ضرورت طراحی و نصب سیستم هیدرولیک برای " دور کمکی" کوره های واحد اول و دوم
مقدمه :
به منظور روشن شدن ضرورت جایگزینی سیستم فوق با سیستم فعلی بایستی وضعّیت موجود ، تشریح و معایب و محسنّات هر دو سیستم از دیدگاه فنی و اقتصادی مورد مقایسه قرار گیرد تا پشتوانه مناسبی برای اجرای پروژه ، مستدل گردد.
وظیفه سیستم دور کمکی :
کوره های واحد و اول و دوم سیمان آبیک مجهز به 2 الکتروموتور و 2 گیربکس می باشند که در طرفین گیربکس و موتور اصلی کوره قرار می گیرند.
قبل از راه اندازی کوره با دور اصلی ، موتور کمکی استارت و گشتاور مورد نیاز از طریق گیربکس کمکی به گیربکس اصلی منتقل می گردد ، و گاهی نیز در طول توقفات کوتاه مدت کوره ، مشعل کوره خاموش نمی گردد و در صورتی که کوره در موضع ثابت باقی بماند ، آستر نسوز ، بدنه کوره ، رینگها و غلطکها وهم چنین فعل وانفعالات شیمیایی مواد داخل کوره نیز بطور جدی صدمه می بینند . لذا جهت جلوگیری از صدمات فوق که با ده ها میلیون تومان خسارات مالی همراه است ، بایستی کوره را با دور کمکی به گردش در آورد. با استارت الکتروموتور کمکی ، گیربکس کمکی شروع به کار می کند و محور خروجی گیربکس ، محرک محور ورودی گیربکس اصلی می گردد و بدین ترتیب کوره با دور کم به چرخش در می آید. یکی از الزام آورترین خصوصیات این نوع کوره ها اینست که یرای به گردش درآوردن کوره از 2 الکتروموتور و 2 گیربکس در طرفین محور کوره استفاده شده است ، در نتیجه سنکرون بودن موتورها و گیربکسهای دو طرف ، اصلی ترین فاکتور بهره برداری از سیستم درایو کوره است و چنانچه همزمانی دوران گیربکس مورد توجه قرار نگیرد ، تخریب و خسارت بر تجهیزات مختلف کوره ، حتمی خواهد بود. و همین زوج بودن محرک باعث گردیده که نتوان کوره های سیمان آبیک را نیز مانند بعضی از کارخانجاتی که کوره سبکتری دارند واز موتورهای بنزینی - هوا خنک ( فولکس) استفاده می کنند ، فقط با یک محرک به چرخش درآورد. بعنوان مثال اگر سعی شود که فقط با سیستم دور کمکی یکی از طرفین ، کوره را به چرخش درآورد بدلیل اینرسی زیاد کوره ، فشار بیش از حدی به موتور و گیربکس کمکی و همچنین پایه های بتنی غلطکها وارد شده و حتی امکان چرخش دنده گیربکس اصلی حول محور خود را بوجود خواهد آورد و هزینه توقف تولید و بازسازی و تعمیرات به چند ده میلیون تومان خواهد رسید.از طرفی نیز اگر بخواهیم از 2 موتور بنزینی و یک گیربکس سنکرون استفاده کنیم ، شاید از نظر فنی قابل قبول باشد اما ، هزینه انتخاب ، طراحی و نصب چنین گیربکسی ، اندک نخواهد بود. و نکته مهمتر ایتست که ، تنها مسئله بچرخش در آمدن کوره کافی نیست بلکه ، کنترل و راهبری سیستم کمکی نیز باید مدّ نظر قرار گیرد تا در صورت لزوم بتوان کوره را در موضع و موقعیت های مختلف با توجه به اینرسی فوق العاده آن به هنگام راه اندازی و همینطور در هنگام ترمز در زمان چرخش بطور دقیق کنترل و متوقف نمود.
ضرورت جایگزینی سیستم جدید :
مشخصات سیستم فعلی:
کمکی
FELENDER تعداد :
برای هر کوره = 2 توان:
63 KW گشتاور:
422NM N1 :
1450 rpm N2 :
65 rpm
الکتروموتور
کمکی
ELIN تعداد :
برای هر کوره = 2 توان:
66 KW V= 380
A= 120
Cos f = 0.9 N :
1450 rpm
مشخصات فوق برای هر دو کوره واحد اول و دوم تقریبا مشابه است و لذا می توان یک طرح را برای هر دو تعمیم داد.نکته حائز اهمیت در اینجا ، میزان گشتاور مورد نیاز برای به چرخش دراوردن کوره ها در لحظه استارت می باشد که احتمالا مقدار فعلی (NM422) با توجه به افزایش ظرفیت کوره ها در برنامه توسعه کارخانه تا حد 470 نیوتن متر افزایش خواهد یافت.
