silnik asynchroniczny z wirnikiem z pŁynnej stali · zeszyty problemowe – maszyny elektryczne nr...

4
Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 47 Maria Graczyk BOBRME Komel, Katowice SILNIK ASYNCHRONICZNY Z WIRNIKIEM Z PLYNNEJ STALI ASYNCHRONOUS MOTOR WITH ROTOR OF LIQUID STEEL 1. Wprowadzenie Dla uzyskania stali wysokiej jakoci, pozba- wionej pcherzy gazowych i o jednorodnej strukturze, w nowoczesnych technologiach hutniczych stosowane jest odlewanie z jedno- czesnym mieszaniem (wprawianiem plynnej surówki w ruch wirowy). Jeden ze sposobów mieszania wykorzystuje asynchroniczne dzialanie wirujcego pola ma- gnetycznego, wzbudzanego ukladem cewek, rozmieszczonych w cylindrycznym pakiecie z blach elektromagnetycznych i zasilanych z wielofazowego przetwornika niskiej czsto- tliwoci. Zalety tego sposobu mieszania to: - brak ruchomych czci, - brak bezporedniego kontaktu z surówk, - moliwo wykorzystania istniejcych linii technologicznych, - latwa regulacja kierunku i intensywnoci mieszania, - dua niezawodno urzdzenia, - niski koszt instalacji i eksploatacji. Jak wynika z przeprowadzonych analiz, zasto- sowanie mieszania surówki polem magnetycz- nym pozwala osign , w stosunku do innych metod, 10 do 15 % oszczdnoci energii, 20 % wzrostu wydajnoci, redukcj o 35 % wtrco- nych zanieczyszcze [2]. Ponadto, na skutek chemicznej i termicznej jednorodnoci wlewka, uzyskuje si stal lepszej jakoci, o powtarzal- nych parametrach, co stabilizuje jako , elimi- nujc odrzuty produkcyjne. Schemat odlewania ciglego stali z jednocze- snym mieszaniem przedstawia rys. 1. [5]. Rys.1. Schemat odlewania ciglego stali W Branowym Orodku Badawczo Rozwojo- wym Maszyn Elektrycznych KOMEL, zo- staly zaprojektowane i wykonane takie miesza- dla (dwa typy) dla Huty Zawiercie, jako za- mienniki stosowanych tam dotd urzdze francuskiej firmy Danieli Rotelec. Abstract: To achieve high quality and homogeneity of steel, in technology – continuous casting technology stirring and mixing of melt should be done. The paper describes equipment for stirring provided by rotating magnetic field. The magnetic field is generated by two-pole copper coils placed on the core made of electrotechnical laminations. The winding is supplied from low-frequency converter. In Research and Development Centre of Electrical Machines KOMEL two types of stirrer were designed and manufactured for “Huta Zawiercie” steelworks. First stirrers work over 6 years without damage, the second part of larger stirrers were implemented in 2004.

Upload: lamnga

Post on 28-Feb-2019

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 47

Maria Graczyk BOBRME Komel, Katowice

SILNIK ASYNCHRONICZNY Z WIRNIKIEM Z PŁYNNEJ STALI

ASYNCHRONOUS MOTOR WITH ROTOR OF LIQUID STEEL

1. Wprowadzenie Dla uzyskania stali wysokiej jako�ci, pozba-wionej p�cherzy gazowych i o jednorodnej strukturze, w nowoczesnych technologiach hutniczych stosowane jest odlewanie z jedno-czesnym mieszaniem (wprawianiem płynnej surówki w ruch wirowy). Jeden ze sposobów mieszania wykorzystuje asynchroniczne działanie wiruj�cego pola ma-gnetycznego, wzbudzanego układem cewek, rozmieszczonych w cylindrycznym pakiecie z blach elektromagnetycznych i zasilanych z wielofazowego przetwornika niskiej cz�sto-tliwo�ci. Zalety tego sposobu mieszania to: - brak ruchomych cz��ci, - brak bezpo�redniego kontaktu z surówk�, - mo�liwo�� wykorzystania istniej�cych linii technologicznych, - łatwa regulacja kierunku i intensywno�ci mieszania, - du�a niezawodno�� urz�dzenia, - niski koszt instalacji i eksploatacji. Jak wynika z przeprowadzonych analiz, zasto-sowanie mieszania surówki polem magnetycz-nym pozwala osi�gn��, w stosunku do innych metod, 10 do 15 % oszcz�dno�ci energii, 20 % wzrostu wydajno�ci, redukcj� o 35 % wtr�co-nych zanieczyszcze� [2]. Ponadto, na skutek chemicznej i termicznej jednorodno�ci wlewka, uzyskuje si� stal lepszej jako�ci, o powtarzal-nych parametrach, co stabilizuje jako��, elimi-nuj�c odrzuty produkcyjne.

