永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術(shù)背景 傳統(tǒng)的球磨機、立磨機大都采用三相異步(bù)電動機、聯軸器、減速裝置以及(jí)齒(chǐ)輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在(zài)機械傳動鏈(liàn)冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作(zuò)量大等問題。 沈陽工(gōng)業(yè)大學電機與控製技術研(yán)究所與河(hé)南全新機電設備有限公司聯合設計研(yán)發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計(jì),取消(xiāo)動(dòng)力傳輸的中間環(huán)節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機(jī)的減速機,顯著提(tí)高了電(diàn)機的效率與功率因數(shù),具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點(diǎn)。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多個小(xiǎo)功(gōng)率電(diàn)機。模塊化電機的控製技術可以實(shí)現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸(shū)入電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用(yòng)多台小功率變頻器聯合供電,這樣設計降低了電機(jī)的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製(zhì)的自(zì)由度,球磨機運行在輕載工況時,完(wán)全可以隻運行部分模塊(kuài)電機驅(qū)動球磨機。 在結構方麵,本產品電(diàn)機的定子采用了一種自主(zhǔ)設計研(yán)發的隨動式結構,將整圓的定子(zǐ)分(fèn)成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過(guò)機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心,定(dìng)子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定(dìng)的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間(jiān)的(de)間隙恒定,電機不會發(fā)生掃膛現象,因此電機的氣隙可以設(shè)計的比普通永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低(dī)電機永磁體用量,降低生產成本(běn),節約稀土資源,節能用電量。當模塊發(fā)生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即(jí)可正常運行(háng)。使用(yòng)本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工(gōng)期(qī)。 2、球磨機(jī)專用隨動式永磁直(zhí)驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定(dìng)子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定(dìng),在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動(dòng)等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正(zhèng)常運轉,保證磨機始終運行在性(xìng)能狀(zhuàng)態(tài),不必停機檢修。同時(shí)電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因(yīn)為隨動式(shì)結構,電機不會發生掃(sǎo)膛(táng)現象。 本產品電機的定(dìng)子為隨動式結(jié)構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動(dòng)原理是在定子塊的軸向兩側安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確(què)定定子與轉子間的間隙,定子(zǐ)塊徑向外側設有(yǒu)與支撐框架(jià)相連的彈性機(jī)構。彈性機構在球磨機滾筒不偏(piān)心時處於半壓縮狀(zhuàng)態,如果(guǒ)球磨機滾筒向上波動,轉筒(tǒng)會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而帶動定子塊向上移動,上方彈性機構繼續(xù)壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上(shàng)的吸引力(lì)的同時,定子(zǐ)塊上的彈性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾(gǔn)輪依然貼合轉(zhuǎn)筒(tǒng)外(wài)表麵,使定子塊(kuài)跟隨轉筒波動而進行徑向與圓(yuán)周方向的(de)移動,從(cóng)而保(bǎo)證(zhèng)定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複(fù)位或繼續向下波動,則上方定子塊在受到(dào)永磁體對其向下的吸引力的同時,彈性機構將上方其向下壓(yā),下方(fāng)定子塊被轉筒(tǒng)向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的(de)定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大(dà)造成(chéng)滾輪或轉筒磨損較快。 本產品(pǐn)將永磁電機采用模(mó)塊化控製,根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊(kuài)構成一台模塊電機,一台整圓(yuán)電(diàn)機(jī)由多台(tái)模塊電機構成(chéng),多台模塊(kuài)電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球(qiú)磨(mó)機滾筒上(shàng)。相鄰(lín)隨動式定子塊間設(shè)有固(gù)定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向(xiàng)的限位。球磨機滾(gǔn)筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁(cí)鋼。 本產(chǎn)品的隨動式定子塊安裝拆(chāi)卸十分便捷(jié),隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連(lián)接杆(gǎn)、彈性機構支撐(chēng)架,即可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多(duō)數的球磨機仍采(cǎi)用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置(zhì)以及齒(chǐ)輪結構(gòu)進行(háng)驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損(sǔn)耗大大降低,節約了能源。永磁電(diàn)機通過(guò)變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度(dù)快,感應電機(jī)則起動相對困難。