Przewodnik po silnikach synchronicznych i rozdrabniaczach o wysokim momencie obrotowym do pracy w kruszarce

Dlaczego sprzęt do kruszenia i rozdrabniania potrzebuje specjalnie zaprojektowanych silników

Silniki synchroniczne do pracy w kruszarkach i silniki rozdrabniające o wysokim momencie obrotowym istnieją, aby rozwiązać ten sam podstawowy problem: standardowe silniki indukcyjne zmagają się z obciążeniami udarowymi, cyklicznym zapotrzebowaniem na moment obrotowy i warunkami rozruchu, jakie urządzenia do kruszenia i proszkowania stawiają na układ napędowy. Kruszarka szczękowa lub młyn młotkowy nie pobiera stałego, przewidywalnego obciążenia — moment obrotowy gwałtownie wzrasta za każdym razem, gdy kawałek skały, rudy lub materiału zacina się lub pęka pod wpływem kruszenia, a silnik musi wchłonąć ten skok bez zatrzymywania się lub wyłączania w trybie offline.

Silniki synchroniczne są zwykle stosowane w dużych kruszarkach pracujących w trybie ciągłym — kruszarki wirujące i stożkowe w górnictwie i eksploatacji kruszywa, w przypadku których ich stała prędkość synchroniczna i zdolność do korygowania współczynnika mocy zapewniają rzeczywisty wzrost wydajności na dużą skalę. Silniki rozdrabniające o wysokim momencie obrotowym, często o konstrukcji indukcyjnej, ze wzmocnioną konstrukcją wirnika , są wybierane do młynów i młynów, gdzie moment rozruchowy i trwała obciążalność pod cyklicznym obciążeniem mają większe znaczenie niż korzyści w zakresie współczynnika mocy, jakie zapewniają silniki synchroniczne.

Moment rozruchowy: specyfikacja, która jest niedoceniana

Kruszarki i młyny są często uruchamiane pod obciążeniem – z materiałem już znajdującym się w komorze kruszenia, a nie w stanie pustym podczas rozruchu – co wymaga znacznie wyższego momentu rozruchowego niż zapewnia silnik ogólnego przeznaczenia o tej samej mocy.

Typowe zakresy momentu rozruchowego według konstrukcji silnika i ich przydatności do urządzeń kruszących.

Określanie wyłącznie mocy, bez sprawdzania momentu rozruchowego pod kątem rzeczywistych wymagań urządzenia przy rozruchu pod obciążeniem, jest jednym z najpowszechniejszych i kosztownych błędów w doborze silnika w tej kategorii sprzętu — silnik o niedocenianej mocy może działać dobrze w teście z małym obciążeniem, ale często się zawiesza lub wyłącza, gdy materiał faktycznie przechodzi przez kruszarkę.

Dlaczego silniki synchroniczne mają sens na większą skalę

Silniki synchroniczne pracują ze stałą prędkością dostosowaną do częstotliwości zasilania elektrycznego, a nie z prędkością zależną od poślizgu silnika indukcyjnego, co zapewnia dwie zalety, które są najważniejsze w dużych instalacjach o pracy ciągłej:

• Korekta współczynnika mocy — nadmiernie wzbudzony silnik synchroniczny może dostarczać wiodącą moc bierną do układu elektrycznego elektrowni, kompensując opóźniony współczynnik mocy z innych obciążeń indukcyjnych i zmniejszając kary za współczynnik mocy użytkowej
• Wyższa wydajność przy dużej mocy — silniki synchroniczne na ogół utrzymują wyższą sprawność niż porównywalne silniki indukcyjne przy mocach znamionowych powyżej około 1000 KM, czyli tam, gdzie zwykle pracują duże kruszarki wirowe i stożkowe

Poniżej tej skali dodatkowy koszt i złożoność układów wzbudzenia silników synchronicznych i urządzeń rozruchowych często przewyższają korzyści w zakresie wydajności i współczynnika mocy, dlatego też mniejsze i średnie aplikacje do kruszenia i proszkowania częściej wykorzystują zamiast tego konstrukcje indukcyjne o wysokim momencie obrotowym.

Konstrukcja wirnika i łożyska zapewniająca wytrzymałość na obciążenia udarowe

Poza momentem znamionowym konstrukcja mechaniczna silnika do pracy w kruszarce lub rozdrabniaczu różni się od konstrukcji ogólnego przeznaczenia w sposób, który bezpośrednio wpływa na żywotność w przypadku powtarzających się obciążeń udarowych:

1. Wzmocnione pręty wirnika i pierścienie końcowe zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać naprężenia termiczne i mechaniczne powstające podczas powtarzających się rozruchów wysokoprądowych i skoków momentu obrotowego bez pękania lub poluzowania w czasie.
2. Łożyska o dużej wytrzymałości, często przewymiarowane w stosunku do mocy znamionowej silnika, są przeznaczone do pochłaniania promieniowych obciążeń udarowych przenoszonych z powrotem przez sprzęgło napędowe w wyniku działania kruszenia.
3. Solidna konstrukcja wału i sprzęgła uwzględnia obciążenie udarowe skrętne, charakterystyczne dla urządzeń kruszących, ponieważ wał dobrany wyłącznie pod kątem momentu obrotowego w stanie ustalonym może ulegać zmęczeniu i awariom pod wpływem powtarzających się obciążeń udarowych na długo przed znamionowym okresem użytkowania.

Silnik przystosowany do właściwej mocy i momentu obrotowego, ale zbudowany zgodnie z ogólnymi normami przemysłowymi, a nie kruszarką/rozdrabniaczem, często wykazuje przedwczesną awarię łożyska lub wirnika, szczególnie dlatego, że konstrukcja mechaniczna nie została zaprojektowana przede wszystkim pod kątem obciążeń udarowych.

Pytania, które należy potwierdzić przed określeniem silnika

Kilka szczegółów zastosowania określa, czy silnik synchroniczny lub silnik indukcyjny o wysokim momencie obrotowym jest właściwym rozwiązaniem, a skorygowanie ich błędów na etapie specyfikacji jest znacznie bardziej kosztowne niż naprawienie ich od razu:

• Jaki jest rzeczywisty wymagany moment rozruchowy pod obciążeniem, w zależności od tego, czy urządzenie uruchamia się na pusto, czy pod obciążeniem materiału?
• Do jakiego zakresu mocy należy instalacja, ponieważ ten próg w dużej mierze decyduje o tym, czy zalety silnika synchronicznego uzasadniają dodatkową złożoność systemu?
• Jaka metoda rozruchu jest dostępna na miejscu – pełne napięcie, obniżone napięcie lub softstart – ponieważ ma to wpływ zarówno na wybór silnika, jak i infrastrukturę elektryczną niezbędną do jego obsługi?

Rozpracowanie tych pytań, mając pod ręką dane producenta sprzętu dotyczące cyklu pracy, zamiast polegać na ogólnym porównaniu mocy silnika do silnika, jest najbardziej niezawodnym sposobem na uniknięcie zaniżania specyfikacji silnika pod kątem obciążeń udarowych faktycznie wytwarzanych przez sprzęt do kruszenia i proszkowania.