Модернизация тягодутьевых машин

Модернизация
тягодутьевых машин
Паоло Сачченти, компания
Boldrocchi S.r.l., Италия,
разъясняет, как простая
процедура позволяет
увеличить объемы
производства.
Краткое содержание
Нередки случаи, когда объемы производства целого завода
можно увеличить путем модернизации только нескольких
небольших элементов, так как остальные и так обладают
достаточной мощностью, и изначально поставляются с
достаточным запасом.
Модернизация и/или замена определенных элементов
производства, таких как фильтры или мельницы и т.д., требует
переоборудования тягодутьевых машин (ТДМ), которые
должны
соответствовать
новым
рабочим
условиям.
Возможность увеличения производительности и давления ТДМ
при
минимальном
вмешательстве
в
существующие
фундаменты и системы газоходов является важным фактором,
который
может
помочь
в
принятии
решения
о
переоборудовании производства.
В этой статье описывается весь процесс модернизации ТДМ,
начиная с проверки эксплуатационных характеристик и
заканчивая приемочными испытаниями, а также обсуждаются
ограничения различных методов модернизации от простого
удлинения лопаток рабочего колеса до полной замены ротора и
подшипников с частичной модернизацией улиты или без нее.
Помимо этого, здесь приводятся несколько примеров
успешного выполнения модернизаций компанией Boldrocchi
S.r.l., которая в этом году отмечает столетие деятельности в
области производства тягодутьевых машин.
[Mar 09]
ВВЕДЕНИЕ
Качественный
результат
всех
трех
способов
модернизации показан на Рисунке 1. Кривая A
представляет собой ТДМ до модернизации, в то время
как кривая В представляет собой результат
модернизации. Обратите внимание на то, что
сопротивление
системы,
отображаемое
двумя
параболами, может как изменяться, так и нет.
Сопротивление системы остается неизменным, если в
нее не добавляются новые элементы, либо если
существующие элементы (за исключением ТДМ), не
модифицируются. Увеличение мощности и давления при
отсутствии изменений системы (кривая C) представляет
собой ∆Q и ∆P, в то время как ∆Q1 и ∆P1 представляют
собой модернизированную систему (кривая D). При
неизменности системы новая поглощаемая мощность
составляет W1r, в то время как при модернизации
системы она составляет W2r .
Что такое «модернизация» тягодутьевой машины? Это
переоборудование ТДМ в целях улучшения ее
производственных характеристик, т.е. мощности и
давления. Эти параметры связанны с либо с
потенциальной возможностью увеличения объемов
производства завода или фабрики, либо с новым
рабочими условиям заводского процесса. Суть
модернизации ТДМ состоит в том, что она не должна
повлечь за собой изменение остальных элементов
производства; другими словами, новая машина должна
вписаться в существующие:
• Фундаменты.
• Газоходы всаса и нагнетания.
• Улиту ТДМ (минимальные изменения).
Элементы ТДМ, которые могут изменяться:
• Крыльчатка.
• Всасывающая воронка.
• Вал.
• Подшипники.
• Муфта.
• Электродвигатель.
• Улита (потенциальные изменения).
УВЕЛИЧЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
Это самый простой, но самый редкий способ увеличения
производительности больших тягодутьевых машин.
Производительность ТДМ изменяется по законам
подобия
(где
суффикс
«r»
указывает
на
модернизированную тягодутьевую машину):
В данной статье не рассматривается модернизация
ТДМ в целях улучшения механической надежности, как,
например, замена подшипников; либо в целях увеличения
срока службы ТДМ, как, например, замена материала
ротора; либо в целях повышения уровня устойчивости
абразивному износу/коррозии путем замены пластин
износа крыльчатки.
Qr = Q * RPMr/RPM
Psr = Ps * (PRM1/RPM)2
Wr = W* (RPM1/RPM)3
КПДr = КПД
Производительность
Давление
Мощность на валу
КПД
Влияние такой модернизации
изображено на рис. 2.
на
характеристики
СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ
Проверка исходных данных
Методы, используемые для модернизации:
• Увеличение частоты вращения.
• Удлинение лопаток рабочего колеса.
• Замена крыльчатки.
Для внедрения этого типа модернизации, необходимо
предварительно проверить следующие параметры:

Механическое напряжение крыльчатки при
новой частоте вращения.
 Критический запас частоты вращения
вала.
 Ресурс подшипников.
 Установленную мощность используемого
двигателя.
 Максимальный крутящий момент муфты.
