永磁直(zhí)驅球磨機、立磨(mó)機
1、技術背景 傳(chuán)統的球磨機、立磨機大都采用(yòng)三(sān)相(xiàng)異步電動機、聯軸器(qì)、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學(xué)電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研(yán)發的球磨機、立磨機采用(yòng)永磁直驅(qū)電機,通過將電動機與機械結構進行機電(diàn)一體化設計,取消動力傳(chuán)輸的中間環節,做成直驅(qū)方案,能直接滿(mǎn)足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯(xiǎn)著提(tí)高了電機的效率與功率因數,具有節(jiē)能、起動轉矩大、過(guò)載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品(pǐn)電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製(zhì)造、運輸等難度,還相當於(yú)把一個大功率電機(jī)做成了多個小(xiǎo)功率(lǜ)電機。模塊化電機的控製技術(shù)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(shū)入(rù)電流,電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聯合供(gòng)電,這樣設(shè)計降低了電(diàn)機的供電電(diàn)壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。每(měi)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自由度,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(qū)動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采用(yòng)了一種自主設計研發的隨動式結構,將整(zhěng)圓的定子分成(chéng)若幹個相互存在(zài)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轉筒是(shì)否震動(dòng)或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保(bǎo)持定子與轉(zhuǎn)子間隙(xì)恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙(xì)恒定,電機不(bú)會發(fā)生(shēng)掃膛(táng)現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產(chǎn)成本,節(jiē)約稀(xī)土資源(yuán),節(jiē)能用電量。當模(mó)塊發生故障時,直(zhí)接拆卸故障電機,更換新的模(mó)塊電(diàn)機即可正常運(yùn)行。使用本產品完全不會因(yīn)電機發生故障而影(yǐng)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“小車結(jié)構”,滾筒就(jiù)像公路,定子塊就像汽車(chē)。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不(bú)影響車輪與地麵貼合,即(jí)滾筒(tǒng)偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾(gǔn)筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉(zhuǎn),保證磨(mó)機始終運行在性能狀態,不必停機(jī)檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也(yě)可(kě)以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構(gòu),電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子(zǐ)為隨動式結構,基於模塊(kuài)化永磁直驅電機,采(cǎi)用獨立的扇形定子塊結構,其(qí)隨動原理是在(zài)定子塊的(de)軸向(xiàng)兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子(zǐ)間的間隙,定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構(gòu)。彈性機構在球磨機滾筒不偏心(xīn)時處於半壓縮(suō)狀態,如果球磨機滾筒向(xiàng)上波動(dòng),轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪(lún),進(jìn)而帶動(dòng)定子塊向上移(yí)動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到(dào)永磁體對(duì)其向上的吸引力(lì)的同時,定(dìng)子塊上的(de)彈性機構將其向(xiàng)上頂(dǐng),保證下(xià)方定子塊的滾輪(lún)依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進(jìn)行徑向與圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之間的間(jiān)隙不變。球磨機(jī)滾筒向下複位或繼續向下波動,則上方定子(zǐ)塊在受到永磁體對其向下的吸引力的(de)同時,彈性機構將上方其向下壓,下方定(dìng)子塊被轉筒向下(xià)壓。 本(běn)產品彈性裝置的壓力大小(xiǎo)可調(diào),對於不同位置的定子塊設置不同的(de)壓力,避免因彈性裝置設置的(de)壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製(zhì),根據不同功率的電機設計采用不同個(gè)數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整(zhěng)圓電機由多台模塊電機構成,多台(tái)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上。相鄰隨動式(shì)定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的(de)限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的(de)隨動式定子塊安裝(zhuāng)拆卸(xiè)十分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈(dàn)性機構與定子(zǐ)塊(kuài)之間的(de)連接杆、彈性機構支(zhī)撐架(jià),即可將定子(zǐ)塊沿徑向拉出,進行檢修或更(gèng)換新的定子塊。 3、采用本產(chǎn)品代替傳統磨機的電(diàn)機驅動係(xì)統的優點 現階段大多數的球磨機仍(réng)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(tóng)步電機與感應電機相比優勢是它有(yǒu)較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節約了能(néng)源。