سیستم های هیدرولیک:
1- محل بازدید: کارخانه سیمان تهران- کوره 4000 تنی واحد ششم.
طراح : POLIYSIUS
محرک دور کمکی : هیدروموتور
یک موتور دیزل 6 سیلندر در اطاقک زیر کوره نصب گردیده که در مواقع نیاز به دور کمکی ، توسط مدار فرمان برقی استارت می گردد و سیستم هیدرولیک را که متشکل از هیدروپمپ FILLER برای تغذیه سریع مسیر هیدرولیک ،
هیدروپمپ اصلی به منظور ایجاد دبی مورد نیاز ،
شیر کنترل فشار ، بعنوان SAFTY VALVE SYSTEM ،
شیر اصلی کنترل مسیر بعنوان MASTER DIRECTIONAL VALVE ،
و شیر های کنترل دبی به منظور تنظیم دبی مورد نیاز می باشد که از طراحی وترکیب این عناصر ، سیستم هیدرولیک بشکل یک POWER UNIT درآمده و بوسیله هدایت کننده ها ( لوله ها ، شیلنگها ، اتصالات ) از طریق مجاری سقف اطاق دیزل به هیدروموتورهای کوپل شده به گیربکس کمکی ، روغن را با دبی و فشار قابل کنترل میرسانند که هیدروموتورهای سمت چپ و سمت راست کوره بتوانند گشتاور مورد نیاز برای بچرخش درآوردن کوره را ایجاد نمایند.
یک سیستم شارژباطری نیز برای موقع قطع برق در کنار مدار فرمان استارت ، طراحی شده و درصورت لزوم ، می تواند منبع تغذیه استارتر باشد.
2- محل بازدید: کارخانه سیمان تهران- کوره 2100 تنی واحد چهارم.
طراح : FLSHMIDTH
یک موتور دیزل که شفت خروجی آن بوسیله یک اهرم دستی به یک کوپلینگ متصل شده و توسط کوپلینگ به یک مبدل گشتاور که می تواند گشتاور موتوردیزل را بصورت سنکرون در 2 جهت چپ و راست منتقل نماید متصل شده است که گشتاور مورد نیاز را برای بحرکت درآوردن 2 دستگاه هیدرو پمپ که بصورت موازی در طرفین چپ و راست سیستم راه انداز ، نصب شده اند ، تامین می کند.
در این سیستم نیز همانند کلیه سیستم های هیدرولیک از شیرهای کنترل فشار ، دبی ، مسیر و هدایت کننده ها استفاده شده است که درنهایت روغن را به هیدروموتور منتقل و چرخش کوره با دور کمکی را باعث می شوند.
در سمت مقابل موتور دیزل نیز یک الکتروموتور با توانی برابر با موتور دیزل نصب گردیده که در مواقع عادی که برق وجود دارد می تواند بعنوان محرک سیستم هیدرولیک ، فعال شود. بنابراین در شرایط نرمال ، سیستم راه اندازی دور کمکی بصورت برقی و با الکتروموتور ، و در شرایط اضطراری توسط موتور دیزل ، استارت می گردد.
جدول 1 - مقایسه سیستم های مورد استفاده در واحد چهارم و ششم کارخانه سیمان تهران:
سیستم چرخش دور کمکی کوره 4000 تنی :
(FLSHMIDTH )
معایب:
2-نگهداری و تعمیر سیستم هیدرولیک
3-استارت دور کمکی فقط توسط دیزل
محاسن :
2-چرخش سنکرون
معایب:
2-نگهداری و تعمیر سیستم هیدرولیک
محاسن :
2-چرخش سنکرون
3-بهره برداری از سیستم هیدرولیک بوسیله الکتروموتور
4-استفاده از مبدل گشتاور برای هماهنگی سیستم هیدرولیک
5-طراحی ساده و استفاده از کمترین تجهیزات
جدول 2 – مقایسه سیستم های صرفا برقی و سیستم های صرفا دیزل:
فقط برقی: فقط دیزلی / بنزینی
معایب:
2- ریسک بالا بدلیل احتمال زیاد قطع برق
محاسن:
2- بهره برداری راحت تر
3- سادگی طراحی معایب:
1- مشکل بودن سنکرون نمودن موتورها در کوره هایی که بایستی با 2 موتور مورد استفاده قرار گیرند.
2- در صورت استفاده از مبدل گشتاور ( دیفرانسیل ) ، ابعاد تجهیزات بسیار بزرگ و حجیم خواهند بود.
