永磁直驅球磨機、立磨機
1、技(jì)術背景 傳統(tǒng)的(de)球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機(jī)、聯軸器、減速裝置以(yǐ)及齒(chǐ)輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動(dòng)鏈冗(rǒng)長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問(wèn)題。 沈陽工業大(dà)學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有(yǒu)限(xiàn)公司聯(lián)合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通(tōng)過將電動機與機械結構進行機電一體(tǐ)化設計,取消動力傳輸的中間環節(jiē),做成直驅方案,能直接滿足荷載的需(xū)求,省去傳(chuán)統磨機的減速機,顯著提高(gāo)了電機的效(xiào)率與功率因數,具有節能、起動轉(zhuǎn)矩大、過載(zǎi)能(néng)力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在(zài)控製方麵,本(běn)產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加(jiā)工、製造、運(yùn)輸等(děng)難度,還相當於把一個大功率電機(jī)做成了(le)多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大(dà)功率電(diàn)機的輸入電(diàn)壓,但是不增加電機的輸入電流,電(diàn)機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多(duō)台小功率變頻器聯合供電,這樣設計降(jiàng)低了電機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(dú)立的控製係統(tǒng),大大(dà)提升了電(diàn)機控製的自由度,球磨(mó)機運行在輕載工況時,完(wán)全可以隻(zhī)運行部分(fèn)模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵(miàn),本產品電(diàn)機的定子采用(yòng)了一種(zhǒng)自主設(shè)計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通(tōng)過機械結構設計,確定了一種無(wú)論球磨(mó)機轉筒是否震動或偏心,定子塊始終(zhōng)跟隨轉筒運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(zhèng)定子與轉子間的間隙(xì)恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電(diàn)機的氣隙可以設計的比普通永磁(cí)直驅(qū)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(chéng)本,節約稀土資(zī)源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸(xiè)故障電機,更(gèng)換新的模塊電機即可正常運行。使用本產(chǎn)品完全(quán)不會(huì)因電機發生故(gù)障而影響到生產工(gōng)期(qī)。 2、球磨(mó)機專用隨動式(shì)永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。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(chē)輪與地麵貼合,即滾(gǔn)筒偏心浮動(dòng)不影響滾輪貼合滾(gǔn)筒,保證定子、轉子間隙恒(héng)定,在球(qiú)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,仍能正常運轉(zhuǎn),保證磨機始終運行在(zài)性(xìng)能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更(gèng)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。 本產品電機的(de)定(dìng)子(zǐ)為隨動式結構,基於(yú)模(mó)塊(kuài)化永磁直驅電機,采用獨(dú)立的扇形定(dìng)子塊結構,其隨動原理(lǐ)是在定子塊的軸(zhóu)向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側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(chù)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,進而帶動定子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引(yǐn)力的同時(shí),定子塊(kuài)上(shàng)的彈性機構(gòu)將其向上頂,保證(zhèng)下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑(jìng)向(xiàng)與圓周方向的(de)移動,從而保(bǎo)證定子、轉子之(zhī)間(jiān)的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動,則上(shàng)方定子塊(kuài)在受到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,下方定(dìng)子塊被轉筒向下壓。 本產品彈(dàn)性(xìng)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(zhuāng)置設置的壓力過大造成滾輪或轉(zhuǎn)筒磨損較快。 本產品將永磁電(diàn)機采用模塊化控製,根(gēn)據不同功率的電機設計采用不(bú)同個數的隨動式定子塊構成一台模塊(kuài)電機,一台(tái)整圓(yuán)電機由多台模(mó)塊電機構成,多台模塊(kuài)電(diàn)機共用同一個轉子,模塊電(diàn)機包繞式(shì)安裝在球磨機滾筒(tǒng)上。相鄰隨動式定子塊間設有固定(dìng)在支撐框架上(shàng)的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機(jī)轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨(suí)動式定子塊安裝拆卸十分(fèn)便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次(cì)拆卸(xiè)密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接(jiē)杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑(jìng)向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采(cǎi)用本產品代替傳統磨機的(de)電(diàn)機(jī)驅動係統的優點 現階段大多(duō)數的球磨機仍采用三相感應(yīng)電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁(cí)同(tóng)步電機與感應電機(jī)相比優(yōu)勢是它有較(jiào)高的效率和功率因數,損耗大大降低,節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速(sù),電機(jī)運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動相對困難(nán)。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣(guǎng)泛的原因。 