Schemat odlewania ci�głego stali z jednocze-snym mieszaniem przedstawia rys. 1. [5].

Rys.1. Schemat odlewania ci�głego stali W Bran�owym O�rodku Badawczo Rozwojo-wym Maszyn Elektrycznych KOMEL, zo-stały zaprojektowane i wykonane takie miesza-dła (dwa typy) dla Huty Zawiercie, jako za-mienniki stosowanych tam dot�d urz�dze� francuskiej firmy Danieli Rotelec.

Abstract: To achieve high quality and homogeneity of steel, in technology – continuous casting technology stirring and mixing of melt should be done. The paper describes equipment for stirring provided by rotating magnetic field. The magnetic field is generated by two-pole copper coils placed on the core made of electrotechnical laminations. The winding is supplied from low-frequency converter. In Research and Development Centre of Electrical Machines KOMEL two types of stirrer were designed and manufactured for “Huta Zawiercie” steelworks. First stirrers work over 6 years without damage, the second part of larger stirrers were implemented in 2004.

Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 48

2. Stosowane rozwi�zania konstrukcyjne Mieszadła zwane równie� wzbudnikami, po-siadaj� po dwa jawne bieguny w ka�dej fazie i s� zasilane napi�ciem trójfazowym o cz�stotliwo�ci 3 do 8 (12) Hz, wytwarzaj�-cym pole wirowe. Rol� wirnika silnika asyn-chronicznego spełnia tu surówka płyn�ca w odpowiedniej kształtce ceramicznej wewn�trz wzbudnika. Dla zapewnienia skutecznej ochrony przed przegrzaniem uzwojenie posiada podwójny układ zabezpieczenia termicznego. Na rys. 2 pokazano schemat poł�cze� uzwoje� wzbudnika. Przed mechanicznymi uszko-dzeniami uzwojenie zabezpieczone jest osłonami (cz��ciowo perforowanymi) ze stali niemagnetycznej.

Rys.2. Schemat uzwoje� wzbudnika

Na rys. 3. pokazano rysunek zestawieniowy, z widocznymi osłonami [1] .

Rys. 3. Rysunek zestawieniowy wzbudnika

Oznaczenie cz��ci.: 5. Podstawa wzbudnika 1. Pakiet wzbudnika 6. Osłona biegunów (wewn�trzna) 2. Biegun 7. Uzwojenie 3. Osłona czół (zewn�trzna) 8. Wyprowadzenia uzwoje� 4. Kierownica (strumienia wody) 9. Wyprowadzenie zabezpiecze� termicznych

Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 49

Na rys. 4. pokazano sposób chłodzenia i cyrkulacj� wody chłodz�cej. Uzwojony pakiet otoczony jest płaszczem, przez który przepływa woda chłodz�ca. Zale�nie od stosowanej technologii odlewu, wzbudnik mo�e by� mocowany w dolnej lub górnej cz��ci płaszcza. Woda chłodz�ca nie mo�e zawiera� zanie-czyszcze�, w szczególno�ci cz�stek metalu a jej pH musi by� ni�sze ni� 8.5. Po zamocowaniu wzbudnika w płaszczu, uzy-skuje si� uszczelnione komory, przez które kie-rowane s� odpowiednio rozdzielone strumienie wody chłodz�cej. Jak wida� z przedstawionego ni�ej rysunku, po ochłodzeniu płaszcza i osłony od strony wlewka, cz��� wody (Q2) rozdzielana jest na dwie strugi: Q21 – przepływaj�c� przez perfo-rowan� osłon� uzwoje� i chłodz�c� uzwojenie biegunów oraz Q22 – chłodz�c� pakiet od strony jarzma. Ze wzgl�du na ekstremalnie trudne warunki pracy (wysokie temperatury, du�e obci��enia mechaniczne, bezpo�redni kontakt cz��ci czynnej z wod� chłodz�c�), zastosowano mate-riały izolacyjne wysokiej jako�ci: przewód na-wojowy izolowany foli� kaptonow� klejon� te-flonem, trójwarstwow� izolacj� biegunów NMN (nomex – mylar – nomex), impregnacj� Dolphonem oraz starannie przemy�lane tech-nologie i rozwi�zania konstrukcyjne pakietów, uzwoje� i poł�cze� elektrycznych.