مشکلات مربوط به سیستم های صرفا برقی کاملا مشخص است و تجربه موزی شکل شدن کوره واحد دوم نمونه بارز ناکافی بودن این سیستم ها می باشد ، که نهایتا منجر به چاره اندیشی و استفاده از یک سیستم تلفیقی " دیزلی – هیدرولیکی " برای دور کمکی کوره ها گردیده است.
در بعضی از کوره های سبک از یک موتور بنزینی فولکس جهت چرخش با دور کمکی استفاده شده است . استفاده از یک موتور مکانیکی فقط در کوره های سبک امکان پذیر می باشد و در کوره هایی که به منظور جلوگیری از " بار جانبی " ( (Side Load باید از 2 موتور استفاده شود ، احتمال سنکرونیزاسیون موتورها بدون استفاده از تمهیدات و تجهیزات بسیار گرانقیمت امکان ندارد.
در سیستم های تلفیقی ( برقی- هیدرولیکی – دیزلی ) فقط در شرایطی که مشکل برقی وجود داشته باشد از موتور دیزل استفاده می شود و ریسک عدم موفقیت استارت کوره بستگی به شرایط نگهداری و تعمیرات موتور دیزل کوپل شده به سیستم هیدرولیک دارد و از طرفی نیز هوای سرد باعث افزایش ریسک عدم استارت دیزل را افزایش می دهد که در هر دو صورت چنانچه برنامه مدونی برای نگهداری موتور دیزل و تامین محل مناسب با دمای کنترل شده ، وجود داشته باشد ، بهترین گزینه برای جلوگیری از صدمات ناشی از توقف کوره گرم را خواهیم داشت.
جدول 3 – مقایسه موتور دیزل و بنزینی برای سیستم های تلفیقی هیدرولیک- دیزلی/بنزینی
بنزینی دیزلی
معایب:
2- توان محدود
3- محدودیت خدمات و لوازم یدکی
محاسن:
1- آلودگی بیشتر
2- نیاز به محیط گرم در فصل سرما
محاسن:
2- مصرف سوخت کمتر
3- توان بیشتر
با تجزیه و تحلیل مقایسه ای مزایا و معایب هر یک از روشهای فوق ، روش استفاده از سیستم "موتوردیزل – هیدرولیک – الکتروموتور " ، کاملا بهینه و منطقی بنظر می رسد.
درحال حاضر جهت راه اندازی سیستم مورد نظر می بایست نکاتی را در نحوه انتخاب تجهیزات و قطعات مورد توجه قرار داد که درصورت نیاز به طراحی داخلی ، اگاهی ازاین نکات الزامی خواهد بود.
سیستم هيدروليك دور کمکی کوره ، نيروي خود را از دوران يك هیدروپمپ به دست مي آورد. اين دوران زماني ايجاد ميشود كه يك سيال تحت فشار وارد محفظه هیدروموتور شود. وضعيت سيال توسط پمپ و شيرهائي جهت افزايش، كاهش و يا حفظ فشار به صورت مورد نياز درآمده و ميتواند نيروي لازم براي به حركت درآوردن محور خروجی هیدروموتور را فراهم كند. بنابراين نيروي موجود درسیستم هيدروليك با حداكثر فشار موجود در هیدرو موتور تعيين مي شود.
دور کمکی هيدروليك قادر است گشتاور كامل خود را در هر وضعيتي از دوران هیدرو موتور به گیربکس اصلی اعمال نمايد. همچنين میزان دوران را ميتوان در هر حدي از مسير چرخش محدود ساخت. اين در حالي است كه در سیستم های برقی یا مكانيكي ، توقف كامل را تنها در انتهاي مسير دوران پس از ترمز ميتوان كسب نمود.
ويژگيهاي سیستم هيدروليك کوره را به صورت زیر ميتوان خلاصه نمود:
1- تغيير و تنظيم سرعت دوران در حالت ايجاد نيروي ثابت
2- تنظيم نيروي وارده به ميزان مورد نياز
3- قابلیت اندازه گيري و كنترل الكترونيكي نيروي وارده طي دوران کوره
نکات قابل توجه در طراحی سیستم هیدرولیک کوره :
تعيين فشار كاري سيستم
اجزاء اصلي سيستم هيدروليك دور کمکی کوره
تجهیزات و عناصر مورد نیاز برای طراحی و ساخت / خرید داخلی / خرید خارجی ، برای هریک از کوره ها بشرح زیر می باشد:
1- موتور دیزل - 1 دستگاه
2- هیدروپمپ - 2 دستگاه
3- هیدروموتور- 3 دستگاه
4- شیرهای کنترل مسیر ، کنترل فشار ، کنترل دبی، مقسم جریان
5- هدایت کننده
6- پاور یونیت
در صورتی که قرار بر طراحی و ساخت داخلی باشد ، می توان با تهیه تجهیزات اینکار را انجام داد ولی بایستی قبل از شروع کار ، نکاتی را در رابطه با طراحی ، مد نظر قرار گیرد.
