Empresa de Energía de Minas de Carbón – Mongolia Interior, Asia
Antecedentes del proyecto:
La mina de carbón a cielo abierto de una empresa energética nosotros La empresa con la que colaboramos está situada en Mongolia Interior. Presenta un clima subártico continental, con inviernos largos y fríos, veranos cortos y calurosos, grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche, gran cantidad de polvo de carbón en las instalaciones y fuertes tormentas de arena en primavera. La profundidad de congelación estacional es de 2,41 metros, y el espesor del suelo congelado oscila entre 2 y 4 metros. Los equipos de trituración de las minas de carbón deben mantener un funcionamiento normal en condiciones meteorológicas adversas, como viento, nieve, lluvia y arena, en un entorno con temperaturas comprendidas entre -50 y +40 ℃.
La empresa energética puede producir 35 millones de toneladas de lignito de alta calidad al año. El centro de almacenamiento es un sistema integral de producción en tierra con una capacidad de decenas de millones de toneladas que integra la trituración, el cribado, el almacenamiento de carbón y la carga rápida y cuantitativa. Se encarga principalmente de la trituración secundaria de la producción de carbón de la empresa y de la carga rápida de carbón para el ferrocarril. Suministra bloques cribados y carbón acabado de diferentes calidades para la calefacción de invierno de la empresa, la calefacción civil de los alrededores, la generación de energía y la calefacción en la región norte, así como para otras áreas de producción y de uso doméstico. Al mismo tiempo, almacena y transporta carbón de diferentes tamaños de partícula y requisitos de calidad para la industria local de conversión de carbón en petróleo, la industria química del carbón, el carbón moldeado de calidad mejorada y otras empresas industriales y mineras.
La zona de trabajo se compone principalmente de dos partes: el sistema de producción a cielo abierto de la primera fase, con una capacidad de decenas de millones de toneladas, y el sistema de producción a cielo abierto de la segunda fase, también con una capacidad de decenas de millones de toneladas. Anteriormente, el motor y el reductor de la estación de trituración del sistema de producción de decenas de millones de toneladas utilizaban acoplamientos hidráulicos como equipos de arranque suave. Dado que el acoplamiento hidráulico funciona a plena carga durante mucho tiempo, es necesario rellenarlo de aceite y realizarle mantenimiento durante su uso, y también hay que sustituir con frecuencia el retén de aceite para que el acoplamiento siga funcionando correctamente. En caso de avería del acoplamiento hidráulico, es necesario detenerlo para su mantenimiento. Su desmontaje y montaje resultan muy engorrosos. Se tarda unas 5 horas en sustituir todo el acoplamiento hidráulico, lo que inevitablemente conlleva pérdidas económicas y muchos otros efectos adversos para el departamento de producción.
Características del material a triturar:
- Capa de arena suelta, capa de arcilla blanda: el valor de la resistencia al corte es de 25 y el valor C es de 0,015 MPa.
- Masa rocosa de trituración: masa rocosa situada en la zona de fuerte meteorización de la serie carbonífera, con una resistencia a la compresión de 1,56 MPa.
- Sección de roca con fracturas en bloques estratificados: todos los estratos de la serie carbonífera situados por debajo de la zona de meteorización, compuestos por lutita, arenisca y veta de carbón. De ellos, la lutita representa el 70%, con un gran espesor y una resistencia a la compresión de entre 1,56 y 9,60 MPa.
- El combustible es carbón en trozos, y la resistencia a la compresión del filón de carbón oscila entre 5,48 y 16,8 MPa (F3 a F5), con una media de 10,18 MPa; la resistencia media al cizallamiento es de 0,88 MPa.
- Densidad aparente del carbón: de 1,28 a 1,41 t/m³.
- Coeficiente de dispersión del carbón: 0,7.
- Densidad aparente del macizo rocoso: densidad aparente media ≤ 2,14 t/m³.
- Coeficiente de roca suelta: 1,3.
- Contenido de humedad de la roca del carbón: El contenido de humedad del carbón en bruto presente en el filón oscila entre 3,59% y 19,87%, y el contenido medio de humedad de cada capa de roca es ≤ 23,4%.
