永磁直驅(qū)球磨機、立磨機(jī)
1、技術背景 傳統的球磨機(jī)、立磨機大都采用(yòng)三相異(yì)步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨(mó)機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構(gòu)複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機(jī)與(yǔ)控製技術研究所與(yǔ)河南香蕉视频app在线下载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機(jī),通過將電動(dòng)機與(yǔ)機械(xiè)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(néng)直接滿足(zú)荷載的需求,省去傳統磨機的(de)減(jiǎn)速機(jī),顯著提(tí)高了電(diàn)機的(de)效率與功率因數,具有(yǒu)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。 在控製方麵,本產品電(diàn)機定(dìng)子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等(děng)難度,還相(xiàng)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(jī)的(de)控製技術可以實現降低大功(gōng)率電機(jī)的輸入電(diàn)壓(yā),但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功(gōng)率變頻器聯合供電,這樣設計降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(jī)都具有一套獨立的(de)控製係(xì)統,大大提升了電機控製的自由度,球(qiú)磨機運行在輕載工(gōng)況時,完全可以隻運行(háng)部分模塊電(diàn)機驅動(dòng)球磨機。 在結構(gòu)方麵,本(běn)產(chǎn)品電機的定子采用了(le)一種自主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相互(hù)存(cún)在(zài)間隙(xì)的小扇形(xíng)塊,通過機械結構設計,確定了(le)一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊始(shǐ)終(zhōng)跟隨轉筒(tǒng)運(yùn)動(dòng)從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機(jī)械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電機不會發生掃(sǎo)膛現象,因此電機的(de)氣隙可以設計的比(bǐ)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(dī)生產成本,節約(yuē)稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸(xiè)故障電(diàn)機,更換新(xīn)的模塊電機即(jí)可正常運行。使用本產品(pǐn)完全不會因電機發生(shēng)故障而影響到生產工期。 2、球磨機專(zhuān)用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公(gōng)路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相(xiàng)當於汽車在公路(lù)行駛,公路(lù)的起伏不影響車輪與地麵(miàn)貼合,即(jí)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,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損(sǔn)、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不(bú)均(jun1)勻時,仍能正常運轉,保證磨(mó)機(jī)始終運行(háng)在性能狀態,不必停機檢修。同時(shí)電機定子與轉子間的間隙也可以(yǐ)做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式(shì)結(jié)構,電機不會(huì)發生掃膛現象。 本產品電(diàn)機的定子為隨動(dòng)式結構,基於模塊化永磁直(zhí)驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向兩側(cè)安裝滾輪且滾(gǔn)輪貼(tiē)合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外(wài)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於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會(huì)向上頂定子塊上安(ān)裝的(de)滾輪,進而(ér)帶動(dòng)定子塊(kuài)向上移動,上方彈(dàn)性機構繼續壓縮;下方定(dìng)子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的(de)同時,定子塊上的彈性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依(yī)然貼合(hé)轉筒外表麵,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(zhī)間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動,則上方定(dìng)子塊在受到永磁體對其(qí)向下的吸(xī)引力(lì)的同時,彈性(xìng)機(jī)構(gòu)將上方(fāng)其向下壓,下方(fāng)定子塊(kuài)被(bèi)轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不同(tóng)位置的定子塊設置不同的(de)壓力,避免因(yīn)彈性裝置設(shè)置的壓力過大造成滾輪(lún)或轉筒磨損較快。 本產品將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定子塊(kuài)構成一台模塊電機,一台整圓電機由多(duō)台模塊電機構成(chéng),多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上。相鄰隨動式(shì)定子塊間設有固(gù)定在支撐框架上(shàng)的擋板來對定子塊進行圓周方向(xiàng)的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐(chēng)板,用於支撐安裝電(diàn)機轉子鐵心及磁(cí)鋼。 本產品(pǐn)的(de)隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆(chāi)卸密封外殼(ké)、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性(xìng)機構支撐架,即可將(jiāng)定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊(kuài)。 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。永磁同步電機與感應(yīng)電機(jī)相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大大降低,節(jiē)約(yuē)了能源。