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   3、直接传动系统 
    ABB从事纸机传动系统的供应已经有100年的历史了。初期是采用长轴传动，在上世纪六十年代开始被直流分部传动所替代。1983年，ABB公司第一个将交流的分部传动概念运用到纸机工业中。现在看来，所有的新纸机和大部分的纸机改造会采用交流分部传动。
    为了更大程度上提高可靠性和降低运行周期成本，ABB在20世纪90年代中期开始着手发展一个新的纸机传动系统。其目标就是将一个高转矩直接耦合到纸机的传动端，从而可以在大部分情况下省去传动电机和纸机部分耦合的机械部分（如齿轮箱等）。
    新一代纸机传动的第一个例子是在1999年中期在芬兰的一家纸机上，它已经成功运行到现在。该传动的功率是在234转/分时输出90KW。ABB其实是用“虚拟的数字齿轮箱”来替代了真正的机械齿轮箱。
    在直接传动系统中，马达是通过一个传统的低速连接器直接耦合到纸机部分的。该电机是同步永磁电动机。ABB能提供这种专为纸机配套的系列电机产品。传动柜通常是由ABB的ACS600/800变频器组成的。关于变频器的硬件组成是与传统的交流异步传动一致的，都可以采用风冷和水冷。而软件的设计则是专用的永磁电机驱动软件。同步电机允许在纸机上采用无编码器的运行方式。传动部分的控制系统、应用软件以及人机界面的控制这几部分都是跟ABB在纸机上的解决方案一致。因此，直接传动能与其他的ABB传动方案同时并列运行，而且ACS600/800无须更换就可以升级到新的直接传动系统。
    随着直接传动技术的发展，一个更简单的纸机传动系统现在看来已经可以出现在人们的面前。
    在通常的纸机传动中，齿轮电机的速度通常都是在1500转/分到1800转/分。然后通过选择合适的齿轮比就可以获取合适的纸机运行速度。而在直接传动中，电机的额定转速通常是在300转/分到600转/分。使用一个传统的异步电机在此速度下运行，电机的尺寸将至少会是现在的2倍。很明显这样既不实用也不有效，因此这也是我们要发展新电机的一个原因。在新的永磁电机中，用永磁体替代了异步电机的鼠笼式导体。
    在新的转子设计中，已经充分注意到降低转矩谐振以满足纸机运行所需要的光滑转矩特性。既然转子是实际上不耗能的，电机就能设计成更高的功率段，而且允许有更高的定子能量损耗。由于转子是永磁体，定子电流不再需要用做转子的励磁部分，因此能够产生更有效的转矩。几乎由定子产生的损耗如采用水冷式还能达到更高的负载稳定性能。

用户将从直接传动中获益，采用直接传动的好处主要有：
（1）由于采用更少的机械传动部件可以使工厂节省工程施工成本和安装费用；
（2）直接采用同步电机，降低了转矩脉动，能更好地保证纸机运行可靠性；
（3）更少的机械传动部件和省去了编码器使得纸机具有更高的可靠性；
（4）由于采用更少的零部件使得系统更加简单，维修成本也大为降低；
（5）更低的能量损耗。

    几年前ABB公司就已经与一家叫RSO的咨询公司合作开展对将传统的齿轮传动更换直接传动后节能的研究，这里就讲讲当时这项研究的主要部分。这项课题的研究方向就是针对一个现代的、高容量的纸机。运行成本的节省是从用户的观点出发来考虑的。运行成本的节省包括在齿轮箱、联结器、附件和备件以及齿轮的附件系统。在建筑结构的投资、相关的工程施工工作等也需要计算在内。所有者的费用能分为运行费用、维护费用以及所引起的其他费用。直接传动系统省去了齿轮箱，尺寸的减少也可以节省厂房空间和传动的基础部分。对纸机部分的影响也同时省去了对该部分进行计划的成本。在对齿轮箱传动改造后可以腾出更多的空间来放置新的设备。影响纸机的因素包括地面设备的安置、电气室的配置和其他的电气设备等，同时也包括了维护人员日常的巡检通道、排风机的通风等。间接的受益还包括提供了一个更大的工作空间。研究的结果表明总的费用节省大概是一台相同规模纸机，20%是来自获得的节省额，80%是用户的成本。

