ماكينات صناعة الورق

تطبيق عاكس KERUN في صناعة آلات الورق
- سلسلة ACD320

مقدمة:
منذ عام 1990، وخاصة منذ عام 1995، شهدت صناعة الورق في الصين نموا مستمرا في القدرة الإنتاجية الفعالة. وبنهاية عام 2002، كان هناك أكثر من 4000 مصنع للورق في الصين، بما في ذلك أكثر من 2600 مصنع كبير الحجم. بلغ إجمالي الإنتاج في عام 2002 37.8 مليون طن. وفي العامين التاليين-، تمت إضافة ما يقرب من 10 ملايين طن من الطاقة الإنتاجية الجديدة. في الوقت الحالي، يستخدم أكثر من 80% من أنظمة تشغيل ماكينات الورق الجديدة محركات يتم التحكم فيها بواسطة العاكس.

يجب أن تتمتع العاكسات المستخدمة في محركات ماكينات الورق حاليًا بالخصائص التالية:
(1) نطاق تنظيم السرعة الواسع، بكفاءة أعلى من 90% عبر نطاق السرعة بالكامل؛
(2) عامل القدرة أعلى من 0.9؛
(3) التشوه التوافقي الإجمالي لتيار الإدخال أقل من 3%؛
(4) استخدام مكونات قياسية موثوقة وناضجة مثل IGBTs؛
(5) القدرة على تقليل المحتوى التوافقي الناتج وتقليل ضوضاء dv/dt ونبض عزم الدوران بشكل فعال.

I. خلفية تطبيق العاكس في آلات الورق.
معدات التشغيل المقطعية لآلات الورق في الصين كانت تستخدم سابقًا أنظمة التحكم في سرعة SCR DC. أدت مشكلات مثل حلقات الانزلاق وفرش الكربون إلى انخفاض الموثوقية والدقة، مما أدى إلى ظهور ميكانيكا آلات الورق قديمة بسرعات تبلغ عادةً حوالي 200 م/دقيقة، مما يجعل من الصعب التنافس مع ماكينات الورق الأجنبية{2}} ذات السرعة العالية التي تصل إلى 1000 م/دقيقة. صناعة الورق هي عملية إنتاج مستمرة، مما يجعل التحكم المستمر والمنظم في خط الإنتاج بمثابة عنق الزجاجة الذي يحد من جودة الورق وإنتاجه. في حين لعبت أنظمة التحكم في سرعة التيار المستمر دورًا مهمًا في تاريخ تطور آلات الورق، فإن محركات التيار المستمر تعاني من صعوبات في الصيانة وضعف المقاومة للعوامل البيئية، ويتجلى ذلك بشكل رئيسي على النحو التالي:
(1) التآكل الشديد للمبدلات والعيوب مثل المبدلات المحترقة مما يؤدي إلى توقف طويل؛
(2) الصعوبات العديدة والمتطلبات العالية في صيانة محرك التيار المستمر، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإصلاح؛
(3) مولدات سرعة الدوران عرضة للتآكل، مما يسبب دقة منخفضة في نظام القيادة؛
(4) أنظمة التحكم في سرعة التيار المباشر المعقدة، التي يصعب تصحيح أخطائها، مما يجعل من الصعب على الفنيين العاديين -ضبط سرعات تشغيل الماكينة.
إن تقنية التحكم في سرعة التردد المتغير للتيار المتردد، مع أدائها الممتاز لتنظيم السرعة وفوائدها الكبيرة في توفير الطاقة-، قابلة للتطبيق على نطاق واسع في الاقتصاد الصيني وتعتبر أكثر الطرق الواعدة للتحكم في سرعة التيار المتردد. إنها لا تمتلك أداء تنظيم السرعة الفائق لمحركات DC فحسب، بل يتم اعتمادها على نطاق واسع تدريجيًا. أصبح تطبيق العاكسات في المحركات المقطعية لآلات الورق المستقبلية اتجاهًا لا مفر منه.

