永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳(chuán)統的球磨機、立磨機(jī)大都采用三相異步電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速裝置以及齒輪結構進(jìn)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(wèn)題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全(quán)新機電設備有限公司(sī)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電一體化設計(jì),取消動(dòng)力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿(mǎn)足荷載的需求,省去傳統磨(mó)機的減速機,顯(xiǎn)著提高(gāo)了(le)電機的效率與功率因數,具有節能、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(miàn),本產品電(diàn)機(jī)定子采(cǎi)用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運(yùn)輸等難度,還相(xiàng)當於(yú)把一個大功率電機做成了多(duō)個小功率電(diàn)機。模塊化電(diàn)機的控製技(jì)術可以(yǐ)實現降低大功率(lǜ)電機的輸入電壓,但是不增(zēng)加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣。模塊(kuài)化電機采用多台小功率變頻器聯合供電,這樣設計(jì)降低了電機的供電電壓和使用的變(biàn)頻(pín)器容量,從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統,大大(dà)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動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動(dòng)式結構,將整圓的(de)定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊(kuài),通過機械結(jié)構設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心,定子塊(kuài)始終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定子與轉子間的間(jiān)隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此(cǐ)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(tǐ)用量,降低生產成本(běn),節約稀土資源,節(jiē)能用(yòng)電量(liàng)。當模(mó)塊發(fā)生故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不(bú)會(huì)因電機發生故障而影響到生(shēng)產工期。 2、球磨機專用隨動式永(yǒng)磁直驅電機概述 本產(chǎn)品的隨動式定子結構構成一種“小車(chē)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(dāng)於(yú)汽車在公(gōng)路行駛,公路的(de)起伏不影響車輪與地麵貼合,即(jí)滾筒偏心浮動不影響滾輪(lún)貼合滾筒,保證(zhèng)定子、轉子間隙(xì)恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震(zhèn)動等原因造成電機(jī)偏心(xīn)、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始(shǐ)終運行在性能狀態,不必(bì)停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動式結構,電機(jī)不會發(fā)生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結(jié)構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立(lì)的(de)扇形定子塊結構,其隨動原(yuán)理是在定子塊的軸向兩側(cè)安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉(zhuǎn)子間的(de)間隙,定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈(dàn)性機構在球磨機滾筒不偏(piān)心(xīn)時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波(bō)動,轉筒會(huì)向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而帶動定子塊向上移動,上(shàng)方彈性機構繼續壓縮;下方定(dìng)子塊在受(shòu)到永磁體對其向上的吸引力的同時,定(dìng)子(zǐ)塊上的彈性機構(gòu)將其向上頂,保證(zhèng)下方定子塊的滾輪依然(rán)貼合(hé)轉筒外表麵,使定子塊跟隨(suí)轉筒波動而進行徑向與圓(yuán)周方向(xiàng)的移動,從而保證定子、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(zhì)的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的(de)壓力過(guò)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,根據不同功(gōng)率的(de)電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機由(yóu)多台模塊電機構成,多台模塊電機(jī)共用同一個轉子,模塊電機包繞式安(ān)裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固(gù)定在支撐框架(jià)上的擋板來對定子塊(kuài)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(zhī)撐(chēng)安裝電(diàn)機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻(zhī)需要沿球磨(mó)機的徑向(xiàng)依次拆卸密封(fēng)外殼、彈性機構、彈性機構(gòu)與定子塊之間的連接杆(gǎn)、彈性機構支撐(chēng)架,即可將定(dìng)子塊沿徑向拉出,進行(háng)檢修或更(gèng)換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現(xiàn)階段大多數的球磨機仍采用(yòng)三相感應電動機、聯(lián)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電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數,損耗大(dà)大降低,節約了(le)能源(yuán)。永磁電機通(tōng)過變頻器進行(háng)調速,電機運行(háng)平穩,係統響(xiǎng)應速度快,感應電機則起(qǐ)動相對困難。