永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景(jǐng) 傳統的球磨機、立磨機(jī)大都采用三(sān)相異步電動機、聯軸器、減(jiǎn)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(jī)械傳動鏈冗(rǒng)長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工(gōng)業大學電機與控製技術研究所與河南天美传媒在线機電設備有限(xiàn)公司(sī)聯合設計研(yán)發的球(qiú)磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計(jì),取消動力傳(chuán)輸的中間環節(jiē),做(zuò)成(chéng)直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯著提高(gāo)了電機的效率與功率因數,具有節能、起動(dòng)轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在(zài)控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低(dī)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機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大(dà)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(yuán)。模塊化(huà)電機采用多台小功率變頻器聯合供電,這(zhè)樣設計降低了電機的供電電壓和使用(yòng)的變頻器容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一(yī)套獨(dú)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(yùn)行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵(miàn),本產品電機的定子采用了一種自主設(shè)計研發的隨動式結構,將整圓的定子分(fèn)成若(ruò)幹個相互存在間隙的小扇形塊(kuài),通過(guò)機械結構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動(dòng)或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運(yùn)動從而保持(chí)定子與轉子間隙恒定(dìng)的(de)結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電(diàn)機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙(xì)可以設計的比普(pǔ)通永磁(cí)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(jiē)約稀土資源,節(jiē)能用電量。當模塊發生故障時,直接拆卸故障電機,更換新(xīn)的模塊電機即可正常(cháng)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(gōng)期(qī)。 2、球磨機專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(gǔn)筒就像公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當(dāng)於汽車(chē)在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合(hé)滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在(zài)球磨機因裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形變、重載震(zhèn)動(dòng)等原(yuán)因(yīn)造成(chéng)電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保(bǎo)證磨機始(shǐ)終運行在性能狀態,不必(bì)停機檢(jiǎn)修。同時電機定子與轉子間的(de)間隙也可(kě)以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動(dòng)式結構,電機(jī)不會發生掃膛現象。 本產品電機的(de)定子為隨動(dòng)式結(jié)構,基於模塊(kuài)化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原理(lǐ)是在定(dìng)子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合(hé)滾(gǔn)筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向(xiàng)外側設有(yǒu)與支(zhī)撐框架相連的彈性(xìng)機構。彈性機(jī)構在球磨機(jī)滾筒不(bú)偏心時處於半壓縮(suō)狀態,如果球磨機滾筒(tǒng)向上(shàng)波動,轉筒會向上頂定子塊上(shàng)安裝的滾輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方(fāng)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其向(xiàng)上頂,保證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向與圓周方向的(de)移(yí)動,從(cóng)而保證定子、轉子(zǐ)之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複(fù)位或繼續向下波動,則上方定子塊在受到(dào)永磁體對其向下的吸引力的同(tóng)時,彈性機構將上方其向下壓,下方(fāng)定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置(zhì)的壓(yā)力大小可調,對於不同位置(zhì)的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性(xìng)裝置設(shè)置(zhì)的壓(yā)力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采(cǎi)用(yòng)模塊化控製,根據不同功率的(de)電機設計采用不(bú)同個數的隨動式定子塊構(gòu)成一台模塊電機,一台整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(kuài)電機包繞式安裝(zhuāng)在球磨機滾筒上。相鄰(lín)隨動式定子塊間設有固定(dìng)在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓(yuán)周方向的限位。球磨(mó)機滾筒的法(fǎ)蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機(jī)轉子鐵心及磁(cí)鋼。 本產品的(de)隨動式定子塊安(ān)裝拆卸十分便捷,隻(zhī)需要(yào)沿球磨機的徑向依次拆(chāi)卸密(mì)封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接(jiē)杆(gǎn)、彈性機構支撐架,即(jí)可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳(chuán)統磨機的電機驅動係(xì)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(zhóu)器(qì)、減速裝置以及齒輪結構(gòu)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(hé)功率因數,損耗大大降低,節(jiē)約(yuē)了能源。