永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的(de)球磨機、立磨機大都采用三相異(yì)步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構(gòu)進行驅動,導致球磨機的傳動(dòng)係統存在機械傳動鏈冗長(zhǎng)、效率低、機構複雜(zá)、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學(xué)電機與控(kòng)製技術研(yán)究所與河南全(quán)新機電設備有限公司聯合設計(jì)研發的球磨機、立磨(mó)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(huà)設(shè)計,取消動力傳輸的(de)中(zhōng)間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去傳統(tǒng)磨機的減速機(jī),顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載(zǎi)能力強、係統免維護、自動化程(chéng)度高(gāo)等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難(nán)度,還相當於把(bǎ)一個大功率(lǜ)電(diàn)機做成(chéng)了多個小功率(lǜ)電機。模塊(kuài)化電機的控(kòng)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(de)輸入電(diàn)流,電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采(cǎi)用多台小功率變頻器聯合供(gòng)電(diàn),這(zhè)樣設計降低了電機的供電電壓和使用(yòng)的變頻(pín)器(qì)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,大大提升了電機控(kòng)製的自由度,球磨機運行在(zài)輕(qīng)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(yòng)了(le)一種自主設計研(yán)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,定子塊始終跟(gēn)隨轉筒運(yùn)動從而保持定子與(yǔ)轉子間隙恒(héng)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恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可以(yǐ)設(shè)計的比普通永(yǒng)磁(cí)直驅(qū)電(diàn)機的小很多,從而大幅降低電機永磁體用量,降低生產成本,節約稀土資源,節能用電(diàn)量。當模塊發生(shēng)故障時,直接拆卸故障電機,更換新的模塊電機(jī)即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故(gù)障而(ér)影(yǐng)響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁(cí)直驅電機概述 本產品的(de)隨動式定子(zǐ)結構(gòu)構成一種“小車結構(gòu)”,滾筒(tǒng)就像公路,定子塊就像汽(qì)車。滾輪貼合滾筒旋(xuán)轉相當於汽車在公路行(háng)駛(shǐ),公路的起伏不影響車(chē)輪與(yǔ)地麵貼(tiē)合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪(lún)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(chéng)電(diàn)機偏心、氣(qì)隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終(zhōng)運行在性(xìng)能狀態,不必停機檢修。同時(shí)電(diàn)機定子與轉(zhuǎn)子間的間隙也可以做的更(gèng)小,減少永磁體用量,並且(qiě)因為隨動式結構,電機不會發(fā)生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊(kuài)結構,其隨動原理(lǐ)是在(zài)定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒(tǒng)來確(què)定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側(cè)設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機(jī)構在球磨機滾筒不偏心時(shí)處於(yú)半壓縮狀態,如果球磨(mó)機(jī)滾筒(tǒng)向上(shàng)波動,轉(zhuǎn)筒會向上頂定子(zǐ)塊上安(ān)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(xī)引力的同時,定(dìng)子塊上的彈性機構將其向上頂,保證下(xià)方定子塊的滾輪依然貼(tiē)合轉筒外表麵,使(shǐ)定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向(xiàng)與圓周方向的移動,從(cóng)而保(bǎo)證定子、轉子之間的間隙不變。球磨(mó)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同時,彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下(xià)壓。 本(běn)產品彈性裝置的壓力大小可調,對於不(bú)同位置的定子塊設置不同(tóng)的壓力,避免(miǎn)因彈性裝置設置的壓力過大(dà)造成(chéng)滾(gǔn)輪或轉筒磨損較快。 本產品將永(yǒng)磁電機采用模塊化控製,根據不同功率的電機設計(jì)采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電(diàn)機共用同(tóng)一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒(tǒng)上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定(dìng)子塊進行(háng)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(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,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密(mì)封外(wài)殼、彈(dàn)性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支(zhī)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、采用本產(chǎn)品代替傳統磨機(jī)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(shì)是它有較高的(de)效率(lǜ)和功率因數,損耗大大降低,節約了能源。永(yǒng)磁(cí)電機通過變頻器(qì)進行調速,電機運行平穩,係統響應速度快,感應電機則起動相(xiàng)對困難。