8847 | 0,9185 | 0,993

xq''

xdkd'' | -0,2541 | 2,9698 | - | 6,3148 | 1,4910 | 0,981

ln(xdkd'')

xfkd'' | 1,4549 | 0,5652 | - | 3,7114 | 1,3058 | 0,975

(xd'')0,6944

xf'' | - | 0,7357 | - | 4,3968 | 1,1497 | 0,925

e-1,3796/p

xfd'' | - | 0,64269 | - | 8,0359 | 2,899 | 0,631

Рн | р

95,23 | 0,001181 | -0,40446 | 0,51004 | 0,1668 | 0,8591

У результаті спрощується одержання прогнозних висновків щодо якості привода з двигунами нормального виготовлення і зменшується обсяг підготовчих розрахунків для досліджень динаміки електромеханічних систем млинів.

У п’ятому розділі показано, що підвищена енергонапруженість внутрішньомлинового завантаження млинів примусового подрібнення зумовлює підвищений розмір відкритого зубчастого зачеплення. Урахування того, що розміри вінця в 1,49 раза більші за діаметр барабана (рис.6), робить доцільним застосування привода з двома двигунами та проблемами вирівнювання навантажень, зокрема за рахунок спрацювання шестірень та підшипників опор барабана. Показано, що ця складова кутової розбіжності роторів

, ел. рад/рік.

Одночасно за рахунок радіального биття вінця, накопичення похибки кроку зачеплення та похибок монтажу його сегментів виникає гармонічна складова. Показано, що її приведена величина

, ел. рад.

З урахуванням терміну використання шестірень tm прийнято, що використання електричного вирівнювання навантажень доцільне за умови здатності компенсувати кутову розбіжність

.

Прийнято, що необхідне повне вирівнювання середніх навантажень як таке що значною мірою усуває накопичення кутової розбіжності роторів за рахунок спрацювання шестірень. З огляду на відомий метод визначення компенсаційної здатності привода за допомогою векторних діаграм після отримання моделей

; ,

; та

встановлено, що номінальний внутрішній кут

і із збільшенням потужності та кількості пар полюсів (рис.7) зменшується, що погіршує можливості вирівнювання навантажень із зростанням розмірів млинів, особливо традиційних. У підсумку за допомогою планування експериментів за- лежно від номінальної потужності двигунів РН, запасу потужності КЗ та напруги КС визначені найменші номінальні оберти двигунів, за яких компенсаційна здатність пристрою достатня:

nmin=b0+b1Рн+b11Рн2+b2Кз+b22Кз2+b3Кс+b33Кс2 +

+b12РнКз+b13РнКс+b23КзКс+b123РнКзКс,

де b0=3176; b1=0,00742; b11=5,357*10-6; b2=-=3699; b22=1142; b3=-920; b33=100; b12=0,0163; b13=0,00545; b23=545; b123=0,0166.

Ілюстрація виразу при КС=1 – на рис.8. Видно, що у зв’язку з низькими обертами двигунів для потужних приводів традиційних млинів цей метод вирівнювання малопридатний. Зроблений висновок, що для млинів примусового подрібнення із підвищеними (надкритичними) частотами він ефективний, хоча і вимагає попереднього якісного монтажу. Серед вимог до системи керування приводом – якомога повніше вирівнювання навантажень гілок привода як засіб підвищення надійності та терміну служби зубчастих шестірень, що зумовило пропозицію ввести до системи вирівнювання інтегральну складову. Для компенсації гармонічних складових запропоновано скористатися кутовою розбіжністю шестірень як датчиком спектра кінематичних збурень і сформувати коливання роторів двигунів, які її скомпенсують. Суть пристрою – у використанні двох каналів регулювання збудженням. Перший за допомогою інтегрального регулятора вирівнює середні навантаження, а другий на основі детермінованого спектра кінематичних збурень формує необхідні для їх компенсації гармонічні складові напруги збудження. Функціональна схема пристрою – на рис.9. Видно, що повна напруга збудження має постійну та гармонічну складові. Для визначення останньої достатньо мати амплітудно-фазочастотну характеристику двигуна при гармонічному сигналі на вході збудника та контролі амплітуди і фази коливань ротора при незмінному навантаженні двигуна. На прикладі привода з двигунами потужністю 3,15 МВт доведена придатність методу за прийнятних рівнях збудження. Для підвищення надійності запуску двигуна із розщепленою обмоткою збудження та зменшення її добротності запропонована однакова взаємна індуктивність між нижніми і верхніми котушками та нижніми або верхніми котушками сусідніх полюсів.