永磁(cí)電機通過變頻器進行調(diào)速(sù),電(diàn)機運行平穩,係統響應速度快,感應電機(jī)則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中(zhōng)間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳(chuán)動效率將提升至少20%。球磨(mó)機直驅係(xì)統(tǒng)的傳動效率不僅(jǐn)得(dé)到大幅提升,而且直驅係統的故障率低,維護檢修方便,還避免了傳統設備因漏(lòu)油造成環境(jìng)汙(wū)染。 由於本產品電機定子采用了模塊化(huà)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(lǜ)電機做成了多個小功(gōng)率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降(jiàng)低大功率電機的輸(shū)入電壓(yā),但是不增加(jiā)電機的(de)輸入電流(liú),電機不必采用(yòng)高等級絕緣,模塊化電機采用(yòng)多台小功(gōng)率變頻器聯(lián)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(ér)降低成本。球磨機運行在輕載工況(kuàng)時,完全(quán)可以隻運行(háng)部(bù)分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波(bō)含量增(zēng)加,平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊電機都具有一套獨立(lì)的控製係統,大大(dà)提升(shēng)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(zhàng)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(chú)故障子模塊而控製其餘正常(cháng)子模塊降額運行。使用本(běn)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、軸承磨損、滾(gǔn)筒形變(biàn)或重載產生震動等因素會發生轉(zhuǎn)子偏心現象,偏心嚴重時還(hái)會造成電機掃(sǎo)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(zēng)大會導(dǎo)致永磁體用(yòng)量(liàng)增加,提高電(diàn)機製造(zào)成本。隨動(dòng)式定子結構的模塊電機,能在轉(zhuǎn)筒(tǒng)偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒(héng)定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生(shēng)掃膛現象(xiàng),同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續(xù)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(zá),降低檢修次數(shù)就是提高生產效(xiào)率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機(jī)的優點(diǎn)( 1)變(biàn)頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨(mó)速度(dù)單一(yī),工況適(shì)應能力差(chà)。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係統工(gōng)作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適(shì)應工況能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增加了(le)速度調節以快速(sù)適應係統工作環境,係(xì)統反應速度更(gèng)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現(xiàn)大轉矩輸出,需要額外的盤車(chē)係統滿足立磨的低速起動。為(wéi)保證在電機起動過程不對(duì)電(diàn)網造成過大的衝擊,需(xū)增(zēng)加軟起動裝置。三相感應電機起(qǐ)動後,通過減速器滿足(zú)係統轉矩需要,整個係統(tǒng)構成複雜,係統運行的輔(fǔ)助設備(bèi)很多。直驅係統由變頻控製係統控製永(yǒng)磁同步電機起動,轉矩特性滿(mǎn)足需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少,結構簡單(dān)。 (3)變頻(pín)器軟起動,起動過程(chéng)隨意設定 傳(chuán)統係統先由低速盤車係統起動,待三(sān)相感應電機(jī)達到起動(dòng)條件後,軟起動裝置起動三相感應(yīng)電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在低速過程(chéng)需要盤車係統,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(xì)統直接運行,係統控製簡(jiǎn)單。變頻控製起動(dòng)過程可根據實際工況進行調整,以滿足各(gè)種工況(kuàng)的需求。低速可過載(zǎi)輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減(jiǎn)速器,維(wéi)護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時常(cháng)檢查和定期維護,傳統(tǒng)係統(tǒng)構成(chéng)單元多(duō)。同時立磨減速器(qì)結構複雜(zá)需要經常維護,維護成本費用高。同時係統(tǒng)無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步(bù)電機直(zhí)接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外(wài)進(jìn)行維護,係(xì)統維護成本低。同時,係統可實現(xiàn)在電機低速運行情況下(xià)進行係統(tǒng)維護。 (5)傳(chuán)動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動(dòng)係統年節電量達181萬元(yuán)。(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(qū)立磨結構示意圖 本新型(xíng)立磨結構采用(yòng)永(yǒng)磁直驅電機(jī)驅動,提高(gāo)了(le)立(lì)磨效率。在立磨扶(fú)正軸承(chéng)與壓力軸承上進行(háng)突破,通過設計(jì)一種雙向載荷扇形模塊機構替代(dài)大(dà)直徑軸承,方便加工、生(shēng)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用(yòng)型。 針對大、中、小型不同尺寸(cùn)的立磨(mó),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(xiàng)異(yì)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(zhì),均能達到扶正(zhèng)與承壓的作用,並且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。