利德华福高压变频器在密炼机上的应用

1 工艺描述

1.1 概述

密炼机，是橡胶生产线或塑料生产线的起始工序。它的作用是通过剪切，挤压，搅拌作用，将生料粉碎，塑化，并将配合剂均匀分散到橡胶产品内部。其主要原料有：生橡胶、填充剂(炭黑和其它)、硫化剂和催化剂、塑化剂、特殊材料。

密炼机混炼工艺一般分为两种工艺：分批混炼工艺和连续混炼工艺。对于不同的混炼工艺，起密炼机机械结构和负载类型都是不同的。

分批混炼又分为一段混炼法和二段混炼法工艺。一段混炼为在原料经过一个混炼周期后，直接进入挤出机产生成品。而二段混炼法为，在原料进过一个混炼周期后，还要进入第二段混炼机，进行第二段混炼，才能最终进入挤出机产生成品。

对于连续混炼，则为进料侧连续进料，出料口连续出料，连续生产。

无论那种工艺，起内部混炼过程可分为：细分(break),混入(internal mix, blend),分散(Dispersive mixing),简单结合，塑化阶段。

经过密炼机的橡胶产品，再通过冷却器，挤出机，成为成品。再将成品作为轮胎，塑料等的原料。

塑料密炼机和橡胶密炼机结构相同，工艺过程一致。

1.2 密炼机类型

国内常见的密炼机为分批密炼机，分批密炼机又成为banbury密炼机，其结构如下图：

主要分为三部分：加料部分，混炼部分和卸料部分。

§ 加料部分

加料部分主要由加料漏斗和压料缸组成。橡胶生料由漏斗加入，关闭翻板门，由气缸产生压力将生料和混合剂压入密炼室，并在密炼过程中给物料提供持续的压力来加速炼胶过程。

压料缸所提供的压力可以变化，压力的大小关系负载的变化，当负载过大时，可以通过调制压料缸的压力来减小负载。

§ 混炼部分

混炼部分由转子，密炼室和密封装置组成。物料加入混炼室后，就在由两个具有螺旋棱的，有速比的，相对回转的转子与混炼室壁、上、下顶栓组成的混炼系统内受到不断的变化的反复进行的强烈剪切和挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱，在混炼时胶料反复地进行轴向往复运动，起到了搅拌作用，致使混炼更为强烈。

§ 卸料部分

当一个混炼周期结束后，卸料门锁锁紧装置被打开，混炼后橡胶通过卸料口被卸到容器或者皮带上，进入第二道混炼工序或者进入挤出机。在卸料后，当密炼机温度达到其初始温度，下一批生料即被加入到密炼机内进行密炼。所以，分批密炼得以连续进行。只有在加料和卸料时，密炼被中断，所以称为分批密炼。

2 密炼机负载特性

2.1 机械功率

密炼机机械功率和两个要素有关，一个是密炼机容积，一个是密炼机转速。容积越大，转速越高，密炼机机械功率越高。

密炼机容积范围为25-650L,转速为15~70rpm，甚至达到90rpm。

转速低于20rpm的密炼机称为低速密炼机，转速30-40rpm的称为中速密炼机，转速大于60rpm以上称为高速密炼机。

密炼机功率范围在50kW-4000kW之内，国内目前比较常见的功率为1250kW和2500kW。

2.2 转矩负载特性

密炼机负载类型为恒转矩负载，典型的Banbury密炼机负载特性如下图所示：

200%额定转矩持续5.4s

160%额定转矩持续21.6s

130%额定转矩持续81s

80%额定转矩持续81s

35%额定转矩持续81s

在整个负载周期内，其均方根等于100%，意味着电机在整个工作周期内，电机连续工作不会发热。但是其短时过载200%，在选择电机和传动时需要注意。

另外，过载时的转矩和压料缸的压力有关系，压力越大，其负载转矩也越大。通常，压料缸压力会根据负载的大小被调节，以保持在密炼过程中，密炼机不会过载。

密炼机的负载特点为高过载，工作周期内频繁过载。

3 密炼机传动需求

3.1 密炼机机械传动类型

密炼机传动根据容量和机械传动系统不同，可分为单驱和双驱。

单驱是指一台电机驱动一台密炼机，这种应用一般在密炼机功率小于2500kW以下。

双驱是指两台电机共同驱动一台密炼机，双驱一般应用于密炼机功率大于2500kW以上。

3.2 密炼机传动趋势

传统密炼机调速系统，一般采用直流调速系统，但随着交流调速系统的发展，现在的趋势是采用交流调速系统，尤其是高压变频系统。

3.2.1 直流传动系统和施耐德高压交流传动系统

传统的直流传动系统，主要有以下几个特点：

1. 体积大，成本低。

2. 功率因数低(0.5~0.7)，需要无功补偿装置。

3. 谐波含量大，THDI可达30%，需谐波治理装置。

4. 控制简单，速度精度高。

5. 受电网和电机条件和参数影响，鲁棒性不强。

施耐德高压交流传动系统的特点：

1. 体积小，成本略高。

2. 功率因数高(0.95以上)，无需无功补偿装置。

3. 谐波含量小，THDI<2%,无需谐波治理装置。

4. 控制复杂，采用矢量控制算法控制精度可媲美直流电机。

5. 鲁棒性强。