Estudo da aplicação do soprador centrífugo com mancais a ar na economia de energia e na redução de ruído na indústria de cimento
Wang Xinming (Weifang FuYuan Turbocharger Co., Ltd., Weifang, Shandong 261205)
Resumo:O soprador centrífugo com mancais a ar é um novo tipo de soprador centrífugo, de alta eficiência, econômico e ambientalmente adequado. Este artigo apresenta a composição estrutural e o princípio de funcionamento do soprador centrífugo com mancais a ar; em comparação com os sopradores tradicionais, ele tem as vantagens de economia de energia, baixo ruído, ausência de óleo, operação confiável, operação simples e longa vida útil, dispensa sistemas auxiliares e ocupa pouco espaço, com pouca carga de manutenção. Com base em um caso real de modernização de sopradores para economia de energia em uma fábrica de cimento, demonstra-se que o soprador centrífugo com mancais a ar, em substituição ao soprador Roots no transporte de carvão pulverizado e no fornecimento de ar do forno rotativo, no silo de farinha crua e em outras etapas da produção de cimento, traz economia de energia significativa e redução evidente do ruído.
Palavras-chave: soprador centrífugo com mancais a ar, cimento, transporte de materiais, transporte de gases , consumo de eletricidade, ruído.
Introdução:
Os sopradores ocupam posição importante no processo de produção de cimento. No contexto atual de economia de energia e redução de emissões, de substituição dos antigos motores de crescimento por novos e de produção escalonada fora dos períodos de pico como rotina, a situação ambiental da indústria de cimento é cada vez mais severa, e economizar energia e reduzir o consumo é indispensável. Na produção de cimento, o consumo de energia dos sopradores e ventiladores é enorme, cerca de 30%~35% do consumo total. Um bom trabalho de economia de energia nos sopradores é decisivo para a economia de energia e a redução de consumo na produção de cimento. Os sopradores tradicionais encontraram aqui um gargalo; o soprador centrífugo com mancais a ar oferece um caminho para resolver esse problema: dispensa os sistemas indispensáveis aos sopradores tradicionais, como engrenagens multiplicadoras, acoplamentos, lubrificação e ventiladores de refrigeração, e emprega tecnologias como motor síncrono de ímãs permanentes de alta rotação, mancais aerodinâmicos de folha (air foil), rotor centrífugo de fluxo tridimensional e controle por inversor de frequência. A rotação pode ser ajustada conforme as condições de operação, para garantir o funcionamento eficiente do equipamento, o que reduz de forma eficaz o consumo de energia, evita a poluição secundária do ambiente por ruído, vibração e óleo lubrificante usado, diminui a carga de manutenção do equipamento e economiza custos de manutenção. Isso tem importância prática decisiva para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de cimento e para o aumento da competitividade das empresas cimenteiras.
1 Apresentação do soprador centrífugo com mancais a ar
1.1 Princípio
O soprador centrífugo com mancais a ar é uma turbomáquina de alta rotação, de projeto compacto e integrado, montada em skid, que emprega tecnologias essenciais como mancais aerodinâmicos de folha, motor síncrono de ímãs permanentes de alta rotação, rotor centrífugo de fluxo tridimensional, controle por inversor de frequência e detecção e monitoramento. Seu princípio básico é o seguinte: um motor síncrono de ímãs permanentes de alta rotação, apoiado em mancais a ar e controlado por inversor de frequência, aciona diretamente o rotor centrífugo montado no mesmo eixo; o ar é aspirado pela entrada da voluta e, sob a ação da força centrífuga do rotor, forma ar comprimido com determinada velocidade e pressão, que sai pela descarga da voluta. A rotação contínua do rotor centrífugo garante a aspiração e a descarga ininterruptas do ar, o que proporciona o sopro contínuo. A tecnologia de controle por inversor de frequência de alto desempenho torna a estratégia de controle do soprador mais simples, o funcionamento mais estável e a faixa de operação regulável mais ampla.
