永磁直驅球(qiú)磨機、立(lì)磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯(lián)軸器、減速裝置(zhì)以及齒輪(lún)結構進行驅動,導致球磨(mó)機(jī)的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低(dī)、機構複雜、運行(háng)維(wéi)護工作量大等問題。 沈陽工業大學電(diàn)機與控製技術研究所與河南全(quán)新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電(diàn)機,通過將電動機與機械結構進行機(jī)電一體化設計,取消(xiāo)動力(lì)傳輸的中間環節(jiē),做成直驅方案,能直接(jiē)滿足荷載的需求,省去傳統磨機的(de)減速機(jī),顯著提(tí)高了電機的(de)效率與功率因數,具有節能、起(qǐ)動轉矩大、過載能力強、係(xì)統免維護、自動化(huà)程度高等(děng)優點。 在控製方(fāng)麵(miàn),本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製(zhì)造、運輸等難(nán)度,還(hái)相當於把一個大功率電機做成(chéng)了多個小功率電機。模塊化電機的控製技(jì)術可以實現降低大功率電機的輸入電壓,但(dàn)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)用多台小功率(lǜ)變頻器聯合供電,這樣設計降低了電(diàn)機的供電電壓和使用的變頻器(qì)容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一套(tào)獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機運行在輕載工況(kuàng)時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機(jī)。 在結構方麵,本產品電(diàn)機的定(dìng)子采用了一種自主設計研發的隨動(dòng)式結構,將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨機(jī)轉筒是否震動或(huò)偏心,定子塊始終跟隨轉(zhuǎn)筒運(yùn)動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉(zhuǎn)子間的間隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因(yīn)此電(diàn)機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多,從(cóng)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(zhàng)時,直接拆(chāi)卸故障電機,更換新(xīn)的模塊電機即可正常運行(háng)。使用本產品(pǐn)完全不(bú)會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概(gài)述 本產(chǎn)品的隨動(dòng)式定子結構構成(chéng)一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒(tǒng)旋轉相當於汽車在公路行駛(shǐ),公路的(de)起伏不影響車輪與地麵貼合(hé),即滾筒偏心浮動不影(yǐng)響滾輪貼合滾(gǔn)筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機(jī)因裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾筒(tǒng)形變、重載震動等(děng)原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運行在(zài)性能狀態,不必停機檢修。同時(shí)電機定子與轉子(zǐ)間的間隙也可以做的更小(xiǎo),減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機不會發生(shēng)掃膛現象。 本(běn)產(chǎn)品電機的定子為隨動式結(jié)構,基於模塊化永磁直驅(qū)電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其(qí)隨(suí)動原理是(shì)在定子塊的(de)軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的(de)間隙,定子塊徑向外側設有與(yǔ)支撐框架相連的彈性機構。彈性機(jī)構在(zài)球磨(mó)機滾筒(tǒng)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(xiàng)上(shàng)頂(dǐng)定(dìng)子塊上安裝的滾輪(lún),進而帶動定子塊向上移動,上方(fāng)彈性機構(gòu)繼續(xù)壓縮;下方定子塊在受到永(yǒng)磁體對其向上的(de)吸引力的同(tóng)時,定子塊上的彈性(xìng)機構將其向上頂,保證下方定子塊(kuài)的滾輪依然貼合轉筒外表麵(miàn),使(shǐ)定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的(de)移動,從而保證(zhèng)定子(zǐ)、轉子之間的(de)間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動,則上方定子塊在受到永磁體對(duì)其向下的吸(xī)引力的同時,彈(dàn)性機構將上方其向下壓,下方定(dìng)子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,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(jiāng)永磁電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式(shì)定子塊構成(chéng)一台模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機(jī)構成,多台模(mó)塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在(zài)球磨機滾(gǔn)筒上。相鄰隨動式定子(zǐ)塊(kuài)間設有固定在(zài)支撐框架上(shàng)的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機(jī)滾筒的法蘭處銜接T型支撐(chēng)板,用於支撐安(ān)裝電機(jī)轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要(yào)沿球(qiú)磨機的徑向依次拆卸密封外(wài)殼、彈性(xìng)機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆(gǎn)、彈性機構(gòu)支撐架,即可將定子塊沿(yán)徑向拉出,進行檢修或更換新的定(dìng)子塊。 3、采用本(běn)產(chǎn)品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現(xiàn)階段大多數的球磨(mó)機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步(bù)電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率(lǜ)和功率因數,損耗大大降低,節約了能源。