يؤدي تطبيق العاكسات في محركات ماكينات الورق إلى نتائج جيدة جدًا، مثل تحسين جودة الورق من منظور العملية، وزيادة القدرة الإنتاجية، وتقليل استهلاك الطاقة، وتمديد دورات صيانة إيقاف التشغيل.

لنأخذ آلة الورق Fourdrinier كمثال، فهي تحتوي على قسمين رئيسيين: قسم المجفف (الطرف الجاف) وقسم الأسلاك (الطرف الرطب). وفقاً لمتطلبات العملية، تتراوح سرعة صناعة الورق من 20 إلى 100 م/دقيقة، مع أوزان أساسية تتراوح من 9 إلى 30 جم/م². بشكل عام، متطلبات دقة التشغيل لآلات الورق هي 1–3‰. ونظرًا لنطاق التباين الواسع للسرعة والحد الأدنى للوزن الأساسي الذي يبلغ 9 جم/م²، يلزم توفر دقة قيادة أعلى. ولذلك، تم اختيار نظام تحكم في الحلقة المغلقة-لمحرك ماكينة الورق.

ثانيا. تحليل فوائد توفير الطاقة-.
استنادًا إلى مقارنة استهلاك الطاقة لآلة الورق قبل وبعد التعديل التحديثي في ​​المصنع، تكون البيانات كما يلي:
استهلاك طاقة التحكم في التيار المستمر: السرعة عند 90 م/دقيقة: P90=74A × 180V + 3 × 220=13980W=13.98 كيلوواط (محرك التيار المستمر)
استنادًا إلى 300 يوم إنتاج سنويًا: إجمالي استهلاك طاقة الماكينة=300 × 24 × 13.98=100,656 (كيلوواط ساعة)
استهلاك طاقة التحكم في العاكس: السرعة عند 90 م / دقيقة: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (كيلوواط) (محرك العاكس)
إجمالي استهلاك طاقة الماكينة=300 × 24 × 10.53=75,816 (كيلووات في الساعة)
توفير الكهرباء السنوي=100,656 – 75,816=24,840 (كيلوواط ساعة)
ومن هذا يمكن استخلاص التوفير الفعلي للطاقة بعد تطبيق العاكس على النحو التالي:25%

ثالثا. تحليل فوائد العملية
(1) زيادة معدل تشغيل ماكينة الورق: أكثر من 27% (مشتق من متوسط ​​الإنتاج الشهري، باستثناء العوامل الأخرى). هذا يمكن أن يزيد من قيمة الإنتاج.
(2) تحسين معدل إنتاجية المنتج: 1.6%
باختصار، اعتماد العاكس يحسن الأداء التشغيلي لآلة الورق، مما يزيد من تعزيز الكفاءة الاقتصادية.

رابعا. تطبيق العاكسون في المعدات المساعدة لآلة الورق
تشمل المرافق المساعدة لآلات الورق الأنظمة التالية: نظام إمداد المخزون، نظام المياه البيضاء، نظام التفريغ، نظام الهواء المضغوط، نظام تحضير وتسليم المواد الكيميائية، نظام إمداد المياه، نظام البخار، إلخ. لضمان التشغيل المستمر والمتوازن لآلة الورق، تحتاج قدرة المرافق المساعدة عمومًا إلى تجاوز الحد الأقصى لقدرة الإنتاج لآلة الورق بنسبة 15%-30%، مما يؤدي إلى فقدان كبير للطاقة.

4.1 تطبيق العاكس في نظام توريد المخزون
يجب أن يستوفي نظام توريد المخزون الشروط التالية:
(1) التسليم المستقر للمخزون إلى ماكينة الورق، مع خطأ لا يتجاوز ±5%؛
(2) التناسب والاتساق الثابت والموحد للمخزون؛
(3) حجز كمية معينة من المخزون للسماح بتعديل قدرة العرض للتكيف مع التغيرات في سرعة ماكينة الورق ودرجتها؛
(4) تنقية وتنظيف المخزون؛
(5) انكسر المقبض من أقسام مختلفة من ماكينة الورق.
عادةً، يتكون نظام إمداد المخزون من مضخات المخزون ومضخات المروحة في الأنابيب، ومعدات التنقية مثل شاشات الضغط والمنظفات. لتحقيق الأهداف الخمسة المذكورة أعلاه، فإن الخطوة الأكثر أهمية هي تغيير مضخات المخزون ومضخات المروحة من التشغيل الكامل-بسرعة إلى التشغيل المتغير السرعة عبر العاكسات، مما يؤدي في النهاية إلى تلبية متطلبات إمداد المخزون الآلي.

