永磁直驅球磨機、立磨機(jī)
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都(dōu)采用三相異步電動機、聯軸器(qì)、減速裝置以及齒輪結構進行(háng)驅動,導致球磨機的傳動係統存(cún)在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大(dà)等問題。 沈陽工業大學電機與(yǔ)控製技術研究所與河南草莓视频黄色機電(diàn)設備有限公司聯合設計研發的(de)球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將(jiāng)電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機(jī),顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載(zǎi)能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在(zài)控製方麵(miàn),本產品電機定子采(cǎi)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(yī)個大功率電機做成了多個小功率電機。模(mó)塊化電機(jī)的控製技(jì)術可以實(shí)現降低大功率(lǜ)電(diàn)機的輸入電壓(yā),但是(shì)不增加電(diàn)機的輸入電流,電機不(bú)必(bì)采用高等級絕緣。模塊化(huà)電機采用多台小功率變頻(pín)器聯合供電,這樣設計降低了電機的供電電壓和使(shǐ)用的變頻(pín)器容量,從而降(jiàng)低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製(zhì)係統,大大提(tí)升了電機控製的自由度,球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻(zhī)運行部分模塊電機驅動球(qiú)磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采用了一種自(zì)主設計研發的隨動(dòng)式結構,將整圓的定子分成若(ruò)幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構(gòu)設計,確定了一種無(wú)論球磨機轉筒是否震(zhèn)動或偏心,定子塊始終跟隨轉筒(tǒng)運動從(cóng)而保持定(dìng)子與轉子間隙恒(héng)定的(de)結構。本產品通過機械結構設計保(bǎo)證定子與轉(zhuǎn)子間(jiān)的間隙(xì)恒定,電機(jī)不(bú)會(huì)發生掃膛現(xiàn)象,因(yīn)此(cǐ)電機的氣隙可以設計的比普通(tōng)永磁直驅電機的小(xiǎo)很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本,節約稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直(zhí)接拆卸故障電機,更換新的模塊電機(jī)即可正常運行。使用本產品完全不(bú)會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動(dòng)式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小(xiǎo)車結(jié)構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽(qì)車。滾輪貼合滾筒(tǒng)旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車(chē)輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動(dòng)不影響滾輪貼合滾筒,保證(zhèng)定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配(pèi)誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因(yīn)造(zào)成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常(cháng)運轉,保證磨機始終運行在性(xìng)能(néng)狀態,不必停機(jī)檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可(kě)以做的更小,減少永磁體用量,並且因(yīn)為隨動式結構,電(diàn)機不會(huì)發生掃膛現象。 本產(chǎn)品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直(zhí)驅電機,采(cǎi)用獨立(lì)的扇形定子塊結構,其隨動原理是(shì)在定子塊的軸向(xiàng)兩側(cè)安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向(xiàng)外側(cè)設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進(jìn)而帶動定子(zǐ)塊向上移動,上方彈(dàn)性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將(jiāng)其向上頂,保證下方(fāng)定子塊的滾輪依然貼合轉筒(tǒng)外(wài)表麵(miàn),使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球(qiú)磨機滾筒向下複位或繼續(xù)向下波動,則上方定子塊在(zài)受到永磁體對其(qí)向下的吸引力的同(tóng)時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓(yā)。 本產品彈(dàn)性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定子(zǐ)塊設置(zhì)不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永(yǒng)磁電機采用(yòng)模塊化(huà)控製,根據不同功率(lǜ)的電機設計采用不同個數的隨動式定子(zǐ)塊構成一台模塊電機(jī),一台整圓電機由多台模塊電機構成,多(duō)台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒(tǒng)上。相鄰隨動式定子塊間設有固(gù)定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位(wèi)。球磨機滾筒的法蘭處銜接(jiē)T型支撐板(bǎn),用於支撐安裝電機轉(zhuǎn)子鐵心及磁鋼。 本產品的(de)隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球磨機的(de)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接杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢(jiǎn)修(xiū)或更換新的定(dìng)子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨(mó)機仍采用三(sān)相感應(yīng)電動(dòng)機、聯(lián)軸器、減速裝置以及齒輪結(jié)構進行驅動。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,損耗大大降低,節約了能源。