1工藝描述

1.1概述

密煉機，是橡膠生產(chǎn)線或塑料生產(chǎn)線的起始工序。它的作用是通過剪切，擠壓，攪拌作用，將生料粉碎，塑化，并將配合劑均勻分散到橡膠產(chǎn)品內(nèi)部。其主要原料有：

生橡膠

填充劑（炭黑和其它）

硫化劑和催化劑

塑化劑

特殊材料

密煉機混煉工藝一般分為兩種工藝：分批混煉工藝和連續(xù)混煉工藝。對于不同的混煉工藝，起密煉機機械結構和負載類型都是不同的。

分批混煉又分為一段混煉法和二段混煉法工藝。一段混煉為在原料經(jīng)過一個混煉周期后，直接進入擠出機產(chǎn)生成品。而二段混煉法為，在原料進過一個混煉周期后，還要進入第二段混煉機，進行第二段混煉，才能最終進入擠出機產(chǎn)生成品。

對于連續(xù)混煉，則為進料側(cè)連續(xù)進料，出料口連續(xù)出料，連續(xù)生產(chǎn)。

無論那種工藝，起內(nèi)部混煉過程可分為：細分(break),混入(internal mix, blend),分散(Dispersive mixing),簡單結合，塑化階段。

經(jīng)過密煉機的橡膠產(chǎn)品，再通過冷卻器，擠出機，成為成品。再將成品作為輪胎，塑料等的原料。

塑料密煉機和橡膠密煉機結構相同，工藝過程一致。

1.2密煉機類型

國內(nèi)常見的密煉機為分批密煉機，分批密煉機又成為banbury密煉機，其結構如下圖：

主要分為三部分：加料部分，混煉部分和卸料部分。

● 加料部分

加料部分主要由加料漏斗和壓料缸組成。橡膠生料由漏斗加入，關閉翻板門，由氣缸產(chǎn)生壓力將生料和混合劑壓入密煉室，并在密煉過程中給物料提供持續(xù)的壓力來加速煉膠過程。

壓料缸所提供的壓力可以變化，壓力的大小關系負載的變化，當負載過大時，可以通過調(diào)制壓料缸的壓力來減小負載。

● 混煉部分

混煉部分由轉(zhuǎn)子，密煉室和密封裝置組成。物料加入混煉室后，就在由兩個具有螺旋棱的，有速比的，相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與混煉室壁、上、下頂栓組成的混煉系統(tǒng)內(nèi)受到不斷的變化的反復進行的強烈剪切和擠壓作用，使膠料產(chǎn)生剪切變形，進行了強烈的捏煉。由于轉(zhuǎn)子有螺旋棱，在混煉時膠料反復地進行軸向往復運動，起到了攪拌作用，致使混煉更為強烈。

● 卸料部分

當一個混煉周期結束后，卸料門鎖鎖緊裝置被打開，混煉后橡膠通過卸料口被卸到容器或者皮帶上，進入第二道混煉工序或者進入擠出機。在卸料后，當密煉機溫度達到其初始溫度，下一批生料即被加入到密煉機內(nèi)進行密煉。所以，分批密煉得以連續(xù)進行。只有在加料和卸料時，密煉被中斷，所以稱為分批密煉。

2密煉機負載特性

2.1 機械功率

密煉機機械功率和兩個要素有關，一個是密煉機容積，一個是密煉機轉(zhuǎn)速。容積越大，轉(zhuǎn)速越高，密煉機機械功率越高。

密煉機容積范圍為25-650L,轉(zhuǎn)速為15~70rpm，甚至達到90rpm。

轉(zhuǎn)速低于20rpm的密煉機稱為低速密煉機，轉(zhuǎn)速30-40rpm的稱為中速密煉機，轉(zhuǎn)速大于60rpm以上稱為高速密煉機。

密煉機功率范圍在50kW-4000kW之內(nèi)，國內(nèi)目前比較常見的功率為1250kW和2500kW。

2.2 轉(zhuǎn)矩負載特性

密煉機負載類型為恒轉(zhuǎn)矩負載，典型的Banbury密煉機負載特性如下圖所示：

200%額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)5.4s

160%額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)21.6s

130%額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)81s

80%額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)81s

35%額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)81s

在整個負載周期內(nèi)，其均方根等于100%，意味著電機在整個工作周期內(nèi)，電機連續(xù)工作不會發(fā)熱。但是其短時過載200%，在選擇電機和傳動時需要注意。