1.2 Composição estrutural
(1) Mancais aerodinâmicos de folha
O mancal aerodinâmico de folha é um mancal aerodinâmico a ar que usa folhas elásticas como apoio. Antes da partida do soprador, há contato físico entre o munhão do rotor e o mancal; na partida, o rotor e o mancal têm movimento relativo, e o rotor, ao girar, arrasta o ar e gera uma força de sustentação que afasta as folhas do mancal e as separa do rotor. Pelo efeito aerodinâmico, forma-se entre as folhas e o rotor um filme de ar completo, e o mancal faz o rotor flutuar por meio do campo de pressão do ar. Com o rotor em alta rotação, não há ponto de contato físico entre o eixo e o mancal, não é necessário óleo lubrificante e a perda de energia é extremamente baixa. A superfície das folhas do mancal a ar recebe um revestimento sólido para alta temperatura e não requer manutenção; é possível realizar mais de 20.000 ciclos de partida e parada sem falha, o que, com uma partida e uma parada por dia, equivale a 54,8 anos de operação. Trata-se de um mancal semipermanente.
(2) Motor síncrono de ímãs permanentes de alta rotação
O motor utiliza tecnologia de motor síncrono de ímãs permanentes de nível mundial avançado, acionado e regulado em velocidade por um inversor de frequência de alto desempenho. A rotação do motor pode atingir 150.000 rpm, e a eficiência é superior a 97%; o rotor do motor é ligado diretamente ao rotor centrífugo, sem perda na transmissão de potência, com eficiência de transmissão de até 100%.
(3) Rotor centrífugo de fluxo tridimensional
O rotor é semiaberto, projetado segundo a teoria do fluxo tridimensional e com parâmetros otimizados, com alta eficiência e ampla faixa de vazão. O material é alumínio forjado de alta resistência, usinado em centro de usinagem de cinco eixos, com grande resistência à deformação. A eficiência máxima do rotor no ponto de operação pode chegar a 85%, e a vida útil é superior a 30 anos.
(4) Controle por inversor de frequência e tecnologia de detecção e monitoramento
O soprador utiliza CLP e controle de velocidade por inversor de frequência sem controle vetorial: a rotação do motor de ímãs permanentes é controlada pelo ajuste da frequência, o que permite controlar a vazão e a pressão de descarga do soprador e atender às necessidades de diversas condições de operação. O sistema de controle inteligente pode prever o surge e realizar o controle local; o equipamento conta com um sistema de detecção e monitoramento que permite o monitoramento remoto e a transmissão de dados.
1.3 Principais vantagens de desempenho
(1) Alta eficiência e economia de energia
O soprador centrífugo com mancais a ar emprega tecnologias avançadas, como rotor centrífugo de alta eficiência, mancais aerodinâmicos de folha, acionamento direto por motor síncrono de ímãs permanentes de alta rotação e mancais aerodinâmicos sem contato. Em operação, ajusta automaticamente a rotação do motor conforme a vazão de ar necessária, o que garante a alta eficiência do equipamento. Em comparação com os sopradores Roots tradicionais, a economia de energia é de 20%-30%; em comparação com os sopradores centrífugos multiestágio tradicionais, de 15%-20%; e, em comparação com os sopradores centrífugos de estágio único com multiplicador de engrenagens, de 10%-15%.
(2) Sem vibração e com baixo ruído
Com a tecnologia de mancais aerodinâmicos, as partes rotativas não têm contato com o sistema mecânico e não há atrito mecânico; o funcionamento é estável e sem vibração. O ruído do conjunto a 1 m do equipamento é inferior a 80 dB, e não é necessário instalar isolamento acústico.
(3) Sem óleo lubrificante, sem manutenção mecânica e de manutenção fácil
A tecnologia de mancais aerodinâmicos e a construção com acionamento direto eliminam a complexa caixa de engrenagens e o sistema de mancais lubrificados a óleo indispensáveis aos sopradores tradicionais. O sistema dispensa o sistema de lubrificação: não requer nenhum óleo lubrificante nem manutenção mecânica, e a manutenção de rotina limita-se à troca do filtro de ar, o que reduz de forma eficaz o custo de manutenção do usuário.
(4) Alto grau de integração do sistema
O controle local e o sistema do inversor de frequência são integrados em um só conjunto; pelo painel de controle é possível configurar as diversas funções e consultar dados como rotação, temperatura, pressão, vazão e potência consumida do equipamento. O filtro de alta eficiência, o sistema de refrigeração, o sistema antissurge, os modos de proteção contra queda inesperada de energia e contra falhas e a tela sensível ao toque em tempo real aumentam a comodidade de operação e reduzem a ocorrência de acidentes operacionais.
(5) Instalação fácil
O conjunto tem projeto compacto e integrado, montado em skid, com pequeno volume e instalação e operação simples.