Шостий розділ присвячений прогнозу енергетичних та динамічних показників млина МПС-3200х3100 з потужністю привода 2х3,15 МВт. На основі статистичного опрацювання результатів випробувань в умовах дослідного стенда ВНДІнеруд [7] обгрунтоване примусове подрібнення тальку при значних циркуляційних навантаженнях, заповненні 0,7 та відношенні сировина/кулі 0,6, що, на відміну від кульового, вдвічі зменшує питомі витрати електроенергії і практично на порядок підвищує питому продуктивність. Доведено, що номінальні оберти вибраних двигунів задовольняють вимогам електричного вирівнювання. Визначені параметри електромеханічної системи привода і досліджена динаміка вирівнювання за наявних кінематичних збурень зачеплення. Приклад ефективності пристрою програмної компенсації збурень - на рис.10. Струм збудження одного з двигунів вибраний номінальним, а другого - має дві складові. Пристрій вмикався після першого досягання двигунами синхронної частоти. Встановлено: 1) - доцільність почергового вмикання збудження двигунів; 2) - млин не потребує додаткового охолодження.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі здійснене теоретичне узагальнення, суть якого - в обгрунтуванні моделей узагальнених динамічних параметрів та режимів роботи електромеханічних систем млинів примусового подрібнення, що дало можли-вість аргументувати рекомендації стосовно до меж ефективного використання і системи керування синхронним електроприводом з двома двигунами та зубчастим зачепленням і оптимізувати конструктивні параметри.

Наведені дослідження дали змогу зробити наступні висновки:

1. Найбільш поширене устаткування тонкого подрібнення на сьогодні - малоефективні традиційні барабанні млини. Паралельно відбувається пошук напрямків вирішення цієї проблеми, зокрема шляхом інтенсифікації подрібнення роздавлюванням та тертям, реалізованого у млинах примусового подрібнення. Форма їх механічних характеристик визначається конструкцією, внутрішньомлиновим завантаженням та режимом роботи. Віднайдений зв'язок між моментом обертання та заповненням барабана, сталою частотою обертання, нахилом робочої поверхні та розташуванням опор інтенсифікатора, що, на відміну від уже відомих досліджень, дозволило отримати статистично обгрунтовану математичну модель та оптимізувати форму механічних характеристик млинів. Доведено, що для надкритичних частот обертання коефіцієнт заповнення барабана повинен бути 0,6...0,7, а інтенсифікатор - у межах четвертого квадранту. На противагу відомим рішенням це забезпечує найменші коефіцієнти заповнення механічних характеристик і у підсумку дає можливість використовувати для привода синхронні двигуни нормального виготовлення. Для докритичних частот кут розташування інтенсифікатора повинен бути близьким до 1350. Встановлено, що моменти зрушення млинів складають при цьому 1,2...1,3.

2. Розробка нових млинів вимагає визначення їх основних розмірів та досліджень динаміки електропривода. Встановлений характер взаємозв'язку між масою і моментом інерції кульових млинів з розмірами їх барабанів, що дало можливість отримати узагальнену математичну модель цих параметрів і, на відміну від уже відомих методів, за рахунок зменшення кількості вихідних даних значно спростило визначення повної маси та моментів інерції при проектуванні та прогнозному дослідженні нових млинів. Встановлено, що порівняно з традиційними кульовими млинами приведений момент інерції внутрішньомлинового завантаження істотно менший і складає всього 15...30 % від моменту інерції порожнього барабана, завдяки чому скорочується термін розганяння млинів і зменшується рівень вимог стосовно до пускових характеристик привода. Показано, що для привода млинів примусового подрібнення найбільш придатні муфти з пружними елементами у вигляді куль або циліндрів, а їх номінальна відносна жорсткість не залежить від обертального моменту. Це різниться від відомих підходів і дозволяє отримати узагальнену модель жорсткості пружних муфт у вигляді константи, чим спрощується прогнозний аналіз динаміки привода.

