Модернизация привода эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц

Цементная промышленность является базовой в комплексе отраслей, производящих строительные материалы и конструкции. Процесс производства цемента требует объедения в одной линии множества машин и агрегатов. Одним из таких агрегатов является цементная мельница с ее приводом. По состоянию на 2012 г. на территории России действует 51 цементное предприятие, на которых функционирует порядка 700 цементных и сырьевых мельниц, мощностью от 500 до 10 000 кВт [24]. Однако основные фонды цементной промышленности России характеризуются высоким прогрессирующим износом, который к началу 2013 г. превышает 70% [24]. Очевидно, что для поддержания цементного производства на актуальном техническом уровне необходимы ремонт и модернизация многих цементных мельниц и их приводов.

Возможно несколько вариантов проведения работ на имеющемся оборудовании — это проведение его модернизации или реновации. Отдельно следует остановиться на различии этих понятий.

Модернизация — это усовершенствование, обновление объекта, приведение его в соответствие с новыми требованиями и нормами, техническими условиями, показателями качества [57].

Реновация — это технико-экономический процесс замещения выбывающих из производства вследствие физического и морального износа машин, оборудования, инструмента новыми основными средствами за счет средств амортизационного фонда [57].

В данной работе под реновацией понимается замена изношенного оборудования на аналогичное, а под модернизацией — замена оборудования на новое, отвечающее новым нормам и требованиям и, кроме того, позволяющее повысить производительность или предоставляющее полностью иные характеристики функционирования привода.

Отдельную группу систем, требующих модернизации, составляют высоконагруженные электроприводы тяжелых стационарных технологических машин, т. е. производящая техника большой мощности. Согласно ГОСТ Р 50 369−92 электропривод — электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [20].

Среди всех электроприводов следует выделить особую группу высо-конагруженных приводов. К ним относятся приводы главного движения металлорежущих станков большой мощности, приводы сталепрокатных станов, компрессорных установок, насосов высокой мощности, буровых установок, генераторов, цементных и угольных мельниц, вращающихся печей, мельниц измельчения и самоизмельчения, барабанных сушилок, сепараторов, мешалок, вальцовых прессов, ленточных конвейеров и другие.

Около 90% эксплуатируемых цементных мельниц имеют горизонтальную компоновку с мелющими телами в форме стальных шаров. Главный привод такой мельницы содержит электродвигатель, редуктор, соединительные муфты. При этом возможно использование различных компоновок приводов в зависимости от расположения компонентов привода относительно цементных мельниц и с различным исполнением редукторов.

Анализ эксплуатации шаровых цементных мельниц показывает, что, несмотря на примерно равный срок службы всех компонентов их приводов, наибольшему износу подвергается редуктор. Замена изношенного редуктора на новый редуктор, точно такого же типа практически невозможна, так как за 30−50 лет эксплуатации мельницы происходят неизбежные изменения в конструкциях редукторов и технологии их изготовления. Если восстановление работоспособности приводного электродвигателя и необходимые ремонтные работы на мельнице цементное предприятие еще может выполнить собственными силами, то для модернизации привода, включающую модернизацию редуктора цементному заводу необходимо привлекать специализированные проектные и производственные предприятия.

Очевидно, что в сложившихся технико-экономических условиях разработка методики структурно-параметрического синтеза приводов в процессе проведения модернизации цементных мельниц является актуальной научно-технической задачей, имеющей существенное значение для изучения машин, агрегатов и процессов отраслей машиностроения. Решение данной задачи позволит цементным предприятиям повысить эффективность модернизации приводов эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц.

Цель работы заключается в обосновании варианта модернизации привода эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц на основе структурно-параметрического синтеза мельничного привода и интегрированного критерия.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:

1) на основе анализа процесса модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц выявить характеристические особенности приводов, определяющие качество проектных решений при модернизации;

2) сформировать банк данных приводов горизонтальных цементных мельниц и определить реализуемые варианты конструктивного исполнения редукторов главного привода цементных мельниц;

3) выявить зависимости между морфологическими признаками приводов цементных мельниц и оптимальными параметрами приводов и разработать методику структурно-параметрического синтеза привода при модернизации цементной мельницы с учетом технических и производственных требований цементного предприятия;

4) разработать программное обеспечение синтеза, обоснования выбора оптимального с точки зрения эффективности модернизации привода эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц и его графического моделирования.

Методы и средства исследования. Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследований: методы теории систем и системного анализа, методы морфологического анализа и синтеза, методы оптимизации, методы многокритериального анализа, методы математической логики, объектно-ориентированного программирования. Для проверки результатов исследований, а также в ходе сбора необходимой информации, использовались методы экспертных оценок.

Объект исследования — горизонтальная цементная мельница.

Предмет исследования — закономерности влияния параметров и морфологических признаков привода цементной мельницы на его технико-экономические и эксплуатационные характеристики.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:

1) система технических и технологических параметров и морфологических признаков приводов, определяющая качество проектных решений при модернизации цементных мельниц;

2) классификация приводов цементных мельниц и банк данных приводов цементных мельниц, используемые в процедурах оценки эффективности модернизируемых приводов цементных мельниц;

3) методика структурно-параметрического синтеза привода цементной мельницы с учетом фактора использования существующей производственной площадки.

Научная новизна результатов исследования заключается в выявлении и раскрытии взаимосвязей между морфологическими признаками и параметрами привода цементной мельницы и вариантами модернизации, учитывающие существующие производственные условия цементного предприятия.

