變頻調速技術(shù)在生產(chǎn)高吸水性樹(shù)脂（SAP）中的運用

0 引言

高吸水性樹(shù)脂(super absorbent polymer，簡(jiǎn)稱(chēng)SAP)是我國近年來(lái)發(fā)展迅猛的功能型吸水材料，用途十分廣泛：

1)民用方面尿墊、衛生巾;

2)軍用及通訊方面光纜、電纜、阻水油膏;

3)農用方面農林園藝、沙漠綠化;

4)另外還有醫藥、醫療、石油、化工、環(huán)保、生化、食品等領(lǐng)域。

SAP產(chǎn)業(yè)是一種朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，但國內很多應用SAP的企業(yè)一直都依賴(lài)國外進(jìn)口。這是因為SAP在生產(chǎn)過(guò)程中，調配料的比例問(wèn)題很難精確控制;

另外，物料在攪拌的過(guò)程中，對攪拌速度控制的快與慢也嚴重影響著(zhù)產(chǎn)品的各項性能指標，所以如何控制電機的速度顯得尤為關(guān)鍵，而使用變頻調速可以很好地解決上述問(wèn)題。目前，浙江威龍高分子材料有限公司近幾年致力于該產(chǎn)品的研發(fā)。

1 變頻器在高吸水樹(shù)脂(SAP)生產(chǎn)過(guò)程中的應用分析

1.1 SAP生產(chǎn)過(guò)程應用變頻器的必要性

在高吸水樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中，很多參數如流量、壓力、液面等隨實(shí)時(shí)情況不斷發(fā)生變化，90%左右的電力消耗在交流電機上，電力消耗非常大。在SAP 的生產(chǎn)過(guò)程中泵類(lèi)與風(fēng)機類(lèi)負載占大多數，其負載特性如圖1 所示[1] [2]，其中n 表示電機轉速，TL 表示負載轉矩。

這類(lèi)負載節能潛力大。采用變頻器進(jìn)行控制，具有安裝方便、控制靈活的特點(diǎn)，可平滑、大范圍地改變電機的速度從而實(shí)現無(wú)級變速。另外變頻器還具有極強的保護功能，可以適用在有腐蝕、爆炸等危險的化工環(huán)境中。

高吸水樹(shù)脂生產(chǎn)線(xiàn)主要由反應釜、改性劑配料泵以及輸送泵、旋轉式烘箱、粉碎機等組成。在高吸水樹(shù)脂的生產(chǎn)流程中，對配料的控制，改性劑的劑量泵控制，反應釜的攪拌速度控制，粉碎機刀片的擺動(dòng)速度控制等都是工藝流程中重要的環(huán)

節。這些環(huán)節控制的精確度、靈活性將對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量起著(zhù)關(guān)鍵的作用。威龍公司在最初的生產(chǎn)過(guò)程中，對反應釜的攪拌速度、改性劑量泵的控制采用的是有級調速控制，這種調速方式具有抗干擾能力差、能耗大、發(fā)熱高、機械特性差、速度調節范圍小以及控制環(huán)節多、可靠性差、節能效果差等缺點(diǎn)。最近幾年來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微機技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，變頻調速系統逐漸由模擬控制轉向數字控制，在抗干擾能力、節能、調速范圍、調節精度、動(dòng)態(tài)響應等方面，越來(lái)越顯示出其他交流調速方法所不可比擬的優(yōu)越性。所以利用變頻器對SAP生產(chǎn)流程進(jìn)行控制是最理想的手段之一，尤其是對于大規模的生產(chǎn)，采用變頻器控制生產(chǎn)流程尤其適用[3]。

1.2 選擇變頻器的依據[3]

在生產(chǎn)過(guò)程中，電機調速傳動(dòng)有兩個(gè)方面，一類(lèi)是工藝調速傳動(dòng)，也就是根據工藝要求進(jìn)行調速的傳動(dòng)，如在化工、煉油工藝流程中控制物料流量的場(chǎng)合等;另一類(lèi)就是節能調速傳動(dòng)，就是有泵類(lèi)、風(fēng)機類(lèi)的場(chǎng)合，采用調速裝置來(lái)調節流量、壓力等可取得顯著(zhù)的節能效果。

在SAP的生產(chǎn)工藝流程中，其生產(chǎn)設備包括很多混合攪拌機，改性劑泵、風(fēng)機等，它們的特點(diǎn)是數量多，容量大、耗能厲害，變頻調速能很好地滿(mǎn)足這些電氣傳動(dòng)設備的調速要求，為企業(yè)在降低電耗，節約能源，提高產(chǎn)品的競爭力提供有力的支撐。然而在實(shí)際生產(chǎn)當中，由于變頻調速裝置故障引起的停工、維護損失，要遠遠超過(guò)變頻調速本身價(jià)值。因此，選擇變頻器時(shí)依據兩個(gè)原則：

1)根據實(shí)際的負載選擇變頻裝置;

2)充分考慮經(jīng)濟性、可靠性。

1.3 變頻器容量選擇[4]

合理選擇變頻器的容量，對減小投資，節約電費是必要的。選擇變頻器的容量可根據經(jīng)驗公式

P=KPN (1)