3. Попередню оцінку якості електропривода можна отримати шляхом математичного моделювання, що вимагає значного обсягу інформації про динамічні параметри млина і двигунів. Уперше статистично вмотивована наявність і визначена тіснота кореляційного зв'язку між розрахунковими параметрами моделі синхронних двигунів та їх номінальними потужністю і частотою обертання, що дало можливість одержати статистично обгрунтовані математичні моделі цих параметрів і, на противагу відомому підходу, обмежило кількість вихідних даних для моделювання номінальними потужністю та частотою обертання двигунів, спростило отримання узагальнених виcновків стосовно до якості електропривода і скоротило обсяг підготовчих робіт. Середня відносна похибка визначення параметрів - у межах 0,51...14 %.

4. Використання в приводі двох синхронних двигунів супроводжується труднощами вирівнювання навантажень, різниця в яких зумовлює прогресуюче спрацювання шестірень. Уперше встановлено, що приведена кутова розбіжність роторів пропорціональна терміну роботи привода без переналагодження і обернено пропорціональна номінальній частоті обертання двигунів, завдяки чому відпрацьовано узагальнену модель необхідної компенсаційної здатності пристрою вирівнювання навантажень, для користування якою слід знати лише термін роботи та номінальну частоту обертання двигунів. На відміну від уже відомих підходів, це значно скорочує обсяг необхідних розрахунків та обгрунтувань при виборі типу привода. Доведено, що між параметрами векторної діаграми і номінальними потужністю та частотою обертання синхронних двигунів існує тісний кореляційний зв'язок і найменшу номінальну частоту обертання з пристроєм електричного вирівнювання навантажень слід визначати за допомогою отриманої узагальненої моделі, для чого, у протилежність відомим підходам, необхідно знати лише величину, запас потужності та напругу живлення двигунів. Доведено, що система керування приводом з синхронними двигунами повинна мати інтегральний регулятор та вузол програмного формування гармонічних складових струмів збудження, які забезпечують однакове навантаження гілок привода і збільшують міжремонтний термін млинів у цілому, чого не скажеш про відомі схемні рішення.

5. На основі критичного аналізу результатів експериментальних випробувань млина примусового подрібнення МИР-500х300, який працював у відкритому циклі сухого подрібнення тальку, встановлено, що найменшим питомим витратам електроенергії відповідають найбільше циркуляційне навантаження млина, заповнення барабана 0,7 та відношення об’ємів сировина/кулі 0,6, що (на відміну від кульового подрібнення) вдвічі зменшує питомі витрати електроенергії і практично на порядок підвищує питому продуктивність. Доведена ефективність пристрою програмного формування гармонічних складових збудження, який, на відміну від вживаних раніше пристроїв, повністю компенсує гармонічні кінематичні збурення відкритого зубчастого зачеплення. На прикладі проекту промислового млина потужністю 6,3 МВт встановлено, що при енергонапруженості 250 кВт/м3 та енерговитратах 20 кВт·год/т температура конструктивних елементів не перевищує 92, а повітря під час вивантаження продукту – 115оС, що, на відміну від уже відомих, не потребує додаткових засобів охолодження.

Основні положення дисертації опубліковані у наступних роботах:

1. Кириченко В.И., Гомилко В.С. О многодвигательном синхронном приводе мельниц принудительного измельчения // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб.-1998.-№2(43).-С.105-112.

2. Гомілко В.С., Кириченко В.І. Про узагальнені параметри електромеханічних систем барабанних млинів // Вибрации в технике и технологиях.-1998.-№ 5(9).-С.29-33.

3. Кириченко В.І., Гомілко В.С. Про визначення меж ефективного вирівнювання навантажень синхронних двигунів у приводах барабанних млинів примусового подрібнення // Вісник НГА України.-1998.-№2.-С.89-93.

4. Гомілко В.С., Кириченко В.І. Про напруженості, зусилля та моменти клиновидної зони млинів примусового подрібнення МПС(Р) // Вибрации в технике и технологиях.-1998.-№ 3(7).-С.47-50.