另外，過載時的轉(zhuǎn)矩和壓料缸的壓力有關系，壓力越大，其負載轉(zhuǎn)矩也越大。通常，壓料缸壓力會根據(jù)負載的大小被調(diào)節(jié)，以保持在密煉過程中，密煉機不會過載。

密煉機的負載特點為高過載，工作周期內(nèi)頻繁過載。

3密煉機傳動需求

3.1 密煉機機械傳動類型

密煉機傳動根據(jù)容量和機械傳動系統(tǒng)不同，可分為單驅(qū)和雙驅(qū)。

單驅(qū)是指一臺電機驅(qū)動一臺密煉機，這種應用一般在密煉機功率小于2500kW以下。

雙驅(qū)是指兩臺電機共同驅(qū)動一臺密煉機，雙驅(qū)一般應用于密煉機功率大于2500kW以上。

3.2密煉機傳動趨勢

傳統(tǒng)密煉機調(diào)速系統(tǒng)，一般采用直流調(diào)速系統(tǒng)，但隨著交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)在的趨勢是采用交流調(diào)速系統(tǒng)，尤其是高壓變頻系統(tǒng)。

3.2.1 直流傳動系統(tǒng)和施耐德高壓交流傳動系統(tǒng)

傳統(tǒng)的直流傳動系統(tǒng)，主要有以下幾個特點：

1. 體積大，成本低。

2. 功率因數(shù)低（0.5~0.7），需要無功補償裝置。

3. 諧波含量大，THDI可達30%，需諧波治理裝置。

4. 控制簡單，速度精度高。

5. 受電網(wǎng)和電機條件和參數(shù)影響，魯棒性不強。

施耐德高壓交流傳動系統(tǒng)的特點：

1. 體積小，成本略高。

2. 功率因數(shù)高（0.95以上），無需無功補償裝置。

3. 諧波含量小，THDI<2%,無需諧波治理裝置。

4. 控制復雜，采用矢量控制算法控制精度可媲美直流電機。

5. 魯棒性強。 

直流傳動系統(tǒng)在結構和控制精度方面，有著自身的優(yōu)勢。但是，其另外幾個缺點卻導致其被交流系統(tǒng)取代。

功率因數(shù)低，直流傳動由于其是直接控制直流電流輸出，所以其在負載和速度變化時，無法保證其功率因數(shù)，導致其功率因數(shù)很低。對于大容量的直流傳動系統(tǒng)，就需要在網(wǎng)側(cè)增加無功補償裝置，這對于客戶來說，也是很大的投入。而且由于直流系統(tǒng)的功率因數(shù)不固定，所以無功補償裝置需要采用動態(tài)補償裝置，其價格很高。

諧波含量大，由于直流傳動為晶閘管器件，采用移相控制，開關頻率不高，其諧波含量非常大，普通直流傳動的電流諧波為30%左右，為電網(wǎng)的最大諧波污染源。需采用諧波治理裝置，這對于客戶來說，也是額外的投入。

需要大的整流變壓器。由于直流傳動的輸入電壓都是低壓輸入，所以輸入側(cè)需要一個高壓-低壓的變壓器。并且由于直流傳動特點，變壓器需要特殊整流變壓器，大容量的低壓整流變壓器對于客戶來說，意味著更多的投入，更大的變壓器面積，以及更多的電纜投資。

