REGAL

Progettare i motori dei piani a rulli

Come realizzare in modo vincente le applicazioni più impegnative.
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I piani a rulli utilizzati negli impianti siderurgici più moderni tendono a utilizzare rulli azionati individualmente anziché con una trasmissione di gruppo, per esempio tramite catene o cinghie. Ananda Majumdar, attivo con lo specialista globale di motori Regal, ha analizzato gli aspetti fondamentali di questa tecnologia critica.

I piani a rulli richiedono motori speciali con un’elevata costante dinamica e una progettazione complessiva molto robusta, per sopportare il grande calore e l’elevata sporcizia di un impianto siderurgico. Questi motori sono usati negli impianti siderurgici per compiti generici di trasporto, ma sui laminatoi a inversione e i relativi piani di trasporto, i compiti operativi sono estremi, con arresti e avvii continui e improvvise inversioni.

Durante il funzionamento, il problema maggiore è costituito dalle accelerazioni e decelerazioni dei pani. Questo determina il dimensionamento del motore, che è di solito espresso in termini di coppia di avvio.

Il requisito di coppia di avvio dipende dal tipo di barra da lavorare. I pani a barra sono  lavorati uno per volta e la coppia di avvio dipende dal peso della barra. Se la potenza dei motori è sovradimensionata, i rulli possono scivolare sulla superficie del pane, causando imperfezioni superficiali.

Tuttavia, i pani a billetta e a vergella sono spesso lavorati in diversi pezzi per volta, quindi esiste la possibilità che i pezzi s’incastrino uno contro l’altro o contro i lati del laminatoio. In questi  casi i motori devono disporre di coppia sufficiente a invertire il movimento e superare eventuali ingorghi. La disponibilità di questa coppia extra significa, però, che esiste la possibilità di scivolamenti, che possono danneggiare la superficie dei pani rendendone necessaria la rilavorazione con ulteriori passate attraverso il laminatoio.

Le coppie massime e minime teoriche per ciascun’applicazione sono relativamente facili da calcolare, in base al diametro e alla lunghezza del rullo, alla spaziatura dei rulli, al tipo e al peso dei pani, al tempo di accelerazione e alla velocità massima. Con le stesse tecniche è anche possibile calcolare la coppia di scivolamento, il cui valore è tra quella massima e quella minima.

Per le applicazioni di laminazione delle barre, è preferibile selezionare motori le cui caratteristiche di coppia siano comprese tra la coppia minima e quella di scivolamento. Nel caso di billette e vergelle, l’ideale sono invece i motori con coppie comprese tra quella di scivolamento e quella massima. I motori che superano la coppia massima saranno eccessivamente soggetti a problemi di scivolamento, per di più con un assorbimento di potenza eccessivo rispetto a motori dimensionati in modo ottimale.

I laminatoi, specialmente quelli di lavorazione delle billette e delle vergelle, sono tipicamente soggetti a blocchi e ingorghi. A causa della prossimità di vere e proprie tonnellate di metallo caldissimo, non è possibile eliminarli manualmente: è necessario invertire e poi riattivare il moto dei rulli. In questi casi, è probabile che uno o più dei rulli si trovi in condizione di stallo per tempi prolungati, ed è quindi necessario che i motori siano in grado di sopportare gli sforzi elettrici determinati di conseguenza. Ci sono standard internazionali che trattano questa situazione: per le applicazioni più semplici, è solitamente richiesta la capacità di sopportare condizioni di stallo fino a tre minuti; per le situazioni più impegnative, si può arrivare a 15 minuti o più.

Un’altra caratteristica chiave dei motori dei piani a rulli è la capacità di dissipare il calore. Questo ha a che vedere con il carico, l’accelerazione e la frequenza degli avvii, ed è un fattore fondamentale di cui tenere conto per le conseguenze termiche degli stalli. Nel settore, questo è definito ‘valore B’ e, considerata la sua importanza, è sempre citato nelle specifiche tecniche.

 Criteri di progettazione

 Quando si progetta o si specifica un motore per piani a rulli, i criteri fondamentali includono:

 ·        caratteristiche di velocità/coppia corrispondenti all’applicazione specifica

·         inerzia rotorica più bassa possibile

·         rigidità meccanica molto elevata per sopportare le continue inversioni

·         progettazione meccanica robusta in grado di sopportare elevati carichi, carichi d’urto, accelerazioni e inversioni rapide

·         cuscinetti di grandi dimensioni e lubrificazione ad alte temperature

·         progettazione elettrica robusta in grado di sopportare condizioni di stallo prolungate

·         isolamento di classe F o H in grado di sopportare le elevate temperature all’interno del motore

·         riconoscimento dell’elevata temperatura ambiente e relativo declassamento delle prestazioni del motore

·         È molto provabile che il ciclo di lavoro sia 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana per molti anni, con una manutenzione ridotta al minimo.

Inoltre, i motori dovranno essere completamente scatolati per proteggere gli operatori, tenendo però conto delle esigenze di raffreddamento. Il raffreddamento ad aria forzata è termicamente efficiente ma presenta il problema di sollevare polvere e sporcizia, quindi può essere preferibile la soluzione naturale tramite alette o scambiatore di calore.

Sempre più attenzione è prestata all’efficienza energetica, poiché un gruppo di motori per piani a rulli può consumare una grande quantità di energia. Con questo obiettivo, spesso il rotore è realizzato in alluminio pressofuso, progettando con attenzione gli altri elementi dal punto di vista elettrico.  

Da molti anni si preferisce utilizzare motori in CA per i piani a rulli, poiché richiedono meno manutenzione rispetto a quelli in CC. Inoltre, l’utilizzo di azionamenti a inverter è ormai consolidato nel settore. In conclusione, i motori per piani a rulli sono sottoposti a un ciclo di lavoro arduo in condizioni estremamente difficili. Considerando i costi di eventuali tempi di arresto,  devono essere talmente robusti da poter sopportare tutto senza smettere di funzionare. Un buon motore per piani a rulli si ripaga da solo, grazie agli anni di funzionamento affidabile.

 

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