采用永磁(cí)直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節(jiē),縮短係統(tǒng)的傳動(dòng)鏈,直驅係統的傳動效(xiào)率將提升(shēng)至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且(qiě)直驅(qū)係統的(de)故(gù)障率(lǜ)低,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏油(yóu)造(zào)成環境汙染。 由於本產品電機定子采用(yòng)了模塊化設計,不僅降低了加工(gōng),製造,運輸等(děng)難度,還相當於把一個大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(gōng)率電機的輸入(rù)電壓(yā),但是不增加電機的輸入電流(liú),電機不必采用高等級絕緣,模塊化電(diàn)機采用多台小功率(lǜ)變頻器聯合供電。這樣設計降低了電(diàn)機的(de)供電電壓(yā)和使用(yòng)的變(biàn)頻器(qì)容量,從而降低成本(běn)。球磨機運行在(zài)輕載工況(kuàng)時,完全可以隻運(yùn)行(háng)部(bù)分(fèn)模塊(kuài)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畸變,諧(xié)波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動(dòng)顯(xiǎn)著增(zēng)加,無法(fǎ)繼續正常運行。而本產品進(jìn)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(dà)大提升了(le)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(yōu)勢,在發生(shēng)故障時。可以直(zhí)接拆卸故障電機更換新(xīn)的模塊電機即可正常運行。模塊(kuài)化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子(zǐ)模塊而控製其餘正常子模塊降(jiàng)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(xíng)變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心(xīn)現象,偏(piān)心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實(shí)際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃(sǎo)膛,而氣隙(xì)增大會導致永磁體用量增加,提高電機製造成本(běn)。隨動式定子結構的模塊電機,能在(zài)轉筒偏心時保(bǎo)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(cí)體用量,電機不會發生掃膛現象,同時因為(wéi)該隨(suí)動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數(shù)更少(shǎo),工作時間更長(zhǎng),大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就(jiù)是提高生產效率。 4、隨動式球磨(mó)機(jī)裝配示意圖 二、永磁直驅立磨(mó)技術 1、立磨直驅對比(bǐ)於傳統感應電機的優(yōu)點( 1)變頻調速控製,實現負載(zǎi)工況(kuàng)多樣性 傳統立磨(mó)速度單一,工(gōng)況適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係(xì)統(tǒng)工作環境,係統反應速度慢。永(yǒng)磁同步電機采(cǎi)用變頻調速,適應(yīng)工況能力強。遇到突發事件,除調(diào)整磨輾高度(dù)外,還增加(jiā)了速度調節以快速適應係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係統簡單,可靠性高 傳統係統因三(sān)相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需(xū)要額外的盤車係統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(chéng)過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三(sān)相感應(yīng)電(diàn)機(jī)起動後,通過減速器(qì)滿足係統(tǒng)轉矩需要(yào),整個(gè)係統構(gòu)成複雜,係(xì)統(tǒng)運(yùn)行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車係統和減(jiǎn)速器(qì),輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻(pín)器(qì)軟起動,起動過程隨(suí)意(yì)設定 傳統係統先(xiān)由低速盤車係統起動,待三相感應電機達到起動條件後,軟(ruǎn)起(qǐ)動裝置起(qǐ)動三相感應電機,係統運行。係統控(kòng)製複雜,低速(sù)無法實現過載輸出。在低速(sù)過程需要盤(pán)車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅(qū)係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係(xì)統控製簡單。變頻(pín)控製(zhì)起動過程可根據實際工(gōng)況進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起(qǐ)動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護(hù)成本更(gèng)低,維護次數少 係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。同時立磨減速器結構複(fù)雜需要經常維護,維護成(chéng)本費用高(gāo)。同時係統無(wú)法實現在(zài)低速運行的情(qíng)況下進行係統維(wéi)護。直驅係統構成(chéng)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,無需額外進行維護,係統維護成本低。同時,係統可實現在電機低速運行情況下進行係統(tǒng)維護。 (5)傳動效率高,節(jiē)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(dá)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(jī)直(zhí)驅係(xì)統(tǒng)相同(tóng),這裏不(bú)再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構(gòu)示意圖(tú) 本新型立磨結構采用永(yǒng)磁直驅電機驅(qū)動,提高了立磨效率。在(zài)立磨扶(fú)正軸承與壓力軸承上進行突破,通過設(shè)計一種雙向(xiàng)載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,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用型。 針(zhēn)對大、中(zhōng)、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的(de)減速機(jī)與三相異步(bù)電動(dòng)機(jī),永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能(néng)達到扶正與承壓的作用,並且方便製造、裝配維護,節省(shěng)成本。均已申(shēn)請專 利。