式中：P為變頻器容量;

K 為慣性系數，慣性很小的負載取1.1~1.5，慣性很大的負載取1.5~2.0;

PN為拖動(dòng)電動(dòng)機的功率。

1.4 變頻器使用注意事項[5]

變頻器的安裝環(huán)境應干燥、無(wú)腐蝕性氣體，無(wú)機械震動(dòng)和電氣干擾，防止金屬碎屑、水滴等落入變頻器內，并避免陽(yáng)光直射;變頻器本身沒(méi)有散熱裝置，而其內部有較多的發(fā)熱元件，所以必須采取必要的措施使它散熱，如增加散熱孔洞，安裝電風(fēng)扇;變頻器在使用時(shí)必須根據不同的負載情況對其功能和參數進(jìn)行設定，否則會(huì )造成其輸出值與實(shí)際情況不匹配，而不能正常使用;使用變頻器必須滿(mǎn)足工藝要求，另外對有些負載過(guò)大而變化不大的設備不宜采用;多數變頻器的控制電路均采用微處理器，控制信號為弱電型，為防止外部干擾影響變頻器正常使用，在使用時(shí)候應按控制信號分類(lèi)配設，對于開(kāi)關(guān)信號可用一般控制電纜，對弱

電模擬信號(測量信號、速度控制信號等)宜采用屏蔽控制電纜。并要求動(dòng)力和控制電纜分槽配線(xiàn)。

2 應用效果分析

2006 年，浙江威龍高分子材料有限公司對生產(chǎn)SAP 過(guò)程中的風(fēng)機水泵、攪拌電機采用交流變頻技術(shù)改造后，節能效果十分明顯，每臺風(fēng)機類(lèi)負載節能可達到20%以上，而每臺泵類(lèi)負載可達到30%以上。

另外在生產(chǎn)過(guò)程中要對半成品進(jìn)行冷卻，所以設置有循環(huán)水管，還有公司相關(guān)的消防水管網(wǎng)等一些公用設施會(huì )由于管道壓力過(guò)大而造成損壞，由此帶來(lái)一些負面影響：壓力過(guò)低;浪費水和電。以前公司采用的是頻繁起、停水泵的方式來(lái)進(jìn)

行調節，這種方式既不經(jīng)濟可靠性也差，自從采用交流變頻調速技術(shù)實(shí)現恒水壓供水后，能有效防止系統管道超水壓而帶來(lái)的設備損壞，從而減少了維修費用，同時(shí)也降低了能耗。

隨著(zhù)公司的不斷發(fā)展，不同的客戶(hù)對產(chǎn)品提出不同的要求，小孩尿褲以及成人失禁尿墊生產(chǎn)商要求產(chǎn)品的目數在30 至40 目之間，衛生巾生產(chǎn)商需要40 至120 目之間，而光纜廠(chǎng)家則要求150 目以上。為了適應不同的客戶(hù)，迫切需要對生

產(chǎn)裝置進(jìn)行技術(shù)改造，但卻碰到了問(wèn)題，如在對裝置的容量擴大時(shí)遇到如下情況：為了提高生產(chǎn)效率，使得成品的“目數”能在一個(gè)較大的范圍內變化，從而需要調節傳動(dòng)設備的轉速在一個(gè)大的范圍內變化。公司以前常采用兩種方法：其一是更換電機;其二是更換齒輪變速箱，這樣直接導致設備浪費嚴重，同時(shí)造成工作量大，施工時(shí)間長(cháng)。為此從經(jīng)濟節能和技術(shù)可行兩個(gè)方面來(lái)考慮對電機采

用變頻器進(jìn)行適當變速，經(jīng)過(guò)反復論證選用合適的變頻調速裝置后，可以減少設備的投資。

公司為了大幅提升生產(chǎn)效率，針對性地研究了特種切割機，該切割機的主要參數如表1 所列。

主驅動(dòng)電動(dòng)機是三相鼠籠型異步電動(dòng)機，其容量足夠大，如果采用更換齒輪變速箱不但需要28.5 萬(wàn)元，而且施工時(shí)間需要三個(gè)多月，造成停車(chē)停工，為此經(jīng)過(guò)對設備數據的采集，對相關(guān)參數的分析測算，選用了ABB 公司的ACS510 變頻器，同時(shí)配置了ABB 公司的輸出電抗器以抑制切割機在非正常制動(dòng)時(shí)的波動(dòng)現象。為進(jìn)一步實(shí)現復雜工藝的要求，公司還采用了三菱公司的FXON—24MR型PLC，這樣總共投資 11萬(wàn)元。所有裝置從安裝、施工到調試僅歷時(shí)一周。這組裝置自投運以來(lái)，性能穩定、運行可靠、節能節電完全達到預期的效果。

3 結語(yǔ)

隨著(zhù)電力電子器件的不斷發(fā)展，變頻器的很多性能指標也日益完善，在調速方面以及在節能上將表現的更加卓越。由于它的運用提高了機械設備的調速性能，加強了化工機械設備在生產(chǎn)線(xiàn)上的穩定性，可以預言它將逐步成為企業(yè)調整控制設備的理想選擇。