永磁直驅球磨機(jī)、立磨機(jī)
1、技術(shù)背景 傳統的(de)球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球(qiú)磨機的傳動(dòng)係統存在機械傳動鏈冗(rǒng)長、效率低、機(jī)構複雜(zá)、運行維護工作(zuò)量大等問題。 沈陽工業大學(xué)電機與控(kòng)製技術研究所與河南全新機電設備有(yǒu)限公司聯(lián)合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消(xiāo)動力傳輸的中間環節,做成(chéng)直(zhí)驅方案,能直接滿足荷載的需求,省去(qù)傳統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因(yīn)數,具有節能、起動轉矩大、過載能力(lì)強(qiáng)、係統免維護、自動化程度高等優(yōu)點。 在控製方(fāng)麵(miàn),本(běn)產品電機定子(zǐ)采用了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難度,還相當於把一個大功率電機(jī)做成了多個小功率電(diàn)機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的(de)輸入電壓,但(dàn)是不增加電機的輸入電流,電機不(bú)必采用高等級絕緣。模塊化電機采用(yòng)多台小功率變頻器聯合供電,這樣設計降低了電機的供電(diàn)電壓和使用的變頻(pín)器容量,從而降低成本。每個模塊電機(jī)都具有一套獨立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,球磨(mó)機運行(háng)在輕載工況時,完全可以隻運行部分模(mó)塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品電機的定子采(cǎi)用了一種自主設計研發的隨動式結構,將整圓的(de)定子分(fèn)成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨(mó)機轉(zhuǎn)筒是否震動或偏心(xīn),定子塊始終跟隨轉筒運動(dòng)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(zǐ)與轉子間的間隙恒定,電機(jī)不會發生掃膛現(xiàn)象,因此電(diàn)機的氣隙可以(yǐ)設計的比普通永磁直(zhí)驅電機的小很多,從而(ér)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(dāng)模(mó)塊發生故障時,直接拆卸(xiè)故障電機,更換新的模(mó)塊電機即可正常運(yùn)行。使(shǐ)用本產品完全不會因(yīn)電機發(fā)生故障而影響到(dào)生產工期。 2、球磨機專用隨動式永(yǒng)磁(cí)直(zhí)驅電(diàn)機概述 本產品的隨動式定子結構構成(chéng)一種(zhǒng)“小車(chē)結構”,滾筒就像(xiàng)公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當(dāng)於汽車在公路行駛,公路的(de)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滾筒(tǒng),保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承(chéng)磨損、滾筒形變(biàn)、重載震動等(děng)原因造成(chéng)電機偏心、氣隙不均勻時,仍能(néng)正常運轉,保證磨機始終運行在性能狀(zhuàng)態,不必停機檢修(xiū)。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(yīn)為隨(suí)動式結構(gòu),電(diàn)機不(bú)會發生掃膛現象。 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結構,其(qí)隨動原理是(shì)在定子塊的軸(zhóu)向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒(tǒng)來(lái)確定(dìng)定子與轉子間的間(jiān)隙,定子(zǐ)塊徑向外側設有與(yǔ)支(zhī)撐框架相(xiàng)連的彈性機構。彈性機構(gòu)在球磨機(jī)滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨(mó)機滾筒向(xiàng)上波動,轉(zhuǎn)筒會向(xiàng)上頂定子塊上安裝(zhuāng)的滾輪(lún),進而帶動定子塊向上(shàng)移動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受(shòu)到永磁(cí)體對(duì)其向上的吸(xī)引力的同時,定子塊上的彈性(xìng)機構將其向上頂,保證(zhèng)下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外(wài)表麵,使定子塊跟隨轉筒波動(dòng)而進行(háng)徑向與圓周方向的(de)移動,從而保證定子、轉子之間的間隙(xì)不變(biàn)。球(qiú)磨(mó)機滾筒向(xiàng)下(xià)複位或繼續向下波動,則上方定子(zǐ)塊在受到永磁體對其向下的吸(xī)引力的(de)同時,彈性機構(gòu)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,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設(shè)置的(de)壓力過大造成滾輪或轉筒磨(mó)損較(jiào)快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製,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成一台模塊電機,一台整圓(yuán)電機由多台模塊電機構成,多台(tái)模塊電(diàn)機共用同一個轉子,模(mó)塊電(diàn)機包繞式安(ān)裝在球磨機滾筒上(shàng)。相鄰隨動式(shì)定(dìng)子塊間設有固定在支撐框架上的擋(dǎng)板來對定子塊進(jìn)行圓(yuán)周方向的(de)限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於(yú)支撐安裝電機轉子鐵(tiě)心及磁鋼。 本產(chǎn)品的隨動(dòng)式定子塊安裝(zhuāng)拆卸十分便捷,隻需(xū)要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈(dàn)性機構、彈性機構與定子塊(kuài)之間的連接杆、彈性機構支(zhī)撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的(de)球磨機仍采用三相感(gǎn)應電動(dòng)機、聯軸器、減速裝置(zhì)以及齒輪(lún)結(jié)構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有(yǒu)較高的效率和功率(lǜ)因數(shù),損耗大大降低(dī),節(jiē)約了能源(yuán)。