這(zhè)些也(yě)是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永(yǒng)磁直驅,取消(xiāo)了(le)中間(jiān)的減速(sù)機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統(tǒng)的傳動鏈,直驅係統的(de)傳動效率將(jiāng)提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅(fú)提升,而且(qiě)直驅係統的故障率低,維(wéi)護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電(diàn)機定(dìng)子采用(yòng)了模(mó)塊化設(shè)計,不僅降低了加工(gōng),製造(zào),運輸等(děng)難度,還相當於把一個大功率電機做成了多(duō)個小功(gōng)率電機。模塊化(huà)電機的控(kòng)製技(jì)術可以實現(xiàn)降低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的(de)輸(shū)入電流,電(diàn)機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采用多台小功率變頻器(qì)聯合(hé)供(gòng)電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的(de)變頻器容量,從而降(jiàng)低成本。球磨機運行在輕載工況(kuàng)時,完全可以隻(zhī)運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波(bō)含量增加,平均轉矩下降,轉(zhuǎn)矩波動顯著增加(jiā),無法繼續正常運行(háng)。而本產(chǎn)品進行了模塊化設(shè)計,每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的(de)自(zì)由度,可以利用(yòng)其多(duō)電機(jī)結構和控製(zhì)靈活的優勢,在發生(shēng)故障時。可以直接拆(chāi)卸故障電機更換新的(de)模塊電機即可正(zhèng)常運行。模塊化電機具有冗餘(yú)的(de)模塊數,也可切除故障子模塊而控(kòng)製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨(mó)損(sǔn)、滾筒形變或重載產生(shēng)震動等因素會發生(shēng)轉子偏心(xīn)現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機(jī),實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙增大會導致永磁體用量增加,提高電機製(zhì)造成本。隨動式(shì)定子結構的模(mó)塊電機,能在轉(zhuǎn)筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定,可將(jiāng)氣(qì)隙做的更小,減少永磁體用(yòng)量,電機不(bú)會發生掃(sǎo)膛(táng)現(xiàn)象,同時因為該隨動式(shì)定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢(jiǎn)修次數更少(shǎo),工作時間(jiān)更長,大體積球磨機檢修複(fù)雜,降低檢修次數就是提高生(shēng)產效率。 4、隨動式球(qiú)磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比(bǐ)於傳(chuán)統感應電(diàn)機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適應能力差。遇到突發(fā)事件,調整磨鞮高度來改(gǎi)變係統工作環境,係統(tǒng)反應速度(dù)慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況(kuàng)能力強。遇到突發事(shì)件,除(chú)調整磨輾高度外,還增加了速度調節以快速適應係統工作(zuò)環境,係統反應速度更快(kuài)。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應電機無(wú)法在低速實(shí)現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立(lì)磨(mó)的低速起動。為保證在電機起動過程不(bú)對(duì)電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝(zhuāng)置。三相感應(yīng)電機(jī)起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個(gè)係(xì)統構成複雜(zá),係統運行的輔助設(shè)備很多(duō)。直(zhí)驅係統由變頻控製係統控製永(yǒng)磁同步電機起動,轉矩特性(xìng)滿足需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少(shǎo),結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動,待(dài)三相感應電機達到起(qǐ)動條(tiáo)件後(hòu),軟起動裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸(shū)出。在低速過(guò)程需要(yào)盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直(zhí)驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過程可根(gēn)據實際工況進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足(zú)起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更低,維護次數(shù)少 係(xì)統各構成單元均需要時常檢查和定期維護,傳統係統構成單元多。同時立磨減速器(qì)結構複雜需要經常維護,維護(hù)成本費用高。同(tóng)時係(xì)統無法實現在低速運行(háng)的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直接驅動,控製方(fāng)便。係統內無減速器,無需額外進行維護,係統維護成本低。同時,係統可實現在(zài)電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果(guǒ)明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動(dòng)係(xì)統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤(kūn)磨機直驅係統的優勢與球磨機直(zhí)驅(qū)係統相同,這(zhè)裏不再一—贅述。 2、永磁直驅(qū)立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電(diàn)機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破,通過(guò)設計一種雙向載荷扇形模塊機(jī)構替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中具有很強的實(shí)用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代(dài)替傳統的(de)減速機與(yǔ)三相異步電動機,永磁(cí)直驅電機具有雙向載荷機構與不同的(de)放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並(bìng)且方(fāng)便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利(lì)。