永磁電機通(tōng)過變頻器進行調速,電機運行平穩,係(xì)統響應速度快,感應電(diàn)機則起動相對困難(nán)。這些(xiē)也是近(jìn)年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統(tǒng)的傳動鏈,直驅係統(tǒng)的傳動效率將(jiāng)提升至少20%。球磨(mó)機直驅係統的傳動(dòng)效率不(bú)僅得到大(dà)幅提升,而且直驅(qū)係統的故障率低,維護檢(jiǎn)修方便,還避免(miǎn)了傳統(tǒng)設備因漏油(yóu)造成環境汙染。 由於本產品電機定子采(cǎi)用(yòng)了模塊化設計,不(bú)僅降低了加工,製造,運輸等難度,還相當(dāng)於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采(cǎi)用多台(tái)小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的(de)供電電壓和使(shǐ)用的變頻器容量,從(cóng)而降(jiàng)低成本。球磨機運行在輕(qīng)載工況時,完(wán)全可以(yǐ)隻運行部(bù)分模塊(kuài)電(diàn)機驅(qū)動球磨機。 傳統(tǒng)電機故障(zhàng)時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含(hán)量增(zēng)加(jiā),平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而(ér)本產品進行了模塊化設計,每個模塊電機都具有一套獨立的控製係(xì)統,大大(dà)提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可以直接拆卸(xiè)故(gù)障電機更換新的(de)模塊電機(jī)即(jí)可正常運行。模塊化電(diàn)機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模塊而控製其(qí)餘正常子模塊降額運行。使(shǐ)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(gōng)誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙(xì)增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造(zào)成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時(shí)保證定子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用(yòng)量,電(diàn)機不會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心(xīn)時能繼續正常工作,檢修次數更少,工(gōng)作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢(jiǎn)修次數就是提高生產效率。 4、隨動式(shì)球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速(sù)控製,實現負載工(gōng)況(kuàng)多樣(yàng)性 傳統立磨速度單一(yī),工況(kuàng)適應能力(lì)差。遇到突發事件(jiàn),調整磨鞮高度來改變係統(tǒng)工作環(huán)境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還(hái)增加了速度調節(jiē)以快速適(shì)應係統工作環(huán)境,係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相(xiàng)感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外(wài)的盤(pán)車(chē)係統滿足立磨的低速起(qǐ)動。為保(bǎo)證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後(hòu),通過減速器滿(mǎn)足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係(xì)統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻(pín)控製係統控製永磁同步電機起動,轉矩特(tè)性滿(mǎn)足需要,無需(xū)盤車係統和減速器(qì),輔助係(xì)統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起(qǐ)動(dòng)過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動(dòng),待三相感應(yīng)電機達到(dào)起動(dòng)條件(jiàn)後,軟起動裝置起動(dòng)三相感應電機,係統(tǒng)運行。係(xì)統控製複雜,低速無(wú)法實現過載輸出。在低(dī)速過程需要盤(pán)車係統(tǒng),將轉速提高到三相(xiàng)感應電機起動條(tiáo)件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運(yùn)行(háng),係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實(shí)際(jì)工況進行調整,以滿足各種工況的需(xū)求。低速可過載(zǎi)輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更低,維(wéi)護次數少 係統各構成單元均需要(yào)時常檢查和定期維護,傳統係統構(gòu)成單元(yuán)多。同時立磨減速(sù)器結構複雜需要經常維護,維(wéi)護成本費用(yòng)高。同時(shí)係(xì)統無法實現在低(dī)速運行的情況下(xià)進行係(xì)統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製(zhì)永磁同步電(diàn)機直接(jiē)驅動,控製方便。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(háng)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係統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這(zhè)裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立(lì)磨結構示意(yì)圖(tú) 本新型立磨結構采用永(yǒng)磁直驅電機(jī)驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力(lì)軸承上(shàng)進行突(tū)破,通過設計一種(zhǒng)雙向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸(shū)、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(dà)、中、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專(zhuān)用永磁電機,代(dài)替傳統的減速機與三相(xiàng)異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均(jun1)能達到(dào)扶正與承(chéng)壓的作用,並且方便製造、裝配維(wéi)護,節省成本。均已申請專 利。