3.3密煉機應用要求

3.3.1 密煉機現(xiàn)場要求

密煉機現(xiàn)場由于其工藝特點，需要連續(xù)添加添加劑，硫化劑，炭黑等原料，以及需要持續(xù)冷卻，所以其現(xiàn)場體現(xiàn)出高溫度，高濕度，高煙氣含量等特點。尤其是添加炭黑的過程，炭黑顆?？扇苡跓煔?，隨著煙氣進入電機定子繞組和氣隙，會降低電機絕緣等級，使壽命減少，甚至引起放電和短路等故障。

3.3.2 密煉機電機要求

密煉機電機一般采用4極或6極異步電動機，因其過載能力較高（200%），要求密煉機電機過載能力較高。

密煉機現(xiàn)場高溫度，高濕度，高蒸汽，高炭黑含量，需要高的防護等級和冷卻方式，防護等級IP54和冷卻方式IC31/37是一般的要求。

3.3.3 密煉機傳動控制要求

密煉機要求比較高的精度，并且要求比較高的過載能力，較短的加減速時間。

由于密煉機在故障停機時會使整個批次料作廢，所以在矢量控制下，當編碼器出現(xiàn)故障時要求控制能夠平滑切換至無編碼器矢量模式，保證不停機。另外，要求損壞模塊自動旁路功能，當IGBT故障時，能自動旁路故障模塊，保證不停機。

密煉機雙驅(qū)配置下，需要傳動主從控制，保證兩臺電機輸出轉(zhuǎn)矩相同，齒輪箱無沖擊。在此過程中，主從之間的轉(zhuǎn)矩精度有一定要求。主從實際轉(zhuǎn)矩誤差太大會造成減速箱振動，減少壽命。

4技術方案

4.1單驅(qū)方案

4.2 雙驅(qū)方案

4.3 方案特點

1) 激磁涌流柜，保證變壓器合閘電流小于1In，對電網(wǎng)無沖擊。

2) 采用無速度傳感器矢量控制啟動，啟動電流小，電流無沖擊。

3) 變頻功率元件采用國際著名品牌西門康高壓IGBT，性能穩(wěn)定，可靠性高。

4) 變頻軟起系統(tǒng)10kV直接輸出，不采用升壓方式，方便電纜連接。

5) 低頻啟動轉(zhuǎn)矩大，有效克服靜阻力矩。

6) 較寬的電網(wǎng)電壓波動適應能力，65%~115%Un范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。

7) 低壓穿越功能，3s掉電不停機。

8) 網(wǎng)側(cè)電壓變化自動識別，母線電源切換或電壓閃變自動重啟。

9) 多種電機參數(shù)儲存功能，方便實現(xiàn)不同參數(shù)電機軟起，易于擴展。

10) 54脈整流，輸入諧波< 2%，遠遠小于GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》

11) 及“IEEE519”國際標準規(guī)定的諧波指標，無需諧波治理。

12) 19電平完美正弦波輸出，輸出dV/dt < 500V/us, 共模電壓 < 100 V。

13) 輸出頻率0~50Hz,輸出頻率連續(xù)可調(diào)，并具有跳頻功能，用于跳過共振點。

14) 同步切換功能，實現(xiàn)變頻器-電網(wǎng)平滑切換。

15) 變頻器頻率調(diào)節(jié)精度0.1Hz，穩(wěn)態(tài)精度0.1%。

16) 加減速時間0~1500s可設，分段加速功能，分段速度和加速時間分別可設。

17) 飛車啟動功能，支持電機在一定速度下直接啟動。

18) 冷卻方式為空冷，適合密煉機使用。

19) 完善的電機，變頻器，變壓器保護系統(tǒng)，保證設備安全運行。

20) 變頻柜所有部件堅固可靠，能夠承受運輸，運行過程中的應力。

21) 變頻器內(nèi)部設計合理，維護空間大，通風冷卻能力強。

22) 變頻器滿足OSHA Hearing Conservation Standard 3074 國際標準，即距離變頻器1m的任何地方，噪音等級≤ 85dB，最大只有80dB。