 Устойчивость фундамента.
 Стабильность газохода/элементов под
воздействием нового рабочего давления.
Достоинства/ограничения
Данное
решения
обладает
достоинствами и ограничениями:
Рисунок 1. Расход – мощность на валу при статич.давлении
FLOW RATE - SHAFT POWER
Достоинства
 Нет необходимости модифицировать ротор при
небольшом увеличении частоты вращения.
 Отсутствие изменений статических частей.
 Неизменность коэффициента полезного действия.
 Подходит для ТДМ, управляемых приводом с
переменной частотой вращения, либо ременным
приводом.
800
700
0
1480
Power [kW]
600
500
1300
400
300
200
100
000
0
0
50000
100000
150000
200000
Flow Rate
250000
[m^3/h]
300000
Рисунок 2. Расход – мощность на валу
350000
400000
следующими
450000
Ограничения
 Необходимость замены двигателя при работе с прямой
передачей.
 Увеличение абразивного износа рабочего колеса при высокой
концентрации пыли в газе.
Увеличение рабочей скорости из-за изменения полярности
электродвигателя
часто
предполагает
механическую
модернизацию ротора, подшипников и муфты.
УДЛИНЕНИЕ ЛОПАТОК РАБОЧЕГО КОЛЕСА
Рисунок За. Вентилятор чистого воздуха.
Это очень легкое в исполнении механическое решение, принцип
которого заключается в увеличении диаметра рабочего колеса
путем «удлинения» задней кромки лопаток ТДМ. Края лопаток
выходят за пределы центрального и покрывающих дисков.
Наконечник может либо соблюдать угол лопатки, как показано на
втором эскизе Рис.3a, либо увеличивать его, в соответствии с
первым эскизом этого же рисунка.
Кривая характеристик тягодутьевой машины изменяется подобно
виртуальному увеличением частоты вращения, но с учетом
поправочного коэффициента (где: D = диаметр рабочего колеса, а
К и K1 = коэффициенты >1).
Qr = Q* D1/D* К
Psr= Ps* (D1/D*K)2
Wr= W* (D1/D*К)3*К1
Коэффициенты К и K1 зависят от увеличения диаметра и угла
удлиняющего элемента.
Коэффициент полезного действия на кривых характеристик ТДМ
является качественной величиной; то же показано на Рисунке 1.
Варианты исполнения
Варианты исполнения удлинения лопаток показаны на Рисунке 3
(a, b и c). На Рисунке 4 показано использование этого способа для
эксгаустера сырьевой мельницы.
Рисунок 3b. Дымосос с пылевой нагрузкой.
Проверка исходных данных
Для внедрения этого типа модернизации, необходимо
предварительно проверить следующие параметры:
 Механическую целостность лопаток.
 Установленную мощность используемого двигателя.
 Максимальный крутящий момент муфты.
 Расстояние между языком улиты и крыльчаткой.
Удлинители
навариваются
на
лопатки
и
покрывающий/центральный диск в соответствии с Рис. 3. При
работе с чистым газом (Рис. 3a), удлинитель приваривается к
лопатке простым угловым швом.
Это невозможно на
крыльчатках, оснащенных пластинами износа, так как место
разрыва углового шва может подвергаться сильному абразивному
износу. В этом случае используется сварка встык (Рис.3b), а
удлинитель усиливается полудисками, приваренными к
покрывающему и центральному дискам. На лопатках с
аэродинамическим профилем, где обычно отсутствует пылевая
нагрузка, удлинители могут привариваться угловым швом или
фиксироваться на болты, как показано на Рис. 3c.
Расстояние между языком улиты и наружным диаметром
рабочего колеса также играет важную роль. Минимальное
расстояние не должно быть менее 5% от нового диаметра
рабочего колеса.
Рисунок 3c. Лопатка аэродинамического профиля.
Достоинства/ограничения
Этот метод обладает
ограничениями:
следующими
достоинствами
и
Достоинства
 Простота исполнения: через смотровую дверцу, без демонтажа
ТДМ.
 Быстрое выполнение работы: два дня, включая
повторное балансирование.
 Модернизация статических частей требуется редко.
 Замена двигателя требуется редко.
Ограничения:
 Максимальное увеличение мощности составляет 810%, а давления — 16-20%.
 Уменьшение КПД ТДМ на 3-4%.
 Увеличение уровня шума.