Puntos problemáticos:
Los problemas que se planteaban anteriormente al utilizar acoplamientos hidráulicos eran los siguientes:
- La trituradora secundaria n.º 3 es una unidad doble en paralelo, y la capacidad de trituración de cada unidad es de 2000 t/h (400 kW por unidad; el tamaño de las partículas de entrada es inferior a 300 mm y el de las partículas de salida, inferior a 50 mm). Diseñada e instalada por una determinada empresa de maquinaria de ingeniería, la carga de impacto de la trituradora accionada por dos motores es muy elevada, y el acoplamiento utiliza acoplamientos hidráulicos importados. Sin embargo, debido a la influencia de objetos de hierro extraños (objetos de hierro abandonados en la mina a cielo abierto), el rodillo de engranajes de la trituradora se atasca con frecuencia, lo que provoca que el acoplamiento, el reductor e incluso el propio rodillo de engranajes sufran daños de diversa gravedad, o incluso se deformen y queden inservibles, lo que impide el funcionamiento de todo el sistema de producción, supone numerosos riesgos ocultos para la seguridad en el trabajo y restringe gravemente la producción.
- Al tener en cuenta su propia potencia, debido a factores ambientales, los fabricantes de trituradoras suelen aumentar considerablemente la potencia de salida de la trituradora. Por lo tanto, el acoplamiento hidráulico, como pieza de conexión, soporta instantáneamente una fuerza de impacto muy elevada y, debido a sus características estructurales, es inevitable que resulte dañado. Por ejemplo, el acoplamiento de pasador suele sufrir daños. El funcionamiento normal del acoplamiento hidráulico requiere aceite hidráulico para completar la transmisión del par. El aceite hidráulico suele sufrir fugas debido a sobrecargas o a un sellado deficiente, lo que contamina el medio ambiente y afecta a la transmisión normal del par. Por lo tanto, para garantizar el funcionamiento normal del acoplamiento hidráulico, es necesario realizar un mantenimiento y una inspección frecuentes de la cámara de trabajo y de las juntas, así como añadir o sustituir periódicamente el aceite hidráulico. Estas tareas de mantenimiento provocarán inevitablemente que el equipo se ponga en marcha y se detenga en numerosas ocasiones, lo que aumentará la carga de trabajo del personal y, lo que es más importante, también disminuirán la producción, la eficiencia y la utilización de los equipos de la mina de carbón, mientras que los costes de mantenimiento y otros gastos van en aumento.
Solución:
Se fabrica a medida un acoplamiento magnético limitador de par de alta potencia según la potencia que requiere la trituradora en su funcionamiento diario. Este acoplamiento se compone principalmente de dos partes: una es un conductor de material especial conectado al extremo del eje del motor, y la otra es un imán permanente conectado al extremo de la carga. Durante el funcionamiento, el movimiento relativo de ambas partes genera un campo magnético que produce corrientes parásitas en el disco conductor. El campo magnético generado por las corrientes parásitas interactúa con el imán permanente, de modo que el rotor y el conductor transmiten el par a través del entrehierro.
Tras su instalación y puesta en marcha, prácticamente no se ve afectado por el entorno de uso, y su funcionamiento es estable y fiable. Al no haber alimentación eléctrica, no se producen problemas de interferencias electromagnéticas. Dado que la conexión del eje entre el motor de acoplamiento magnético de trituración y la carga es sin contacto, la vibración de la carga no se transmite al motor. Es precisamente porque la conexión del eje es sin contacto por lo que aporta dos ventajas:
- Los requisitos de alineación durante la instalación son mínimos;
- No se producirán daños en los cojinetes ni en las juntas debido a la conexión directa del eje, lo que garantiza la vida útil del equipo. La vida útil teórica prevista para el acoplamiento magnético de trituración es de 30 años, lo que demuestra una excelente estabilidad de funcionamiento a largo plazo.