5. Гомілко В.С., Кириченко В.В., Кириченко В.І. Дослідження механічних характеристик млинів примусового подрібнення та оптимізація кутового розташування їх інтенсифікаторів // Вибрации в технике и технологиях.-1998.-№ 5(9).- С.25-27.

6. Кириченко В.І., Гомілко В.С. Докритичні режими та особливості їх використання для млинів примусового подрібнення // Вісник НГА України.-1998.-№1. -С.82-83.

7. Бородай В.А., Гомілко В.С., Кириченко В.І., Федоров С.І. До визначення впливу умов подрібнення на енергетичні та технологічні показники примусового подрібнення тальку // Вибрации в технике и технологиях.-1998.-№ 4(8).-С.27-28.

8. Кириченко В.І., Гомілко В.С. Стосовно вимог до компенсаційної здатності пристрою електричного вирівнювання навантажень у синхронних зубчастих приводах млинів примусового подрібнення // докл. науч.-техн. конф. "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика".-Алушта: Вестник ХГПУ.-1998.-С.210-211.

9. В.С. Гомілко, В.І. Кириченко. Програмно-комбіноване вирівнювання навантажень у синхронних приводах млинів примусового подрібнення // труды междунар. науч.-практ. конф. "ХХІ столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых".-№3.-Том 6.-Днепропетровск: НГА Украины.-1998.-С.225-227.

10. Кириченко В.І., Гомілко В.С., Бородай В.А., Островський Є.П. Визначення індуктивних опорів та реактивностей взаємоіндукцій спеціальної обмотки збудження синхронних двигунів // Докл. Междунар. науч.-техн. конф. “Современные технологии экономичного и безопасного использования электроэнергии”. - Днепропетровск: НГА Украины.-1997.-С.110-119.

11. Кириченко В.І., Гомілко В.С., Бородай В.А., Островський Є.П. Про новий спосіб покращання пускових властивостей синхронних двигунів привода млинів. Сб. науч. тр. Проблемы автоматизированного электропривода.Теория и практика. Крым, Алушта, 15-20 сентября 1997 г.-С.288-290.

12. Гомілко В.С. До визначення узагальнених параметрів математичної моделі синхронних двигунів// труды междунар. науч.-практ. конф. "ХХІ столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых".-№3.-Том 6.-Днепропетровск: НГА Украины.-1998.-С.250-255.

У роботах, написаних у співавторстві, дисертантові належать: в [1, 3-6, 8-11] – внесок авторів рівнозначний; в [2] – розробка методики проведення та аналіз результатів досліджень, висновки; в [7] – аналіз енергетичних та технологічних моделей, обгрунтування та вибір оптимального режиму.

Анотація

Гомілко В.С. Обгрунтування динамічних параметрів та режимів роботи електромеханічних систем млинів примусового подрібнення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Дисертацію присвячено обгрунтуванню моделей динамічних параметрів та режимів електропривода барабанних млинів, визначенню меж ефективного використання дводвигунного синхронного електропривода з відкритим зубчастим зачепленням та розробці пристрою компенсації впливу кінематичних збурень на навантаження гілок привода. Виявлений зв’язок між режимними та конструктивними параметрами і отримано узагальнену математичну модель механічних характеристик млинів, відпрацьовані засоби скорочення терміну їх запуску. Одержано узагальнені параметри електромеханічних систем млинів і встановлено зв’язок між номінальними потужністю та обертами синхронних двигунів і приведеними параметрами їх моделей. Встановлено, що приведена кутова розбіжність роторів синхронних двигунів визначається терміном роботи без переналагодження та їх номінальними обертами, що дало можливість відпрацювати узагальнену модель необхідної компенсаційної здатності пристрою електричного вирівнювання. Рекомендоване використання інтегрального регулятора середніх навантажень та пристрою програмного формування напруги збудження двигунів.

Ключові слова: електропривод, синхронний, динаміка, параметри, система керування, моделі, пристрій, межі використання.

ANNOTATION

Gomilko V.S. The substantiation of dynamic parameters and operational modes of electromechanical systems of mills of a forced refinement. - Manuscript.

Thesis on deriving of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.09.03 - Electrotechnical complexes and systems. - National mining university of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1999.