這些也是近年來(lái)永磁電機應用越來越(yuè)廣泛的(de)原因。 采用永磁直(zhí)驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的(de)傳動(dòng)環(huán)節,縮短係統(tǒng)的(de)傳動鏈,直驅係統的傳動效率(lǜ)將提升至少(shǎo)20%。球磨機(jī)直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故障率低,維護檢修方便,還(hái)避免了傳統設備因漏(lòu)油造成(chéng)環境汙染。 由於本(běn)產品電機定子采用(yòng)了模塊化設計,不僅(jǐn)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(duō)個(gè)小(xiǎo)功率電機。模(mó)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,但是不增加電機的輸入電流(liú),電機不必采用(yòng)高等級(jí)絕緣(yuán),模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計(jì)降低了電機的供電電壓和使(shǐ)用的變頻器容量(liàng),從而降低成本。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。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加(jiā),平均轉矩下(xià)降,轉矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而本產品進行(háng)了模塊(kuài)化(huà)設計,每個模塊電機都具有一套(tào)獨立(lì)的(de)控製係(xì)統,大大提升了電(diàn)機控製的自由度(dù),可以利用其(qí)多(duō)電機結構和控(kòng)製靈活(huó)的優勢(shì),在發生故障時。可(kě)以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機(jī)即可正常運(yùn)行。模塊化電(diàn)機具(jù)有冗餘的模(mó)塊數,也可切除故(gù)障子模塊而控製其餘(yú)正常子模塊降額運行。使用本產品(pǐn)完(wán)全不會因電機發生故障而(ér)影響到生產工(gōng)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心現象(xiàng),偏心嚴重時還會造成電機(jī)掃膛損壞電機(jī),實際生產中常常(cháng)通過增加氣隙大小來預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導致永(yǒng)磁體用量(liàng)增加,提高(gāo)電機製造成本。隨動式定子結構的模(mó)塊電機,能在轉筒偏心時保證(zhèng)定子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更(gèng)小,減少永磁體用量,電機不(bú)會發生掃膛現象,同時因為該(gāi)隨動式定子結構在(zài)偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工(gōng)作時間更(gèng)長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機(jī)裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術(shù) 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(kuàng)多樣性(xìng) 傳統立磨速(sù)度單一,工況適應能力差。遇到突發事件,調整(zhěng)磨鞮(dī)高度來改(gǎi)變(biàn)係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同(tóng)步電機采用變頻調速,適應工況能力強。遇到突發事(shì)件,除調整磨輾高度外,還增加了速(sù)度調節以快(kuài)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(xìng)高 傳統係統因三相感應電機無法在(zài)低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動(dòng)。為保證在電機起動過程不(bú)對電網造成過大(dà)的衝擊,需增加軟起動裝置。三相感應電機起(qǐ)動後,通過減速器滿足係(xì)統轉(zhuǎn)矩需要,整個係統(tǒng)構成複雜,係統運行的輔助設備很(hěn)多。直驅係統由變頻控(kòng)製係統控製永磁同步(bù)電機起動,轉矩特性滿足需要,無需盤車係統和減速器,輔助(zhù)係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過(guò)程隨意設定 傳統係統先(xiān)由低速盤車(chē)係統起動,待三相感應電(diàn)機(jī)達到起動條件後,軟起動(dòng)裝(zhuāng)置起動三(sān)相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統(tǒng),將轉速提高(gāo)到三相感應電機起(qǐ)動條件。直驅(qū)係統直接變頻低速起動,係統直(zhí)接運行(háng),係統控製(zhì)簡單。變頻控製起動過程可(kě)根據實際工況進行調(diào)整,以滿足各(gè)種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器(qì),維護成(chéng)本更低(dī),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(chuán)統係統構成單元多。同時(shí)立磨減速器結構複雜需要經常維(wéi)護,維護成本費用(yòng)高。同時係統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電機直接(jiē)驅動,控製方便。係統內無減速器,無(wú)需額外進行維護,係統維護成本(běn)低。同時,係統可實現在電機低(dī)速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高(gāo),節能(néng)效果明顯 綜上采用直(zhí)驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電(diàn)量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球(qiú)磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示(shì)意圖(tú) 本(běn)新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破,通過設計(jì)一種(zhǒng)雙向載荷扇形模塊機構替代大直(zhí)徑軸(zhóu)承,方便加工(gōng)、生產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中具有很(hěn)強的實用(yòng)型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與三相(xiàng)異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並且方(fāng)便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。