أخذ مضخة المروحة كمثال لتوضيح عملية التحكم في السرعة باستخدام العاكس: إن التحكم في العاكس هذا مناسب لنظام التحكم في سرعة الحلقة المزدوجة المغلقة-، مع الحلقة الخارجية للسرعة والحلقة الداخلية للتيار أو عزم الدوران. تأتي نقطة ضبط السرعة لمضخة المروحة من مصدرين: أحدهما مشتق من التغييرات في نسبة سرعة المخزون - إلى - السلك، والآخر من وحدة التحكم في ضغط صندوق الرأس. الأول هو الضبط الأساسي، والثاني هو الضبط الدقيق-. إن نسبة سرعة السلك -إلى-آلة الورق ثابتة بشكل أساسي. لذلك، بمجرد تغير سرعة السلك، تتبع سرعة مضخة المروحة. لتحسين دقة منظم السرعة وعكس العملية الفعلية في صندوق الرأس، من الشائع أخذ خرج وحدة التحكم PID لضغط صندوق الرأس، والذي يختلف بنسبة ±5%، كنقطة ضبط إضافية للسرعة لمضخة المروحة. يتم الحصول على قيمة السرعة الفعلية من أخذ عينات من السرعة الفعلية لمحرك القيادة، والتي يمكن الحصول عليها عبر أجهزة مثل مولدات السرعة أو أجهزة التشفير الدوارة الكهروضوئية. يتم أخذ نقطة الضبط الحالية من إشارة الخرج لحلقة السرعة. يتم أخذ القيمة الحالية الفعلية من القياسات بواسطة محولات التيار عند إخراج عاكس التيار المتردد لكل نقطة قيادة. ولذلك، بالنسبة للتحكم في سرعة التردد المتغير لمضخة المروحة، فإن تنفيذ التحكم PID يمكن أن يحقق تأثيرات توفير الطاقة -المثالية.

V. تطبيق العاكس في نظام الهواء المضغوط
يُستخدم الهواء المضغوط بشكل شائع في ماكينات الورق لأجهزة التحميل/الرفع الهوائية في أقسام الأسلاك والضغط، وأجهزة توجيه الأسلاك/اللباد، وصناديق الرأس المبطنة بالهواء، ومعدات نقل الصفائح، وسكاكين طلاء الهواء، والعديد من الأدوات الهوائية وأجهزة التحكم.

تشمل المعدات الرئيسية في نظام الهواء المضغوط ضواغط الهواء، وأجهزة استقبال الهواء، وصمامات تخفيض الضغط، ومرشحات الهواء، وفواصل الرطوبة، وصمامات الأمان. عادة ما يكون الضغط المطلوب على ماكينة الورق حوالي 5-6 بار. في معظم مصانع الورق، يعمل ضاغطان أو أكثر بالتوازي، مما يحافظ على ضغط ثابت عبر جهاز استقبال الهواء.

نظرًا لأن الضواغط تتمتع بقدرة عالية-ويتم التحكم في الضغط عادةً عن طريق التحميل/التفريغ، وتعمل المحركات دائمًا بأقصى سرعة. تظهر الممارسة أن طريقة التحكم هذه تستهلك طاقة هائلة وتتسبب في إهدار كبير. لذلك، الاتجاه الآن هو استخدام محرك تردد متغير واحد يتحكم في وحدات تردد متعددة الخطوط-، مما يشكل نظام حلقة الضغط المغلقة-.