永磁電(diàn)機通(tōng)過變頻器(qì)進行調速,電機運行(háng)平穩,係統響應速度(dù)快,感應電機(jī)則起動相對(duì)困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用(yòng)永磁直驅,取消了中(zhōng)間的(de)減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈(liàn),直驅係(xì)統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統(tǒng)的傳動效率不僅得到大(dà)幅提升,而且直驅(qū)係統的故障率低,維護檢修方便,還避免了(le)傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品(pǐn)電機定子采(cǎi)用了模塊化設計,不僅降低了加(jiā)工,製造(zào),運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多個(gè)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(bú)增加(jiā)電機的輸入電流(liú),電機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采用多台(tái)小功率變頻器(qì)聯合(hé)供電。這樣設計降低了電(diàn)機的(de)供電電壓和使用的變頻器(qì)容量,從而(ér)降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機(jī)故障時,會導致電機合成磁動勢發生(shēng)畸(jī)變,諧波含量增(zēng)加,平均轉矩(jǔ)下降,轉矩波動(dòng)顯著增加,無法繼(jì)續正常運行。而(ér)本產品進行了模塊化設計,每個模(mó)塊電機都(dōu)具有一套獨立的控製係統,大大提升了(le)電機控製的自由度,可以利用其多(duō)電機結(jié)構和控製靈活的優勢,在發(fā)生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電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(jiā)工誤差、軸承磨損、滾(gǔn)筒形(xíng)變或重載產生震(zhèn)動等因(yīn)素會(huì)發(fā)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(qì)隙增大會導致永磁體用量增(zēng)加,提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機(jī),能在(zài)轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不(bú)會發生掃膛現象(xiàng),同(tóng)時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工(gōng)作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降(jiàng)低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式(shì)球磨機裝配示意(yì)圖 二、永磁直(zhí)驅(qū)立磨技術 1、立磨直驅對(duì)比於傳統感應電機的優點(diǎn)( 1)變頻調速控製,實現負載工況(kuàng)多樣性 傳統(tǒng)立磨速度單一(yī),工況(kuàng)適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮(dī)高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步(bù)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(gāo)度外,還增加了速度調節以快速適應係(xì)統工(gōng)作環境,係統反應速度(dù)更快(kuài)。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外的(de)盤車係統(tǒng)滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動(dòng)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,通過減速器滿足(zú)係統轉矩需要,整個(gè)係統構成複雜,係統運行的輔助設備很多。直驅係(xì)統由變頻控製係統控製永磁同(tóng)步(bù)電機(jī)起動,轉矩特性滿(mǎn)足需要,無需盤車係統和(hé)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動條件後,軟起動裝置(zhì)起動(dòng)三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法(fǎ)實現過載輸出。在低速過(guò)程需要盤車係統,將轉速提(tí)高到三相感應電(diàn)機起動條件。直驅(qū)係統直接變頻低速起(qǐ)動,係統直接運行,係統控製(zhì)簡單。變頻控製起動過程可根據實(shí)際工況進行調整,以(yǐ)滿(mǎn)足各種工況的需求。低速(sù)可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更(gèng)低,維護次數少 係(xì)統各構成單元均需要時常檢查和定期(qī)維護,傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護,維護成本費用高。同時係統無法實(shí)現在(zài)低速運行的情況(kuàng)下進行係統維(wéi)護。直驅係統構成單元簡單,變(biàn)頻器控製永磁同步電機(jī)直接驅動,控(kòng)製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護(hù),係統(tǒng)維護成(chéng)本低。同時,係統可實現(xiàn)在電機低速運行情況下(xià)進行係統維護(hù)。 (5)傳動效(xiào)率高(gāo),節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節(jiē)電量達181萬(wàn)元。(按照5000h,0.6元/kWh)立(lì)式鯤磨機直(zhí)驅係統的(de)優勢與球磨機(jī)直(zhí)驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立(lì)磨結構示意圖 本新型立(lì)磨結構采(cǎi)用永磁(cí)直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進(jìn)行突破,通過設計一種雙向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,方便(biàn)加工、生產、運輸、裝配、維(wéi)修,並降低成本,在工程實際中(zhōng)具有很強的實用型。 針對(duì)大、中、小型不同尺寸的(de)立磨,分別(bié)設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與三(sān)相異步電動機,永磁直(zhí)驅電機具有雙向載荷(hé)機構與(yǔ)不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的(de)作用,並且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。