永磁(cí)電機通過變頻器進行調(diào)速,電機運行平穩,係統(tǒng)響(xiǎng)應速(sù)度快,感應電機則起動相(xiàng)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,取消了中間的減速機、聯軸(zhóu)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%。球磨機直驅係統的傳動(dòng)效(xiào)率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故障率低,維護檢(jiǎn)修方便,還避(bì)免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計,不僅(jǐn)降低了(le)加(jiā)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(kuài)化電機的控製(zhì)技術可以實現降低大功率電(diàn)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(děng)級(jí)絕緣,模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供(gòng)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(jiàng)低成本。球磨機運行(háng)在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨(mó)機。 傳統電機故障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變(biàn),諧波含量(liàng)增加,平均轉矩下降,轉矩波動(dòng)顯著增加,無法繼續正常運行。而本產品(pǐn)進行了模塊化設計(jì),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(zhì)的自由度,可以利用其(qí)多電機結構和(hé)控製靈活的優勢,在發生故障時。可以直(zhí)接拆(chāi)卸故障電機更換新的模塊電機(jī)即(jí)可正常運行。模塊(kuài)化電機具有冗餘的模(mó)塊數,也可切除故(gù)障子模塊而控製其餘正(zhèng)常子模塊降額運行。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(jī)因加(jiā)工誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形變或重載(zǎi)產生(shēng)震動(dòng)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(zēng)加氣隙大小來預防掃(sǎo)膛,而氣隙增大會導致永磁體用量(liàng)增(zēng)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子與轉子之間的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機不會發生掃膛現象(xiàng),同時因為該隨(suí)動式定子結構(gòu)在偏心時能繼續正常工(gōng)作,檢修次數更少,工作(zuò)時間(jiān)更長,大(dà)體積(jī)球磨機檢修複雜,降低檢(jiǎn)修次數就是提高生產效(xiào)率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永(yǒng)磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統(tǒng)感應電機的優點(diǎn)( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一,工況適應(yīng)能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改(gǎi)變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變(biàn)頻調速,適應工(gōng)況能力(lì)強。遇到(dào)突發(fā)事件,除調整磨輾高度(dù)外,還(hái)增加了速度調(diào)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(yīn)三相感應電機無法(fǎ)在低(dī)速實(shí)現大轉矩輸出(chū),需(xū)要額外的盤車係統滿足立(lì)磨的低速(sù)起動。為保證在電機起動過程不對電網造成(chéng)過(guò)大的衝擊(jī),需(xū)增加(jiā)軟起動裝置(zhì)。三相(xiàng)感應電機起動後(hòu),通(tōng)過減速器滿足係統轉矩(jǔ)需要,整個係統構成複雜(zá),係統運行(háng)的輔助(zhù)設備很多。直(zhí)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,無需盤車係統和減速器,輔助係統少,結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定(dìng) 傳統係統先(xiān)由低速盤(pán)車係統起動,待三相感應電機達(dá)到起動條件(jiàn)後,軟起(qǐ)動裝置起動三相感(gǎn)應電機,係(xì)統運行。係(xì)統控製複雜,低速無法實現過載輸出。在低速過(guò)程需要盤車係統,將(jiāng)轉速提高到三相感(gǎn)應電(diàn)機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係統控製簡單。變(biàn)頻控製起動過程可根據實際工況進行調整(zhěng),以滿足各(gè)種工(gōng)況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取(qǔ)代(dài)盤車係統。 (4)無(wú)減速器,維(wéi)護成本(běn)更低,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(lì)磨減速器結構(gòu)複雜需要經常維護,維護(hù)成本費用高。同時係(xì)統無法實(shí)現在低(dī)速運行的情(qíng)況下進行係統維護。直驅係統(tǒng)構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直接驅動(dòng),控製方便。係統內無減速器,無需額外進行維(wéi)護,係(xì)統維護成本低。同時,係(xì)統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜(zōng)上采用直驅永(yǒng)磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直(zhí)驅立磨結構(gòu)示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨(mó)效率。在立(lì)磨扶正軸承(chéng)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)機構替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝配(pèi)、維修,並降低成本,在工程實際(jì)中具(jù)有(yǒu)很強的實用型。 針對大、中(zhōng)、小型不同尺寸的立磨,分(fèn)別設計(jì)了三種立磨專用(yòng)永磁電機,代替傳統的減速(sù)機與三相異步電動機,永磁直驅電機(jī)具有雙向載荷(hé)機構與(yǔ)不同的放置位置,均能達到扶正與承壓的作(zuò)用,並且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專(zhuān) 利。