ЗАМЕНА РОТОРА
Этот метод применяется, когда необходимое увеличение
производительности превышает пределы предыдущих
решений. Обычно при замене ротора можно достичь 2025% увеличения производительности при той же частоте
вращения. Кривая характеристик остается подобной,
однако исходная форма кривой немного изменяется.
Увеличение скорости потока внутри улиты означает
большие потери давления, однако в расчетной точке это
не существенно. Также такая модернизация влияет на
КПД.
Изменение характеристик тягодутьевой машины
показано на Рис.5.
Производственные решения и примеры
Процедуру размещения нового ротора в существующей
улите
необходимо
тщательно
спроектировать.
Ограничениями данного решения обычно выступают
внутренние размеры улиты, т.е. ширина и расстояние
языка улиты от оси вращения. На Рис.6 показаны
габариты, подлежащие обязательной проверке.
Если внешний край новой крыльчатки слишком близок к
языку, необходимо модифицировать эту часть улиты. На
Рис.7a и b показан чертеж измененного языка и его
реализация.
На Рис.8 показан чертеж замены ротора ТДМ. Левая
часть представляет собой исходную конфигурацию
всасывающей воронки, а справа - модернизацию.
Обратите внимание на расширительные элементы,
позволяющие осевое смещение всасывающей воронки,
возникающее из-за увеличения ширины крыльчатки.
Рисунок 4a. Эксгаустер сырьевой мельницы с удлинением лопаток
Проверка исходных данных
Для внедрения этого типа модернизации, необходимо
предварительно проверить следующие параметры:
 Внутренние размеры улиты для нового ротор
(ширина, расстояние до языка, новая всасывающая
воронка).
Рисунок 4b. Увеличенное изображение лопатки
FLOW RATE - TOTAL PRESSURE
1600
1400
Pressure [mmH2O]
1200
1000
800
600
400
200
0
0
20000
40000
60000
80000
100000
Flow Rate
Рисунок 5. Расход – полное давление.
120000
[m^3/h]
140000
160000
180000
200000
Рис. 6 Габариты, которые важны при замене ротора
Рисунок 7а. Изменение улиты для большего рабочего колеса
 Новое расположение двигателя на опорной плите.
Ограничения
 Возможность
повторного
существующего вала.
 Существующие подшипники.
 Для монтажа нового ротора требуется остановка
ТДМ, поэтому модернизацию лучше планировать во
время плановой остановки производственной линии.
 Фундаменты, в случае изменения частоты вращения.
ПРОЦЕСС МОДЕРНИЗАЦИИ
 Устойчивость газохода/элементов под воздействием
нового рабочего давления.
Модернизация тягодутьевой машины подразумевает
под
собой
использование
одного
из
трех
вышеупомянутых способов или их сочетания. Данная
работа требует всестороннего анализа текущих рабочих
условий
ТДМ
на
площадке
и
обсуждения
технических/коммерческих вопросов с заказчиком
ТДМ для понимания того, какие характеристики ТДМ
требуются для обеспечения новых производственных
задач. Для выполнения проекта требуется осуществить
следующие шаги:
использования
Достоинства/ограничения
Данный метод обладает следующими достоинствами и
ограничениями:
Достоинства
 Потенциал по увеличению производительности
превышает друге виды модернизации.
 Незначительное влияние на коэффициент полезного
действия нового ротора.
 Сбор данных от заказчика: фактические рабочие
параметры, задачи модернизации, чертежи.
 Анализ технической выполнимости.
 Предоставление технического предложения.
 Диагностика
модернизируемых
ТДМ
для
определения характеристик и размеров.
 Финальное техническо-коммерческое предложение и
заказ.
 Изготовление – доставка – монтаж – пуск –
балансировка.
 Эксплуатационные испытания на объекте для
проверки рабочих параметров.
Эксплуатационные испытания ТДМ на площадке очень
важны, поскольку ТДМ в реальности редко работает в
соответствии с паспортными данными. На успешный
результат значительно влияет точный выбор начальной
точки. Эксплуатационные испытания выполняются
шефмонтажниками согласно стандарту AMCA 203.
ВЫВОДЫ
Рисунок 7b
Производительность ТДМ можно увеличить путем
модернизации некоторых ее элементов, при этом, не
влияя на габаритные размеры установки.
Модификация языка улиты
 Производительность можно увеличить от 5% до
30%.
 Давление и мощность изменятся соответственно.
 Вносимые изменения практически не влияют на
коэффициент полезного действия ТДМ.
 Влияние работ по модернизации ТДМ на
деятельность производства может варьироваться от
локального отсоединения ТДМ от сети для
удлинения лопаток до запланированной остановки
производства для замены ротора и модификации
улиты.