The thesis is devoted to the substantiation of models of dynamic parameters and modes of the electric drive of drum-type mills, delimitation of an effective utilization of the two-impellent synchronous electric drive with an open toothed linkage and development of the system of indemnification of influence of kinematic perturbations on a load of branches of the drive. The connection between a mode and design data is revealed and the generalized mathematical model of mechanical performances of mills, spent methods of reduction of time of their start-up is obtained. The generalized parameters of electromechanical systems of mills are obtained and the connection between a nominal potency both turnovers of synchronous drives and indicated parameters of their model is installed. Is installed, that the indicated angular misalignment of curls of synchronous drives is determined for work without repeated adjustment and their nominal turnovers, that has enabled to complete a generalized model of necessary compensatory ability of the system(device) of electrical alignment. The use of the integrated governor of average loads and device of programm shaping of voltage of excitation of drives is recommended.

Key word: the electric drive, synchronous, dynamics, parameters, control system, models, device, boundary of use.

Аннотация

Гомилко В.С. Обоснование динамических параметров и режимов работы электромеханических систем мельниц принудительного измельчения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Диссертация посвящена обоснованию математических моделей обобщенных динамических параметров и режимов работы электропривода барабанных мельниц принудительного измельчения, определению границ эффективного использования двухдвигательного синхронного электропривода с открытым зубчатым зацеплением и разработке устройства компенсации отрицательного влияния на нагрузку ветвей привода кинематических возмущений открытого зубчатого зацепления. Установлена связь между режимными и конструктивными параметрами мельниц и получена обобщенная, статистически обоснованная математическая модель их механических характеристик. Определено рациональное угловое положение интенсификатора, обеспечивающее наименьшие коэффициенты заполнения механических характеристик, что позволяет применять в приводе этих мельниц синхронные двигатели нормального, а не специального мельничного исполнения. Отработаны способы и устройства сокращения времени их пуска. Получены обобщенные параметры компонентов электромеханических систем мельниц и установлено наличие связи между номинальными мощностью и частотой вращения синхронных двигателей с приведенными относительными параметрами их математических моделей. Средняя относительная ошибка определения этих параметров находится в пределах 0,51…14 %. Показано, что использование в приводе двух синхронных двигателей сопровождается трудностями выравнивания нагрузок ветвей привода, различие в которых обуславливает прогрессирующий износ шестерен и снижает надежность привода в целом. Установлено, что в конечном счете в приводе с открытым зубчатым зацеплением приведенное угловое рассогласование роторов определяется выбранным сроком работы привода без переналадки и номинальной частотой вращения синхронных двигателей, что дало возможность получить обобщенную модель необходимой компенсационной способности устройства электрического выравнивания нагрузок. Доведено, что между параметрами векторной диаграммы, номинальной мощностью и частотой вращения синхронных двигателей существует тесная корреляционная связь и что при использовании устройства электрического выравнивания нагрузок наименьшую допустимую номинальную частоту вращения двигателей следует определять при помощи полученной в работе обобщенной модели, что требует знания только величины и запаса мощности, уровня напряжения питания. Рекомендовано использование интегрального регулятора средних нагрузок и устройства программного формирования гармонических составляющих напряжения возбуждения, что в итоге увеличивает коэффициент движения мельницы и ее надежность. для минимизации удельных затрат электроэнергии при получении талька показаны преимущества значительных циркуляционных нагрузок, повышенного заполнения барабана и отношения объемов сырья и шаров внутримельничной загрузки мельницы. В результате выполнения тепловых расчетов мельницы принудительного измельчения с энергонапряженностью 250 кВт/м3 установлено, что такая мельница не требует применения дополнительных средств охлаждения.

Ключевые слова: электропривод, синхронный, динамика, параметры, система управления, модели, устройство, границы использования.

Гомілко Валерій Семенович

ОБГРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ

ТА РЕЖИМІВ РОБОТИ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ

МЛИНІВ ПРИМУСОВОГО ПОДРІБНЕННЯ

(Автореферат)

Підписано до друку 21.10.99

Формат 30х42/4. Папір Pollux.

Ризографія. Умовн.друк. арк. 1,0.

Обліково-видавн. арк. 2,0. Тираж 100 прим.

Зам.№ 349

РВК НГА України

320027, ДСП, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.