سادسا. تطبيق العاكس في نظام التحضير والتوصيل الكيميائي
يتم استخدام كميات كبيرة من المواد الكيميائية في إزالة الأحبار، وفصل اللب، والطلاء، والتحجيم، وما إلى ذلك. ويتناسب استخدامها مع سرعة المحركات المتعددة لآلة الورق. لذلك، يجب استخدام أنظمة محرك التيار المتردد متغيرة السرعة في أنظمة توصيل المواد الكيميائية (على سبيل المثال، المضخات). يتم استخدام معدات الطحن مثل المطاحن الكروية، والمطاحن الغروانية، ومطاحن الرمل، والموزعات عالية القص-بكثافة في التحضير الكيميائي. خصائصها الرئيسية هي الطاقة العالية، والاستهلاك العالي للطاقة، وبيئات التشغيل القاسية. لقد حققت العديد من الشركات المصنعة بالفعل نتائج جيدة باستخدام العاكسات في معدات الطحن.

لنأخذ طاحونة الرمل كمثال: مبدأ عملها يتضمن تغذية المواد المراد طحنها إلى الحجرة عبر مضخة التغذية. يتم تشغيلها بواسطة قرص تشتيت دوار عالي السرعة، حيث تتعرض المادة لصدمات شديدة وطحن بواسطة وسائط الطحن، حيث يتم تشتيتها وخلطها في المذيب لتكوين طبقة طلاء، والتي تتدفق بعد ذلك عبر شاشة علوية. المحرك الرئيسي لهذه المعدات هو 110 كيلو واط. قبل استخدام العاكس، كان من الشائع استخدام طريقة الركض عدة مرات (أكثر من ثلاث) أثناء بدء التشغيل لخلط الطلاء ووسائط الطحن بشكل موحد. بالنسبة للطلاءات المختلفة، قد تكون هناك حاجة إلى سرعات معالجة مختلفة، ولكن يمكن تشغيل الماكينة بأقصى سرعة فقط. كان التحكم في معدل التغذية لمنع الحمل الزائد للمحرك الرئيسي أمرًا صعبًا. وكان استهلاك الطاقة شديدا. إن استخدام عاكس بقدرة 110 كيلو وات يحل هذه المشكلات بشكل فعال: يمكن ضبط سرعة الركض ووقت التشغيل البطيء بسهولة لضمان الخلط الأمثل؛ يسمح تنظيم السرعة بدون خطوات عبر الإنترنت بسرعات مختلفة لمختلف المنتجات؛ يمكن التحكم في معدل التغذية ببساطة عن طريق مراقبة تيار التشغيل الفعلي للمحرك، مع وظائف التنبيه المسبق للحمل الزائد والتشغيل-الحر؛ يتجاوز توفير الطاقة عمومًا 20%؛ يتم تقليل خسائر علبة التروس، مما يؤدي إلى تجنب التأثير الناتج عن تردد الخط-الذي يبدأ على علبة التروس؛ تيار البدء السلس يمنع تأثير الشبكة، مما يحسن سلامة الشبكة. توجد بالفعل تطبيقات مجمعة في شركات الورق في شاندونغ وهيلونغجيانغ وهاينان ومناطق أخرى.

سابعا. تطبيق العاكس في نظام تهوية المجفف
في قسم المجفف، يجب إزالة كل الرطوبة المتبخرة من الورقة، والتي يمتصها الهواء، بشكل مستمر من غرفة ماكينة الورق عن طريق التهوية القسرية. تؤثر فعالية تهوية المجفف بشكل مباشر على معدل تبخر الرطوبة من الورقة والاقتصاد العام لعملية التجفيف. تعمل التهوية الجيدة على تقليل تشبع البخار في الهواء، وبالتالي تقليل استهلاك البخار في أسطوانات المجفف وزيادة سرعة التجفيف.