這些也是近年來(lái)永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了(le)中間(jiān)的(de)減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機(jī)直驅係(xì)統的(de)傳動效率不僅(jǐn)得到大幅(fú)提升,而且直驅係統的故障(zhàng)率低,維護檢修方便,還避(bì)免了傳統設備因漏油造(zào)成環(huán)境汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計,不(bú)僅降低了加工,製造,運輸等難度,還相當(dāng)於把一個大功率電機(jī)做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現(xiàn)降(jiàng)低大功率電機的輸入電壓,但是不增加(jiā)電機的輸入電流,電機不必采用高等(děng)級絕緣,模塊化電機采用多台(tái)小功率變頻器聯(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,從而降低(dī)成本。球磨機運行在輕載工況(kuàng)時,完全可以隻運行部分模塊電機(jī)驅動球磨機。 傳統電機故障時(shí),會(huì)導致電機合成磁動勢發(fā)生畸變,諧波含量增加,平(píng)均轉矩下(xià)降,轉(zhuǎn)矩波動顯著增加,無法繼續正常運行(háng)。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊(kuài)電機都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的(de)自由(yóu)度,可以利用其多電機結構和(hé)控製靈活的優勢,在發(fā)生故障時。可以直接拆卸故障電(diàn)機更換新的(de)模塊電機(jī)即可(kě)正常(cháng)運行。模塊(kuài)化電機具有(yǒu)冗餘的模塊數,也可切除(chú)故障子模塊而(ér)控製其餘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到(dào)生產工期(qī)。 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,偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小來預(yù)防掃膛,而氣隙增大會導致永(yǒng)磁體用量增加,提高電(diàn)機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能在轉筒偏心時保證定(dìng)子與轉子之間(jiān)的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃(sǎo)膛現象,同時因為該隨動式(shì)定子結構在偏心時能繼續正(zhèng)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(jiǎn)修次數就是提高生產效率。 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(qū)對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實(shí)現負載工況多樣性 傳統立磨速(sù)度單一,工況適應能力差。遇到(dào)突發事件(jiàn),調整磨鞮高度來改(gǎi)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,適應(yīng)工況能力強(qiáng)。遇到突發事件,除調整磨(mó)輾(niǎn)高度外,還增加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(gāo) 傳統係統因三相感應(yīng)電機無(wú)法在低速實現大(dà)轉矩(jǔ)輸出(chū),需要額外的盤車(chē)係統滿足立磨的低(dī)速起動。為保證在電(diàn)機起動過程不對電網造成過大的衝(chōng)擊,需(xū)增加(jiā)軟起動裝置。三相感應(yīng)電機起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜,係統運行的(de)輔助設(shè)備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永(yǒng)磁同步電機起動,轉矩特性滿足需要,無需(xū)盤車係統和減速(sù)器,輔助(zhù)係統少,結構簡(jiǎn)單。 (3)變頻器軟(ruǎn)起動,起動過程(chéng)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(dá)到起動條件(jiàn)後,軟起動(dòng)裝置起動三相感應電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現(xiàn)過載輸出。在低速過程需(xū)要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件(jiàn)。直驅係統直接變(biàn)頻低速起動,係統直接運行,係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實(shí)際(jì)工況進行調整,以(yǐ)滿足(zú)各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要(yào),取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更低(dī),維護次數(shù)少 係統各(gè)構成單元均需要時常檢查和定期維護,傳統(tǒng)係統(tǒng)構成單(dān)元(yuán)多。同時立磨減速器(qì)結構(gòu)複(fù)雜(zá)需要(yào)經常維護,維護(hù)成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況(kuàng)下進行係統(tǒng)維護。直驅係(xì)統構成單元簡單,變頻器控製永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(hù)成本低。同時,係統可實現在電(diàn)機低速運行情況下進(jìn)行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取(qǔ)代傳統驅動係統年節電量達181萬元。(按照(zhào)5000h,0.6元/kWh)立式(shì)鯤磨機直驅(qū)係統的優勢與球磨(mó)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(shì)意圖 本新型立磨結構采用永磁直(zhí)驅電(diàn)機驅動,提高(gāo)了立磨效率。在立磨扶正軸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(mó)塊機構替代大(dà)直徑軸承,方便加工、生產、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(cí)電機,代替傳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(gòu)與(yǔ)不同的放置(zhì)位置,均能達到扶正與承壓的作用,並(bìng)且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申(shēn)請(qǐng)專 利。