永(yǒng)磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快(kuài),感應電機(jī)則起(qǐ)動(dòng)相對困難。這些也(yě)是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直(zhí)驅,取消(xiāo)了(le)中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳(chuán)動(dòng)環節,縮短係統的傳動(dòng)鏈(liàn),直驅係統的(de)傳動效率將提升(shēng)至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率(lǜ)不僅得(dé)到大幅提升,而(ér)且直驅係統的故障率低,維護檢修方便,還避(bì)免了傳統設備(bèi)因漏油(yóu)造成環境汙染。 由於(yú)本產品電機定子采用了模塊(kuài)化設計,不僅降低了加工,製造,運輸等難度(dù),還相當於把(bǎ)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(dī)大功率電機的輸入電壓,但是(shì)不(bú)增加電機的輸入電(diàn)流,電(diàn)機不必采用(yòng)高等級絕緣,模塊化電機采(cǎi)用多(duō)台小功(gōng)率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行(háng)部分模塊電機驅動球磨機(jī)。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁(cí)動勢發(fā)生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動顯著增(zēng)加,無法繼續正常運行。而本產品進(jìn)行了模塊化設計,每個模塊電機都具有(yǒu)一套獨(dú)立的控製係統,大大提升了(le)電機控製(zhì)的自由度,可以利用(yòng)其多電機結(jié)構和控製靈活的優勢,在發生故障時(shí)。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機(jī)即可(kě)正常運(yùn)行。模塊化電機具有冗餘的(de)模(mó)塊數,也可切(qiē)除故障子模塊而控製其餘(yú)正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因(yīn)電機發生故障而影響(xiǎng)到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏(piān)心現(xiàn)象,偏(piān)心嚴重時還會造成電機掃(sǎo)膛(táng)損壞電機,實際生產中(zhōng)常常通過增加氣(qì)隙大小來預防掃膛,而氣隙增(zēng)大會導致永磁體用(yòng)量增加,提高電機(jī)製造(zào)成本。隨動式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(jiān)的間隙恒定,可將氣隙做的(de)更小,減少永磁體用量,電機不會發(fā)生(shēng)掃膛(táng)現象,同時因為該隨動式定子(zǐ)結構在偏心時能繼續正常(cháng)工(gōng)作,檢修次數更少,工作時間(jiān)更長,大體積球磨(mó)機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產效率(lǜ)。 4、隨動式球(qiú)磨機裝(zhuāng)配示意圖(tú) 二、永磁直(zhí)驅立(lì)磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調(diào)速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適(shì)應能力差(chà)。遇到突發事件(jiàn),調整磨鞮高度(dù)來改變係統工作(zuò)環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工(gōng)況(kuàng)能力強。遇(yù)到突發事件,除(chú)調整磨輾高(gāo)度外,還增加了(le)速度調節(jiē)以快速適(shì)應係統(tǒng)工作環(huán)境,係統反應(yīng)速度更快。 (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(shí)現大轉矩輸出,需要額外的盤車係(xì)統滿足立(lì)磨的低速起動。為保證在電機(jī)起動過程不對電網造成(chéng)過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整(zhěng)個係統構成複雜,係統運行(háng)的輔助設備很多。直驅(qū)係統由變頻控製係統控製永磁(cí)同步電機起動,轉矩特性滿足需(xū)要,無需盤車係(xì)統和減速器(qì),輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟(ruǎn)起動,起動過程隨意設定 傳(chuán)統係統先由低速盤車係統起動,待(dài)三相感應(yīng)電機達到起動條件(jiàn)後,軟起(qǐ)動(dòng)裝置起動(dòng)三(sān)相感應電機,係統(tǒng)運行。係統控製複雜(zá),低速無法實現過載(zǎi)輸出(chū)。在低速過程需要盤(pán)車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係統(tǒng)控製簡單。變頻(pín)控(kòng)製起動過程可根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(gèng)低,維護次數少 係統各構成單(dān)元均需要時常檢查和定期維護,傳統(tǒng)係統構成(chéng)單元多。同時立磨減速器結構複(fù)雜需要經(jīng)常維護,維護成本(běn)費用高。同時(shí)係統無法實(shí)現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構(gòu)成單元簡單,變頻器控製永磁同步電(diàn)機直接驅動,控製方便。係統內(nèi)無減速器,無需額外(wài)進行維護,係統維護成本低。同時,係統(tǒng)可實現在電機低速(sù)運行情況下進行係統維護。 (5)傳動(dòng)效率高,節能效果明顯 綜上采用(yòng)直驅永磁電(diàn)機取代(dài)傳(chuán)統驅動(dòng)係統年節電量達181萬元。(按(àn)照5000h,0.6元/kWh)立(lì)式鯤磨機直驅係統(tǒng)的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一(yī)—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 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(zhóu)承與壓力軸承上進行突破,通(tōng)過設計一種雙向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑(jìng)軸(zhóu)承(chéng),方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並降(jiàng)低成本,在工程實際中具有很強的實用型(xíng)。 針對大、中、小型不同(tóng)尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳(chuán)統的減速機與三相異步電動機,永磁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,並且方便製(zhì)造、裝配維護,節省成(chéng)本。均(jun1)已申請專 利。