ويرتبط حجم الهواء اللازم لإزالة الرطوبة المتبخرة من قسم المجفف بدرجة حرارة ورطوبة الهواء الداخل والخارج، بالإضافة إلى نظام التهوية المستخدم، والظروف المناخية، والموسم. عادةً، تستخدم آلات الورق الحديثة دوران الهواء القسري لتحقيق كفاءة عالية، وذلك باستخدام مراوح الإمداد لتوصيل الهواء الجاف الساخن (حوالي 80 درجة) إلى الجزء السفلي من قسم المجفف، مما يخلق تدفق هواء لأعلى عن طريق امتصاص البخار الساخن بين أسطوانات المجفف، ثم استخدام مراوح العادم لاستخراج الهواء الساخن الرطب المتجمع في الغطاء إلى الخارج (مع استعادة الحرارة في نهاية المطاف). في ماكينات الورق عالية السرعة-، نظرًا لزيادة عدد أسطوانات المجفف، يتم عادةً استخدام مجموعات متعددة من مجموعات مراوح الإمداد والعادم في الأقسام. بعد استخدام العاكسات، استنادًا إلى صيغ حساب حجم هواء التهوية، يمكن تعديل حجم هواء الإمداد (سرعة مروحة الإمداد) وحجم هواء العادم (سرعة مروحة العادم) في الوقت الفعلي-دون استخدام التحكم التقليدي في المخمدات، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة بشكل أكبر، وخفض ضوضاء المروحة، وإطالة العمر الميكانيكي.

ثامنا. تطبيق العاكس في أنظمة المياه
تعتبر آلات الورق من المستهلكين الرئيسيين للمياه، بما في ذلك أنظمة المياه البيضاء، وأنظمة النفايات السائلة، وأنظمة المياه الختمية، وأنظمة الدش، وأنظمة المياه العذبة، وما إلى ذلك. وغالبًا ما تكون إمدادات المياه ذات الضغط المستمر في شبكة خطوط الأنابيب مطلوبة. تقليديًا، تم التحكم في الضغط عبر الممرات الالتفافية وصمامات التحكم، ونادرًا ما يتم استخدام العاكسات. ومع ذلك، ونظرًا للندرة العامة لموارد المياه في الصين، فإن تطبيق العاكسات يمكن أن يوفر حوالي 10% من الماء و30% من الطاقة، مما يؤدي حتماً إلى تقليل تكاليف التشغيل اليومية لمصانع الورق.

يوجد عادةً وضعان لاستخدام العاكسات في أنظمة المياه: التحكم في العاكس الفردي ووضع التناوب العاكس.
التحكم في العاكس الفردي:يتحكم خرج العاكس بشكل دائم في مضخة واحدة، بينما يتم تشغيل المضخات الأخرى مباشرة من شبكة التردد الخطية-. يتم التحكم في إشارات التشغيل/الإيقاف يدويًا أو عن طريق منطق PLC.
وضع التناوب العاكس:يقوم العاكس بتشغيل كل مضخة على حدة وفقًا لتسلسل محدد. يمكن للعاكس أن يحدد تلقائيًا عدد المضخات التي تعمل (ضمن نطاق محدد) بناءً على متطلبات التحكم في حلقة الضغط المغلقة-. يتم تشغيل مضخة واحدة فقط بواسطة العاكس في أي وقت. عندما تصل المضخة التي يتم تشغيلها بالعاكس - إلى حد التردد العلوي المحدد وتكون هناك حاجة إلى مضخة إضافية، يقوم العاكس بتحويل المضخة إلى تشغيل التردد الخطي - ويبدأ في نفس الوقت في تشغيل مضخة أخرى بتردد متغير.

تاسعا. خاتمة
باختصار، لا يؤدي التعديل التحديثي لآلات الورق باستخدام أنظمة الدفع العاكس إلى إظهار تأثيرات كبيرة في توفير الطاقة- وتقليل تكاليف صيانة المعدات فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة للمؤسسات. يمكن القول بثقة أن آفاق تطبيق أنظمة التحكم في سرعة التردد المتغير في صناعة آلات الورق سوف تصبح واسعة بشكل متزايد.