永磁(cí)電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響(xiǎng)應速度快,感應電機則起動相對困(kùn)難(nán)。這些也(yě)是近年(nián)來永磁電(diàn)機(jī)應用越來(lái)越廣泛的原因(yīn)。 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,縮短係統的傳動(dòng)鏈,直驅係(xì)統的傳動效率將(jiāng)提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動(dòng)效率不僅得到大幅提升,而且直驅(qū)係統的故障率低,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了模(mó)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功率電(diàn)機。模塊化電機(jī)的控(kòng)製技術可以實現降低大(dà)功率電機(jī)的輸入電壓,但是不增加電機的輸入電(diàn)流,電機不必采用高等(děng)級絕緣,模塊化電機采用(yòng)多台(tái)小功率(lǜ)變頻器聯合供電(diàn)。這樣設計(jì)降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低(dī)成本。球磨機運行在輕(qīng)載工況(kuàng)時,完(wán)全可以隻運行(háng)部分模塊電機驅動球磨機。 傳(chuán)統電機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩(jǔ)波動顯(xiǎn)著增加,無法繼續(xù)正常運行。而本產品進(jìn)行了模塊化設計,每(měi)個模塊電機都具有(yǒu)一套獨立的控製係統,大大提升了電機(jī)控製的自由度,可以利用其多(duō)電機結構和控製靈(líng)活(huó)的優勢,在發生故障(zhàng)時(shí)。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電(diàn)機即可(kě)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餘正常(cháng)子模塊降額(é)運行。使用(yòng)本產品完全不會因電機發生故障(zhàng)而影響(xiǎng)到生產工期。 球(qiú)磨機因加工誤差、軸(zhóu)承磨損、滾筒形變或重載(zǎi)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(diàn)機掃膛損壞(huài)電機,實際生產中(zhōng)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(cí)體用量增加(jiā),提高電(diàn)機製造成(chéng)本(běn)。隨動式(shì)定子結構的模塊電機,能在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(tǐ)用量,電機不會發生掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次(cì)數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨(mó)機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨(mó)技術 1、立磨直驅對(duì)比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現(xiàn)負載工況多樣性 傳統立磨速度單一(yī),工況適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反(fǎn)應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適(shì)應工況能力強(qiáng)。遇到突發事件,除調整磨(mó)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。 (2)係統簡單,可(kě)靠性高 傳統係統因三相感應電機(jī)無法在低速實現大轉(zhuǎn)矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨(mó)的低速(sù)起動。為保(bǎo)證在電(diàn)機(jī)起動過程不對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動(dòng)裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿(mǎn)足係統轉矩需要,整(zhěng)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(xì)統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤(pán)車係統和減速器(qì),輔助係統少(shǎo),結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過程(chéng)隨意設定 傳統係統先由低(dī)速盤車係(xì)統起動,待三相感(gǎn)應電機達到起動條件後,軟起動裝置起動三相(xiàng)感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法(fǎ)實現過(guò)載輸出。在低速過(guò)程需要盤車(chē)係統,將轉速提高到三相感應(yīng)電機起動條件。直驅係統直接變頻低(dī)速起動,係統直接運行,係統(tǒng)控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整,以滿足各(gè)種工況的需求(qiú)。低速可過載輸出,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(gè)構成單元均(jun1)需要時常檢查和(hé)定期(qī)維護,傳統係統(tǒng)構(gòu)成單元多。同時立磨減速器結構複(fù)雜需要經常維護(hù),維護成本費用高。同時係統無法實(shí)現在低速(sù)運行的(de)情況下進行係統維護。直驅係統構(gòu)成單元簡單,變頻器控製永(yǒng)磁同步電機直接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外進行(háng)維護,係統維護成本低。同時,係統可實現在電機低速運行(háng)情況下進行係統維護。 (5)傳(chuán)動效率(lǜ)高,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(qiú)磨機直驅係統相同,這裏不(bú)再一—贅述。 2、永磁(cí)直驅立磨(mó)結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機(jī)驅動,提高了立磨效(xiào)率。在立磨扶正軸承與(yǔ)壓力軸承上(shàng)進行突破,通過設計一種雙向載荷扇(shàn)形模塊機構(gòu)替代大直徑軸(zhóu)承,方便加工(gōng)、生產、運輸、裝配、維修,並(bìng)降低成本(běn),在工程實際中具有很強的實用型。 針(zhēn)對大、中(zhōng)、小型不(bú)同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步(bù)電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機(jī)構與不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方便製造、裝配(pèi)維護,節省成(chéng)本。均已申請專 利。