Теоретическое значение результатов работы заключается в том, что разработанная методика структурно-параметрического синтеза привода в соответствии с техническими условиями цементного предприятия с точки зрения модернизации может использоваться с соответствующими небольшими изменениями и дополнениями и для иных приводов тяжелых машин (например, приводов сталепрокатных станов, компрессорных установок, вращающихся печей, мельниц измельчения и самоизмельчения и др.).

Практическое значение результатов работы заключается в создании программно-методического обеспечения, предназначенного для автоматизированного структурно-параметрического синтеза привода цементной мельницы с учетом технических и производственных требований цементного предприятия. Разработанное программное обеспечение нашло применение в деятельности фирмы ООО «Свента-Машпром» (г. Москва) при подготовке технических и коммерческих предложений по модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц предприятий Российской Федерации и стран СНГ.

Исследованиям проблем проектирования и модернизации приводов цементных мельниц посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых: B.C. Богданов, В. А. Бауман, Ю. А. Лоскутов, В. Н. Лямин, М. Н. Горбовец, В. Акле, Р. Амато, В. Дуда, М. Капфан и многих других. Однако задача выбора оптимального варианта модернизации привода цементной мельницы в заданных производственных условиях не нашла своего окончательного решения.

Диссертационная работа состоит из 4 разделов. В первом разделе рассмотрен анализ причин и методов проведения модернизации приводов цементных мельниц. Проведенный анализ современного положения цементных предприятий в России показал, что значительная часть цементных линий требует проведения их модернизации с внедрением решений, повышающих их долговечность, надежность и энергетическую и экономическую эффективность используемого оборудования.

Во втором разделе представлены результаты анализа процесса модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц и выявлены наиболее значимые технические параметры и характерные признаки приводов горизонтальных цементных мельниц, оказывающие влияние на выбор привода цементной мельницы.

В третьем разделе представлена разработанная математическая модель выбора оптимального в заданных производственных условиях редуктора главного привода горизонтальной цементной мельницы.

В четвертом разделе рассмотрена практическая реализация разработанной методики.

В заключении работы сформулированы основные итоги работы и общие выводы по диссертации.

4.6. Выводы по главе.

На основании материала, представленного в рассмотренной главе можно сделать следующие выводы:

1. Разработано программно-методическое обеспечение решения задачи поддержки принятия решения при модернизации приводов цементных мельниц.

2. Внедрение разработанного программного обеспечения в деятельность цементного предприятия позволит повысить качество принимаемых решений, уменьшить время, необходимое для его обсуждения, и в конечном итоге повысить эффективность модернизации приводов эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц.

3. Внедрение разработанного программного обеспечения в деятельность предприятия — производителя приводов или его агентства на территории России позволит повысить качество технических предложений на поставку оборудования и сократить время на их подготовку.

4. Использование разработанного программного обеспечения в деятельности ООО «Свента-Машпром» позволило сократить время подготовки технических предложений с 2−7 дней (в зависимости от сложности проекта) до нескольких часов, необходимых для заполнения форм данными, а также формирования технического предложения на основе полученных данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящее время для поддержания технического состояния как отдельных производственных систем, так и предприятия в целом необходимо проведение модернизации. Учитывая сложившуюся ситуацию в цементной промышленности России и стран СНГ, характеризующуюся высоким прогрессирующим износом основных фондов, была проведена исследовательская работа. Представленная диссертационная работа является научной квалификационной работой, в которой на базе теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача разработки методики структурно-параметрического синтеза приводов в процессе проведения модернизации цементных мельниц. При этом получены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1.В результате обобщения опыта эксплуатации цементных мельниц выявлено, что редуктор главного привода мельницы является наиболее изнашиваемым элементом привода и именно он требует замены в первую очередь.

2. На основе анализа процесса модернизации приводов цементных мельниц были выявлены технические параметры и морфологические признаки приводов, определяющие выбор оптимального варианта его модернизации для заданных производственных условий цементного предприятия. Для сравнительного анализа, а также осуществления синтеза приводов была разработана морфологическая таблица вариантов модернизации приводов цементных мельниц. На основании проведенного исследования был выявлен оптимальный вариант модернизации без учета существующих производственных условий цементного предприятия — двухступенчатый планетарный редуктор с подшипниками скольжения.

3. Была разработана методика структурно-параметрического синтеза привода в процессе проведения модернизации эксплуатируемых цементных мельниц с учетом существующих производственных условий цементного предприятия. Методика включает оптимизационную параметрическую модель оценки объема фундаментных работ и общую оптимизационную математическую модель оценки эффективности модернизации. Применение разработанной методики позволяет повысить эффективность модернизации приводов эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц за счет выбора оптимального как по техническим, так и по экономическим критериям привода. Экономическая эффективность решения, определенного с использованием разработанной методики на 8% превышает традиционно выбираемое по наименьшим первоначальным затратам решение.

4. Разработано программное обеспечение синтеза привода и выбора оптимального проекта модернизации привода цементной мельницы, которое было внедрено на предприятии ООО «Свента-Машпром» (г. Москва). Использование разработанного программного обеспечения на проектном предприятии позволило сократить время подготовки технического предложения на приводы цементных мельниц в среднем 6 раз, при этом удалось добиться повышения качества проектных решений приводов за счет обоснованного выбора варианта монтажа привода на производственной площадке.