四、造纸行业变频改造的前景 
    我们在关注新增纸机产能的同时，我们也必须注意到现有纸机的改造一块。据有关方面统计，我国拥有3780多万吨生产能力，单机生产能力在5万吨以上以及纸板机生产能力在10万吨以上的不足三分之一，尚有三分之二以上的生产能力需要投入巨资改造，其中至少三分之一的纸机需要部分或全部更换原来的传动部分（包括机械齿轮箱和电机传动），以提高车速或降低能耗。事实已经证明造纸企业是高能耗企业，据多年的数字统计，每吨纸所耗电能都在500度以上，电力消耗十分严重。
    在今后五年间大约有40～60万KW制浆造纸设备的装机功率需要投入改造。按改造系统1KW/1500RMB的计算，会将近有6～9亿左右的变频器市场，由于原本涉及国内本地化改造项目，将会有相当数量地采用国产变频器，因此这将是国产变频器可以角逐的天地，市场潜力巨大，应该引起足够重视。

    1、纸机分部传动的变频改造 
    造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差，主要表现如下：1.整流子磨损严重,烧毁整流子的故障,导致停机时间长；2.直流电机维修困难多,要求高,修理费用也高；3.测速发电机易磨损，造成传动系统精度低；4.直流调速控制系统复杂,调试困难,一般技工很难调出好的机器。
    目前我国造纸机分部传动设备，以前采用SCR直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，Zui高车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。
    纸机传动的变频改造有非常好的效果，如从工艺上改善纸品、增加产能、降低能耗、延长停机检修周期。为了生产过程纸页特性变化的需要，纸机的变频传动能够保证在一定范围内调节车速，且各个分部的速度能单独调节。

    2、造纸附属设备的变频改造 
    造纸机的辅助设施包括以下几个系统：供浆系统、白水系统、真空系统、压缩空气系统、化学品制备及传送系统、供水系统、蒸汽系统等。为了使造纸机能够连续均衡地运转，它的辅助设施能力，一般应超过造纸机的Zui大生产能力的15%-30%。
    该处应用尚未引起足够重视，这也是提高变频器份额的Zui有效手段和方法。

    A、供浆系统的变频应用 
    供浆系统必须满足下列几个条件：（1）向造纸机输送的浆料要稳定，误差不能超过±5%；（2）浆料的配比和浓度要稳定均匀；（3）贮备一定的浆料量，使供浆能力可以调节，以适应造纸机车速和品种的改变；（4）对浆料进行净化精选；（5）处理造纸机各部分损纸。
    通常情况下，供浆系统由供浆管路的浆泵、冲浆泵和净化设施的压力筛、除渣器组成，要达成以上五点目的，Zui主要就是要对浆泵和冲浆泵从全速运行变为可速度调节变频运行，Zui终满足供浆自动化。

    B、压缩空气系统的变频应用 
    压缩空气常用于造纸机网部与压榨部的气动加压升降装置、网毯的校正装置、气垫式流浆箱、引纸设备、涂布气刀以及各种气动仪表和调节装置等处。
    压缩空气系统中，主要设备有空气压缩机、储气罐、减压阀、空气过滤器、汽水分离器及安全阀等，造纸机上通常压力需要为5-6BAR左右。在大多数纸厂中，都通过2台以上的空压机并列运行，然后通过储气罐来保持压力恒定。
    由于压缩机功率较大且控制压力一般都通过加载或卸载来调节，电动机始终处于全速运行状态。实践表明该控制方式耗能巨大，浪费严重。所以目前都已趋向产用一台变频多台工频的方式来控制压缩机组，并组成压力闭环。

    C、化学品制备及传送系统的变频应用 
    由于在脱墨、制浆、涂布、施胶等部位要用到大量的化学品，其使用的量与纸机多传动的速度成正比，所以在化学品的传送系统（如泵）必须采用无级交流调速系统，其shouxuan为变频器。主要是基于该化学品泵的功率较小，一般都在0.4KW-5.5KW之间，而这一功率段的变频器的性能价格比已经属于Zui优，多年前还在广泛使用的电磁调速和无级调速齿轮泵都已经面临淘汰。根据Zui新市场统计，中等品牌的Zui低功率变频器已经跌至千元以下。
    在化学品制备中要用到大量的研磨设备，如球磨、胶体磨、砂磨、高切变分散搅拌器等，他们Zui大的特点就是高功率、高耗能、使用环境恶劣。目前已经有厂家在研磨设备上采用变频器取得了良好的效果。
    以砂磨机为例，其工作原理是将待研磨的涂料经送料泵输入筒体后，在高速旋转的分散盘带动下，遭到研磨介质的强烈撞击、研磨而被分散混合到溶剂中，制成合格的涂料，然后经顶筛过滤流出。该设备的主电机为200KW，在未使用变频器之前，通常是在启动前期，采用点动方式多次（三次以上）重复以使涂料与研磨介质混合均匀；针对不同的涂料，有时需要不同的工艺转速，但实际上只能满速运行；无法掌握进料量，来保证主电机不过载；耗能非常严重。而使用200KW变频器就很好地解决了以上问题，可以方便地设置点动速度和慢速运行时间，确保涂料与介质混合达到Zui均匀；可以在线无级调速，不同品种使用不同的研磨速度；进料量只要从电机的实际运行电流就可以来控制进料量，且有过载预报警功能和免跳闸功能；节能率，一般可达20%以上；降低了齿轮箱的损耗，避免了工频启动对齿轮箱的冲击；由于启动时，电流平缓，避免了对电网的冲击，提高了电网的安全运行。目前在山东、黑龙江、海南等地的造纸企业已经有了小批量应用。