23) 外部通訊接口豐富，支持Modbus、TCP/IP、Profibus、DeviceNet等現(xiàn)場總線。

24) 豐富的外部I/O接口通道，支持模擬量和數(shù)字量輸入輸出的接入。

25) 友好的中文操作界面，可實現(xiàn)參數(shù)修改，波形監(jiān)控，故障報警信息顯示，本地控制等功能。

4.4 方案說明

4.4.1 變頻啟動時序

1) 控制系統(tǒng)上電。

2) 系統(tǒng)自檢。

3) PLC/本地啟動命令。

4) QS11自動合閘至工作位。

5) QF01自動合閘至工作位。

6) 高壓自檢，匹配電機參數(shù)。

7) 啟動電機，電機升速。

4.4.2 電氣保護

變頻軟起動器上口QF01(QF02)采用變壓器綜合保護裝置直接對變頻軟起動器提供過壓、過流、速斷、缺相、欠壓、三相不平衡、接地等保護；

工頻狀態(tài)下，系統(tǒng)通過工頻電源開關QF10配備的電動機綜合微機保護和電動機差動微機保護裝置實現(xiàn)對電動機的完全保護功能。

變頻軟起動器與電源側(cè)工頻開關之間，存在非并網(wǎng)合閘條件下的電氣與邏輯雙重互鎖關系，避免非正常狀態(tài)下變頻軟起動器輸出側(cè)短路；

變頻軟起動器自動識別適配電動機功率，設定變頻軟起動器自適應的電動機控制模型、保護參數(shù)、工藝特性；

變頻狀態(tài)下，變頻軟起動器對輸出側(cè)電動機提供過壓、欠壓、過流、過載、速斷、缺相、接地等完全電動機保護功能；

變頻狀態(tài)下，變頻軟起對勵磁繞組提供過壓，過流，過熱，失步等完善保護功能。

4.4.3連鎖條件

QF10和QS11，存在非并網(wǎng)切換條件下的電氣與邏輯雙重互鎖關系，防止變頻軟起動器輸出側(cè)過載或變頻軟起動器輸出與10kV電網(wǎng)輸出側(cè)電源短路、高壓隔離開關QS帶電分合操作等嚴重事故。

4.4.4 電網(wǎng)沖擊

激磁涌流柜通過在變壓器一次側(cè)串接電阻來限制變壓器合閘時的浪涌電流沖擊，根據(jù)變壓器和電網(wǎng)的容量不同，峰值涌流可以控制在In~1.2In。合閘瞬間對電網(wǎng)無沖擊。

變頻器輸出側(cè)配備交流電抗器，可以有效避免由于變頻器輸出與電網(wǎng)合環(huán)過程中的電流沖擊和反灌，避免對變頻軟起動器的輸出造成損壞。

4.4.5功率因數(shù)及無功補償

變頻器的功率因數(shù)可達0.95以上，無需無功補償裝置。

當安裝有無功補償裝置時，為避免在電動機軟起動過程中可能出現(xiàn)的供電電網(wǎng)功率因數(shù)補償過補導致網(wǎng)側(cè)變壓器效率下降等情況，變頻軟起動器可與電網(wǎng)無功補償裝置聯(lián)動實現(xiàn)，或由動態(tài)無功補償裝置自主實現(xiàn)無功自動調(diào)節(jié)，使得廠網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達到0.9~0.95。

4.4.6 諧波

ATV1200系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在電源側(cè)采用多重化整流技術，電網(wǎng)側(cè)諧波污染小，對5、7次諧波的抑制可達到THDI<1%，總諧波奇變率小于2%，符合GB 14549－93標準和IEEE std 519-1992電能質(zhì)量標準對電壓、電流諧波失真度的要求，無需諧波濾波裝置。

5 總結

密煉機對于施耐德/利德華福高壓傳動是一個比較新的應用，其主要挑戰(zhàn)在于其過載能力要求以及對于機械友好控制的要求。施耐德/利德華福高壓變頻產(chǎn)品完全能夠滿足其需求，能夠提供精確的控制以及友好的機械特性，為密煉機的穩(wěn)定高質(zhì)量運行提供可靠的技術保證。