بطور مثال در سا يزينگ پمپ ها حدود ده درصد به دبي تعيين شده از طريق محاسبات تئوريك اضافه مينمايند.
در انتخاب شير اطمينان (فشار شكن)، فشار تنظيمي بايد ده درصد بيشتر از فشار كاري سيستم باشد.
برای انتخاب یک هیدروموتور حداقل موارد زیر باید مشخص گردد:
تعيين گشتاور و سايز هيدروموتور :
• حجم جابجایی روغن بر حسب cm3
• حداکثر دبی مجاز عبوری از موتور و حداکثر سرعت
ثابت گشتاور برحسب Nm/bar . توسط این ثابت میتوان مقدار گشتاور موتور را در فشار های کاری مختلف محاسبه نمود.
حداکثر گشتاور موتور در اختلاف فشار ماکزیمم بر حسب Nm
در صورتی که بخواهیم طراحی و ساخت توسط شرکتهای داخلی ، انجام شود بایستی با شرکتهای موجود تماس گرفته شود که در این راستا فعالیتهایی انجام گرفته است.
نحوه انتخاب پمپهاي هيدروليك
1- در سايزينگ پمپ ها در عمل بايد (10 % ) به دبي تعيين شده از طريق محاسبات تئوريك اضافه نمود.
2- در انتخاب شير اطمينان (فشار شكن)، فشار تنظيمي بايد (10 % ) بيشتر از فشار كاري سيستم باشد.
هر دو مورد (1) و (2) باعث ميشود توان بيشتري در سيستم هيدروليك تزريق شود.
3- اگر دبي پمپ در يك دور مشخص ( مثلا 1500 rpm ) ارائه شده باشد، براي بدست آوردن دبي پمپ در دور كاري (مثلا 1440 rpm ) از رابطه زير ميتوان استفاده نمود:
كه در آن :
n1: دور تئوريك دوران پمپ (rpm )
n2 : دور كاري ( rpm)
: دبي پمپ در دور تئوريك ( lit/min )
: دبي پمپ در دور كاري ( lit/min )
فشار كاري در خروجي پمپ
اين مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Outlet و با واحد bar ارائه مي شود و نشانگر ماكزيمم فشاري است كه پمپ قادر به ايجاد آن مي باشد. البته لازم به يادآوري است كه پمپها ايجاد جريان مي كنند و قرار گرفتن يك مانع در برابر اين جريان، باعث ايجاد فشار مي گردد. فشار كاري معمول براي پمپ هاي دنده أي به صورت 250,225,200,175,150,100,50,10 بار مي باشد.
فشار كاري در ورودي پمپ
اين مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Inlet و با واحدbar ارائه ميشود و نشانگر محدوده قابل قبول براي اعمال فشار در ورودي پمپ مي باشد. ورودي پمپ را به خط مكش وصل مينمايند كه توسط آن روغن از منبع به سمت پمپ مكيده ميشود. در حقيقت مكش فقط يك كلمه است كه براي نشان دادن سمت روغن گيري پمپ بكار ميرود. اصولا مايعات قابل كشيده شدن نيستند بلكه فقط با نيروي فشار خارجي هل داده مي شوند.
قدرت كشش يك پمپ بستگي به ميزان اختلاف فشار سمت مكش پمپ و فشار هواي روي سطح مايع دارد. بنابراين حتي اگر يك پمپ بتواند توليد خلا مطلق كند، مقدار ارتفاع كشش مايع آن از حداكثر نيروي فشار جو تجاوز نميكند و حد نهايي ارتفاع كشش را حداكثر فشار وارده بر سطح مايع از طرف هواي بيرون تعيين مي كند و به قدرت پمپ بستگي ندارد از اين رو ارتفاع مكش پمپها محدود مي باشد و هر چه پمپ نزديكتر به سطح مايع نصب شود، مايع راحت تر و آسان تر به سمت پمپ رانده ميشود و احتمال ايجاد كاويتاسون كمتر ميشود. به طور معمول فشار كاري در ورودي پمپ ها بين –0.3bar و +1.5bar مي تواند باشد.
سرعت دوران پمپ
حجم جابجايي روغن
دبي موثر
توان موتور راننده پمپ
در مورد سیستم دور کمکی کوره موتور دیزل از سمت مقابل الکتروموتور نصب می گردد . با توجه به محدودیتهای مالی شرکتهای طراح سیستم هیدرولیک پیشنهاد می گردد انتخاب موتور بعهده شرکت پیمانکار بوده و خرید آن توسط کارخانه باشد.
دماي كاري روغن
درجه ويسكوزيته
فيلتراسيون
منبع:مقالات علمی ایران /س