Rys. 4 Cyrkulacja wody chłodz�cej.

3. Parametry wzbudników

Na podstawie opracowanej przez BOBRME Komel dokumentacji, wykonano w BOBRME Komel we współpracy z HZ- SERVICE S.A. w Zawierciu dwa typy wzbudników: w 1999 r. wzbudniki typu WH 440 o parametrach:

S= 165 kVA; Uf=138 V I=400 A; f=12 Hz, a w 2004 r. wzbudniki typu NH 550 o parametrach: S= 188 kVA; Uf=157 V I=400 A; f=8 Hz Na rysunkach 5 i 6 pokazano fotografie wzbudników w trakcie monta�u i zwojenia. Na rysunkach 7 i 8 pokazano fotografie wzbudnika zdemontowanego do przegl�du i elementy jego osłony.

Rys.5. Monta� pakietu wzbudnika

Rys. 6. Zwojenie wzbudnika

Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 50

Rys. 7. Wzbudnik z osłonami oraz wyprowa-dzeniami zasilania i zabezpiecze� (demonta� do przegl�du)

Rys. 8. Elementy osłony

4. Uwagi do metody oblicze� Omawiany wzbudnik stanowi odmian� silnika indukcyjnego, zatem do oblicze� jego obwodu elektromagnetycznego stosowa� mo�na by, w ogólnych zarysach, zasady oblicze� – jak dla asynchronicznych maszyn pr�du przemien-nego. Jednak nietypowa konstrukcja i szczególne wa-runki pracy uniemo�liwiaj� stosowanie wprost programów u�ywanych do oblicze� normal-nych silników indukcyjnych.

Odmienno�� wzbudników polega na:

− nietypowym �łobku, − nietypowym wypełnieniu �łobka uzwoje-

niem, − prostok�tnym rozkładzie indukcji magne-

tycznej (jeden „z�b” na biegun), − bardzo du�ej szczelinie powietrznej,

− nietypowym „wirniku”, o trudnej do zdefi-niowania przenikalno�ci magnetycznej i gł�boko�ci wnikania strumienia,

− zasilaniu odkształconym napi�ciem o bardzo niskiej cz�stotliwo�ci.

Pomocnym w znalezieniu rzeczywistego prze-pływu strumienia magnetycznego w obwodzie wzbudnika i oparcie na nim programu oblicze�, byłoby zastosowanie metody elementów sko�-czonych. Ten wariant miałby sens ekonomiczny w przypadku potrzeby projektowania dalszych wielko�ci wzbudników. „Wirnikiem” wzbudnika jest słup roztopionej stali, o temperaturze ok. 1500 0C, dogrzewany indukowanymi pr�dami, odgrodzony od uzwoje� płaszczem wody, która dodatkowo omywa aktywne cz��ci urz�dzenia. Zatem ustalenie przepływu ciepła i okre�lenie tempe-ratury poszczególnych elementów, a w szcze-gólno�ci uzwoje� oraz materiałów izolacyj-nych – wymaga stworzenia specyficznego mo-delu, uwzgl�dniaj�cego wiele nietypowych pa-rametrów. Przy projektowaniu wzbudników opracowanych w Komelu oparto si� na analizie pracy istniej�cych mieszadeł. Podstawow� weryfikacj� przyj�tego rozwi�-zania jest poprawna praca wzbudników, za-pewniaj�ca wła�ciw� jako�� wlewków i zado-walaj�c� �ywotno�� urz�dzenia. Wzbudniki WH 440 pracuj� ju� blisko 6 lat, a pierwsza partia wzbudników NH 550 (12 sztuk) około roku.

5. Literatura [1]. Dokumentacja techniczna wzbudników WH 440 i NH 550. BOBRME Komel. [2]. Biuletyn ABB Process Industries AB, Sweden – 2004r. [3]. B. Kiflie, D. Alemu: „Thermal Analysis of Con-tinuous Casting Process”, Konferencja ESME – 2000 r. [4]. Concast Standard News – Vol. 40/2000r. [5]. Ulotka informacyjna firmy Southwest Custom Sales – Seabrook ,Texas – 2002r. [6]. C. Sajdak “Nagrzewanie indukcyjne i elektromagnetyczne oddziaływanie na ciekłe me-tale – nowoczesne urz�dzenia i technologie, kierunki bada� naukowych”. - �l�skie Wiadomo�ci Elek-tryczne 5/2004

Autor in�. Maria Graczyk BOBRME Komel tel. (032) 2582041 e-mail: [email protected]