    D、通风系统的变频应用 
    在烘干部，纸页中蒸发出来的所有水汽被空气吸收后，必须通过强制通风不断地从造纸车间排除。烘干部通风良好与否，直接影响到纸页中水分的蒸发速度和整个烘干过程的经济性；通风良好，可降低空气中的蒸汽饱和度，从而减低烘缸蒸汽的消耗量，提高烘干速度。
    排除烘干部蒸发水量所必需的空气量，与进入以及排出的空气温度和湿度有关，也与采用的通风系统、气候条件和季节有关。通常，在现代纸机中采用强制的空气循环以求高效，用进气鼓风机将加热到80度左右的干燥空气送进烘干部下层，使在烘缸之间吸附热汽形成向上的气流，然后通过排气抽风机将汇集在气罩中的湿热空气抽出室外（Zui后回收余热）。在高速纸机中，由于烘缸数量的增多，通常都分成几段的鼓风机和排风机组。采用变频器之后，可以根据通风空气量的专家计算公式，随时调节进气量（鼓风机的转速）和排气量（排风机的转速），而无须采用传统的风门控制，进一步降低能耗，降低风机的噪音，提高机械寿命。

    E、水系统的变频应用 
    纸机是个耗水大户，包括白水系统、污水系统、密封水系统、喷淋系统、清水系统等，通常情况下都需要用到管网恒压力供水，但传统的控压都是通过旁路和调节阀来进行，很少用到变频器。但是由于中国国内水资源的普遍缺乏，而变频器的应用将可以节水10%和节能30%，必然会降低纸厂的日常运行成本。
    变频器使用在水系统上通常有二种模式：即变频固定方式、变频循环方式。
    变频固定方式：变频器变频输出固定控制一台泵而其余各泵由工频电网直接供电，它们的启停信号由PLC进行逻辑控制。
    变频循环方式：变频器按照一定顺序轮流驱动各泵运行。变频器能根据压力闭环控制要求自动确定运行泵台数（在设定范围内），同一时刻只有一台泵由变频驱动。当变频器驱动的泵运行到设定的上限频率而需要增加泵时，变频器将该泵切换到工频运行，同时驱动另一台泵变频运行。

    3、造纸行业配套设施的变频改造 
    这里还必须提及造纸行业中与造纸相配套的如热电厂与污水处理部分的变频改造部分。
    根据车间所需蒸汽量的变化，风量时刻变化的，而且风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这样风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多电能消耗在挡板上，十分可惜。而且锅炉操作室一般都远离鼓、引风机，操作十分不方便，也难以调节得当。如果采用变频器来进行闭环无级调速，能根据车间所需蒸汽量的变化而自动地调整鼓、引风机风量，使锅炉燃烧在zuijia状态，使煤或油消耗减少到Zui小，达到理想的节能效果。
    污水处理的机电设备一般包括以下几个方面：（1）生化处理系列：微孔曝气系统等；（2）污泥处理系列：加药系统、浓缩机、带式压滤浓缩一体机、板框压滤机、卧式螺旋离心分离机等；（3）消毒处理系列：加氯机、紫外线污水处理器、排架式紫外线消毒器等；（4）排泥设备系列：刮泥机、吸砂机等。从实际应用来看，基本上每种处理方式都需要用到变频器或者应用变频后有明显改善作用。

六、结束语 
    随着我国纸业产业结构的优化和快速增长期的巨大市场需求，制浆造纸设备业在今后仍将以很高的速度增长并呈现出跨越式的技术进步，变频器作为设备传动的核心部件也将迎来新的春天。