El 9 de diciembre de 2013, el operario detectó que la trituradora estaba sobrecargada durante su funcionamiento. El acoplamiento magnético de la trituradora respondió al instante y el disco se desacopló de forma eficaz para proteger el motor. Tras investigar el caso, se descubrió que una pieza de hierro se había atascado entre los dientes del rodillo, lo que provocó la sobrecarga. De este caso se desprende que el disco del acoplamiento magnético puede desacoplarse al instante en una situación de emergencia, evitando de forma precisa y eficaz el desgaste de todo el sistema de la trituradora.
Resumen de resultados:
Según los comentarios de los clientes durante el uso del acoplamiento magnético tras su instalación, se comparan las características de rendimiento del acoplamiento magnético de trituración con las del anterior equipo de transmisión por acoplamiento hidráulico. El acoplamiento magnético de trituración tiene una estructura compacta y no requiere la instalación de otros equipos auxiliares. Dado que el par se transmite a través del entrehierro, no hay contacto entre las dos piezas, por lo que no hay piezas sujetas a desgaste, y la vibración puede reducirse en más de un 80%, lo que prolonga la vida útil de las piezas del equipo y de los cojinetes. Se admite una gran excentricidad; no requiere lubricación; puede soportar la carga pulsante admisible especificada y es capaz de absorber y amortiguar la carga de impacto. Permite un arranque suave, un arranque bajo carga y una protección contra sobrecargas sin dañar el motor ni la carga. Es fácil de instalar y no requiere mantenimiento.
Ventajas del acoplamiento magnético del motor
- Reducir el consumo de energía de 25% a 66%.
- Este producto requiere poco trabajo de mantenimiento, un mantenimiento mínimo y unos costes de mantenimiento reducidos.
- El error de centrado durante la instalación puede controlarse dentro de un margen de 5 mm, lo que simplifica enormemente el proceso de instalación y puesta a punto.
- Cuenta con una función de protección contra sobrecargas, lo que mejora la fiabilidad de todo el sistema y evita que este sufra daños debido a una sobrecarga.
- Cuando se accionan varias máquinas, puede reducir las vibraciones por impacto, coordinar la distribución de la carga y mejorar la capacidad de arranque del motor.
- Este tipo de regulación de velocidad permite ajustar de forma continua la velocidad de salida sin modificar la velocidad del motor.
- Larga vida útil, con una vida útil prevista de 30 años, y la vida útil de los componentes del sistema puede prolongarse aún más.
- Permite el control automático a distancia y ofrece una elevada precisión en el control de procesos.
- Tiene una estructura sencilla y es adecuado para entornos hostiles. No genera contaminantes ni armónicos, es de tamaño reducido y fácil de instalar.
- Cuando el polo magnético activo se desplaza a una velocidad V, las componentes de las fuerzas P1 y P2 generadas por el polo magnético activo y el polo magnético arrastrado en la dirección del movimiento se superponen, mientras que las componentes perpendiculares a la dirección del movimiento son opuestas y, en esencia, se compensan entre sí.
Análisis económico del acoplamiento magnético del motor
- Inversión inicial: La inversión inicial en un acoplamiento magnético es, en la actualidad, más o menos la misma que la de un convertidor de frecuencia.
- Coste de mantenimiento: Dado que el acoplamiento magnético prácticamente no requiere mantenimiento, el coste de mantenimiento es casi nulo.
- Pérdidas económicas provocadas por las averías: Aunque el inversor es también un dispositivo de ahorro energético, en realidad no permite a los usuarios apreciar los beneficios de dicho ahorro, ya que su tiempo medio sin averías es demasiado corto, con una media de una avería al año. La reducción de la carga y el aumento del consumo de combustible provocados por la avería no compensarán la pérdida.
En resumen, tanto si se tiene en cuenta el rendimiento individual como el rendimiento global, o la eficiencia energética individual o la eficiencia energética global del sistema, los acoplamientos magnéticos para motores son la mejor opción. Las ventajas de los acoplamientos magnéticos para motores se hacen aún más evidentes cuando se tienen en cuenta todos los costes a lo largo de la vida útil del dispositivo. El acoplamiento magnético para motores funciona de forma fiable en la trituradora de la mina de carbón.