 Все три способа модернизации могут сочетаться
между собой.
 Модернизация не влияет на эксплуатационную
надежность ТДМ.
Компания Boldrocchi S.r.l. оказывает все услуги,
перечисленные в разделе «процесс модернизации»,
начиная с анализа технической осуществимости и
заканчивая поставкой компонентов, их монтажом и
пуско-наладочными работами с балансировкой на
объекте. Возможна модернизация как тягодутьевых
машин марки Boldrocchi, так и ТДМ любых других
изготовителей.
Рисунок 8
Модификация всасывающей воронки с более широкой
крыльчаткой
Выдержка из списка референций
Год
2002
2004
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2006
2006
2006
2006
2006
2007
2007
2007
2007
2007
2007
2008
2008
Тип оригинального
вентилятора
L21/1320
45L-322/1260
HK150 215
HK190305
DX 230
HF 3S 330
HKD 100 135
HF4S TS 254
Y5-47-11
HK 150 287
MRD 150/248
DP TS 174
HRWS 562250
HF 3S-TD
L56' 190/1
HF 3S 330
Y4-73-13
HEDX SL
HD-36/1200
DP TD 221 3TD
HK 190290
Производитель
Humboldt
Humboldt
Humboldt
Humboldt
Solyvent V.
Solyvent V
Humboldt
Solyvent V
CMBI
Humboldt
Humboldt
Solyvent V.
Velti-oelde
g
•<
1
<
Заказчик
Buzzi Untcem
The ran Cement
Italcementi
Itaicementi
Buzzi Unicem
Buzzi Unicem
Italcementi
Itaicementi
CoJacem
SET (Italcementi)
SET (Italcementi)
SET (Italcementi)
Holcim
Buzzi Unicem
llalcementi
Buzzi Umcem
Domicem
Italcementi
Buzzi Unicem
Buzzi Unicem
Cementir
Mareiii
Solyvent V
CMBI
Solyvent V.
Marelli
Solyvent V.
Humboldt
Установленная
мощность (кВт)
450-450
630 630
470-560
1120-1120
700-900
1400-1600
250-400
640-640
1000-1000
650-960
130-315
650-1250
1700-2100
1400-1400
132 300
1400-1600
1000-1000
110-200
350-450
1000-1000
600-920
Местоположение
К-во
Объект работы
Поставляемые детали
Цель переоборудования
Кадола (Италия)
ИРАН
Коллеферро (Италия)
Анорга (Испания)
Бартетта (Италия)
Вернаска (Италия)
Коллеферро (Италия)
Салерно (Италия)
Рагуса (Италия)
Анкара (Турция)
Анкара (Турция)
Анкара (Турция)
Ternate (Италия)
Бартетта (Италия)
Триест (Италия)
Вернаска (Италия)
Санто-Доминго
Коллеферро (Италия)
Робиланте (Италия)
Робиланте (Италия)
Сполето (Италия)
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
Дымосос печи
Вентилятор подогревателя
Дымосос печи
Дымосос печи
Дымосос печи
Дымосос фильтра
Дымосос фильтра
Дымосос печи
Вентилятор сырьевой мельницы
Дымосос печи
Дымосос фильтра
Дымосос печи
Вентилятор сырьевой мельницы
Дымосос печи
Дымосос фильтра
Дымосос фильтра
Вентилятор сырьевой мельницы
Вентилятор цементной мельницы
Дымосос фильтра
Дымосос печи
Вентилятор Ricirc
USH+IB+C+BE+EM
USH
USH+IB+CM+C+BE + EM
l+SH+IB
USH+IB+BE+CM
SH+IM+BE+EM
l+SH+BE+IB+CM+C+EM
UIB+CM
SH+I+IB+BE
SH+I+IB+EM
IM+EM
SH+UIB+EM+CM
i+SH+iB
BT+IM
USH+IB+C
SH+IM
USH+IB+BE
USH+IB+BE
BT+EM+C
1 ♦ IB
UIB+SH+BE+C-EM
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Механическая надежность
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Механическая надежность
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Увеличение производительности
Рисунок 9. Примеры применения на производствах
Условные обозначения
SH
вал
I
крыльчатка
IB
всасывающая воронка
IM
EM
ST
модернизация рабочего колеса
электродвигатель
паровая турбина
BE
CM
ВТ
подшипники
модификация языка
удлинение лопаток
• до и после модернизации
VC
CS
направляющий аппарат
улита